第10章DNA的生物合成课件.ppt

目录目录蛋白质蛋白质核酸核酸DNARNA元素组成元素组成C、H、O、N和和S其中其中N含量基本恒定，约占含量基本恒定，约占16%C、H、O、N和和P基本单位基本单位氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸结构结构一级结构一级结构氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序肽键和二硫键肽键和二硫键核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序磷酸二酯键磷酸二酯键mRNA:5-帽状结构和帽状结构和3-polyA尾巴尾巴二级结构二级结构主链的局部空间构象改变，基础：肽平面主链的局部空间构象改变，基础：肽平面或肽单位或肽单位四种构象：四种构象：螺旋、螺旋、折叠、折叠、转角、无转角、无规卷曲规卷曲氢键氢键 超二级结构：超二级结构：motifmotif双螺旋结构双螺旋结构与与螺旋结构有共同螺旋结构有共同之处之处tRNA三叶草结构：反密码三叶草结构：反密码环和氨基酸侧臂环和氨基酸侧臂rRNA叶状结构叶状结构三级结构三级结构全部的空间构象改变全部的空间构象改变次级键：氢键、疏水作用、盐键、范德华次级键：氢键、疏水作用、盐键、范德华力力 代表：肌红蛋白代表：肌红蛋白超三级结构：结构域超三级结构：结构域染色体形成染色体形成tRNAL型结构型结构四级结构四级结构亚基亚基+亚基亚基次级键，以疏水作用为主次级键，以疏水作用为主代表：血红蛋白代表：血红蛋白理化性质理化性质两性解离、呈色效应、紫外吸收、胶体性两性解离、呈色效应、紫外吸收、胶体性质（蛋白质）质（蛋白质）变性和复性、呈色效应、紫外吸收变性和复性、呈色效应、紫外吸收分离和检测分离和检测分离和纯化、分离和纯化、western bloting、等电聚焦、等电聚焦、双向电泳双向电泳分离和纯化、分离和纯化、northern bloting、PCR目录目录第第10章章DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis ( Replication )目录目录复制复制(replication) 是指遗传物质的传代，是指遗传物质的传代，以母链以母链DNA为模板合成子链为模板合成子链DNA的过程。

的过程复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA目录目录n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 DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化 复制的过程复制的过程 逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式 DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复复制的基本规律复制的基本规律Basic Rules of DNA Replication第第 一一 节节目录目录复制的方式复制的方式 半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)双向复制双向复制(bidirectional replication)半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication) n复制的基本规律复制的基本规律 目录目录一、半保留复制是一、半保留复制是DNA复制的基本特征复制的基本特征 DNA生生物物合合成成时时，母母链链DNA解解开开为为两两股股单单链链，各各自自作作为为模模板板(template)按按碱碱基基配配对对规规律律，合合成成与与模模板板互互补补的的子子链链子子代代细细胞胞的的DNA，一一股股单单链链从从亲亲代代完完整整地地接接受受过过来来，另另一一股股单单链链则则完完全全从从新新合合成成。

两两个个子子细细胞胞的的DNA都都和和亲亲代代DNA碱碱基基序序列列一一致致这种复制方式称为这种复制方式称为半保留复制半保留复制n半保留复制半保留复制的概念的概念: :AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNAn密度梯度实验密度梯度实验: : 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果目录目录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 A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信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保守性n半保留复制的意义半保留复制的意义: :遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。

目录目录原原核核生生物物复复制制时时，DNA从从起起始始点点(origin)向向两两个个方方向向解解链链，形形成成两两个个延延伸伸方方向向相相反反的的复复制制叉，称为叉，称为双向复制双向复制 二、二、DNA复制从起始点向两个方向复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制延伸形成双向复制复制中的放射自显影图像复制中的放射自显影图像A. 环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B. 复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C. 复制接近终止点复制接近终止点(termination, ter)oriterA B C目录目录真真核核生生物物每每个个染染色色体体有有多多个个起起始始点点，是是多多复复制制子子的的复复制制习习惯惯上上把把两两个个相相邻邻起起始始点点之之间间的的距距离离定定为为一一个个复复制制子子(replicon) 复复制制子子是是独立完成复制的功能单位独立完成复制的功能单位 53oriorioriori5353oriorioriori535533553复制复制3目录目录三、三、DNA一股子链复制的方向与解链一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制方向相反导致半不连续复制3 5 3 5 解链方向解链方向35335领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)目录目录顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的，这股链称为这股链称为领头链领头链(leading strand) 。

另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这股股不不连连续续复复制制的的链链称称为为随随从从链链(lagging strand) 复复制制中中的的不不连连续片段称为续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment) 领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制的半不连续性制的半不连续性 目录目录DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化第第 二二 节节The Enzymology and Topology of DNA Replication目录目录n参与参与DNA复制的物质复制的物质:底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP；聚聚合合酶酶(polymerase): 依依赖赖DNA的的DNA聚聚合合酶酶，简写为简写为 DNA-pol；模板模板(template): 解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链；引引物物(primer): 提提供供3 -OH末末端端使使dNTP可可以以依依次聚合；次聚合；其他的酶和蛋白质因子。

其他的酶和蛋白质因子目录目录一、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键一、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应是复制的基本化学反应(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi目录目录n聚合反应的特点聚合反应的特点: :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 3 方向进行方向进行目录目录二、二、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合聚合酶催化核苷酸之间聚合全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 53 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n核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : 目录目录（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型聚合酶分为三型DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目录目录原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶目录目录n功能：功能：DNA-pol （109kD）对复制中的错误进行校读，对复制和修复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。

中出现的空隙进行填补目录目录323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行，进行分子生物学研究中常用的工具酶分子生物学研究中常用的工具酶 目录目录DNA-pol （120kD）DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活基因发生突变，细菌依然能存活DNA-pol 对模板的特异性不高，即使在已发生对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合因模板上，它也能催化核苷酸聚合因此认为，它参与此认为，它参与DNA损伤的应急状态修复损伤的应急状态修复目录目录n功能：功能：DNA-pol (250kD)是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶目录目录（二）常见的真核细胞（二）常见的真核细胞DNA聚合酶有五种聚合酶有五种DNA-pol 起始引发，有引物酶活性起始引发，有引物酶活性延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。

延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性参与低保真度的复制参与低保真度的复制 在复制过程中起校读、修复和填补缺在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用口的作用粒体粒体DNA复制中起催化作用复制中起催化作用DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目录目录真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶目录目录三、核酸外切酶的校读活性和碱基选择三、核酸外切酶的校读活性和碱基选择功能是复制保真性的酶学依据功能是复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理准确传代的基本原理此外还需酶学的机制来保证复制的保真性此外还需酶学的机制来保证复制的保真性目录目录（一）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配（一）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基并加以校正碱基并加以校正核核核核酸酸酸酸外外外外切切切切酶酶酶酶(exonuclease)(exonuclease)是是是是指指指指能能能能从从从从核核核核酸酸酸酸链链链链的的的的末末末末端端端端把把把把核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸依依依依次次次次水水水水解解解解出出出出来来来来的的的的酶酶酶酶，外外外外切切切切酶酶酶酶是是是是有方向性的。

有方向性的有方向性的有方向性的 目录目录A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物性掺入正确配对的底物B：碱基配对正确，：碱基配对正确， DNA-pol不表现活性不表现活性DNA pol 的校读功能的校读功能目录目录（二）复。