基因信息的传递与表达-DNA的生物合成（生物化学课件）

DNA的复制生物化学Biochemistry

一、DNA的复制(replication)

以亲代DNA为模板，按照碱基互补规律合成子代DNA分子的过程称为DNA的复制。1复制的原料2复制的模板3复制的方式4复制相关的酶及蛋白因子5复制的过程6复制的特点（一）复制的原料

一、DNA的复制(replication)四种dNTP即dATP、dGTP、dCTP和dTTP。复制进行时，四种dNTP各自水解掉两个高能磷酸键，生成的dNMP之间通过3',5'-磷酸二酯键相连形成DNA多核苷酸链。（二）复制的模板

一、DNA的复制(replication)复制需以DNA单链为模板。复制前DNA要在酶的作用下将双螺旋结构解开形成两条单链，二者可分别作为模板进行DNA复制。复制时要求DNA单链模板的方向为3′→5′。（三）复制的方式----半保留复制

一、DNA的复制(replication)DNA复制时,以亲代DNA为模板,按照碱基互补规律合成新的DNA分子。每个子代DNA分子中，一条链来自亲代，另一条链是新合成的，保留了亲代的一半，故称为半保留复制。（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)1．解螺旋酶（helicase）：DnaB它能水解DNA两条链间的氢键，使DNA局部双链解开，形成两条单链，此过程需要ATP供能。（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)2．拓扑异构酶(toposomerase)能切断DNA一条链，理顺超螺旋，不需ATP供能；可同时切断两条DNA链，将扭结、拧转的超螺旋松解，需ATP供能。拓扑异构酶Ⅰ1拓扑异构酶Ⅱ2（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)2．拓扑异构酶(toposomerase)SSB能与解开的DNA单链结合，稳定DNA单链，同时保护其免受核酸酶水解。DnaG以3′→5′走向DNA单链为模板，四种NTP为原料，按照碱基互补规律（A-U，T-A，C-G）以5′→3′方向合成一段十几个核苷酸构成的RNA引物。DNA单链结合蛋白（SSB）

3引物酶（primase）4（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)5．DNA聚合酶（DNA-pol）本质为依赖DNA的DNA聚合酶。该酶不能从头催化DNA的合成，需要3′→5′走向的DNA单链作模板，5′→3′走向的RNA或DNA作为引物，在引物的3'-OH末端后面，沿5′→3′方向，催化脱氧核苷酸之间通过3′，5′-磷酸二键聚合形成多核苷酸链。（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)（1）原核生物DNA聚合酶：三种DNA聚合酶Ⅰ(DNA-polⅠ):

DNA聚合酶Ⅱ(DNA-polⅡ):DNA聚合酶Ⅲ(DNApol-Ⅲ)切除引物并填补空隙；校读作用；损伤修复损伤修复延长子链最重要（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)（2）真核生物的DNA聚合酶：五种DNA-pol

DNA-pol

DNA-polDNA-pol

DNA-pol起始引发，有引物酶活性参与低保真度的复制在线粒体DNA复制起催化作用延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性校读、修复和填补缺口（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)

6.DNA连接酶（DNAligase）能催化结合于同一模板DNA上的两个DNA片段的3′端与5′端之间形成磷酸二酯键，从而把复制过程中随从链形成的多个相邻的DNA片段连成完整的DNA长链。HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)（四）复制相关的酶及蛋白因子

一、DNA的复制(replication)7.端粒酶具有逆转录酶的活性，能补全真核生物两条DNA链5'-末端切除引物后留下的空缺。组成端粒酶RNA端粒酶协同蛋白端粒酶逆转录酶（五）复制的过程

一、DNA的复制(replication)1.起始原核生物复制起始包括：DNA解链形成复制叉：解链由三种蛋白质DnaA、DnaB和DnaC完成。引发体形成：DnaG蛋白（引物酶）、DnaB蛋白、DnaC蛋白及DNA复制起始区域构成的复合结构。引物合成3535DNA复制的起始过程

引物3'HO5'引物酶（五）复制的过程

一、DNA的复制(replication)（五）复制的过程

一、DNA的复制(replication)2.延长RNA引物生成后，由其提供3’-OH末端，dNTP逐个在DNA-polⅢ催化下水解成dNMP并通过3',5'-磷酸二酯键连接，聚合形成与模板互补的DNA链。领头链随从链随从链复制时连续合成的链。复制时不连续合成的链。冈崎片段:复制中的不连续片段。（五）复制的过程

一、DNA的复制(replication)3.终止在终止阶段，随从链的一个个片段被连接成完整的长链。填补空缺连接DNA片段切除引物此阶段任务555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

ADP+Pi55DNA连接酶随从链上不连续性片段的连接

原核细胞DNA的复制过程

复制叉的移动方向拓扑异构酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引发体DNA聚合酶ISSB3´3´5´前导链随后链3´5´5´RNA引物3´3´实际上此过程在子链延长中已陆续进行，不必等到最后终止才连接。复制的起始复制的延长复制的终止真核生物多复制起点5’3’oriorioriori5’3’DNA复制总是从特定的核苷酸序列开始的，被称为复制的起始点。（六）复制的特点

一、DNA的复制(replication)1.有特定的起始点5’5’3’3’5’5’3’复制子3’2.双向复制（六）复制的特点

一、DNA的复制(replication)（六）复制的特点

一、DNA的复制(replication)体现了遗传的忠实性和稳定性。一条链是连续合成的，另一条链是分段合成的。半保留复制半不连续复制写出以下列DNA第一链为模板复制得到的另一条链。第一链：5′……ATCTCGGTTGACCAGTAG……3′第二链：3′……TAGAGCCAACTGGTCATC……5′DNA的损伤与修复生物化学Biochemistry（一）DNA损伤的因素环境中物理、化学和生物学因素的影响自发性突变如DNA复制过程中，由于各种原因导致的碱基错配。物理因素化学诱变剂生物因素紫外线、电离辐射、各种宇宙射线亚硝酸盐、烷化剂、溴化乙锭、碱基类似物逆转录病毒侵染宿主细胞，导致宿主细胞碱基排列顺序的改变。如，紫外线(UV)、各种辐射导致嘧啶二聚体。

UV1.直接修复(光修复)光修复酶

UV（二）DNA损伤的修复（二）DNA损伤的修复

2.切除修复属于复制前修复，是细胞内最重要和有效的修复机制。首先在核酸内切酶作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，再由DNA聚合酶延长填补空缺，最后由连接酶将连接切口形成完整的DNA。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA连接酶ATPE.Coli的切除修复机制属于复制后修复。由DNA-polⅠ和连接酶作用完成修复。（二）DNA损伤的修复3.重组修复（二）DNA损伤的修复4．SOS修复12属于应急修复，是当DNA损伤广泛甚至发生多处损伤，使复制难以进行时而产生的抢救性修复。此时，能诱导多种与损伤修复相关的酶和蛋白质合成，包括切除修复和重组修复系统相关的酶。逆转录生物化学Biochemistry二、逆转录(一)概念以RNA为模板合成DNA的过程称为逆转录。cDNA:以RNA为模板合成的DNA。二、逆转录(二)相关的酶-----逆转录酶(reversetranscriptase)RNA酶DNA指导的DNA聚合酶RNA指导的DNA聚合