《医学生物化学》课件第10章-DNA的生物合成.ppt
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1、生物体生物体DNADNA合成的方式合成的方式 DNADNA复制复制 DNADNA损伤时的修复损伤时的修复 某些病毒以某些病毒以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA(逆转录)(逆转录)复复制制(replication)指指遗遗传传物物质质的的传传代代,以以母链母链DNADNA为模板合成子链为模板合成子链DNADNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA目目 录录本章主要内容本章主要内容复制的基本规律复制的基本规律参与参与DNADNA复制的酶和蛋白因子复制的酶和蛋白因子复制的过程复制的过程 反转录反转录 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复目目 录录第一节第一节 DNADNA
2、复制的基本规律复制的基本规律 一、一、DNADNA复制是以半保留方式进行复制是以半保留方式进行 DNA DNA复制时,复制时,亲代双链亲代双链DNADNA解开为两条解开为两条单链单链,各自作为模板,按照碱基配对的原,各自作为模板,按照碱基配对的原则则 合成合成两两个子代个子代DNADNA,每一子代分子中各,每一子代分子中各有一条链来自亲代,另一条是新合成的,有一条链来自亲代,另一条是新合成的,这种复制方式叫这种复制方式叫半保留复制半保留复制。GGAACGTACCCTTGCATGGGAACGTACCCTTGCATGGGAACGTACCCTTGCATG通过半保留复制,子代通过半保留复制,子代DNA
3、和亲代的和亲代的DNA是一致的是一致的按按半半保保留留复复制制方方式式,子子代代DNA与与亲亲代代DNA的的碱碱基基序序列列一一致致,即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传传信信息,体现了息,体现了遗传的保守性遗传的保守性。遗传的保守性,是物种稳定性遗传的保守性,是物种稳定性的分子基础,但的分子基础,但不是绝对的不是绝对的。半保留复制的意义半保留复制的意义:目目 录录 二、二、DNADNA复制从起始点开始呈双向复制复制从起始点开始呈双向复制 原核生物复制时,原核生物复制时,DNADNA从从起始点起始点(origin)(origin)向两个方向解链,形成两个向两个方向解链,形成两个延
4、伸方向相反的复制叉,称为延伸方向相反的复制叉,称为双向复双向复制制。原核生物原核生物原核生物原核生物:1:1:1:1个个个个oriorioriori真核生物真核生物真核生物真核生物:多个多个多个多个oriorioriori复制子:习惯上把两个相邻复制起点之间的一段复制子:习惯上把两个相邻复制起点之间的一段复制子:习惯上把两个相邻复制起点之间的一段复制子:习惯上把两个相邻复制起点之间的一段DNADNADNADNA定为一个复制子。定为一个复制子。定为一个复制子。定为一个复制子。复制起始点复制起始点(origin(origin,ori):ori):DNADNA复制时特定的起始部位复制时特定的起始部位
5、。三、三、DNADNA的复制是半不连续的的复制是半不连续的 领头链领头链:顺着解链方向生成的子链,复制顺着解链方向生成的子链,复制 是连续进行的。是连续进行的。随从链随从链:另一股链因复制的方向与解链方向:另一股链因复制的方向与解链方向相反,不能顺着解链方向连续延长,复制相反,不能顺着解链方向连续延长,复制是不连续进行的。是不连续进行的。复制中的不连续片段称为复制中的不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki(okazaki fragment)fragment)。复制的复制的半不连续性半不连续性:领头链连续复制而随从链不连续复制。领头链连续复制而随从链不连续复制。参与参与DNADNA复制的
6、酶和蛋白因子复制的酶和蛋白因子 第二节第二节DNADNA复制的体系复制的体系 底物底物 dNTP,N=A,T,C,GdNTP,N=A,T,C,G 聚合酶聚合酶 DNA-polDNA-pol 依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶聚合酶 模板模板 DNADNA单链单链 引物引物 RNARNA或延长中的或延长中的DNADNA子链,提供子链,提供 3 3-OH-OH末端使末端使dNTPdNTP可以依次聚合可以依次聚合 其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子 聚合反应的特点聚合反应的特点DNA DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板 新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 5 3 3 方向进行
7、方向进行 一、一、DNADNA聚合酶是聚合酶是DNADNA复制的主要酶复制的主要酶 全称:依赖全称:依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)(DNA-dependent DNA polymerase)简称:简称:DNA-polDNA-pol 活性活性:5 53 3 的聚合活性的聚合活性 5 53 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 3 35 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 53 的聚合活的聚合活性性5 G C A T A C A T G A T 3|3 C G T A T G
8、 T A C T G A C T 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性能切除突变的能切除突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对,并将其水解。能辨认错配的碱基对,并将其水解。功能功能:对复制中的错误进行校读,对复制和对复制中的错误进行校读,对复制和修复中出现的空隙进行填补修复中出现的空隙进行填补;去除去除引物引物.DNA-pol :(多功能酶)(多功能酶)(一)原核生物的(一)原核生物的DNA-pol(I II III)3种酶活性种酶活性DNA-polDNA-polI I 可水解为两个片段:可水解为两个片段:小片段:小片段:5 5 3 3 核酸外切酶活性核酸外切酶
9、活性 大片段:大片段:(Klenow片段片段 工具酶工具酶)DNA聚合酶活性聚合酶活性 3 3 5 5核酸外切酶活性核酸外切酶活性DNA-pol(120kD)在无在无polIpolI、IIIIII时起作用,功能尚不清楚时起作用,功能尚不清楚 它参与它参与DNADNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。2种酶活性种酶活性 5 3聚合活性聚合活性 3 5外切酶活性外切酶活性1010种亚基组成的不对称二聚体种亚基组成的不对称二聚体 组成核心酶组成核心酶具有具有 5 5 3 3聚合活性聚合活性 3 3 5 5外切酶活性外切酶活性 DNA-pol :功能功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。是
10、原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。原核生物的原核生物的原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 (二)真核生物的(二)真核生物的DNADNA聚合酶(聚合酶(5 5种)种)DNA-pol DNA-pol 起始引发,有引物酶活性起始引发,有引物酶活性DNA-pol DNA-pol 延长子链的主要酶,有解螺旋延长子链的主要酶,有解螺旋酶活性酶活性 DNA-pol DNA-pol 参与低保真度的复制参与低保真度的复制DNA-pol DNA-pol 校读、修复和填补缺口校读、修复和填补缺口DNA-pol DNA-pol 在线粒体在线粒体DNADNA复制中起催化作用复制中起催化作用真核
11、生物的真核生物的真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶二、引物酶是一种特殊的二、引物酶是一种特殊的RNARNA聚合酶,用聚合酶,用于引物的合成于引物的合成 引物酶引物酶:是一种是一种RNARNA聚合酶聚合酶,在复制的起始点催化,在复制的起始点催化合成合成 RNARNA引物的酶。引物的酶。引物酶引物酶能直接在单链能直接在单链DNADNA模板上催化游离的模板上催化游离的NTPNTP合合成一小段成一小段RNARNA,并由这一小段,并由这一小段RNARNA引物提供引物提供3 3-OH-OH,经经DNADNA聚合酶催化链的延伸。聚合酶催化链的延伸。三、三、DNADNA复制还需要多种复制
12、还需要多种DNADNA解旋、解链解旋、解链的酶与蛋白质的酶与蛋白质1 1、解螺旋酶(解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能,作用于氢键,使供能,作用于氢键,使DNA双双链解开成为两条单链。链解开成为两条单链。2、单链结合蛋白(单链结合蛋白(single strand binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。单链的完整。3 3、DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA top)作用作用:DNADNA复制时复制时松弛超螺旋,以利复制叉松弛超螺旋,以利复制叉的行进及的行进及DNADNA合成,合成后再使其恢复成超合成,合
13、成后再使其恢复成超螺旋螺旋特点特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键 拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶分分 类类拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链,使链,使DNADNA解解链旋转不致打结;适当时候封闭链旋转不致打结;适当时候封闭切口,切口,DNADNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATPATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA分子分子两股两股链,断端通过链,断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATPATP供能,连接断端,供能,连接断端,DNADNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态
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