生物化学第三版13DNA生物合成

1、生物化学第三版13DNA生物合成2第一节 DNA复制的基本特征DNA复制都需要1.半保留复制2.从复制起点双向复制3.半不连续复制第二节 大肠杆菌DNA的复制第三节 真核生物染色体DNA的复制第四节 DNA的损伤与修复第五节 DNA的逆转录31.半保留复制4生物化学第三版52.从复制起点双向复制复制起点：DNA解链和复制开始的(具有特定序列的)位点复制子：从一个复制起点启动复制的全部DNA序列复制叉：在复制起点先解开双链，然后边解链边复制，在解链点形成分叉结构。63.半不连续复制前导链后随链冈崎片段7第二节 大肠杆菌DNA的复制一、参与DNA复制的酶及其他因子（一）DNA聚合酶（二）解链、解旋

2、酶类（三）引物和引物酶（四）DNA连接酶二、复制过程（一）复制起始（二）复制延长（三）复制终止8聚合酶催化特点需要模板:可以指导合成互补链的单链核酸 DNA复制；转录；RNA复制；逆转录需要引物：可以是DNA ，也可以是RNA53方向合成2.大肠杆菌DNA聚合酶的种类3.大肠杆菌DNA聚合酶功能（一）DNA聚合酶92.大肠杆菌DNA的种类Klenow片段复制合成的主要酶10DNA聚合酶IIIIII53聚合酶活性35外切酶活性53外切酶活性53聚合速度(核苷酸/秒)1620402501,000延伸能力32001,500500,000功能切除DNA复制引物，DNA修复DNA修复DNA复制合成113

3、.大肠杆菌DNA聚合酶功能53聚合酶活性中心与聚合反应35外切酶活性中心与校对53外切酶活性中心与切口平移12131415(二)解链、解旋酶类1.解旋酶2.拓扑异构酶3.单链DNA结合蛋白161.解旋酶helicase解旋酶的作用是解开DNA双链。在解链过程中需要ATP提供能量，每解开1bp消耗2ATP。目前在大肠杆菌至少已经鉴定出4种解旋酶，分别称为解旋酶rep、和DnaB。其中只有DnaB参与DNA的复制DnaB是六聚体，能从复制起点双向解开DNA双链，形成两个复制叉。DnaB在后随链的模板上解链，解链过程会在前方形成超螺旋结构，需要由拓扑异构酶松解172.拓扑异构酶topoisomera

4、se拓扑连环数是环状双链DNA分子两股链的互绕数。其他性质均相同、仅连环数不同的DNA分子称为拓扑异构体型拓扑异构酶剪接单股DNA改变其连环数，从而改变其拓扑结构型拓扑异构酶剪接双股DNA改变其连环数，从而改变其拓扑结构18拓扑连环数19型拓扑异构酶（拓扑异构酶、）消除负超螺旋，不消耗高能化合物，参与RNA的转录合成。20拓扑异构酶与切口的5磷酸结合 21型拓扑异构酶引入负超螺旋由ATP提供能量223.单链DNA结合蛋白SSB大肠杆菌的DNA双链解链后，两股单链即被4亚基SSB结合SSB与DNA的结合具有明显的协同效应，当第一个SSB结合后，其后SSB的结合能力可提高103倍SSB不沿DNA单

5、链移动，而是通过不断的结合和解离改变结合位点 维持模板的单链状态，防止其重新形成双链结构；抗核酸酶降解23（三）引物酶primaseDNA复制需要RNA引物，RNA引物由引物酶催化合成。大肠杆菌的引物酶是DnaG，DnaG单独存在时无活性。当解旋酶DnaB结合其他复制因子辨认复制起点并启动解链时，DnaG与解旋酶DnaB结合，组成引发体(primosome)，在模板的一定部位合成RNA引物，合成方向也是53 24（四）DNA连接酶ligaseLPB-25-963大肠杆菌的DNA连接酶不能连接游离的单链DNA，只能连接双链DNA上的切口。还参与DNA重组与DNA修复。25二、DNA的复制过程（一

6、）复制起始（二）复制延长（三）复制终止在大肠杆菌DNA的复制过程中，各种各样与复制有关的酶和蛋白质因子结合在复制叉上，构成复制体(replisome)。不同阶段的复制体具有不同的组成和结构。26（一）复制起始1.复制起点2.参与复制起始的酶和蛋白质3.起始过程 271.复制起点originLPB-25-959起始解链区DnaA蛋白识别区282.有关的酶和蛋白质 蛋白功能DnaA蛋白识解复制起点序列DnaB蛋白(解旋酶)DNA解链，装配引发体DnaC蛋白协助DnaB结合于复制起点类组蛋白HUDNA结合蛋白，促进起始单链DNA结合蛋白(SSB)保护单链DNA拓扑异构酶IIDnaG蛋白(引物酶)松弛

7、DNA超螺旋装配引发体，合成RNA引物LPB-25-960293.起始过程DnaA蛋白与ATP形成复合物，大约20个DnaAATP复合物结合于9bp重复序列上，由DNA缠绕形成复合物LPB-25-959303.起始过程类组蛋白HU与DNA结合，使13bp重复序列解链，成为开放复合体LPB-25-959313.起始过程解旋酶在DnaC蛋白的协助下与开放区域结合，由ATP提供能量，沿DNA链53方向移动解链，形成两个复制叉结构LPB-25-95932DnaG与DnaB、DnaC等结合构成引发体；SSB与单链DNA模板结合；II型拓扑异构酶可松解超螺旋结构33（二）复制延长延长阶段合成前导链和后随链

8、。反应都由DNA聚合酶催化，但有显著差别，参与合成的蛋白质也不完全相同 复制体成分1.前导链的合成2.后随链的合成3.前导链和后随链的协同合成复制过程中的双重校对34复制体成分蛋白质功能单链DNA结合蛋白结合ssDNADnaB蛋白(解旋酶)DNA解链，形成引发体DnaG蛋白(引物酶)装配引发体，合成引物DNA聚合酶合成DNADNA聚合酶切除引物，填补缺口DNA连接酶连接DNA拓扑异构酶改变超螺旋LPB-25-962351.前导链的合成2.后随链的合成LPB-25-96036前导链的合成后随链的合成LPB-25-960373.前导链和后随链的协调合成后随链的模板绕成一个回环，使后随链的合成方向与

9、前导链一致。383.前导链和后随链的协调合成LPB-25-96139LPB-25-955复制过程中的保真机制双重校对聚合酶活性中心对底物的选择，外切酶活性中心的校对。40（三）复制终止终止区：包括两个复制叉的交汇点和位于交汇点两侧的终止位点，含7个终止序列终止需要Tus蛋白特异性地识别并结合终止序列的共有序列GTGTGGTGT。每个复制周期只有一个Tus-Ter复合物起作用环连体：复制结束时，两闭环染色体互相套成环连体，由型拓扑异构酶解离实际情况可能更复杂41终止区LPB-25-96442第三节 真核生物染色体DNA的复制一、染色体DNA复制特点二、DNA聚合酶及其他因子三、端粒合成43一、染

10、色体DNA复制特点1.复制速度慢：50nt,1/202.发生染色体解离与重塑：3.多起点：每个复制子控制的区域比较小4.冈崎片段小：150200nt：100020005.连接酶差异：ATP：NAD+6.终止阶段涉及端粒合成：7.受DNA复制检验点控制：一个细胞周期只复制一次。44二、DNA聚合酶及其他因子：合成引物：复制线粒体DNA 、：损伤修复：复制染色体DNA45三、端粒DNA合成461.端粒结构telomere端粒DNA含短串联重复序列，其新生链(后随链)富含CxAy(x、y的数目为14)重复序列，模板链则含TyGx重复序列四膜虫端粒： 5 CCCCAACCCCAANNNN 3 GGGG

11、TTGGGGTTGGGGTTNNNN2.端粒功能：保护染色体结构的独立性和稳定性，抵抗外切酶的降解，防止遗传物质的丢失。细胞分裂计数器。47生物化学第三版3.端粒酶：有一段约150nt的RNA ，含CxAy重复序列，可作为模板指导合成3 端粒。4.端端粒复制端粒酶结合于DNA的3 端，以端粒酶RNA为模板，催化合成端粒的一个单位。48端粒合成端粒酶RNA含CxAy，恰好作为端粒模板链的模板端粒酶结合于端粒模板链3端以RNA为模板，催化合成端粒模板链一个重复单位端粒酶推进一个重复单位重复合成，推进，达到一定长度端粒酶脱离端粒模板链末端回折填补合成新生链空缺49第四节 DNA的损伤与修复一、DNA

12、损伤：变异即基因突变，化学本质是DNA的损伤，指DNA的碱基序列发生了可传递给子代细胞的变化。1.损伤的意义是生物进化的分子基础消灭有害细胞、个体是许多疾病的分子基础是多态性的分子基础二、DNA修复502.损伤类型错配：会导致DNA链上的一个碱基对被另一个碱基对置换。转换；颠换插入和缺失：DNA序列上发生一个核苷酸或一段核苷酸序列的插入或缺失。移码突变：突变位点下游的遗传密码全部发生改变。点突变：错配及一个核苷酸的插入和缺失所导致的突变51镰状细胞病点突变52（3）重排53（4）共价交联543.引起损伤的因素复制错误自发性损伤物理因素化学因素生物因素55复制错误56自发性损伤DNA分子可以由于

13、各种原因发生化学变化，如碱基发生烯醇式酮式结构互变、碱基修饰、脱氨基甚至碱基丢失等。这些变化会影响氢键的形成，从而改变碱基配对。如果这些改变发生在DNA复制过程中，就会造成错配57物理因素紫外线和各种辐射可以引起突变。如*紫外线作用于相邻的胸腺嘧啶碱基形成二聚体，在局部扭曲DNA双螺旋结构，使复制和转录均受阻抑；其他辐射可以使DNA主链的磷酸二酯键或DNA双链之间的氢键发生断裂等58化学因素亚硝酸盐、烷化剂、染料和芳香烃类化合物等许多化学诱变剂可通过不同的作用机制导致DNA损伤碱基类似物碱基修饰剂染料 59碱基类似物60碱基修饰剂61染料62生物因素抗生素和黄曲霉素等嵌入DNA双链之间，破坏D

14、NA模板活性，或形成环氧化物，从而影响复制和转录过程病毒整合等可以改变基因结构、或者改变基因表达活性。63二、DNA的修复1.错配修复2.直接修复3.切除修复4.重组修复5.SOS应答和易错修复641.错配修复mismatch repair错配修复就是在DNA复制完成以后，依赖模板提供的信息，对新生链上的错配碱基进行修复。错配修复可以将复制精确度提高1001,000倍 识别双链 寻找错配碱基切除修复65识别双链LPB-25-96866寻找错配碱基MutL与MutS形成复合物，结合于错配位点MutH与MutL结合引导MutL-MutS复合物在错配碱基两侧寻找最近的一个GATC序列，形成DNA环M

15、utH蛋白具有位点特异性内切酶活性，但只催化切割新生链所含未甲基化N*GATC序列中G的5端，形成切口LPB-25-96967切除修复LPB-25-971682.直接修复direct repair直接修复是指不切除碱基或核苷酸，直接将其修复光修复修复嘧啶二聚体有多种机制，其中光修复作用是高度特异的直接修复方式。光修复由光裂合酶催化进行，光裂合酶被可见光激活，可以解聚嘧啶二聚体。光裂合酶分布很广，从低等单细胞生物到鸟类都有，但哺乳动物没有烷基化碱基修复有些酶可以识别DNA中的修饰碱基，例如O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶可以识别O6-甲基鸟嘌呤，并直接将甲基转移到酶蛋白的一个半胱氨酸巯基上，使

16、鸟嘌呤恢复正常结构 693.切除修复excision repair切除修复是指将DNA分子的损伤部分切除，并以其互补链（完整的DNA链）为模板，重新合成被切除的片段，使DNA恢复正常结构。是细胞内最普遍的修复机制。原核及真核生物均有两套切除修复系统核苷酸切除修复系统碱基切除修复系统70核苷酸切除修复系统excinucleaseLPB-25-97371碱基切除修复系统LPB-25-972724.重组修复73修复DNA损伤修复系统的修复能力与DNA的损伤程度相关。DNA损伤严重到难以继续进行正常复制时，细胞会诱发一系列复杂的反应，激活与损伤修复有关的基因，这一现象称为SOS应答。诱导合成缺乏校对功

17、能的DNA聚合酶进行修复，这种修复称为SOS修复。对碱基识别能力差，在损伤部位照样进行复制，从而避免死亡，但同时因保留较多的DNA损伤而造成突变积累。因此，不少诱发SOSwhtjr化学物质都是致癌物。SOS修复系统的基因一般情况下都是沉默的，紧急情况下才被整体激活，因此属于应急修复系统。 LPB-25-97774着色性干皮病患者对日光尤其紫外线特别敏感，易患皮肤癌。其皮肤细胞中对紫外线特异的核酸内切酶有缺陷，不能切除嘧啶二聚体，是皮肤癌发生的主要机制 75环境污染越严重越易产生双胞胎2004年05月27日新浪科技讯 北京时间5月26日19时消息，德国科学家最近的一项研究结果表明，环境污染越严重

18、的地区越容易产下双胞胎。不久前，汉堡大学的科研小组在职业与环境医学杂志上发表文章称，在德国黑森州垃圾焚烧厂以北20公里的一个地方，双胞胎出生率(5.3%)要比该项指标的平均数(2.3%)高出2个多百分点。此外，根据德国国家统计局公布的资料显示，英国双胞胎的出生率自1992年以来也增加了20%。在比利时也存在着类似的发展趋势。产生这一现象的具体原因目前尚未研究清楚，只能进行某些推测。从医学角度来讲生育双胞胎是一种不良现象，这首先是因为双胞胎出生后体质都比较弱且体重较轻。来自伦敦夏洛特王后医院的妇产科教授尼克-弗斯克认为，产生双胞胎出生率呈上升趋势这一现象的原因可能是由于环境中的有害物质扰乱了妇女体内的激素平衡，使妇女体内雌激素标准降低，雌激素标准降低则能够导致机体内促性腺激素含量的增加，而激发卵细胞不断产生。然而，我们常见的双胞胎大多数由同一个受精卵分裂而成。看来，要找到双胞胎出生率上升的真正原因，科学家们还得进行更深入的研究。76生物化学第三版77第五节 DNA的逆转录合成reverse transcription逆转录是以RNA为模板，以dNTP为原料，在逆转录酶的