生物化學(xué)中英雙語版1三Dna的復(fù)制修復(fù)及重組公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

生物化學(xué)原理

PrinciplesofBiochemistry

楊帆第1頁DNA

RNA

蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制遺傳中心法則第2頁第十三章DNA復(fù)制、修復(fù)及重組DNA復(fù)制DNA損傷與修復(fù)遺傳重組第3頁DNA復(fù)制DNA復(fù)制：是指親代DNA雙螺旋鏈解開，分別做為模板，指導(dǎo)子代DNA合成過程。第4頁DNA復(fù)制：1.半保留復(fù)制：通過DNA復(fù)制產(chǎn)生新DNA雙鏈中，一條鏈來源于親代DNA，另一條則是新合成。1958年Meselson和Stahl第5頁DNA復(fù)制：2.DNA復(fù)制起點(diǎn)和方式復(fù)制子：基因組上能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制單位稱為復(fù)制子。每個(gè)復(fù)制子都具有自己復(fù)制起點(diǎn)。雙向復(fù)制：生物體中，大多數(shù)DNA復(fù)制是雙向復(fù)制。復(fù)制叉：DNA復(fù)制過程中，親代DNA雙鏈由復(fù)制起點(diǎn)開始逐漸部分解鏈，形成一種復(fù)制叉構(gòu)造。第6頁大腸桿菌染色體雙向復(fù)制示意圖第7頁大腸桿菌染色體復(fù)制過程中形構(gòu)造第8頁雙向復(fù)制及單向復(fù)制中復(fù)制叉構(gòu)造第9頁DNA復(fù)制：3.DNA聚合酶：參與DNA復(fù)制重要酶,該酶催化四種dNTP合成DNA。DNA聚合酶模板鏈合成新鏈模板鏈第10頁DNA聚合酶反應(yīng)特點(diǎn):1.以四種dNTP為底物2.反應(yīng)需要接受模板指導(dǎo)3.反應(yīng)需要有引物3’羥基存在5.DNA鏈合成方向?yàn)?’→3’4.反應(yīng)需要有二價(jià)金屬（重要是Mg2+）存在第11頁DNA復(fù)制：4.大腸桿菌DNA聚合酶：重要有三種DNA聚合酶Ⅰ：1956年kornberg初次發(fā)現(xiàn)⑴具有DNA聚合酶活性⑵3’5’核酸外切酶活性：由3‘端開始水解DNA鏈⑶5’3’核酸外切酶活性：由5’端開始水解DNA鏈⑷從3’端發(fā)生焦磷酸解作用第12頁DNA聚合酶Ⅰ3’5’核酸外切酶活性在DNA復(fù)制過程中起著重要校對作用DNA聚合酶活性位點(diǎn)3’5’核酸外切酶活性位點(diǎn)第13頁DNA聚合酶Ⅰ5’3’核酸外切酶活性一般作用于雙鏈DNA配對堿基，從5’端水解下核苷酸。DNA聚合酶Ⅰ5’3’核酸外切酶活性在DNA復(fù)制和修復(fù)中起著重要作用。第14頁DNA聚合酶Ⅰ構(gòu)造：單鏈多肽。用枯草桿菌蛋白酶進(jìn)行有限水解，可以得到兩個(gè)大小不一樣樣片段。Klenow片段：包具有3’5’核酸外切酶活性和DNA聚合酶活性第15頁DNA聚合酶Ⅱ：多亞基聚合酶，具有DNA聚合酶活性和3’5’核酸外切酶活性，不具有5’3’核酸外切酶活性。反應(yīng)中需要有NH4+激活。是一種重要起修復(fù)作用酶。第16頁DNA聚合酶Ⅲ：多亞基聚合酶，包具有10個(gè)亞基。其中α、ε、和θ亞基構(gòu)成所謂關(guān)鍵酶。被認(rèn)為是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)真正負(fù)責(zé)DNA復(fù)制聚合酶。1.其α亞基具有DNA聚合酶活性，當(dāng)和其他亞基構(gòu)成全酶時(shí)，聚合效率可抵達(dá)1000bp/sec.2.其ε亞基具有3’5’核酸外切酶活性，起校對作用。3.不具有5’3’核酸外切酶活性第17頁SlidingclampsubunitsCatalyticsubunitCatalyticsubunit3’5’exonucleasesubunits大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ構(gòu)造示意圖催化亞基3’5’核酸外切酶活性第18頁大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲβ亞基－DNA結(jié)合示意圖第19頁

亞基與模板結(jié)合第20頁大腸桿菌三種DNA聚合酶比較第21頁DNA復(fù)制：5.DNA半不持續(xù)復(fù)制：DNA分子是反向平行；體內(nèi)所有已知DNA聚合酶合成方向都是5’3’。前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈后續(xù)鏈第22頁DNA復(fù)制：6.DNA復(fù)制需要有RNA引物：所有已知DNA聚合酶都不能從頭合成新鏈；RNA聚合酶則可在有DNA模板基礎(chǔ)上，合成新RNA。DNA合成需要引物，而RNA合成不需要引物。⑴DNA復(fù)制起始RNA引物是在DNA模板鏈一定部位合成，由引物合成酶催化，一般長為幾種至10幾種核苷酸。⑵DNA復(fù)制完畢后，RNA引物消除和缺口彌補(bǔ)是由DNA聚合酶Ⅰ來完畢。第23頁DNA復(fù)制：7.DNA高保真性：⑴運(yùn)用DNA聚合酶反應(yīng)保真機(jī)制⑵運(yùn)用DNA聚合酶3’5’核酸外切酶活性⑶運(yùn)用體內(nèi)多種修復(fù)系統(tǒng)第24頁DNA復(fù)制：8.DNA復(fù)制體：指與DNA復(fù)制有關(guān)30多種蛋白質(zhì)和酶構(gòu)成高效、高精度復(fù)制完整復(fù)合物。解旋酶（helicase）：運(yùn)用ATP水解釋放能量解開雙鏈DNA負(fù)超螺旋。單鏈結(jié)合蛋白（SSB）：結(jié)合在單鏈DNA上，維持單鏈DNA完整性和穩(wěn)定性。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ：通過變化DNA超螺旋狀態(tài)，減少復(fù)制叉前進(jìn)時(shí)帶入扭曲張力，增進(jìn)雙鏈解開。DNA連接酶：連接DNA片段引物酶：合成DNA復(fù)制過程中所需要RNA引物。DNA聚合酶：新生DNA鏈延長第25頁DNA復(fù)制DNA復(fù)制過程：1.復(fù)制起始：DanAHuDanB，DanC第26頁第27頁DNA復(fù)制過程：2.鏈延伸前導(dǎo)鏈延伸DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解旋酶DNA聚合酶單鏈結(jié)合蛋白第28頁DNA復(fù)制叉構(gòu)造示意圖第29頁滯后鏈延伸：岡崎片段合成RNA引物DNA引物酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶第30頁第31頁滯后鏈合成過程中DNA聚合酶Ⅲ移動(dòng)第32頁滯后鏈RNA引物切除：DNA聚合酶Ⅰ5’

3’核酸外切酶活性第33頁滯后鏈連接：DNA連接酶DNA聚合酶Ⅰ第34頁DNA連接酶作用機(jī)制DNA連接酶第35頁DNA復(fù)制過程：3.復(fù)制終止：大腸桿菌染色體復(fù)制終止第36頁真核生物DNA復(fù)制：真核生物染色體有核小體構(gòu)造真核生物基因組龐大真核生物DNA上往往有多種復(fù)制子真核生物DNA復(fù)制子在每個(gè)細(xì)胞周期僅起始復(fù)制一次第37頁DNA損傷與修復(fù)DNA損傷：化學(xué)誘變：堿基置換；DNA片段缺失和插入；移碼突變；插入失活物理原因致突變致癌劑致突變第38頁DNA損傷后修復(fù)：1.直接修復(fù)：指經(jīng)酶促反應(yīng)進(jìn)行修復(fù)過程。包括光修復(fù)和單個(gè)酶直接修復(fù)作用。鳥苷酸甲基化導(dǎo)致堿基錯(cuò)配第39頁甲基轉(zhuǎn)移酶對甲基化鳥嘌呤堿基作用第40頁DNA損傷后修復(fù)：2.切除修復(fù)：指在一系列酶作用下，將DNA分子中受損部分切除掉，并以完整那一條鏈為模板，合成出切除部分，DNA構(gòu)造恢復(fù)正常過程。第41頁核苷酸切除修復(fù)第42頁堿基切除修復(fù)第43頁DNA損傷后修復(fù)：3.錯(cuò)配修復(fù)：修復(fù)在復(fù)制過程中錯(cuò)配且沒有被校正單個(gè)或少數(shù)堿基。第44頁錯(cuò)配修復(fù)第45頁DNA損傷后修復(fù)：4.SOS反應(yīng)與易錯(cuò)修復(fù)：SOS反應(yīng)是