復(fù)旦大學(xué)生化DNA的生物合成第1頁/共40頁第三篇基因信息的傳遞遺傳信息流動(dòng)方向－中心法則第2頁/共40頁半保留復(fù)制模式的實(shí)驗(yàn)證明第3頁/共40頁第十章復(fù)制半保留復(fù)制：DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開而成為兩股單鏈，各自作為模板，用于合成新的互補(bǔ)鏈。子代細(xì)胞出現(xiàn)新的DNA雙鏈，其中一股單鏈?zhǔn)菑挠H代完整地接受過來的，另一股單鏈?zhǔn)峭耆匦潞铣桑遗c母鏈按堿基配對(duì)原則互補(bǔ)。也就是說，兩個(gè)子代細(xì)胞的DNA雙鏈，都和母細(xì)胞DNA堿基序列完全一致。第4頁/共40頁第一節(jié)參與DNA復(fù)制的酶底物：脫氧三磷酸核苷聚合酶：依賴DNA的DNA聚合酶模板：解開成單鏈的DNA母鏈引物：一段寡核苷酸其它酶和蛋白質(zhì)因子:起解鏈、理順雙螺旋、穩(wěn)定單鏈的作用。連接酶。第5頁/共40頁一、DNA聚合酶大腸桿菌中有DNA聚合酶I，II和III。PolIII被認(rèn)為是原核生物細(xì)胞內(nèi)真正起復(fù)制作用的酶。PolI可以被蛋白酶分成大小片段，大片段有DNA聚合酶的活性，稱為Klenow片段。真核生物中發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有、、和。第6頁/共40頁DNA聚合酶催化的反應(yīng)5’到3’的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+Ppi第7頁/共40頁DNA聚合酶催化的反應(yīng)5’到3’的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+Ppi核酸外切酶活性(從5’或3’末端把核苷酸從核酸鏈上水解下來)第8頁/共40頁DNA聚合酶的性質(zhì)以脫氧核苷酸三磷酸(dNTP)為前體催化合成DNA需要模板和引物不能起始合成新的DNA鏈催化dNTP加到生長中的DNA的3’-OH末端催化DNA合成的方向是5’到3’。第9頁/共40頁復(fù)制的保真性DNA復(fù)制保真性至少依賴三種規(guī)律：1.遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律。2.聚合酶在復(fù)制延長中對(duì)堿基的選擇功能。3.復(fù)制中出錯(cuò)時(shí)有即時(shí)的校讀功能。第10頁/共40頁解旋、解鏈酶復(fù)制應(yīng)先解開DNA的超螺旋、雙螺旋結(jié)構(gòu)。解旋、解鏈酶類：解鏈酶、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白。第11頁/共40頁解鏈酶解鏈酶是rep，它在ATP存在時(shí)解開DNA雙鏈，每解開1對(duì)堿基，需要消耗2個(gè)ATP。另一種為解旋酶II。在解鏈過程中，已解開的DNA雙鏈之一，其解鏈方向與復(fù)制方向一致，稱為領(lǐng)頭鏈；另一鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反，稱為隨從鏈。第12頁/共40頁DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)涿笇?duì)DNA分子的作用都是既能水解，又能連接磷酸二酯鍵。拓?fù)涿窱：不需要ATP，切斷DNA雙鏈中的一股，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)中不打結(jié)，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候又把切口封閉，使DNA變成松馳狀態(tài)。拓?fù)涿窱I在無ATP時(shí)，切斷處于超螺旋的DNA分子，使超螺旋松馳。在有ATP時(shí)，松馳狀態(tài)的DNA進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)，斷口在同一酶催化下再連接起來。第13頁/共40頁單鏈DNA結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白(SSB)的作用是在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)這種單鏈的完整性。第14頁/共40頁引物酶和引發(fā)體復(fù)制是在一段RNA引物的基礎(chǔ)上加進(jìn)脫氧核苷酸的，催化引物合成的是一種RNA聚合酶，它不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的RNA聚合酶，因此稱為引物酶。引物酶在模板的復(fù)制起始部位催化互補(bǔ)堿基的聚合，形成短片段RNA。在解鏈酶結(jié)合其它復(fù)制因子而可辨認(rèn)起始點(diǎn)時(shí)，就可再結(jié)合引物酶，形成引發(fā)體。第15頁/共40頁DNA連接酶DNA連接酶連接DNA鏈3’-OH末端和另一DNA鏈的5’-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連成完整的鏈。連接酶的催化作用在原核細(xì)胞需要消耗NAD＋，在真核細(xì)胞則消耗ATP。連接酶連接的都是堿基互補(bǔ)基礎(chǔ)上的雙鏈中的單鏈缺口，它并沒有連接單獨(dú)存在的DNA單鏈或RNA單鏈的作用。第16頁/共40頁三種酶催化生成磷酸二酯鍵的比較第17頁/共40頁第18頁/共40頁第二節(jié)DNA復(fù)制過程復(fù)制的起始復(fù)制的延長復(fù)制的終止第19頁/共40頁復(fù)制的起始原核生物總是從一個(gè)固定的起始點(diǎn)開始，同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行的，稱為雙向復(fù)制。真核細(xì)胞染色體比較復(fù)雜，可能有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，同時(shí)形成多個(gè)復(fù)制單位。復(fù)制開始后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈上進(jìn)行復(fù)制，在電子顯微鏡下均看到伸展成叉狀的復(fù)制現(xiàn)象，稱為復(fù)制叉。第20頁/共40頁復(fù)制起始的步驟1.引物酶按堿基配對(duì)規(guī)律合成RNA引物。2.在DNA聚合酶III的作用下，靠酶的亞基辨認(rèn)引物，新鏈第一個(gè)脫氧核苷酸就加到引物的3’-OH末端上，形成磷酸二酯鍵。3.DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(可能主要是II型酶的作用)，在將要打結(jié)或已打結(jié)處作切口。4.單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB)結(jié)合于開放的單鏈上，起穩(wěn)定和保護(hù)單鏈模板的作用。第21頁/共40頁第22頁/共40頁復(fù)制的延長催化延長的酶在原核生物為polIII，在真核生物為DNA聚合酶和。DNA復(fù)制延長的速度相當(dāng)快，在細(xì)菌中約為2500bp/s。高等生物DNA復(fù)制時(shí)延長速度可能慢一些，但它有多個(gè)起始點(diǎn)生成多個(gè)復(fù)制單位同時(shí)復(fù)制，總的復(fù)制速度與原核生物相差不多。第23頁/共40頁復(fù)制的不連續(xù)性DNA雙鏈的走向相反，而復(fù)制和引物合成總是從5’到3’方向延伸的。因此領(lǐng)頭鏈可以順解鏈方向延長。隨從鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反，因此必須等待模板鏈解出足夠長度，復(fù)制才能開始并延長。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段。第24頁/共40頁復(fù)制的過程第25頁/共40頁滾環(huán)復(fù)制環(huán)狀DNA雙鏈一股先開一個(gè)缺口，5’端向外伸展，在伸展出的單鏈上進(jìn)行不連續(xù)復(fù)制，沒有開環(huán)的另一段，則可以一邊滾動(dòng)一邊進(jìn)行連續(xù)復(fù)制。第26頁/共40頁復(fù)制的終止原核生物除了有一定的復(fù)制起始點(diǎn)，還好一定的復(fù)制終止點(diǎn)。RNA酶將引物水解polI填補(bǔ)空缺連接酶連接第27頁/共40頁第28頁/共40頁參加復(fù)制的酶第29頁/共40頁第三節(jié)DNA的損傷和修復(fù)突變和遺傳的保守性第30頁/共40頁突變的分子基礎(chǔ)突變是DNA分子上堿基的改變。自發(fā)突變是遺傳過程中“自發(fā)”發(fā)生的突變。誘變是研究核酸與遺傳時(shí)，應(yīng)用一些物理或化學(xué)方法對(duì)DNA分子或整個(gè)組織細(xì)胞處理使DNA發(fā)生突變。是人工手段使DNA發(fā)生突變。第31頁/共40頁突變的分類點(diǎn)突變：一個(gè)堿基的變異。有轉(zhuǎn)換同型堿基和顛換異型堿基缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸從DNA上消失插入：一個(gè)堿基或一段核苷酸插入到DNA大分子中。倒位：DNA鏈內(nèi)部遷移。第32頁/共40頁誘變因素第33頁/共40頁損傷的修復(fù)損傷：是復(fù)制過程中發(fā)生的DNA突變，大多數(shù)屬于自發(fā)突變。校讀：polI監(jiān)視和糾正復(fù)制錯(cuò)誤的功能。第34頁/共40頁損傷修復(fù)的機(jī)制光修復(fù)切除修復(fù)重組修復(fù)SOS修復(fù)第35頁/共40頁光修復(fù)紫外線照射可引起核酸鏈上相鄰的兩個(gè)胸腺嘧啶形成二聚體TT。光修復(fù)過程是通過光修復(fù)酶催化而完成的，需300－600nm波長照射激活。第36頁/共40頁切除修復(fù)切除修復(fù)需要特異的核酸內(nèi)切酶、polI、DNA連接酶等參加。第37頁/共40頁重組修復(fù)當(dāng)DNA分子的損傷面較大時(shí)，來不及修復(fù)完善就進(jìn)行復(fù)制，損