分子生物學(xué)-中心法則課件

分子生物學(xué)－中心法則生物的遺傳信息從DNA傳遞給mRNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。根據(jù)mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程，被稱為翻譯或表達(dá)。1958年Crick將生物遺傳信息的這種傳遞方式稱為中心法則。分子生物學(xué)-中心法則在某些情況下，RNA也可是遺傳信息的攜帶者，如，RNA病毒能以自己的RNA為模板自我復(fù)制。某些致癌RNA病毒通過逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)的方式將遺傳信息傳遞給DNA。分子生物學(xué)-中心法則Reversetranscription中心法則及補(bǔ)充分子生物學(xué)-中心法則第19章DNA復(fù)制與修復(fù)（一）復(fù)制方式：半保留復(fù)制。物質(zhì)基礎(chǔ)：雙螺旋結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)-中心法則氮標(biāo)記技術(shù)證實(shí)了DNA的半保留復(fù)制

以15NH4Cl為唯一氮源培養(yǎng)大腸桿菌，連續(xù)培養(yǎng)12代，使所有DNA標(biāo)記上15N；在普通培養(yǎng)基（14N)培養(yǎng)一代后，所有DNA密度介于14N～15N之間；培養(yǎng)兩代后，14N和14N～15N雜合分子等量出現(xiàn)。繼續(xù)培養(yǎng)，14N分子增多。分子生物學(xué)-中心法則(深藍(lán):15N)(粉紅:14N)DNA半保留復(fù)制的證據(jù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液含15N-DNA的細(xì)菌普通DNA重DNA第一代中等密度DNA第二代普通DNA中等密度DNA分子生物學(xué)-中心法則二）復(fù)制的方式和特點(diǎn)分子生物學(xué)-中心法則分子生物學(xué)-中心法則DNA的復(fù)制實(shí)際上就是以DNA為模板在DNA聚合酶作用下，將游離的四種脫氧三核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,簡寫為dNTP)聚合成DNA的過程。這是一個(gè)非常復(fù)雜的酶促反應(yīng)，需要許多種酶和蛋白質(zhì)參與。第二節(jié)原核生物DNA的復(fù)制分子生物學(xué)-中心法則一、DNA復(fù)制所需原料1）底物：dATP，dGTP，dCTP，dTTP， 總稱為dNTP2）DNA聚合酶，DNA-pol3）模板（template）：解開成單鏈的DNA母鏈4）引物（primer）：RNA引物5）其他酶和蛋白質(zhì)因子分子生物學(xué)-中心法則1、DNA聚合酶－復(fù)制的基本酶作用特點(diǎn)：從引物游離3’－OH開始加入脫氧核苷酸，需要底物，引物，模板，能量，Mg2+。DNA聚合酶為DNA指導(dǎo)的酶。分子生物學(xué)-中心法則原核細(xì)胞DNA聚合酶539DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ

5’→3’聚合活性

+++聚合速度nt/s16~207250~1000對dNTP親和力

低低高5’→3’外切活性

+-+3’→5’外切活性

+++功能

修復(fù);去除引物；填補(bǔ)空缺

協(xié)助修復(fù)主要復(fù)制酶DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ：與突變存活有關(guān)的酶。分子生物學(xué)-中心法則DNA-pol的5′

3′聚合作用3’5’5’3’3’5’DNA-pol5’3’OHP分子生物學(xué)-中心法則DNA-pol

I

5′

3′外切活性切除引物，切除突變片段DNA-pol

I

3′

5′外切活性：校讀（proofread）功能5’3’AG5’3’分子生物學(xué)-中心法則小片段

大片段（Klenowfragment）5‘→3’聚合功能，3'→5'外切酶活性5'→3'外切酶活性DNApolI的酶切片段EJPNMLHIORQGCDBFAK分子生物學(xué)-中心法則引物酶(Primase)5′5′DNA合成需在RNA引物的基礎(chǔ)上進(jìn)行。RNA引物5′3′5′3′分子生物學(xué)-中心法則解除DNA高級結(jié)構(gòu)的酶與蛋白：DNA復(fù)制從起始點(diǎn)開始復(fù)制時(shí)，局部的DNA雙鏈必須打開，主要靠解螺旋酶（helicase)的作用，打開后的單鏈還需要單鏈結(jié)合蛋白與其結(jié)合，防止復(fù)性。在復(fù)制叉向前移動(dòng)時(shí)造成前方DNA分子產(chǎn)生正超螺旋，必須由拓?fù)洚悩?gòu)酶來解決。分子生物學(xué)-中心法則3、解螺旋酶(helicase)解螺旋酶作用：斷裂互補(bǔ)堿基間的氫鍵，使DNA成單鏈?；颍篸naA、B、C…蛋白：DnaA、B、C…ATP分子生物學(xué)-中心法則4、拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase,Topo）一類能調(diào)節(jié)DNA分子超螺旋類型和水平的酶。DNA正超螺旋與負(fù)超螺旋復(fù)制后形成負(fù)超螺旋復(fù)制前方形成正超螺旋DNA雙螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ酶Ⅱ，引入負(fù)超螺旋分子生物學(xué)-中心法則

消除復(fù)制叉前方形成的正超螺旋，即引入負(fù)超螺旋。切割DNA雙鏈，此時(shí)不需ATP；爾后由ATP供能，連接切口。不需ATP，切割雙鏈DNA中的一鏈，使DNA松弛后,連接切口。TopoⅠ:TopoⅡ:

臨床上使用的某些抗腫瘤藥（如喜樹堿等）是通過抑制Topo酶活性而殺死腫瘤細(xì)胞的。作用方式：切割DNA鏈，使其松弛后再連接。分子生物學(xué)-中心法則5、DNA連接酶－連接DNA片斷的酶連接酶(ligase)的作用是催化相鄰的DNA片段以3’、5’－磷酸二酯鍵相連接。連接反應(yīng)中的能量來自ATP(動(dòng)物細(xì)胞或噬菌體）或NAD＋（細(xì)菌)。連接酶要求催化反應(yīng)時(shí)缺口處有一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)的。不能將兩條游離的DNA分子連接起來。分子生物學(xué)-中心法則連接酶的催化反應(yīng)分子生物學(xué)-中心法則二、DNA復(fù)制過程(544)各種生物DNA的復(fù)制過程大同小異，大致包括以下幾個(gè)階段。1、起始－有固定的起點(diǎn)（1）識別起始位點(diǎn)

復(fù)制是從DNA分子上的特定部位開始的，這一部位叫做復(fù)制起始點(diǎn)(originalreplication)常用ori或o表示。多雙向、對稱等速復(fù)制。分子生物學(xué)-中心法則大腸桿菌的oriC大腸桿菌染色體DNA復(fù)制起始點(diǎn)oriC由245bp組成，關(guān)鍵序列在于兩組短的重復(fù)：三個(gè)13bp和四個(gè)9bp組成的保守序列，是大腸桿菌中DnaA蛋白識別的位置。分子生物學(xué)-中心法則（2）DNA解旋，形成復(fù)制叉解旋酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶與復(fù)制起點(diǎn)結(jié)合，解開雙螺旋成兩條局部的單鏈，SSB也隨即結(jié)合上保護(hù)單鏈。（3）RNA引物的合成

引物合成酶結(jié)合上去，形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的引發(fā)體。引物合成酶合成引物。

分子生物學(xué)-中心法則起始：OriC開始，形成復(fù)雜的引發(fā)體，合成RNA引物分子生物學(xué)-中心法則2、延伸－酶催化以高速度進(jìn)行在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，根據(jù)模板鏈3’→5’的核苷酸順序，從引物游離3’－OH開始加入脫氧核苷酸，直至合成整個(gè)DNA片斷。酶的催化方向：5’→3’，所以新生DNA鏈的延伸方向也是5’→3’。兩條鏈復(fù)制又同時(shí)進(jìn)行。如何解決？一條鏈連續(xù)合成，稱為前導(dǎo)鏈；另一條鏈不連續(xù)合成，為滯后鏈。岡崎片斷：以DNA5’→3’鏈為模板時(shí)合成的不連續(xù)的較短的DNA片斷。分子生物學(xué)-中心法則

’

ThemodelofDNA-polIII

formthecatalyticcore

LinkstwocoresLeadingstrandsynthesisLaggingstrandsynthesis

actasaclamp分子生物學(xué)-中心法則復(fù)制過程：兩條鏈同時(shí)進(jìn)行分子生物學(xué)-中心法則滯后鏈的合成細(xì)節(jié)聚合酶Ⅰ切除引物連接酶連接岡崎片斷聚合酶Ⅲ合成岡崎片斷分子生物學(xué)-中心法則3、終止兩復(fù)制叉在終止區(qū)相遇，形成的連鎖體由拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ分開。終止子ter和終止蛋白Tus防止復(fù)制叉超過終止區(qū)過界復(fù)制。分子生物學(xué)-中心法則分子生物學(xué)-中心法則第三節(jié)真核生物DNA的復(fù)制真核DNA的合成的基本過程類似于原核DNA，不同之處：

多復(fù)制起點(diǎn)

至少有五種聚合酶αβγδε

端粒的復(fù)制依賴于端粒酶

分子生物學(xué)-中心法則（1）真核細(xì)胞多復(fù)制起點(diǎn)分子生物學(xué)-中心法則（2）真核生物DNA聚合酶真核生物至少擁有5種DNA聚合酶，分別命名為α、β、γ、δ及ε。能在5’→3’方向聚合DNA鏈，但功能不盡相同。真核細(xì)胞中與DNA復(fù)制有關(guān)的酶是DNApolα（合成引物）和δ(合成前導(dǎo)鏈和滯后鏈）。δ還具有3’→5’外切酶的校正功能，并具有解螺旋的作用。酶β和ε：參與修復(fù)。酶γ參與線粒體DNA復(fù)制。分子生物學(xué)-中心法則真核生物染色體DNA是線性的，每復(fù)制一次，子鏈的5’有缺失。3’端有特殊的序列,是線性DNA末端復(fù)制必需的---端粒作用：穩(wěn)定染色體（3）端粒及端粒酶分子生物學(xué)-中心法則線形DNA復(fù)制末端問題5’3’5’3’5’3’5’3’分子生物學(xué)-中心法則端粒縮短分子生物學(xué)-中心法則端粒酶（telomerase)----防止端?？s短的酶組成蛋白質(zhì)(DNA聚合酶)+RNA(合成端粒DNA的模板)唯一攜帶RNA模板的逆轉(zhuǎn)錄酶人端粒酶:模板(RNA-端粒酶):3’--（UCCCAA）n---5’合成(DNA):5’--（AGGGTT）n---3’端粒酶和衰老、腫瘤有關(guān)分子生物學(xué)-中心法則第四節(jié)反轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄：在RNA指導(dǎo)下DNA的合成。即以RNA為模板，合成DNA的過程。此過程和一般遺傳信息流轉(zhuǎn)錄的方向相反，故稱為反轉(zhuǎn)錄，催化此過程的DNA聚合酶叫做反轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)。反轉(zhuǎn)錄酶不僅普遍存在于RNA病毒中，哺乳動(dòng)物的胚胎細(xì)胞和正在分裂的淋巴細(xì)胞中也有反轉(zhuǎn)錄酶。

分子生物學(xué)-中心法則反轉(zhuǎn)錄酶的活性

①RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性：反轉(zhuǎn)錄酶中不具有3′→5′外切酶活性，因此沒有校正功能，所以由反轉(zhuǎn)錄酶催化合成的DNA出錯(cuò)率比較高。②RNaseH活性：由反轉(zhuǎn)錄酶催化合成的cDNA與模板RNA形成的雜交分子，由RNaseH從RNA5′端水解掉RNA分子。③DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性；以反轉(zhuǎn)錄合成的第一條DNA單鏈為模板，以dNTP為底物，再合成第二條DNA分子。分子生物學(xué)-中心法則RNA模板逆轉(zhuǎn)錄活性RNaseH活性RNA:DNA雜化雙鏈單鏈DNADNApol活性整合(integration)入細(xì)胞基因組雙鏈DNA

病毒基因組通過基因重組插入到宿主細(xì)胞基因組中，稱為整合。tRNA引物分子生物學(xué)-中心法則逆轉(zhuǎn)錄酶將RNA逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA，與宿主細(xì)胞DNA整合，可能導(dǎo)致癌變！病毒DNA隨宿主細(xì)胞復(fù)制，轉(zhuǎn)錄生成RNA并翻譯成蛋白。RNA和蛋白組裝成病毒。分子生物學(xué)-中心法則第五節(jié)DNA的損傷修復(fù)一、DNA的損傷（突變）的概念DNA分子一級結(jié)構(gòu)的改變稱為DNA損傷(DNAdamage)或突變（mutation）。自發(fā)突變：大多數(shù)突變屬此類，原因不明。誘發(fā)突變：由理化因素誘發(fā)物理因素（紫外、高能射線、電離輻射）化學(xué)因素（5-F-U，烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）分子生物學(xué)-中心法則二、突變的類型1.點(diǎn)突變（pointmutation）

也稱錯(cuò)配（mismatch）DNA鏈上堿基的置換CTCGluCACValHbA

肽鏈HbA

基因HbS

基因HbS

肽鏈ATGC分子生物學(xué)-中心法則2.缺失、插入和相應(yīng)的框移突變5′….UCACGACAUAUG….3′5′….UCAGCGACAUAUG….3′絲精組蛋絲丙蘇酪5′….UCAGACAUAUG….3′絲天異亮插入缺失正常框移突變是最嚴(yán)重的突變！分子生物學(xué)-中心法則三、修復(fù)：（一）直接修復(fù)（二）切除修復(fù)-主要的修復(fù)方式（三）錯(cuò)配修復(fù)（四）SOS修復(fù)（五）重組修復(fù)分子生物學(xué)-中心法則(二)切除修復(fù)即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復(fù)正常。這是一種比較普遍的修復(fù)機(jī)制。分子生物學(xué)-中心法則補(bǔ)充：PCR反應(yīng)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PolymeraseChainReaction)，簡稱PCR，是一種體外大量復(fù)制DNA