生物化学DNA的生物合成.ppt

第三篇第三篇 遗传信息的传递遗传信息的传递前前 言言19581958年年Francis Crick Francis Crick 提出提出遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则19701970年年D BaltimoreD Baltimore对遗传信息传递的中心法则作出补充对遗传信息传递的中心法则作出补充复制转录翻译逆转录蛋白质RNADNA复制RNA蛋白质翻译第十一章第十一章 DNADNA的生物合成的生物合成19531953年年James WatsonJames Watson和和Francis Crick Francis Crick 提出提出DNADNA双螺旋结双螺旋结构模型，并推测构模型，并推测DNADNA的半保留复制的半保留复制19581958年，年，MeselsonMeselson和和StahlStahl利用利用15N15N标记大肠杆菌标记大肠杆菌DNADNA，证，证明了明了DNADNA半保留复制半保留复制19631963年，年，CairnaCairna利用放射性自显影的方法，首次观察到利用放射性自显影的方法，首次观察到大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNADNA的复制。的复制。第一节第一节 DNADNA复制的一般规律复制的一般规律一、 DNADNA半保留复制半保留复制（一）概念（一）概念亲代DNA复 制（二）（二）DNADNA半保留复制的实验证明半保留复制的实验证明1.1. 同位素标记技术同位素标记技术1515N NH H4 4ClCl2.2. 细菌培养技术细菌培养技术3.3. DNADNA提取技术提取技术4.4. 密度梯度离心技术密度梯度离心技术-1515N NH H4 4Cl Cl 1414NHNH4 4ClCl15N-DNA14N-DNA混合混合15N-DNA亲代亲代14N-DNA子子 代代1 2 3（三）（三）DNADNA半保留复制的意义半保留复制的意义-AGAACTTAG-TCTTGAATC-AGAACTTAG-TCTTGAATC-AGAACTTAG-TCTTGAATC-1.遗传的保守性是相对的遗传的保守性是相对的2. 遗传的变异性是绝对的遗传的变异性是绝对的 DNADNA复制的一般特点复制的一般特点1.1. 亲代亲代DNADNA的两条链均作为模板的两条链均作为模板2.2. DNADNA的局部需解旋，尚需拓扑异构酶松弛超螺旋的局部需解旋，尚需拓扑异构酶松弛超螺旋3.3. DNADNA聚合酶以聚合酶以55到到33的方向合成新链的方向合成新链4.4. DNADNA聚合酶需聚合酶需RNARNA引物引物5.5. DNADNA的合成是半不连续的的合成是半不连续的6.6. DNADNA复制高度精确（复制高度精确（DNADNA聚合酶的较读功能）聚合酶的较读功能）7.7. DNADNA的合成非常迅速的合成非常迅速8.8. 线性线性DNADNA末端（端粒）的复制需端粒酶参与末端（端粒）的复制需端粒酶参与二、二、DNADNA的双向复制的双向复制复制起点复制起点(origin)：是含有：是含有100200个碱基对的一段个碱基对的一段DNA复制叉复制叉（replication fork）:复制子复制子（replicon）:人的基因组可能有人的基因组可能有104105个复制子个复制子新链增长的方向新链增长的方向:5 3 三、三、DNADNA的半不连续复制的半不连续复制领头链（领头链（leading chainleading chain）: :后随链（后随链（lagging chainlagging chain）: :冈崎片段：后随链合成的小片段冈崎片段：后随链合成的小片段DNADNA四、四、DNADNA复制需要复制需要RNARNA引物引物RNARNA引物约引物约1010个核苷酸个核苷酸五、五、DNADNA具有高度保真性具有高度保真性 严格遵守碱基配对原则严格遵守碱基配对原则 DNADNA聚合酶对碱基的选择功能聚合酶对碱基的选择功能 DNADNA聚合酶的校读功能聚合酶的校读功能 细胞修复系统（碱基错配的发生率为细胞修复系统（碱基错配的发生率为1010-1-11010-2-2，DNA-polDNA-pol较读功能使之降为较读功能使之降为 1010-5-51010-6-6，复制后的，复制后的校正修复系统使之降为校正修复系统使之降为1010-10-101010-8-8 ）第二节第二节 参与真核生物参与真核生物DNADNA复制的有关酶及蛋白因子复制的有关酶及蛋白因子复制体系的组分复制体系的组分模板模板亲代双链亲代双链DNA底物底物dATP、dGTP、dCTP、dTTP多种酶多种酶拓扑异构酶、引物酶、拓扑异构酶、引物酶、DNA聚合酶、解螺旋酶、聚合酶、解螺旋酶、DNA连接酶、核酸酶连接酶、核酸酶H、盖内切核酸酶、盖内切核酸酶I多种蛋白因子多种蛋白因子 单链单链DNA结合蛋白、复制蛋白结合蛋白、复制蛋白A、复制、复制因子因子C、增殖细胞核抗原、增殖细胞核抗原真核真核DNA复制的有关酶类及蛋白因子复制的有关酶类及蛋白因子酶及有关蛋白因子酶及有关蛋白因子功功 能能DNA聚合酶聚合酶/引发酶引发酶引发及后随链的部分合成引发及后随链的部分合成DNA聚合酶聚合酶主要的主要的DNA复制酶复制酶拓扑异构酶拓扑异构酶松弛松弛DNA超螺旋，有利于复制超螺旋，有利于复制解螺旋酶解螺旋酶解开解开DNA双螺旋双螺旋单链单链DNA结合蛋白及复制蛋白结合蛋白及复制蛋白A与单链与单链DNA结合，防止再形成双结合，防止再形成双链链复制因子复制因子C（RFC）参与滑动夹子的装配参与滑动夹子的装配增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNA）滑动夹，与合成的连续性有关滑动夹，与合成的连续性有关核酸酶核酸酶H（RNaseH）去除去除RNA引物引物盖内切核酸酶盖内切核酸酶I去除去除RNA引物的最后一个核苷酸引物的最后一个核苷酸DNA连接酶连接酶连接冈崎片段及参与修复连接冈崎片段及参与修复一、一、DNADNA聚合酶聚合酶3 3 55 的聚合功能，即以的聚合功能，即以DNADNA为模为模板，催化新链板，催化新链3 3 ，5 5 - -磷酸二酯磷酸二酯键的生成。键的生成。DNADNA聚合酶不能将两个核苷酸聚合，聚合酶不能将两个核苷酸聚合，故需一段故需一段RNARNA因物因物3 3 55 外切核酸酶活性（较读功外切核酸酶活性（较读功能）能）CHOHCH2POHOPOOHOPHOOOHOOHOPOHOPHOOOHOOH聚合方向5 3 真核细胞真核细胞DNADNA聚合酶的类别、细胞定位、性质及功能聚合酶的类别、细胞定位、性质及功能DNADNA聚合酶聚合酶PolPolPolPolPolPolPolPolPolPolPolPolPolPolPolPol相对分子量（相对分子量（KDKD） 250 25036363838160160300300170170256256细胞内定位细胞内定位核核核核线粒体线粒体核核核核相关酶活性相关酶活性5 5 33 聚合酶聚合酶有有有有有有有有有有3 3 55 外切酶外切酶无无无无有有有有有有引发酶引发酶有有无无无无无无无无功能功能引 物 合引 物 合成 及 后成 及 后随 链 的随 链 的其 始 合其 始 合成成碱基切除碱基切除修复修复线粒体线粒体DNADNA复制复制主要主要复制复制酶酶不清楚，不清楚，复制或复制或修复修复损伤旁损伤旁路修复路修复损伤损伤旁路旁路修复修复损 伤 旁损 伤 旁路修复路修复 A-G-A-T-C-C-G-C-T-T-A-A-C-G-C-G-T-T-A-T-A-T-C-A-C-G-C-G-C T-C-T-AGGCGAATTGCGCAATATAGTGCGCG5 3 3 5 二、引发酶（引物酶）二、引发酶（引物酶）引发酶与引发酶与DNADNA聚合酶聚合酶形成复合体。形成复合体。引发酶负责合成约引发酶负责合成约1010个核苷酸的个核苷酸的RNARNA引物。引物。它的底物为核苷三磷酸。它的底物为核苷三磷酸。在引物产生基础上后，在引物产生基础上后， DNADNA聚合酶聚合酶负责聚合负责聚合15153030个核苷酸个核苷酸，它，它的底物为脱氧核苷三磷酸。的底物为脱氧核苷三磷酸。3 A -A -T -A -U -A -G -U -G -C -G -C -GRNA引物5 CCGCUUAACGCG5 3 三、拓扑异构酶（三、拓扑异构酶（topoisomerasetopoisomerase）拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持不变的拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持不变的性质。性质。解链过程中，解链过程中，DNADNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象。分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象。拓扑异构酶具有内切核酸酶及拓扑异构酶具有内切核酸酶及DNADNA连接酶的性质连接酶的性质 类型：类型： 型拓扑异构酶：切割型拓扑异构酶：切割DNADNA双链中的一股，双链中的一股，并适时连接，不需并适时连接，不需ATPATP参与复制和转录参与复制和转录型拓扑异构酶：切割型拓扑异构酶：切割DNADNA双链，并适时连接，双链，并适时连接， 需需ATPATP，参与复制，参与复制作用：松弛超螺旋作用：松弛超螺旋拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用四、四、 解螺旋酶（解螺旋酶（helicasehelicase）作用是解开局部一小段双链作用是解开局部一小段双链DNADNA形成单链，利于形成单链，利于DNADNA合成合成五、单链五、单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（single- strand DNA single- strand DNA binding protein,SSBbinding protein,SSB）作用：作用：SSBSSB与单链与单链DNADNA结合，阻止已解链的结合，阻止已解链的DNADNA重重新形成双链，利于新形成双链，利于DNADNA合成合成六、增殖细胞核抗原六、增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNA PCNA ）是是DNADNA聚合酶聚合酶的辅助的辅助蛋白质。蛋白质。PCNAPCNA的三个亚的三个亚基绕着基绕着DNADNA形成一个滑形成一个滑动夹子动夹子,DNA,DNA聚合酶聚合酶附附着于滑动夹子上沿着于滑动夹子上沿DNADNA向前移动，进行复制。向前移动，进行复制。七、复制因子七、复制因子C C（RFCRFC）是一种装载因子，它帮助是一种装载因子，它帮助PCNAPCNA环状滑动夹子的装环状滑动夹子的装配。此因子作为配。此因子作为DNADNA聚聚合酶合酶和和之间的连系之间的连系物或纽带，有助于前导物或纽带，有助于前导链和后随链的同时合成。链和后随链的同时合成。八、核酸酶八、核酸酶H H（RNaseHRNaseH）和盖内切核酸酶（）和盖内切核酸酶（FEN1FEN1）它们参与去除它们参与去除RNARNA引物的作用。引物的作用。 RNaseHRNaseH降解降解RNARNA引物，留下引物，留下一个核苷酸连在冈崎片段的末端，由一个核苷酸连在冈崎片段的末端，由FEN1FEN1完成去除最后完成去除最后一个核苷酸。一个核苷酸。九、九、 DNADNA连接酶（连接酶（ligaseligase）作用：催化两个作用：催化两个DNADNA片段间形成片段间形成3 3 ，5 5 - -磷酸二酯键磷酸二酯键而将它们连接在一起。而将它们连接在一起。AAGC GTTGCGACCTGTTCGCAACGCT GGACATPAMP+PPi ATPAMP+PPi 第二节真核生物第二节真核生物DNADNA的复制过程的复制过程一、一、DNADNA复制的起始复制的起始起点辨认复合物起点辨认复合物（ORC）辨认复制的起始点序列（此）辨认复制的起始点序列（此序列含有由序列含有由11个核苷酸组成的保守序列：个核苷酸组成的保守序列：A（T）TTTATA（G）TTTA（T），）， ORC具有弱解旋酶活具有弱解旋酶活性的小染色体维系蛋白性的小染色体维系蛋白(MCM)再与之结合，产生复制再与之结合，产生复制叉，形成复制泡，单链叉，形成复制泡，单链DNA结合蛋白（复制蛋