DNA的生物合成PPT课件.ppt
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1、生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则 复制DNA 转录RNA翻译蛋白质复制RNA翻译逆转录蛋白质首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 第一节第一节 半保留复制半保留复制第二节第二节 DNA复制的酶学复制的酶学第三节第三节 DNA生物合成过程生物合成过程第四节第四节 DNA的突变(损伤)与修复的突变(损伤)与修复 第五节第五节 逆转录现象和逆转录酶逆转录现象和逆转录酶首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第
2、十一章第十一章 DNA的复制的复制 第一节第一节 半保留复制半保留复制1)半保留复制()半保留复制(semiconservative replication)1953年年Watson 和和 Crick在提出在提出DNA双螺旋结构模双螺旋结构模型时,就设想在型时,就设想在DNA复制过程中,复制过程中,2条多核苷酸条多核苷酸链之间的氢键断裂,然后以每条单键作为模板,链之间的氢键断裂,然后以每条单键作为模板,按照碱基互补的原则,合成新的互补链。这样新按照碱基互补的原则,合成新的互补链。这样新合成的合成的2个子代个子代DNA分子与原来的分子与原来的DNA分子的碱分子的碱基排列顺序完全一样,每个子代基排
3、列顺序完全一样,每个子代DNA分子的一分子的一条链来自亲代条链来自亲代DNA,另一条链是新合成的,这,另一条链是新合成的,这种复制方式称为半保留复制种复制方式称为半保留复制。复制的特点复制的特点首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 半保留复制的证据半保留复制的证据半保留复制的证据半保留复制的证据 首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 意义:意义:子代保留了亲代子代保留了亲代DNADNA的全部遗传信息的全部遗传信息 DNADNA通
4、过复制和基因表达决定生物特性通过复制和基因表达决定生物特性 体现了遗传过程的相对保守性体现了遗传过程的相对保守性 保守性是相对的,不能忽视其变异性保守性是相对的,不能忽视其变异性2)半不连续复制)半不连续复制.首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 第二节第二节 DNA复制的酶学复制的酶学复制是在酶催化下进行的核苷酸的聚合反应。复制是在酶催化下进行的核苷酸的聚合反应。(一一)DNA聚合酶聚合酶(二二)真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶(三三)DNA复制的保真性复制的保真性 首页首页第第一一节节第第二二节节第第
5、四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 一、一、DNA聚合酶聚合酶作用:以单链作用:以单链DNA作为模板催作为模板催化化3,5-磷酸二酯键的生成,磷酸二酯键的生成,使使4种脱氧核糖核苷酸种脱氧核糖核苷酸,在引在引物或物或DNA片段的片段的3 -OH上上沿着沿着53方向聚合。方向聚合。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 (dNMP dNMP)n n+dNTP+dNTP 或或n n1 1dATPdATPn n2 2dCTPdCTPn n1 1dTTP dTTP +DN
6、A DNA n n2 2dGTPdGTP (模板模板模板模板)DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶Mg 2+,引物引物DNA(dNMP)dAMPdCMPdDMPdGMP+2(n1+n2)PPi+ppin+12(n1+n2)复制的化学反应复制的化学反应首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 作用条件:作用条件:1 1)以单链)以单链)以单链)以单链DNADNA作为模板作为模板作为模板作为模板2 2)4 4种种种种dNTPdNTP作为原料:作为原料:作为原料:作为原料:dATPdATP,dCTPdCTP,dCTPdC
7、TP,dTTP dTTP3 3)需要引物:)需要引物:)需要引物:)需要引物:DNADNA聚合酶不能从头合成聚合酶不能从头合成聚合酶不能从头合成聚合酶不能从头合成DNADNA ,只,只,只,只 能以引物的能以引物的能以引物的能以引物的3-OH3-OH作为合成新作为合成新作为合成新作为合成新DNADNA的起点。的起点。的起点。的起点。4 4)只能催化引物或)只能催化引物或)只能催化引物或)只能催化引物或DNADNA片段与核苷酸之间生成片段与核苷酸之间生成片段与核苷酸之间生成片段与核苷酸之间生成3 3,5-5-磷酸二酯键,使引物或磷酸二酯键,使引物或磷酸二酯键,使引物或磷酸二酯键,使引物或DNAD
8、NA片段由片段由片段由片段由5 35 3方方方方 向延伸,因此向延伸,因此向延伸,因此向延伸,因此DNADNA聚合酶作用具有方向性。聚合酶作用具有方向性。聚合酶作用具有方向性。聚合酶作用具有方向性。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制(一)(一).原核生物的原核生物的DNA聚合酶。聚合酶。现在已知的原核生物现在已知的原核生物DNA聚合酶有三种:聚合酶有三种:1.DNA聚合酶聚合酶2.DNA聚合酶聚合酶3.DNA聚合酶聚合酶首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一
9、章第十一章 DNA的复制的复制 1、DNA聚合酶聚合酶作用:作用:作用:作用:1 1)对复制中的错误进行校读)对复制中的错误进行校读)对复制中的错误进行校读)对复制中的错误进行校读.(3 5 3 5 核核核核 酸外切酶活性)酸外切酶活性)酸外切酶活性)酸外切酶活性)2 2)切除引物和突变的片段()切除引物和突变的片段()切除引物和突变的片段()切除引物和突变的片段(5 3 5 3 核核核核 酸外切酶活性)酸外切酶活性)酸外切酶活性)酸外切酶活性)3 3)填补空隙()填补空隙()填补空隙()填补空隙(5 3 5 3 聚合活性)聚合活性)聚合活性)聚合活性)DNA DNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶是
10、单一肽链的大分子是单一肽链的大分子是单一肽链的大分子是单一肽链的大分子 ,其二级结构以其二级结构以其二级结构以其二级结构以-螺旋为主螺旋为主螺旋为主螺旋为主.为主。为主。为主。为主。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 E.coli DNA 聚合酶聚合酶HONMLKP PJRIEDFCGBQA小片段小片段大片段大片段首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 用特异的蛋白酶,可以把用特异的蛋白酶,可以把DNA-pol I水解为两个段段
11、,小片段(水解为两个段段,小片段(A至至F螺旋)具有螺旋)具有5 3核酸外切酶核酸外切酶活性,大片段(活性,大片段(G至至R螺旋区及螺旋区及C末末端端)又称又称Klenow片段,具片段,具DNA聚聚合酶和合酶和3 5核酸外切酶活性。核酸外切酶活性。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 2、DNA聚合酶聚合酶 只是在无只是在无pol I和和Pol 的情况下的情况下起作用,其真正的作用未完全清楚。起作用,其真正的作用未完全清楚。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十
12、一章第十一章 DNA的复制的复制 3、DNA聚合酶聚合酶 是真正在原核生物细胞内是真正在原核生物细胞内参与复制作用的酶,是由参与复制作用的酶,是由10种种亚基组成的不对称二聚体。亚基组成的不对称二聚体。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 、亚基亚基亚基亚基 组成核心酶。其中组成核心酶。其中组成核心酶。其中组成核心酶。其中 亚基具有聚合酶亚基具有聚合酶亚基具有聚合酶亚基具有聚合酶活性活性活性活性;亚基具有亚基具有亚基具有亚基具有3 3 55 核酸外切酶活性核酸外切酶活性核酸外切酶活性核酸外切酶活性,并执行碱基选
13、并执行碱基选并执行碱基选并执行碱基选择功能择功能择功能择功能;亚基辩认引物亚基辩认引物亚基辩认引物亚基辩认引物,并起着夹住模板又能使酶沿并起着夹住模板又能使酶沿并起着夹住模板又能使酶沿并起着夹住模板又能使酶沿模板链滑动的作用模板链滑动的作用模板链滑动的作用模板链滑动的作用;亚基可能起维持二聚体亚基可能起维持二聚体亚基可能起维持二聚体亚基可能起维持二聚体 的作用。的作用。的作用。的作用。其余的亚基统称为其余的亚基统称为其余的亚基统称为其余的亚基统称为 -复合物复合物复合物复合物,作用不清楚作用不清楚作用不清楚作用不清楚.(E.coli DNA 聚合酶聚合酶不对称二聚体不对称二聚体)首页首页第第一
14、一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 大酶杆菌大酶杆菌DNA聚合酶的性质聚合酶的性质 5 3 聚合 +5 3 外切 +-3 5 外切 +分子量(kd)103 12 180分子数/细胞 400 100 10DNA 聚合酶聚合酶性质性质首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 核酸外切酶活性和校读核酸外切酶活性和校读 DNA pol I DNA pol I、II II 两种方向两种方向 DNA pol I 3DNA pol I 3 5 5活性强活性强
15、 DNA pol III DNA pol III 只有只有3 3 5 5方向方向 首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制(二二)真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶至少有五种:至少有五种:DNA-pol:只能延长数百个核苷酸,在随从链:只能延长数百个核苷酸,在随从链 合成中起作用。合成中起作用。DNA-pol:只是在没有其他只是在没有其他DNA聚合酶时才起聚合酶时才起 作用。作用。DNA-pol:在线粒体内参与线粒体在线粒体内参与线粒体DNA的复制。的复制。DNA-pol:可延长很多的核苷酸,在领头链合:可延长
16、很多的核苷酸,在领头链合 成中起作用。成中起作用。DNA-pol:起校读,修复和填补缺口的作用。:起校读,修复和填补缺口的作用。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制(三三)、DNA复制的保真性复制的保真性 DNA复制的保真性至少依赖复制的保真性至少依赖 三种机理。三种机理。1、遵守严格的碱基配对规律。遵守严格的碱基配对规律。2、DNA-pol 对碱基的选择功能。对碱基的选择功能。3、复制中出现错误时,复制中出现错误时,DNA-pol 有即时的校读功能。有即时的校读功能。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节
17、节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 DNA复制时,必须先有单链复制时,必须先有单链DNA生成,碱基暴露,这样生成,碱基暴露,这样DNA才能起模板作用。才能起模板作用。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制 二、复制中解链和二、复制中解链和DNA分子的拓分子的拓扑学变化扑学变化 解螺旋酶(解螺旋酶(helicase)、)、DNA拓拓扑异构酶扑异构酶(DNA topoisomerase)和单链和单链DNA结合蛋白(结合蛋白(single strand DNA binding
18、 protein)共同起解开双螺旋、共同起解开双螺旋、理顺理顺DNA链、维持链、维持DNA在一段时间在一段时间内处于单链状态的作用。内处于单链状态的作用。首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制(一)解螺旋酶(一)解螺旋酶(二)(二)DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(三)单链三)单链DNA结合蛋白(结合蛋白(SSB)首页首页第第一一节节第第二二节节第第四四节节第第三三节节第第五五节节生物化学生物化学第十一章第十一章 DNA的复制的复制(一)解螺旋酶(一)解螺旋酶 在在DNA-pol参与复制过程之前,参与复制过程之前,首先
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