分子生物學(xué)原理--DNA的生物合成

2020 4 16 分子生物學(xué)原理 中心法則的研究過程 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 第三篇基因信息的傳遞 遺傳信息流動方向 中心法則 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 半保留復(fù)制模式的實(shí)驗(yàn)證明 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 第十章復(fù)制 半保留復(fù)制 DNA進(jìn)行復(fù)制時 雙螺旋結(jié)構(gòu)解開而成為兩股單鏈 各自作為模板 用于合成新的互補(bǔ)鏈 子代細(xì)胞出現(xiàn)新的DNA雙鏈 其中一股單鏈?zhǔn)菑挠H代完整地接受過來的 另一股單鏈?zhǔn)峭耆匦潞铣?且與母鏈按堿基配對原則互補(bǔ) 也就是說 兩個子代細(xì)胞的DNA雙鏈 都和母細(xì)胞DNA堿基序列完全一致 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 第一節(jié)參與DNA復(fù)制的酶 底物 脫氧三磷酸核苷聚合酶 依賴DNA的DNA聚合酶模板 解開成單鏈的DNA母鏈引物 一段寡核苷酸其它酶和蛋白質(zhì)因子 起解鏈 理順雙螺旋 穩(wěn)定單鏈的作用 連接酶 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 一 DNA聚合酶 大腸桿菌中有DNA聚合酶I II和III PolIII被認(rèn)為是原核生物細(xì)胞內(nèi)真正起復(fù)制作用的酶 PolI可以被蛋白酶分成大小片段 大片段有DNA聚合酶的活性 稱為Klenow片段 真核生物中發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有 和 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 DNA聚合酶催化的反應(yīng) 5 到3 的聚合活性 dNMP n dNTP dNMP n 1 Ppi 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 DNA聚合酶催化的反應(yīng) 5 到3 的聚合活性 dNMP n dNTP dNMP n 1 Ppi核酸外切酶活性 從5 或3 末端把核苷酸從核酸鏈上水解下來 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 DNA聚合酶的性質(zhì) 以脫氧核苷酸三磷酸 dNTP 為前體催化合成DNA需要模板和引物不能起始合成新的DNA鏈催化dNTP加到生長中的DNA的3 OH末端催化DNA合成的方向是5 到3 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 復(fù)制的保真性 DNA復(fù)制保真性至少依賴三種規(guī)律 1 遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律 2 聚合酶在復(fù)制延長中對堿基的選擇功能 3 復(fù)制中出錯時有即時的校讀功能 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 解旋 解鏈酶 復(fù)制應(yīng)先解開DNA的超螺旋 雙螺旋結(jié)構(gòu) 解旋 解鏈酶類 解鏈酶 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 單鏈DNA結(jié)合蛋白 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 解鏈酶 解鏈酶是rep 它在ATP存在時解開DNA雙鏈 每解開1對堿基 需要消耗2個ATP 另一種為解旋酶II 在解鏈過程中 已解開的DNA雙鏈之一 其解鏈方向與復(fù)制方向一致 稱為領(lǐng)頭鏈 另一鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反 稱為隨從鏈 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 拓?fù)涿笇NA分子的作用都是既能水解 又能連接磷酸二酯鍵 拓?fù)涿窱 不需要ATP 切斷DNA雙鏈中的一股 使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)中不打結(jié) 適當(dāng)?shù)臅r候又把切口封閉 使DNA變成松馳狀態(tài) 拓?fù)涿窱I在無ATP時 切斷處于超螺旋的DNA分子 使超螺旋松馳 在有ATP時 松馳狀態(tài)的DNA進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài) 斷口在同一酶催化下再連接起來 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 單鏈DNA結(jié)合蛋白 單鏈結(jié)合蛋白 SSB 的作用是在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)這種單鏈的完整性 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 引物酶和引發(fā)體 復(fù)制是在一段RNA引物的基礎(chǔ)上加進(jìn)脫氧核苷酸的 催化引物合成的是一種RNA聚合酶 它不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的RNA聚合酶 因此稱為引物酶 引物酶在模板的復(fù)制起始部位催化互補(bǔ)堿基的聚合 形成短片段RNA 在解鏈酶結(jié)合其它復(fù)制因子而可辨認(rèn)起始點(diǎn)時 就可再結(jié)合引物酶 形成引發(fā)體 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 DNA連接酶 DNA連接酶連接DNA鏈3 OH末端和另一DNA鏈的5 P末端 使二者生成磷酸二酯鍵 從而把兩段相鄰的DNA鏈連成完整的鏈 連接酶的催化作用在原核細(xì)胞需要消耗NAD 在真核細(xì)胞則消耗ATP 連接酶連接的都是堿基互補(bǔ)基礎(chǔ)上的雙鏈中的單鏈缺口 它并沒有連接單獨(dú)存在的DNA單鏈或RNA單鏈的作用 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 三種酶催化生成磷酸二酯鍵的比較 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 第二節(jié)DNA復(fù)制過程 復(fù)制的起始復(fù)制的延長復(fù)制的終止 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 復(fù)制的起始 原核生物總是從一個固定的起始點(diǎn)開始 同時向兩個方向進(jìn)行的 稱為雙向復(fù)制 真核細(xì)胞染色體比較復(fù)雜 可能有多個復(fù)制起始點(diǎn) 同時形成多個復(fù)制單位 復(fù)制開始后由于DNA雙鏈解開 在兩股單鏈上進(jìn)行復(fù)制 在電子顯微鏡下均看到伸展成叉狀的復(fù)制現(xiàn)象 稱為復(fù)制叉 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 復(fù)制起始的步驟 1 引物酶按堿基配對規(guī)律合成RNA引物 2 在DNA聚合酶III的作用下 靠酶的 亞基辨認(rèn)引物 新鏈第一個脫氧核苷酸就加到引物的3 OH末端上 形成磷酸二酯鍵 3 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 可能主要是II型酶的作用 在將要打結(jié)或已打結(jié)處作切口 4 單鏈DNA結(jié)合蛋白 SSB 結(jié)合于開放的單鏈上 起穩(wěn)定和保護(hù)單鏈模板的作用 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 復(fù)制的延長 催化延長的酶在原核生物為polIII 在真核生物為DNA聚合酶 和 DNA復(fù)制延長的速度相當(dāng)快 在細(xì)菌中約為2500bp s 高等生物DNA復(fù)制時延長速度可能慢一些 但它有多個起始點(diǎn)生成多個復(fù)制單位同時復(fù)制 總的復(fù)制速度與原核生物相差不多 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 復(fù)制的不連續(xù)性 DNA雙鏈的走向相反 而復(fù)制和引物合成總是從5 到3 方向延伸的 因此領(lǐng)頭鏈可以順解鏈方向延長 隨從鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反 因此必須等待模板鏈解出足夠長度 復(fù)制才能開始并延長 復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 復(fù)制的過程 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 滾環(huán)復(fù)制 環(huán)狀DNA雙鏈一股先開一個缺口 5 端向外伸展 在伸展出的單鏈上進(jìn)行不連續(xù)復(fù)制 沒有開環(huán)的另一段 則可以一邊滾動一邊進(jìn)行連續(xù)復(fù)制 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 復(fù)制的終止 原核生物除了有一定的復(fù)制起始點(diǎn) 還好一定的復(fù)制終止點(diǎn) RNA酶將引物水解polI填補(bǔ)空缺連接酶連接 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 參加復(fù)制的酶 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 第三節(jié)DNA的損傷和修復(fù) 突變和遺傳的保守性 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 突變的分子基礎(chǔ) 突變是DNA分子上堿基的改變 自發(fā)突變是遺傳過程中 自發(fā) 發(fā)生的突變 誘變是研究核酸與遺傳時 應(yīng)用一些物理或化學(xué)方法對DNA分子或整個組織細(xì)胞處理使DNA發(fā)生突變 是人工手段使DNA發(fā)生突變 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 突變的分類 點(diǎn)突變 一個堿基的變異 有轉(zhuǎn)換同型堿基和顛換異型堿基缺失 一個堿基或一段核苷酸從DNA上消失插入 一個堿基或一段核苷酸插入到DNA大分子中 倒位 DNA鏈內(nèi)部遷移 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 誘變因素 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 損傷的修復(fù) 損傷 是復(fù)制過程中發(fā)生的DNA突變 大多數(shù)屬于自發(fā)突變 校讀 polI監(jiān)視和糾正復(fù)制錯誤的功能 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 損傷修復(fù)的機(jī)制 光修復(fù)切除修復(fù)重組修復(fù)SOS修復(fù) 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 光修復(fù) 紫外線照射可引起核酸鏈上相鄰的兩個胸腺嘧啶形成二聚體TT 光修復(fù)過程是通過光修復(fù)酶催化而完成的 需300 600nm波長照射激活 2020 4 16 分子生物學(xué)原理 切除修復(fù) 切除修復(fù)需要特異的核酸內(nèi)切酶 polI DNA連接酶等參加 2020 4 16 分子生物學(xué)原理