1、,第一篇 生物分子結(jié)構(gòu)與功能,1,第二篇 物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié),2,第三篇 遺傳信息的傳遞,3,生 物 化 學(xué),？,中心法則 Central Dogma,RNA,DNA,蛋白質(zhì),轉(zhuǎn)錄,復(fù)制,逆轉(zhuǎn)錄,翻譯,核苷酸序列,核苷酸序列,復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯講解方式：,1、基本概念及特點(diǎn)，所需酶及各種因子 2、合成過程 3、原核生物、真核生物,起始 延長 終止,真核基因與基因組,Eukaryote Gene and Genome,基因（gene）：編碼蛋白質(zhì)或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的、負(fù)載遺傳信息的基本單位。,基因組（genome）：一個(gè)生物體內(nèi)所有遺傳信息的總和。,DNA的生物合成 DNA Biosynth

2、esis（Replication）,第 十 四 章,DNA修復(fù)合成 （DNA損傷修復(fù)）,DNA指導(dǎo)的DNA合成 （DNA復(fù)制）,RNA指導(dǎo)的DNA合成 （逆轉(zhuǎn)錄）,DNA的生物合成,親代DNA,復(fù)制,子代DNA,復(fù)制(replication) 是以DNA為模板的DNA合成，是基因組的復(fù)制過程。,分子基礎(chǔ)：堿基配對(duì)規(guī)律和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 化學(xué)本質(zhì)：酶促的脫氧核苷酸聚合反應(yīng) 復(fù)制的保證：各種酶和蛋白質(zhì)因子的參與,DNA復(fù)制的基本特征 Basic Rules of DNA Replication,第一節(jié),復(fù)制的基本特征： (3個(gè)),半保留復(fù)制 雙向復(fù)制 半不連續(xù)復(fù)制,一、半保留復(fù)制,DNA生物合成時(shí)

3、，親代雙鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板，依據(jù)堿基配對(duì)規(guī)律，合成序列互補(bǔ)的子鏈DNA。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。,半保留復(fù)制保證子代和親代DNA堿基序列一致,T G G T A C T G C C A C T G G,A C C A T G A C G G T G A C C,T G G T A C T G C C A C T G G,A C C A T G A C G G T G A C C,C C A C T G G,G G T G A C C,T G G T A C T G,A C C A T G A C,A C C A T G A C,T G G T A C T G,T G G

4、T A C T G C C A C T G G,A C C A T G A C G G T G A C C,+,母鏈DNA,復(fù)制過程中打開的復(fù)制叉,子代DNA,1、遺傳的保守性： 子代DNA保留了親代的全部遺傳信息。,半保留復(fù)制的意義,2、遺傳的保守性是相對(duì)的，自然界存 在著普遍的變異現(xiàn)象。,復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。,二、雙向復(fù)制,復(fù)制中的模板DNA形成2個(gè)延伸方向相反的開鏈區(qū)， 稱為復(fù)制叉。,Fork movement,復(fù)制叉,(一）原核生物：只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，一個(gè)終止點(diǎn),（二）真核生物,真核生物多染色體，多起始點(diǎn)，

5、多復(fù)制子的復(fù)制。 復(fù)制子(replicon):是含有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)的獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位，是從一個(gè)DNA復(fù)制起始點(diǎn)起始的DNA復(fù)制區(qū)域。 高等生物有數(shù)以萬計(jì)的復(fù)制子，長度差異很大。,原核生物是單復(fù)制子復(fù)制，稱為復(fù)制體（replisome）,真核生物的多復(fù)制子復(fù)制,復(fù) 制 進(jìn) 程,E.coli 人染色體基因組,4.4106bp 3109bp,1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)和2個(gè)復(fù)制叉 多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)和多個(gè)復(fù)制叉,單復(fù)制子 多復(fù)制子（104105）,42分鐘 8小時(shí),1000bp/秒 100bp/秒,5,3,解鏈方向,前導(dǎo)鏈(leading strand),后隨鏈(lagging strand),3,5,5,前導(dǎo)鏈

6、連續(xù)復(fù)制 后隨鏈 不連續(xù)復(fù)制,DNA合成方向： 5 3,三、半不連續(xù)性復(fù)制,岡崎片段,前導(dǎo)鏈（leading strand）: DNA復(fù)制過程中，沿著解鏈方向生成的子鏈DNA的合成是連續(xù)進(jìn)行的。 后隨鏈（lagging strand）:另一股鏈的復(fù)制方向與解鏈方向相反，不能連續(xù)延長，只能分成若干小片段分別合成，然后連接起來形成新鏈。 岡崎片段（Okazaki fragments)：后隨鏈中的小片段。,前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而后隨鏈不連續(xù)復(fù)制的方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。,半不連續(xù)性復(fù)制,第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化,復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng),單鏈延長的方向,(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1

7、 + PPi,Innermost phosphate,復(fù)制過程參加物質(zhì),原料：dNTP(dATP dGTP dCTP dTTP),條件：供能 ATP 、Mg2+,模板：DNA,酶,引物:RNA,蛋白質(zhì)因子,DNA聚合酶 引物酶（DnaG） 解旋酶（DnaB） 連接酶 拓?fù)洚悩?gòu)酶,DnaA DnaC SSB,一、DNA聚合酶（DNA polymerase）,簡(jiǎn)稱：DNA-pol,全稱：依賴DNA的DNA聚合酶,(DNA-dependent DNA polymerase), ,種類：,原核,DNA聚合酶活性（作用）（2方面） 1、聚合活性： 5 3方向，催化四種dNTP一個(gè)一個(gè)地連接到DNA子鏈上

8、去。 2、核酸外切酶活性（兩種情況） 3 5外切酶活性，能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。 5 3外切酶活性，能切除引物和突變的 DNA片段。,（一）原核生物有3種DNA聚合酶,分三型： DNA pol DNA pol DNA pol ,相同點(diǎn)： 1、 53 的聚合活性 2、 3 5 核酸外切酶活性,原核生物的三種DNA聚合酶,DNA pol 的比活性遠(yuǎn)高于DNA pol ，是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。,小片段（323aa),大片段（604aa) （Klenow fragment）,53聚合酶活性 35外切酶活性,53外切酶活性,DNA pol （20bp),木瓜蛋白酶,DNA po

9、l 的作用,1. 對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校對(duì)； 2. 填補(bǔ)復(fù)制和修復(fù)過程中出現(xiàn)的空隙； 3. Klenow fragment是實(shí)驗(yàn)室合成DNA 和進(jìn)行分子生物學(xué)研究常用的 工具酶。,DNA-pol （120kD）,DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活 它對(duì)模板的特異性不高，參與DNA損傷的應(yīng) 急狀態(tài)修復(fù)（SOS修復(fù)）,全酶組裝至模板，增強(qiáng)核心酶活性,功能：原核生物復(fù)制延長中合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈。,DNA-pol ,夾穩(wěn)模板，滑動(dòng),核心酶,核心酶,亞基:合成DNA 亞基: 具有35外切酶活性（校正功能） 亞基: 組裝作用,（、 6種 亞基）,（含1對(duì)-亞基）,（二）常見的真核細(xì)胞DNA聚合

10、酶有5種,DNA-pol ：在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。,DNA-pol （）：延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。,DNA-pol （）：校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口,DNA-pol ：起始引發(fā)，有引物酶活性。,DNA-pol （）：參與低保真度的復(fù)制，應(yīng)急修復(fù)。,35外切酶活性（、 、 ）,二、復(fù)制的保真性,（一）復(fù)制遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律進(jìn)行 （二）聚合酶在復(fù)制延長中對(duì)堿基的選擇功能 （三）復(fù)制中出錯(cuò)時(shí)有即時(shí)的校對(duì)功能,（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇,1、正確的堿基配對(duì)，錯(cuò)配堿基之間難以形成氫鍵； 2、DNA聚合酶對(duì)堿基配對(duì)具有選擇作用。,DNA復(fù)制的精確度極高,在細(xì)菌中其誤差率只有10

11、-810-10,（二）聚合酶中的核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)切除錯(cuò)配堿基并加以校正,B：如果堿基配對(duì)正確， DNA-pol I 則不表現(xiàn)外切酶活性；只表現(xiàn)聚合酶活性。,DNA-pol I,外切活性,聚合活性,dCTP,A：堿基配對(duì)錯(cuò)誤，DNA-pol I表現(xiàn)外切酶活性，切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對(duì)的底物,模板鏈,新合成鏈,模板鏈,新合成鏈,染色體是由DNA和組蛋白經(jīng)高度壓縮形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。DNA復(fù)制時(shí)，首先需要把DNA的超螺旋解開。 DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。,三、復(fù)制中的解鏈伴有DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化,（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈

12、狀態(tài),原核生物復(fù)制中參與DNA解鏈的相關(guān)蛋白,DnaA(dnaA) 辨認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn),DnaC(dnaC) 運(yùn)送并協(xié)同DnaB,拓?fù)洚悩?gòu)酶 （gyr, ） 理順DNA鏈,單鏈結(jié)合蛋白 SSB 穩(wěn)定已解開的單鏈,解旋酶 DnaB(dnaB) 解開DNA雙鏈,引物酶 DnaG(dnaG) 催化RNA引物生成,1.解旋酶 (helicase)：DnaB,DnaB,DnaA、B、C,ATP,作用：利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開 成為兩條單鏈。,C,B,A,2.單鏈結(jié)合蛋白（SSB）,作用: 1、防止單鏈DNA重新形成雙鏈 2、防止單鏈DNA被核酸酶水解,特點(diǎn)：由177個(gè)aa組成的同源四聚體

13、，結(jié)合單鏈 DNA跨度約32bp,不斷地結(jié)合和解離。,DnaB,單鏈結(jié)合蛋白,作用：該酶以DNA為模板，合成一段RNA引物。 DNA復(fù)制是在該引物3-OH末端加入dNTP。,因?yàn)镈NA聚合酶不能催化兩個(gè)游離的dNTP聚合，而引物酶可以催化兩個(gè)游離的NTP聚合.,3.引物酶 (primase),為什么要合成引物 ?,引物酶和RNA聚合酶的異同,1、相同點(diǎn)：催化游離NTP聚合 2、不同點(diǎn)：,引物酶,RNA聚合酶,利福平,（）,拓?fù)洚悩?gòu)酶對(duì)DNA分子的作用是既能切開又能連接磷酸二酯鍵，使DNA不至于打結(jié)，適當(dāng)時(shí)候又把切口封閉，使DNA的拓?fù)洚悩?gòu)體發(fā)生改變。,（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 (DNA topo

14、isomerase),DNA分子是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)。每一個(gè)螺旋有10個(gè)堿基對(duì)，螺距為3.4nm。 堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T; GC） 。 疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)具有特征性 （Watson, Crick, 1953）,DNA的超螺旋結(jié)構(gòu),超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或supercoil) DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成 超螺旋結(jié)構(gòu)。,正超螺旋(positive supercoil) 盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同,負(fù)超螺旋(negative supercoil) 盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反,11個(gè) 螺旋,超螺旋局部解開后,DNA復(fù)制過程中正超螺旋的形成,復(fù)制過程中正超螺旋的形成,超螺旋解開前,2,9,拓?fù)洚悩?gòu)酶,切斷DNA雙鏈中一股鏈，適當(dāng)時(shí)候封閉切口,使DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。 反應(yīng)不需ATP。,拓?fù)洚悩?gòu)酶,無ATP時(shí)，切斷處于正超螺旋的DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。 再利用ATP供能，連接斷端。,拓?fù)洚?/p>