DNA复制RNA转录蛋白质翻译精品.pptx

第一节第一节 DNADNA的复制与修复的复制与修复 lDNADNA是是由由四四种种脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸所所组组成成的的长长链大分子，是遗传信息的携带者链大分子，是遗传信息的携带者l生生物物体体的的遗遗传传信信息息就就贮贮存存在在DNADNA的的四四种种脱氧核糖核酸的脱氧核糖核酸的排列顺序排列顺序中lDNADNA通通过过复复制制将将遗遗传传信信息息由由亲亲代代传传递递给给子子代代；通通过过转转录录和和翻翻译译，将将遗遗传传信信息息传传递递给给蛋蛋白白质质分分子子，从从而而决决定定生生物物的的表表现现型型DNADNA的的复复制制、转转录录和和翻翻译译过过程程就就构构成成了了遗遗传传学学的的中中心法则一一 .DNA.DNA的复制的复制（一）、半保留复制（一）、半保留复制 lDNADNA在在复复制制时时，以以亲亲代代DNADNA的的每每一一股股作作模模板板，合合成成完完全全相相同同的的两两个个双双链链子子代代DNADNA，每每个个子子代代DNADNA中中都都含含有有一一股股亲亲代代DNADNA链链，这种现象称为这种现象称为DNADNA的的半保留复制半保留复制二）、（二）、DNADNA复制的起始点和方式复制的起始点和方式l复复制制子子是是DNADNA能能独独立立进进行行复复制制的的单单位位。

需需在特定的位点起始，可能还有终点在特定的位点起始，可能还有终点l在在原原核核生生物物中中，复复制制起起始始点点通通常常为为一一个个，复复制制方方向向大大多多是是双双向向的的，也也有有单单向向的的，而在真核生物中则为多个复制起始点而在真核生物中则为多个复制起始点三）、（三）、DNA聚合反应有关的酶聚合反应有关的酶1.DNA1.DNA聚合反应聚合反应DNADNA聚合反应的特点：聚合反应的特点：（1 1）以以4 4种种dNTPdNTP为底物；为底物；（2 2）DNADNA模板；模板；MgMg2 2+（3 3）带）带3 3-OH-OH末端的引物；末端的引物；（4 4）延长方向）延长方向5 5 3 3；（5 5）产物）产物DNADNA的性质与模板相同的性质与模板相同DNADNA聚合酶聚合酶Mg2+2.DNA2.DNA聚合酶聚合酶l在在原原核核生生物物（大肠杆菌）中中，目目前前发发现现的的DNADNA聚聚合合酶酶有有五五种种，研研究究较较多多的的有有三三种种，分分别别命命名名为为DNADNA聚聚合合酶酶（pol pol），DNADNA聚聚合合酶酶（pol pol），DNADNA聚聚合合酶酶（pol pol），这这三三种种酶酶都都属属于于具具有有多多种种酶酶活活性性的的多多功功能能酶酶。

参参与与DNADNA复复制制的的主主要是要是pol pol 和和pol pollpol pol 为为单单一一肽肽链链的的大大分分子子蛋蛋白白质质,可可被被特特异异的的蛋蛋白白酶酶水水解解为为两两个个片片段段，其其中中的的大大片片段段称称为为KlenowKlenow片片段段，具具有有5 533聚聚合合酶酶活活性性和和3 355外外切切酶酶的的活活性性另一小片段有5 533外切酶外切酶的活性lpol pol 由由十十种种亚亚基基组组成成，其其中中亚亚基基具具有有5 533聚聚合合DNADNA的的酶酶活活性性，因因而而具具有有复复制制DNADNA的的功功能能；而而亚亚基基具具有有3 355外外切切酶酶的的活活性性，因因而而与与DNADNA复制的校正功能有关复制的校正功能有关lDNA-pol和和DNA-pol为为修修复复酶酶，DNA-pol真真正正起起复复制制作作用用的的酶酶，为复制酶为复制酶原核生物中的三种原核生物中的三种DNADNA聚合酶聚合酶核酸外切酶活性核酸外切酶活性35外切酶活性外切酶活性53外切酶活性外切酶活性3 3、DNADNA连接酶连接酶催化一条催化一条DNA链的链的3末端与相邻的另一条末端与相邻的另一条DNA链的链的5末端之间的磷酸二酯键的合成。

与同一互补链结末端之间的磷酸二酯键的合成与同一互补链结合并相邻合并相邻双链（双链DNA切口）切口）条件：条件：需一段需一段DNADNA片段具有片段具有3 3-OH-OH，而另一段，而另一段DNADNA片段具有片段具有5 5-Pi-Pi基；基；未封闭的缺口位于双链未封闭的缺口位于双链DNADNA中，即其中有一条链是完整的；中，即其中有一条链是完整的；需要消耗能量需要消耗能量四）（四）DNADNA的半不连续复制的半不连续复制半不连续复制半不连续复制：双链双链DNA分子的两条链是反向平分子的两条链是反向平行的而DNA聚合酶的方向都是聚合酶的方向都是53当DNA复制复制时，一条链是连续合成的，称时，一条链是连续合成的，称前导链前导链，而另一条在，而另一条在53方向合成小片段方向合成小片段DNA（冈崎片段），然后通过（冈崎片段），然后通过酶将这些片段连接起来，这不连续合成的酶将这些片段连接起来，这不连续合成的DNA链为链为滞后链滞后链冈崎用电子显微镜看到了冈崎用电子显微镜看到了DNA复制过程中出现一些复制过程中出现一些不连续片段，不连续片段，这些不连续片段只存在与这些不连续片段只存在与DNA复制叉复制叉上其中的一股。

后来就把这些不连续的片段称为上其中的一股后来就把这些不连续的片段称为冈冈崎片段前导前导滞后滞后1、复制的起始、复制的起始 由蛋白因子识别复制起始点由蛋白因子识别复制起始点解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：由由拓拓扑扑异异构构酶酶和和解解链链酶酶作作用用，使使DNA的的超超螺螺旋旋及及双双螺螺旋旋结结构构解解开开，碱碱基基间间氢氢键键断断裂裂，形形成成两两条条单单链链DNA单单链链DNA结结合合蛋蛋白白（SSB）结合在两条单链）结合在两条单链DNA上，形成复制叉上，形成复制叉DNA复复制制时时，局局部部双双螺螺旋旋解解开开形形成成两两条条单单链链，这这种种叉叉状状结结构构称称为为复制叉复制叉引发体组装：引发体组装：蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体引引发发：在在引引物物酶酶的的催催化化下下，以以DNADNA为为模模板板，合合成成一一段段短短的的RNARNA片片段段，从而获得从而获得33端自由羟基（端自由羟基（3-OH3-OH）五）（五）DNADNA复制的过程复制的过程（原核生物）（原核生物）起始、起始、起始、起始、延长、终止延长、终止延长、终止延长、终止拓扑异构酶（拓扑异构酶（又称又称DNA旋转酶）旋转酶）拓扑异构酶拓扑异构酶可使可使DNA双链中的一条链切断，松开双螺双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。

链连接起来，从而避免出现链的缠绕拓扑异构酶拓扑异构酶可切断可切断DNA双链，使双链，使DNA的超螺旋松解的超螺旋松解后，再将其连接起来后，再将其连接起来解螺旋酶解螺旋酶又又称称解解链链酶酶或或rep蛋蛋白白，是是用用于于解解开开DNA双双链链的的酶酶蛋蛋白白，每解开一对碱基，需消耗两分子每解开一对碱基，需消耗两分子ATP单链单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（SSBSSB）这是一些能够与单链这是一些能够与单链DNADNA结合的蛋白质因子其作结合的蛋白质因子其作用为：用为：使解开双螺旋后的使解开双螺旋后的DNADNA单链能够稳定存单链能够稳定存在，即稳定单链在，即稳定单链DNADNA，便于以其为模板复制子代，便于以其为模板复制子代DNADNA；保护单链保护单链DNADNA，避免核酸酶的降解避免核酸酶的降解引物酶引物酶(合成RNA)引物酶本质上是一种依赖引物酶本质上是一种依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶，该酶聚合酶，该酶以以DNADNA为模板，聚合一段为模板，聚合一段RNARNA短链引物，以提供自短链引物，以提供自由的由的3-OH3-OH，使子代，使子代DNADNA链能够开始聚合链能够开始聚合。

2.2.复制的延长复制的延长由由DNADNA聚合酶聚合酶催化，以催化，以3 355方向的亲代方向的亲代DNADNA链为模链为模板，从板，从5 533方向聚合子代方向聚合子代DNADNA链在原核生物中，链在原核生物中，参与参与DNADNA复制延长的是复制延长的是DNADNA聚合酶聚合酶引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，滞后链重新合成制叉，滞后链重新合成RNARNA引物，继续进行链的延长引物，继续进行链的延长解解3.3.复制的终止复制的终止去除引物，填补缺口；连接冈崎片段；去除引物，填补缺口；连接冈崎片段；在原核生物中，由在原核生物中，由DNADNA聚合酶聚合酶来水解去除来水解去除RNARNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNADNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口在直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口在DNADNA连连接酶接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的崎片段连接起来，形成完整的DNADNA长链前导前导滞后滞后拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶DNA连接酶引物前导链滞后链冈崎片段5533DNA复制过程模式图复制过程模式图DNADNA旋转酶旋转酶ATPADP+PiDNA结合蛋白结合蛋白引物引物RNA引物酶引物酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA连连 接接 酶酶RNA引物引物解旋酶解旋酶DNA聚合酶聚合酶复制叉移动方向复制叉移动方向 5，3，3，5，3，5，真核生物端粒的形成：真核生物端粒的形成：端粒是指真核生物染色体线性端粒是指真核生物染色体线性DNADNA分子末端的结构部分，通常膨分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。

大成粒状线性线性DNADNA在复制完成后，其末端由于引物在复制完成后，其末端由于引物RNARNA的水解而可能出现的水解而可能出现缩短故需要在缩短故需要在端粒酶端粒酶的催化下，进行延长反应的催化下，进行延长反应端端粒粒酶酶是是一一种种RNA-RNA-蛋蛋白白质质复复合合体体，它它可可以以其其RNARNA为为模模板板，通通过过逆逆转转录录过过程程对对末末端端DNADNA链链进进行行延延长长既既有有模模板板，又又有有逆逆转转录录酶酶）以以自自身的身的RNA为模板延长为模板延长DNA单链，然后反折为双链单链，然后反折为双链端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关端粒酶的作用机制端粒酶的作用机制DNADNA复制的保真性复制的保真性：为为了了保保证证遗遗传传的的稳稳定定，DNADNA的的复复制制必必须须具具有有高高保保真真性性DNADNA复复制制时时的的保保真真性性主主要要与与下下列因素有关：列因素有关：1 1遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2 2DNADNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；聚合酶在复制时对碱基的正确选择；3 3对对复复制制过过程程中中出出现现的的错错误误及及时时进进行行校校正。

正二、二、DNADNA的损伤与修复的损伤与修复（一）、（一）、DNADNA的损伤（突变）的损伤（突变）l由自发的或环境的因素引起由自发的或环境的因素引起DNADNA一级结构一级结构的任何异常的改变称为的任何异常的改变称为DNADNA的损伤，也称的损伤，也称为突变l常见的常见的DNADNA的损伤包括碱基脱落、碱基修的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等饰、交联，链的断裂，重组等引起突变的因素：引起突变的因素：1 1自发因素：自发因素：2 2物理因素：物理因素：l由由紫紫外外线线、电电离离辐辐射射、X X射射线线等等引引起起的的DNADNA损损伤3 3化学因素：如亚硝酸与亚硝酸盐化学因素：如亚硝酸与亚硝酸盐DNADNA突变的效应：突变的效应：1 1同同义义突突变变：基基因因突突变变导导致致mRNAmRNA密密码码子子第。