DNA的生物合成3课件

第九章基因信息的传递DNA的生物合成第九章基因信息的传递DNA的生物合成1复制：以DNA作为模板指导的DNA合成，即将DNA携带的信息传至子代DNA

DNA合成也可以RNA为模板指导合成，通常将其称作反转录作用,见于RNA病毒

基因：生物活性产物编码的DNA功能片段复制：以DNA作为模板指导的DNA合成，即将DNA携带的信息2模板模板作用：大量生产同一产品模板模板作用：大量生产同一产品3中心法则

CentralDogmaRNADNA蛋白质转录翻译复制逆转录少数病毒复制翻译

蛋白质（病毒）中心法则CentralDogmaRNADNA蛋白质转录4第一节半保留复制定义：两个子代分子中各有一条链来自亲代，各有另一条新合成的链，这种复制方式叫半保留复制父链子链第一节半保留复制定义：两个子代分子中各有一条链来自亲代，51958–MatthewMeselson和FranklinStahl美国科学家马修.梅塞尔(MatthewKeelson)福兰克林.斯塔尔(FranklinStahl)1958–MatthewMeselson和Frank6(蓝:15N)(棕:14N)DNA半保留复制的证据培养于普通培养液继续培养于普通培养液含15N-DNA的细菌普通DNA重DNA第一代中等密度DNA第二代普通DNA中等密度DNA意义？新合成的链(蓝:15N)(棕:14N)DNA半保留复制的证据培养于7重DNA普通DNA中等密度DNA全保留混合一代二代一代二代重DNA普通DNA中等密度DNA全保留混合一代二代一代二8复制的起始点与方向亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移动复制叉亲代DNA分子3’5’3’5’复制起始点（ori）：DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制起始点

原核：一个起始点，约245bp,特殊的重复序列

真核：多个起始点ori复制的起始点与方向亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移9E.coli复制起始点oriC跨度为245bp，有3组串联重复序列和2对反向重复序列

E.coli复制起始点oriC跨度为245bp，有3组串联重10GATTNTTTATTT…GATCTNTTNTATT…GATCTCTTATTAG串联重复序列反向重复序列…TTTGGATAA…..TTATCCACA

AATAGGT--TTGTGGATTA……TTATACACA…

A--TA--GTGT回文结构AGCTTCGAGATTNTTTATTT…GATCTNTTNTATT…GAT11复制方向DNA合成的方向单向、双向？

1个起始点复制方向DNA合成的方向单向、双向？1个起始点12双向复制oriori复制子oriori真核生物两个相邻复制起始点之间的DNA片段以起始点为中心，向两个方向进行复制双向复制oriori复制子oriori真核生物两个相邻复13多个起始点多个起始点14第二节DNA复制的酶学1.模板：解开成单链的DNA母链3.DNA聚合酶，DNA-pol2.底物dNTP：dATP，dGTP，dCTP，dTTP4.引物（primer）：RNA引物5.其他酶和蛋白质因子第二节DNA复制的酶学1.模板：解开成单链的DNA母链15一、复制的化学反应生成磷酸二酯键N1OH3`5`+dN2TPN1N2-OH3`5`+PPiDNApol3’——TAGAAGACCTATTGGCC——5’5’——ATCTTCTGGATAACCGG——3’一、复制的化学反应生成磷酸二酯键N1OH3`5`+dN2TP16二、解链相关酶类1.解旋酶(helicase)2.拓扑异构酶（topoisomeraseI、II）

3.单链DNA结合蛋白(SSB)二、解链相关酶类1.解旋酶(helicase)2.拓扑172.1解旋酶(helicase)解螺旋酶作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链dnaA、B、C…DnaA、B、C…ATP2.1解旋酶(helicase)解螺旋酶作用：断裂互补碱182.2拓扑异构酶（Topo）拓扑(topology)与拓扑异构DNA正超螺旋与负超螺旋负超螺旋正超螺旋DNA双螺旋拓扑异构酶超螺旋螺旋2.2拓扑异构酶（Topo）拓扑(topology)与拓19Topo酶：切割DNA链，使其松弛后再连接HelicaseTopoⅡ（DNAGyrase）Topo酶：切割DNA链，使其松弛后再连接HelicaseT20HelicaseSupercoiledDNATOPOⅡHelicaseSupercoiledDNATOPOⅡ21TOPOⅡTOPOⅡ22TOPOⅡTOPOⅡ23TOPOⅡTOPOⅡ24TOPOⅡTOPOⅡ25TOPOⅡTOPOⅡ26TOPOⅡTOPOⅡ27TOPOⅡTOPOⅡ28TOPOⅡATPTOPOⅡATP29TOPOⅡTOPOⅡ302.3单链DNA结合蛋白（SSB）作用：防止单链DNA重新形成双链，防止单链DNA被核酸酶水解SSB2.3单链DNA结合蛋白（SSB）作用：防止单链DNA重31三、DNA聚合酶（DNA-pol）即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP）

真核生物有多种：DNA-pol

、、、、…

原核生物有3种：

DNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三、DNA聚合酶（DNA-pol）真核生物有多种：原核生物有32DNA聚合酶功能5´3´聚合作用5´3´外切酶3´5´外切酶活性DNA聚合酶功能5´3´聚合作用335'

ucgagcuag-OH3'

5'

ucgagcuagDNApoldNTP5´3´聚合作用3'

agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc5'3'

agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc5'catcggatcgcatcgtcacgtgctag3'5'ucgagcuag-OH3'5'ucgagc345’3’内切酶外切酶外切酶与内切酶作用图解5´3´外切酶活性的功能切除引物，切除突变片段5’3’5’3’内切酶外切酶外切酶与内切酶作用图解5´3´外切酶活353’5’

外切酶活性校读错配碱基3’5’外切酶活性校读错配碱基36大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA聚合酶Ⅱ分子量每个细胞的分子统计数5´-3´聚合酶作用3´-5´核酸外切酶作用5´-3´核酸外切酶作用转化率主要功能活性（nt/min）

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅲ（复合物）109，000400+++1校读,修复1000120，00040++-0.05400，00010-20+++50复制100000特性不清填补缺口50大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA分子量DNADNA聚合酶Ⅲ37DNA聚合酶Ⅲ全酶核心酶PolIIIPolIII延长因子DNA聚合酶Ⅲ二聚体DNA聚合酶Ⅲ全酶核心酶PolIIIP38小片段大片段（Klenowfragment）5'

→3'聚合功能3'→5'外切酶活性5'→3'外切酶活性DNApolI小片段大片段5'→3'聚合功能5'→3'39四、引物酶(Primase)和引发体

5´5´催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶DNA合成需在RNA引物的基础上进行RNA引物5´3´5´3´四、引物酶(Primase)和引发体5´5´催化RNA引物40DnaA引发体（primosome）：包括解螺旋酶、DnaC、引物酶及DNA复制的起始区域5´3´3´5´引物酶DnaC引发体解螺旋酶DnaA引发体（primosome）：包括解螺旋酶、Dna41五、DNA连接酶(DNAligase)功能：

催化DNA双链的3’羟基和相邻的5’磷酸基团形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链五、DNA连接酶(DNAligase)功能：催化D42

小结主要成员主要作用DnaA识别复制起始位点解螺旋酶解开DNA双链SSB维持已解开单链DNA的稳定引物酶合成RNA引物TOPO使打结、缠绕、正超螺旋的DNA松驰DNA-polⅢDNA复制DNA-polⅠ水解引物、填补空隙、修复作用DNA连接酶催化双链DNA中单链缺口的连接小结主43第三节DNA生物合成过程1.复制的起始2.链的延长3.复制的终止第三节DNA生物合成过程1.复制的起始2.链的延长3.复制44DNA合成期哺乳动物的细胞周期DNA合成期哺乳动物的细胞周期45一复制的起始(一)DNA解成单链由特定蛋白质识别复制起始位点（ori），在解螺旋酶、TOPO酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下，DNA解链，解旋，形成复制叉

倒Y一复制的起始(一)DNA解成单链由特定蛋白质识别复46(二)引发体的生成解旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体5´3´3´5´引物酶DnaC引发体解旋酶(二)引发体的生成解旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体547（三）RNA引物的合成

5´5´RNA引物5´3´5´3´（三）RNA引物的合成5´5´RNA引物5´3´5´3´48参与复制起始的蛋白因子名称功能DnaA蛋白辨认起始点解螺旋酶（DnaB，Rep）解开DNA双链DnaC协助解螺旋酶引物酶（DnaG）催化RNA引物生成SSB稳定解开的单链拓扑异构酶理顺DNA链OriCE.coli复制起始点参与复制起始的蛋白因子名称功能DnaA蛋白49引物合成后，由DNApolⅢ（在真核细胞为DNA聚合酶和)催化，按碱基配对原则，将dNTP逐一添加到引物3’末端，形成磷酸二酯键，使新合成的链不断延长二复制的延长3’——AAGACCTATT——5’5’——TTCTGGATAA——3’DNAPolI,IIandIII5’-DNA-OH

5’-DNA-O-P-N-OHPP++

dNTPs引物合成后，由DNApolⅢ（在真核细胞为DNA50前导链后随链3’5’3’5’延长5’5’5’3’3’5’3’3’5’SSBDNAPolymerase冈崎片断RNA引物引物酶5’3’5’TOPOⅡ解旋酶前导链后随链3’5’3’5’延长5’5’5’3’3’5511.半不连续性：DNA复制过程中，一条链是连续复制，另一条链是不连续复制的现象几个重要概念4.冈崎片段（Okazakifragment）：

不连续复制的片段3.随从链:

链的延长方向(5’3’)与解链方向相反，为不连续复制2.领头链:链的延长方向(5’3’)与解链方向 相同,为连续复制1.半不连续性：DNA复制过程中，一条链是连续复制，另一条链52滚环复制某些病毒、质粒、线粒体DNA的特殊复制形式滚环复制某些病毒、质粒、线粒体DNA的特殊复制形式53三复制的终止1.原核生物复制终止2.真核生物复制终止三复制的终止1.原核生物复制终止541、原核生物DNA为环状，双向复制的汇合点就是复制终止点原核生物复制终止2.领头链上的RNA引物被RNA酶水解后，由DNApolI催化，由新合成链提供-OH补齐终点起点RNA酶DNApolI连接酶1、原核生物DNA为环状，双向复制的汇合点就是复制终止点原553、冈崎片段引物的消除和连接RNA引物RNA酶DNApolIDNA连接酶3、冈崎片段引物的消除和连接RNA引物RNA酶DNApol56端粒和端粒酶端粒酶[组成]：RNA+蛋白质

[作用]：可作为反转录酶，以含端粒DNA重复序列拷贝的RNA作模板，合成端粒DNA片段

[生物学意义]：

1.合成端粒，保证染色体复制的完整性

2.保护DNA末段降解及相互融合端粒:真核线性染色体末端，含重复序列TTTGGG,在端粒酶的作用下形成端粒和端粒酶端粒酶端粒:真核线性染色体末端，含重复序列TTT57第四节DNA损伤（突变）与修复DNA的损伤（突变）：DNA分子一级结构的改变称为DNA损伤或突变修复的意义:

DNA复制中的错误若保留下来，在体细胞将影响功能；在性细胞将影响后代，体内的修复系统保证了DNA复制的高度精确性第四节DNA损伤（突变）与修复DNA的损伤（突变）：DN58突变的类型1.点突变

2.缺失、插入和框移突变3.DNA重排突变的类型1.点突变59DNA损伤的修复光复活酶（可见光）T-T1.光修复TTDNA损伤的修复光复活酶（可见光）T-T1.光修复TT602.切除修复参与因子:UvrA、UvrB、UvrC2.切除修复参与因子:UvrA、UvrB、UvrC613.重组修复RecADNApol切除修复3.重组修复RecADNApol切除修复624.SOS修复

DNA分子多处受到较大范围的损伤，应急诱导产生的修复作用称SOS修复细胞能继续生存，但引起DNA较长期的广泛的突变后果：4.SOS修复细胞能继续生存，但引起DNA较长期的广泛的突63第五节逆转录现象和逆转录酶

逆转录：RNA指导下的DNA合成作用，以RNA为模板在逆转录酶催化下，由dNTP聚合成DNA的作用，新生DNA分子存有RNA基因组的信息逆转录酶:又称为反转录酶，为依赖RNA的DNA聚合酶第五节逆转录现象和逆转录酶逆转录：RNA指导下的DNA64逆转录酶是多功能酶，有三种酶活性：1.逆转录活性：即以RNA为模板合成DNA2.RNase活性：水解RNA:DNA中的RNA3.DNApol活性：以DNA为模板合成DNA特点：无外切酶活性，转录错误率高2×10-4逆转录酶是多功能酶，有三种酶活性：1.逆转录活性：即以RN655’3’5’3’TTTTpolyAtail3’5’CCC3’5’3’GGG5’整合入细胞基因组逆转录活性RNase活性RNA:DNA杂合链RNA模板单链DNA双链DNADNApol活性5’3’5’3’TTTTpolyAtail3’5’CCC66第九章基因信息的传递DNA的生物合成第九章基因信息的传递DNA的生物合成67复制：以DNA作为模板指导的DNA合成，即将DNA携带的信息传至子代DNA

DNA合成也可以RNA为模板指导合成，通常将其称作反转录作用,见于RNA病毒

基因：生物活性产物编码的DNA功能片段复制：以DNA作为模板指导的DNA合成，即将DNA携带的信息68模板模板作用：大量生产同一产品模板模板作用：大量生产同一产品69中心法则

CentralDogmaRNADNA蛋白质转录翻译复制逆转录少数病毒复制翻译

蛋白质（病毒）中心法则CentralDogmaRNADNA蛋白质转录70第一节半保留复制定义：两个子代分子中各有一条链来自亲代，各有另一条新合成的链，这种复制方式叫半保留复制父链子链第一节半保留复制定义：两个子代分子中各有一条链来自亲代，711958–MatthewMeselson和FranklinStahl美国科学家马修.梅塞尔(MatthewKeelson)福兰克林.斯塔尔(FranklinStahl)1958–MatthewMeselson和Frank72(蓝:15N)(棕:14N)DNA半保留复制的证据培养于普通培养液继续培养于普通培养液含15N-DNA的细菌普通DNA重DNA第一代中等密度DNA第二代普通DNA中等密度DNA意义？新合成的链(蓝:15N)(棕:14N)DNA半保留复制的证据培养于73重DNA普通DNA中等密度DNA全保留混合一代二代一代二代重DNA普通DNA中等密度DNA全保留混合一代二代一代二74复制的起始点与方向亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移动复制叉亲代DNA分子3’5’3’5’复制起始点（ori）：DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制起始点

原核：一个起始点，约245bp,特殊的重复序列

真核：多个起始点ori复制的起始点与方向亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移75E.coli复制起始点oriC跨度为245bp，有3组串联重复序列和2对反向重复序列

E.coli复制起始点oriC跨度为245bp，有3组串联重76GATTNTTTATTT…GATCTNTTNTATT…GATCTCTTATTAG串联重复序列反向重复序列…TTTGGATAA…..TTATCCACA

AATAGGT--TTGTGGATTA……TTATACACA…

A--TA--GTGT回文结构AGCTTCGAGATTNTTTATTT…GATCTNTTNTATT…GAT77复制方向DNA合成的方向单向、双向？

1个起始点复制方向DNA合成的方向单向、双向？1个起始点78双向复制oriori复制子oriori真核生物两个相邻复制起始点之间的DNA片段以起始点为中心，向两个方向进行复制双向复制oriori复制子oriori真核生物两个相邻复79多个起始点多个起始点80第二节DNA复制的酶学1.模板：解开成单链的DNA母链3.DNA聚合酶，DNA-pol2.底物dNTP：dATP，dGTP，dCTP，dTTP4.引物（primer）：RNA引物5.其他酶和蛋白质因子第二节DNA复制的酶学1.模板：解开成单链的DNA母链81一、复制的化学反应生成磷酸二酯键N1OH3`5`+dN2TPN1N2-OH3`5`+PPiDNApol3’——TAGAAGACCTATTGGCC——5’5’——ATCTTCTGGATAACCGG——3’一、复制的化学反应生成磷酸二酯键N1OH3`5`+dN2TP82二、解链相关酶类1.解旋酶(helicase)2.拓扑异构酶（topoisomeraseI、II）

3.单链DNA结合蛋白(SSB)二、解链相关酶类1.解旋酶(helicase)2.拓扑832.1解旋酶(helicase)解螺旋酶作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链dnaA、B、C…DnaA、B、C…ATP2.1解旋酶(helicase)解螺旋酶作用：断裂互补碱842.2拓扑异构酶（Topo）拓扑(topology)与拓扑异构DNA正超螺旋与负超螺旋负超螺旋正超螺旋DNA双螺旋拓扑异构酶超螺旋螺旋2.2拓扑异构酶（Topo）拓扑(topology)与拓85Topo酶：切割DNA链，使其松弛后再连接HelicaseTopoⅡ（DNAGyrase）Topo酶：切割DNA链，使其松弛后再连接HelicaseT86HelicaseSupercoiledDNATOPOⅡHelicaseSupercoiledDNATOPOⅡ87TOPOⅡTOPOⅡ88TOPOⅡTOPOⅡ89TOPOⅡTOPOⅡ90TOPOⅡTOPOⅡ91TOPOⅡTOPOⅡ92TOPOⅡTOPOⅡ93TOPOⅡTOPOⅡ94TOPOⅡATPTOPOⅡATP95TOPOⅡTOPOⅡ962.3单链DNA结合蛋白（SSB）作用：防止单链DNA重新形成双链，防止单链DNA被核酸酶水解SSB2.3单链DNA结合蛋白（SSB）作用：防止单链DNA重97三、DNA聚合酶（DNA-pol）即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP）

真核生物有多种：DNA-pol

、、、、…

原核生物有3种：

DNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三、DNA聚合酶（DNA-pol）真核生物有多种：原核生物有98DNA聚合酶功能5´3´聚合作用5´3´外切酶3´5´外切酶活性DNA聚合酶功能5´3´聚合作用995'

ucgagcuag-OH3'

5'

ucgagcuagDNApoldNTP5´3´聚合作用3'

agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc5'3'

agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc5'catcggatcgcatcgtcacgtgctag3'5'ucgagcuag-OH3'5'ucgagc1005’3’内切酶外切酶外切酶与内切酶作用图解5´3´外切酶活性的功能切除引物，切除突变片段5’3’5’3’内切酶外切酶外切酶与内切酶作用图解5´3´外切酶活1013’5’

外切酶活性校读错配碱基3’5’外切酶活性校读错配碱基102大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA聚合酶Ⅱ分子量每个细胞的分子统计数5´-3´聚合酶作用3´-5´核酸外切酶作用5´-3´核酸外切酶作用转化率主要功能活性（nt/min）

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅲ（复合物）109，000400+++1校读,修复1000120，00040++-0.05400，00010-20+++50复制100000特性不清填补缺口50大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA分子量DNADNA聚合酶Ⅲ103DNA聚合酶Ⅲ全酶核心酶PolIIIPolIII延长因子DNA聚合酶Ⅲ二聚体DNA聚合酶Ⅲ全酶核心酶PolIIIP104小片段大片段（Klenowfragment）5'

→3'聚合功能3'→5'外切酶活性5'→3'外切酶活性DNApolI小片段大片段5'→3'聚合功能5'→3'105四、引物酶(Primase)和引发体

5´5´催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶DNA合成需在RNA引物的基础上进行RNA引物5´3´5´3´四、引物酶(Primase)和引发体5´5´催化RNA引物106DnaA引发体（primosome）：包括解螺旋酶、DnaC、引物酶及DNA复制的起始区域5´3´3´5´引物酶DnaC引发体解螺旋酶DnaA引发体（primosome）：包括解螺旋酶、Dna107五、DNA连接酶(DNAligase)功能：

催化DNA双链的3’羟基和相邻的5’磷酸基团形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链五、DNA连接酶(DNAligase)功能：催化D108

小结主要成员主要作用DnaA识别复制起始位点解螺旋酶解开DNA双链SSB维持已解开单链DNA的稳定引物酶合成RNA引物TOPO使打结、缠绕、正超螺旋的DNA松驰DNA-polⅢDNA复制DNA-polⅠ水解引物、填补空隙、修复作用DNA连接酶催化双链DNA中单链缺口的连接小结主109第三节DNA生物合成过程1.复制的起始2.链的延长3.复制的终止第三节DNA生物合成过程1.复制的起始2.链的延长3.复制110DNA合成期哺乳动物的细胞周期DNA合成期哺乳动物的细胞周期111一复制的起始(一)DNA解成单链由特定蛋白质识别复制起始位点（ori），在解螺旋酶、TOPO酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下，DNA解链，解旋，形成复制叉

倒Y一复制的起始(一)DNA解成单链由特定蛋白质识别复112(二)引发体的生成解旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体5´3´3´5´引物酶DnaC引发体解旋酶(二)引发体的生成解旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体5113（三）RNA引物的合成

5´5´RNA引物5´3´5´3´（三）RNA引物的合成5´5´RNA引物5´3´5´3´114参与复制起始的蛋白因子名称功能DnaA蛋白辨认起始点解螺旋酶（DnaB，Rep）解开DNA双链DnaC协助解螺旋酶引物酶（DnaG）催化RNA引物生成SSB稳定解开的单链拓扑异构酶理顺DNA链OriCE.coli复制起始点参与复制起始的蛋白因子名称功能DnaA蛋白115引物合成后，由DNApolⅢ（在真核细胞为DNA聚合酶和)催化，按碱基配对原则，将dNTP逐一添加到引物3’末端，形成磷酸二酯键，使新合成的链不断延长二复制的延长3’——AAGACCTATT——5’5’——TTCTGGATAA——3’DNAPolI,IIandIII5’-DNA-OH

5’-DNA-O-P-N-OHPP++

dNTPs引物合成后，由DNApolⅢ（在真核细胞为DNA116前导链后随链3’5’3’5’延长5’5’5’3’3’5’3’3’5’SSBDNAPolymerase冈崎片断RNA引物引物酶5’3’5’TOPOⅡ解旋酶前导链后随链3’5’3’5’延长5’5’5’3’3’51171.半不连续性：DNA复制过程中，一条链是连续复制，另一条链是不连续复制的现象几个重要概念4.冈崎片段（Okazakifragment）：

不连续复制的片段3.随从链:

链的延长方向(5’3’)与解链方向相反，为不连续复制2.领头链:链的延长方向(5’3’)与解链方向 相同,为连续复制1.半不连续性：DNA复制过程中，一条链是连续复制，另一条链118滚环复制某些病毒、质粒、线粒体DNA的特殊复制形式滚环复制某些病毒、质粒、线粒体DNA的特殊复制形式119三复制的终止1.原核生物复制