烟大生化34.ppt
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1、2019年6月22日,1,?,Reolication Repair of DNA,Chapter34 DNA的复制和修复,核酸代谢,2019年6月22日,2,(一)DNA是生物遗传的物质基础遗传信息的载体,遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上,表现为特定的核苷酸排列顺序三联体密码。,一、基因信息的传递,2019年6月22日,3,(二)中心法则,DNA,RNA,protein,replication,transcription,reverse transcription,translation,replication,2019年6月22日,4,2019年6月22日,5,二、DNA的复制,(一)
2、DNA的存在形式 染色体与质粒,严紧控制质粒,单拷贝质粒: 每个细胞内只有一个或少数几个拷贝,松弛控制质粒,多拷贝质粒: 每个细胞内含有许多拷贝(20以上),2019年6月22日,6,2019年6月22日,7,2019年6月22日,8,2019年6月22日,9,2019年6月22日,10,以亲代DNA为模板产生子代DNA的过程 最初半保留复制(semiconservation replication) 进一步研究:半保留复制为半不连续复制 (semidiscontinuous replication),(二)DNA复制,DNA的自我复制,2019年6月22日,11,DNA复制,双螺旋解开成单链
3、,合成新的互补链 子代细胞出现新的DNA双链 其中一股单链是从亲代完整地接受 另一股单链完全重新合成,且按碱基配对原则互补,1、半保留复制,意义:保持DNA在代谢上的稳定性,1953,Watson、Crick,2019年6月22日,12,2、DNA半保留复制的证据,氮同位素示踪试验、放射自显影法 (1958,Meselson、Stahl),2019年6月22日,13,2019年6月22日,14,(三)DNA复制的起点(origin)和方式,复制子:控制复制起始(origin) 终止复制(terminus),复制子(replicon):,基因组能独立进行复制的单位,原核生物:DNA环形,1个复制
4、起点 真核生物:DNA线形,多个复制起点,2019年6月22日,15,复制方式,双向复制(bi-directional) : 大多数复制从起点开始向2个方向复制 2个复制叉(replication fork),单向复制(unidirectional) : 少数复制从起点向1个方向复制 1个复制叉或生长点(growing point),2019年6月22日,16,2019年6月22日,17,2019年6月22日,18,2019年6月22日,19,(四)DNA复制的酶系,1、解旋解链酶:,1)拓扑异构酶(Topo,解超螺旋酶):解开DNA超螺旋,2)解链酶(解螺旋酶):解开碱基间氢键,形成2股单链
5、,3)单链DNA结合蛋白(SSB):结合单股DNA,阻止DNA复性,2、引物酶:合成小段RNA引物,用于DNA聚合酶延长子链,2019年6月22日,20,Topo 解开超螺旋,Topo ,DNA单链断裂、重新连接,每次只作用于一条链(催化瞬时的单链的断裂和连接) 不需要能量辅因子(ATP、NAD),E.Coli:蛋白 大白鼠肝:切割-封闭酶(nicking-closing enzyme),2019年6月22日,21,Topo ,同时断裂、连接双链DNA 需要ATP、NAD,亚类:,DNA旋转酶(DNA gyrase): 原核; 引入负超螺旋,复制中起重要作用,转变超螺旋DNA(正、负超螺旋):
6、 原核、真核 无超螺旋的松弛形式(relaxed form),2019年6月22日,22,Topo : 切开DNA中的一条链,与另一 条链解缠绕或再缠绕连接,Topo 同时切开DNA双链 解旋或再螺旋连接,2019年6月22日,23,本质:切断DNA磷酸二酯键 改变DNA的链环数,再连接 兼具DNA内切酶、连接酶的性质,断裂、连接反应相互耦联 不能连接事先已经存在的断裂DNA,2019年6月22日,24,2019年6月22日,25,2019年6月22日,26,解链酶、SSB的作用,解链酶(helicase,解螺旋酶): 断裂互补碱基间的氢键,使DNA双链分离形成“复制叉”,单链DNA结合蛋白(
7、SSB): 结合于解开的DNA单链,防止双螺旋再形成(阻止DNA复性),2019年6月22日,27,引物酶:合成RNA引物,DNA聚合酶:只能延长子链(不能从头合成) 子链的合成必须有5端核苷酸引物存在 引物由引物酶催化合成,引物酶特殊的RNA聚合酶 引物:小段RNA,在此基础上,DNA聚合酶延长子链,2019年6月22日,28,3、DNA聚合酶(DNA polymerase) :延长子链,DNA聚合酶不能从头合成子链,只能延长 DNA聚合酶:多种类、多种活性,2019年6月22日,29,2019年6月22日,30,1)DNA聚合反应条件,(1)底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,d
8、TTP),(2)聚合酶,(3)模板 单链的DNA母链,(4)引物 寡核苷酸引物(RNA),(5)其他:解链酶,解旋酶,单链结合蛋白,连接酶,2019年6月22日,31,2)聚合机制,(1)DNA聚合酶: 5 3的聚合活性,需引物链,2019年6月22日,32,(2)DNA聚合酶:核酸外切酶活性 35外切酶活性 53外切酶活性,2019年6月22日,33,3)DAN聚合酶(DNA polymerase)分类,大肠杆菌DNA聚合酶,I、,DNA聚合酶I:多功能酶 1)沿53方向延长DNA链(DNA聚合酶活力) 2)由3端水解DNA链(3 5核酸外切酶活力) 3)由5端水解DNA链(5 3核酸外切酶
9、活力)等 常用的工具酶,复制准确性的保证: 复制过程中碱基的配对受到双重核对 1)DNA聚合酶的选择作用 2)3 5 外切酶的校正作用。,2019年6月22日,34,子链的准确延长,所有DNA聚合酶: 聚合酶活性 3,5外切酶活性,DNA子链准确延长 保证遗传信息稳定传递到下一代,变异,几率非常小,进化速度非常缓慢,2019年6月22日,35,DNA聚合酶: 3 5核酸外切酶活力,DNA聚合酶: 真正起复制作用的酶,对温度敏感(415页),2019年6月22日,36,E.Coli的DNA聚合酶,2019年6月22日,37,真核细胞中的DNA聚合酶,2019年6月22日,38,DNA聚合酶水解引
10、物并填补空隙,2019年6月22日,39,4、DNA连接酶:填补缺口、连接冈崎片段,2019年6月22日,40,2019年6月22日,41,2019年6月22日,42,(五)DNA复制的拓扑性质(419),1、解螺旋酶,领头链 rep蛋白 Dna B 随从链 解链酶,2019年6月22日,43,引物酶 RNA聚合酶 Dna G(RNA聚合酶) 引发体 DnaA辨认复制启始点,再结合DnaB, DnaC及其 他复制因子形成复合体,2、DNA拓扑异构酶(解旋酶),3、引物酶和引发体,2019年6月22日,44,DNA复制酶系,2019年6月22日,45,(六) DNA 的半不连续复制,日本,冈崎(
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