郜刚分子生物学06DNA端粒的复制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,线性DNA复制后的问题,线性DNA复制后在其新生链的5端总是留下一段空隙，即缩短,3,5,5,3,3,5,5,3,两条模板链,各自复制 引物切除 留下空隙,引物,新生链,3,5,5,3,3,5,5,3,3,5,5,3,对于线性DNA来讲，复制时，由于,受DNA聚合酶,特性,限制，,子代DNA链的最后一个片断去除引物后，无法填补空隙，,易造成子代DNA链的缩短。,染色体末端缩短,对于染色体来讲，由于RNA引物的原因，DNA聚合酶一定会留下染色体末端的一段DNA（即一段端粒）使其不被复制。那么真核细胞染色体末端的端粒就会随着细胞分裂而缩短。这个缩短的端粒传给子细胞后，随着细胞的再次分裂进一步缩短。,端粒,位于真核生物染色体末端（一条链的3,-OH,），,由蛋白质和DNA（,人类：,“,TTAGGG,”,重复序列）紧密结合的保护染色体末端的结构。,端粒功能,：,避免染色体DNA链的缩短；防止染色体的融合或降解；维持染色体结构的稳定性和完整性,。,端粒的合成主要依靠端粒酶来催化,端粒酶,（telomerase）,:,是一种自身携带RNA模板的逆转录酶，可以,催化合成,端粒。,DNA,实际上端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体,它自身携带的RNA具有物种特异性，可以作为模板,通过逆转录过程对该物种DNA末端进行延长,端粒复制的爬行模型,.,TTGGGG,TTGGGG,TTGGGG,TT,GG,.AACCCCAACCCC,AACCCCAAC,5,3,3,5,dGTP,.,TTGGGG,TTGGGG,TTGGGGTT,GGGGTT,.AACCCCAACCCC,AACCCCAAC,5,3,3,5,dGTP,.TTGGGGTTGGGGTTGGGG,TT,GGGGTTGGGG,TT,.AACCCCAACCCC,AACCCCAAC,5,3,3,5,3,RNA template,Telomerase,RNA template,5,5,5,RNA template,端粒酶的爬行模型（动画演示）,母链藉非标准碱基配对回折,DNA聚合酶,端粒合成完成,进一步加工,如上图所示,(a)端粒酶以其RNA为模板,通过逆转录作用,催化富含G链的延伸;(b)端粒酶向端粒新3端移动,继续以其RNA为模板,催化富含G的DNA母链延长;(c)端粒酶反复移位,通过逆转录反应使端粒富含G链增长到足够长度;(d)富含C链的空缺部分不需要引物酶合成引物提供3-OH,而是富含G的链突出的寡脱氧核苷酸d(GGGGTTTTGGGG)通过非Watson-Crick配对方式自身的GGGG之间按G G配对,回折形成发卡并提供3-OH;(e)由发卡引发富含C链在3-OH以富含G链为模板,由DNA聚合酶添加新的dNTP,进一步延伸填补空缺,间隙最后由DNA连接酶封口;(f)端粒DNA与端粒蛋白结合,完成加工后,形成完整的端粒。,如上图所示,(a)端粒酶以其RNA为模板,使用右边的AAC与新掺入的TTG配对,催化富含G链的延伸;(b)端粒酶向端粒新3端移动,此时模板RNA左边的AAC与3端新掺入的TTG配对;(c)端粒酶在模板RNA指导下将6个一组GGGTGG添加到端粒G链3端,重复(a),(c)反应使端粒富含G链增长;(d)富含G链充分延伸,而空缺的富含C链部分由引物酶合成引物RNA,其序列互补于富含G链3端;(e)在新合成引物引发下,DNA聚合酶合成DNA用以填补端粒富含C链的缺口;(f)引物被切除后,对应的富含G链突出1016个核苷酸;(g)这种带重复序列的端粒DNA与端粒蛋白结合后,通过GG配对自身回折在染色体末端形成套索结构(t环,telomere loop)。,附加：,反转录作用,（RNA指导的DNA合成）,定义,:,以,RNA,为模板,按照,RNA,中的核苷酸顺序,合成,DNA,的过程称为反转录,(reverse transcription,RT),。该过程由反转录酶催化进行。,1970,年,Temin,和,Baltimore,同时分别从,(,鸡,),劳氏肉,瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病,RNA,病毒中分,离出反转录酶，迄今已知的致癌,RNA,病毒都含有,反转录酶。,+,RNA+,DNA-,RNA+,DNA-,DNA+,病毒,RNA,的反转录过程,（以前病毒形式整合到宿主细胞,DNA,中而使细胞恶性转化）,单链病毒,RNA,RNA-DNA,杂交分子 双链,DNA,（,前病毒）,反转录酶,反转录酶,反转录酶也和,DNA,聚合酶一样,沿,5,3,方向合成,DNA,并要求短链,RNA,作引物。,反转录酶是多功能酶，兼有,3,种酶的活性：,RNA,指导的,DNA,聚合酶活性,DNA,指导的,DNA,聚合酶活性,核糖核酸酶,H,的活性，专一水解,RNA-DNA,杂交分子中的,RNA,，,可沿,5,3,和,3,5,两个方向起核酸外切酶的作用。,cDNA：利用反转录酶可合成出与任何RNA模板（mRNA，tRNA或rRNA）的碱基序列互补的DNA互补DNA（complementary DNA,cDNA）。,几乎所有真核生物mRNA分子的3,末端都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时，mRNA就可作为模板，在反转录酶催化下在体外合成与其互补的cDNA，为研究真核结构基因提供了有效途径。,反转录酶发现的理论和实践意义：,反转录酶的发现补充了“中心法则”，遗传信息也可以从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前反转录酶已经成为研究这些学科的有力工具。,