第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成課件

1、第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,生物化學(xué)與分子生物學(xué),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,第十四章,DNA的生物合成 DNA Biosynthesis ( Replication ),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,復(fù)制(replication) 是以DNA為模板的DNA合成，是基因組的復(fù)制過程。在這個(gè)過程中，親代DNA作為合成模板，按照堿基配對原則合成子代分子，其化學(xué)本質(zhì)是酶促脫氧核苷酸聚合反應(yīng)。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,本章主要內(nèi)容：,DNA復(fù)制的基本特征 DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化 原核生物DNA復(fù)制過程 真核生物DNA生物合成過程

2、逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,DNA復(fù)制的基本特征 Basic Rules of DNA Replication,第 一 節(jié),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,半保留復(fù)制(semi-conservative replication) 雙向復(fù)制(bidirectional replication) 半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication),DNA復(fù)制的主要特征,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,一、 DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制,DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按

3、堿基配對規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。,半保留復(fù)制的概念:,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式:,全保留式 半保留式 混合式,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,密度梯度實(shí)驗(yàn):,實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。,含15N-DNA的細(xì)菌,第一代,第二代,梯度離心結(jié)果,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了

4、遺傳的保守性。,半保留復(fù)制的意義:,遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,C C A C T G G,G G T G A C C,A G G T A C T G,T C C A T G A C,T C C A T G A C,A G G T A C T G,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,A G G T A C T G C C A

5、 C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,+,母鏈DNA,復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉,子代DNA,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,原核生物基因組是環(huán)狀DNA，只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)（origin）。復(fù)制從起點(diǎn)開始，向兩個(gè)方向進(jìn)行解鏈，進(jìn)行的是單點(diǎn)起始雙向復(fù)制。,二、DNA復(fù)制從起點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,A. 環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn) B. 復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉 C. 復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination, ter),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把

6、兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子(replicon) 。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,三、DNA復(fù)制反應(yīng)呈半不連續(xù)特征,領(lǐng)頭鏈 (leading strand),后隨鏈 (lagging strand),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈(leading strand) 。 另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為后隨鏈(lagging strand) 。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段

7、(okazaki fragment)。 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化,第 二 節(jié),The Enzymology and Topology of DNA Replication,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,參與DNA復(fù)制的物質(zhì):,底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP； 聚合酶(polymerase): 依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為 DNA-pol； 模板(template): 解開成單鏈的DNA母鏈； 引物(primer): 提供3-OH

8、末端使dNTP可以依次聚合； 其他的酶和蛋白質(zhì)因子。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi,RNA引物,RNA引物,子代DNA,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,聚合反應(yīng)的特點(diǎn):,DNA 新鏈生成需RNA引物和模板； 新鏈的延長只可沿5 3方向進(jìn)行。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,一、DNA聚合酶催化脫氧核苷酸間的聚合,全稱：依賴DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 簡稱：DNA-pol,活性：,1. 53 的聚合活性 2. 核酸外切酶活性,第八版生物化學(xué)與

9、分子生物學(xué)DNA的生物合成,3 5外切酶活性:,5 3外切酶活性:,?,能切除突變的 DNA片段。,能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對，并將其水解。,核酸外切酶活性:,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,（一）原核生物有3種DNA聚合酶,DNA-pol DNA-pol DNA-pol ,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,原核生物的DNA聚合酶,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,個(gè)核心酶 1個(gè)-復(fù)合物（、 6種亞基） 1對-亞基（可滑動(dòng)的DNA夾子）,DNA聚合酶全酶結(jié)構(gòu),全酶結(jié)構(gòu)包括：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,亞基（130 000）主要功能是合成DNA 亞基具有

10、35外切酶活性（復(fù)制保真性所必需）亞基可增強(qiáng)其活性 亞基可能起組裝作用,核心酶由、和亞基組成：,兩側(cè)的亞基發(fā)揮夾穩(wěn)DNA模板鏈，并使酶沿模板滑動(dòng)的作用,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,2個(gè)-亞基分別和1個(gè)核心酶相互作用，其柔性連接區(qū)可以確保在復(fù)制叉1個(gè)全酶分子的2個(gè)核心酶能夠相對獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，分別負(fù)責(zé)合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈。,功能：有促進(jìn)全酶組裝至模板上及增強(qiáng)核心酶活性的作用,-復(fù)合物由6種亞基組成：、,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,功能：,DNA-pol （109kD）,對復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,

11、323個(gè)氨基酸,小片段,5 核酸外切酶活性,大片段/Klenow 片段,604個(gè)氨基酸,DNA聚合酶活性 5 核酸外切酶活性,N 端,C 端,DNA-pol ,Klenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,DNA-pol （120kD）,DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。 DNA-pol 對模板的特異性不高，即使在已發(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認(rèn)為，它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,（二）常見的真核細(xì)胞DNA聚合酶有5種,DNA-pol ,起始

12、引發(fā)，有引物酶活性。,延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。,參與低保真度的復(fù)制 。,在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。,在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核生物和原核生物DNA聚合酶的比較,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核生物的DNA聚合酶,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,二、DNA聚合酶的堿基選擇和校對功能實(shí)現(xiàn)復(fù)制的保真性,復(fù)制按照堿基配對規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。,此外還需酶學(xué)的機(jī)制來保證復(fù)制的保真性。,第八版生物化學(xué)與分子

13、生物學(xué)DNA的生物合成,遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律； 聚合酶在復(fù)制延長時(shí)對堿基的選擇功能； 復(fù)制出錯(cuò)時(shí)有即時(shí)校對功能。,DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇,利用“錯(cuò)配”實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，DNA pol 對核苷酸的參入（incorporation）具有選擇功能。 DNA pol 對嘌呤的不同構(gòu)型表現(xiàn)不同親和力，因此實(shí)現(xiàn)其選擇功能。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,（二）聚合酶中的核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)切除錯(cuò)配堿基并加以校正,核酸外切酶(exonuclease)是指能從核酸鏈的末端把核苷酸依次水解出來的酶，外

14、切酶是有方向性的。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,A：DNA-pol的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。 B：堿基配對正確， DNA-pol不表現(xiàn)活性。,DNA pol 的校讀功能,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,三、復(fù)制中的解鏈伴有DNA 分子拓?fù)鋵W(xué)變化,DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,E. Coli 基因圖,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,解螺旋酶(helic

15、ase)利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。 引物酶(primase) 復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶。 單鏈DNA結(jié)合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) 在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài),復(fù)制過程正超螺旋的形成：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,解鏈過程中正超螺旋的形成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵。,拓?fù)洚悩?gòu)酶 拓?fù)洚悩?gòu)酶,拓?fù)洚悩?gòu)酶分類：,拓?fù)洚悩?gòu)酶作用

16、特點(diǎn)：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,拓?fù)洚悩?gòu)酶,切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。 反應(yīng)不需ATP。,拓?fù)洚悩?gòu)酶,切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。 利用ATP供能，連接斷端， DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。,作用機(jī)制：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,拓?fù)涿傅淖饔梅绞剑?第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,四、DNA連接酶連接復(fù)制中產(chǎn)生的單鏈缺口,連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。,DNA連接酶(DNA l

17、igase)作用方式：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,HO,5,3,3,5,DNA連接酶,ATP,ADP,5,3,5,3,DNA連接酶的作用：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。 在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。 也是基因工程的重要工具酶之一。,功能：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,DNA聚合酶，拓?fù)涿负瓦B接酶催化3,5-磷酸二酯鍵生成的比較,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,原核生物DNA復(fù)制過程 The Process of DNA Replication in Prokaryotes,第

18、 三 節(jié),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,起始是復(fù)制中較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，在此過程中，各種酶和蛋白因子在復(fù)制起始點(diǎn)處裝配引發(fā)體，形成復(fù)制叉并合成RNA引物。,需要解決兩個(gè)問題：,1. DNA解開成單鏈，提供模板。,2. 形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。,一、復(fù)制的起始,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,E.coli復(fù)制起始點(diǎn) oriC,（一） DNA的解鏈,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,原核生物的復(fù)制起始部位及解鏈,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,Dna A,Dna B、 Dna C,DNA拓?fù)洚悩?gòu)

19、酶,引物酶,SSB,3,5,3,5,（二）引物合成和引發(fā)體形成,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。,引物,引物酶,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,引發(fā)體和復(fù)制叉的生成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,二、DNA鏈的延長,復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成

20、,OH 3,3,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,領(lǐng)頭鏈的合成：,領(lǐng)頭鏈的子鏈沿著53方向可以連續(xù)地延長。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,后隨鏈的合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,在復(fù)制叉同時(shí)合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,復(fù)制過程簡圖,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。,三、復(fù)制的終止,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,子鏈中的RNA引物被取代,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物

21、合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核生物DNA生物合成過程 The Process of DNA Biosynthesis in eukaryotes,第 四 節(jié),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核生物復(fù)制子多、岡崎片段短、復(fù)制叉前進(jìn)速度慢等； DNA復(fù)制從引發(fā)進(jìn)入延伸階段發(fā)生DNA聚合酶/轉(zhuǎn)換； 切除岡崎片段RNA引物的是核酸酶RNAse H和FEN1等。,真核生物與原核生物DNA復(fù)制的差異：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期,DNA合成期,G1,G2,S,M,細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S

22、期及M期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。G1S及G2M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。 蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實(shí)施調(diào)控作用。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動(dòng)。 復(fù)制的起始需要DNA-pol （引物酶活性）和pol （解螺旋酶活性）參與。還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子(replication factor, RF)。,一、真核生物復(fù)制的起始與原核基本相似,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,酵母復(fù)制起點(diǎn)為自主復(fù)制序列（autonomously replicating sequences，A

23、RS）：,酵母染色體含有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。,元件A(富含A/T的共有序列)：結(jié)合一個(gè)特異的蛋白質(zhì)復(fù)合物復(fù)制起點(diǎn)識別復(fù)合物(ORC)。 3個(gè)序列(B1、B2和B3)可以增加復(fù)制起點(diǎn)的效率，其中B2的9個(gè)堿基與上述ARS共有序列相同。,酵母復(fù)制起始點(diǎn),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,增殖細(xì)胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen，PCNA）在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。PCNA為同源三聚體，具有與E.coli DNA 聚合酶的亞基相同的功能和相似的構(gòu)象，即形成閉合環(huán)形的可滑動(dòng)DNA夾子，在RFC的作用下PCNA結(jié)合于引物模板鏈；并且PCNA使pol獲得

24、持續(xù)合成能力。PCNA水平也是檢驗(yàn)細(xì)胞增殖的重要指標(biāo)。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核DNA復(fù)制叉主要蛋白質(zhì)的功能,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,DNA-pol 和pol 分別兼有解螺旋酶和引物酶活性。在復(fù)制叉及引物生成后，DNA-pol 通過PCNA的協(xié)同作用，逐步取代pol ，在RNA引物的3-OH基礎(chǔ)上連續(xù)合成領(lǐng)頭鏈。隨從鏈引物也由pol 催化合成。然后由PCNA協(xié)同，pol 置換pol ，繼續(xù)合成DNA子鏈。,二、真核生物復(fù)制的延長發(fā)生DNA聚合酶/轉(zhuǎn)換,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,前導(dǎo)鏈：出現(xiàn)在引發(fā)后期 后隨鏈：發(fā)生于每個(gè)岡崎片段合成之

25、際 發(fā)生DNA聚合酶/轉(zhuǎn)換的原因是Pol 不具備持續(xù)合成能力。 DNA聚合酶/轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵蛋白是RFC。,DNA聚合酶/轉(zhuǎn)換,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核DNA聚合酶轉(zhuǎn)換和后隨鏈合成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,3,5,5,3,領(lǐng)頭鏈,3,5,3,5,親代DNA,后隨鏈,引物,核小體,三、真核生物DNA合成后立即組裝成核小體,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。 復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。 染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。,四、端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題,第八版生物化學(xué)

26、與分子生物學(xué)DNA的生物合成,切除引物的兩種機(jī)制,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,前導(dǎo)鏈產(chǎn)生完整的子染色單體。 后隨鏈3端留下縮短的未復(fù)制的ssDNA區(qū)。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,5,3,3,5,5,3,3,5,+,5,3,3,3,3,5,5,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,端粒（telomeres）由富含TG的重復(fù)序列組成。 人的端粒重復(fù)序列為5-(TnGn)x-3。 這些重復(fù)序列多為雙鏈，但每個(gè)染色體的3端比5端長，形成單鏈ssDNA。這一特殊結(jié)構(gòu)可解決染色體末端復(fù)制問題。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,端粒酶(telomerase

27、),端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR) 端粒酶協(xié)同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1) 端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT),組成：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,端粒酶（telomerase）是一種核糖核蛋白（RNP），由RNA和蛋白質(zhì)組成。 端粒酶以自己的RNA組分作為模板，以染色體的3端ssDNA（后隨鏈模板）為引物，將端粒序列添加于染色體的3端。這些新合成的DNA為單鏈。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合

28、成,端粒酶催化作用的爬行模型,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,真核所有染色體DNA復(fù)制僅僅出現(xiàn)在細(xì)胞周期的S期，而且只能復(fù)制一次。,五、真核生物染色體DNA在每個(gè)細(xì)胞周期中只能復(fù)制一次,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,前復(fù)制復(fù)合物在G1期形成而在S期被激活,真核細(xì)胞DNA復(fù)制的起始分兩步進(jìn)行，即復(fù)制基因的選擇和復(fù)制起點(diǎn)的激活。,復(fù)制基因（replicator）是指DNA復(fù)制起始所必需的全部DNA序列。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,復(fù)制基因的選擇出現(xiàn)于G1期，基因組的每個(gè)復(fù)制基因位點(diǎn)均組裝前復(fù)制復(fù)合物（pre-replicative complex，pre

29、-RC）。 復(fù)制起點(diǎn)的激活出現(xiàn)于細(xì)胞進(jìn)入S期以后，這一階段將激活pre-RC，募集若干復(fù)制基因結(jié)合蛋白和DNA聚合酶，并起始DNA解旋。,在原核細(xì)胞中，復(fù)制基因的識別與DNA解旋、募集DNA聚合酶偶聯(lián)進(jìn)行。而在真核細(xì)胞中，這兩個(gè)階段相分離可以確保每個(gè)染色體在每個(gè)細(xì)胞周期中僅復(fù)制一次。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,ORC至少募集兩種解旋酶加載蛋白Cdc6和Cdt1。,復(fù)制起點(diǎn)識別復(fù)合物（originrecognition complex，ORC）識別并結(jié)合復(fù)制基因。,三種蛋白質(zhì)一起募集真核細(xì)胞解旋酶Mcm2-7。,前復(fù)制復(fù)合物（pre-RC）的形成,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DN

30、A的生物合成,pre-RC磷酸化導(dǎo)致在復(fù)制起點(diǎn)組裝其它復(fù)制因子并起始復(fù)制，復(fù)制因子包括3種DNA聚合酶。 DNA聚合酶在復(fù)制起點(diǎn)按一定順序組裝：首先Pol 和Pol 結(jié)合，然后是Pol /引發(fā)酶。,在S期，pre-RC被蛋白激酶（Ddk和Cdk）磷酸化，從而被激活。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,pre-RC的激活和組裝真核DNA復(fù)制叉,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,（1）激活pre-RC，以起始DNA復(fù)制； （2）抑制形成新的pre-RC。,CDK控制pre-RC的形成和激活,真核細(xì)胞通過依賴細(xì)胞周期蛋白的蛋白激酶（cyclin-dependent kinases

31、，CDK）嚴(yán)格控制pre-RC的形成和激活。,Cdk功能：,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,在每個(gè)細(xì)胞周期過程中，僅有一次機(jī)會(huì)形成pre-RC，也僅有一次機(jī)會(huì)激活pre-RC。 pre-RC在被激活后即解體，所暴露的復(fù)制基因可形成新的pre-RC并迅速結(jié)合ORC。但在S、G2和M期，高活性的Cdk抑制pre-RC的其它組分結(jié)合ORC。只有當(dāng)染色體分離和細(xì)胞分裂完成時(shí)，Cdk的活性消失，新的pre-RC才能形成。,第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式 Reverse Transcription & Other DNA Replication Ways,第五節(jié),第八版生物化學(xué)與分子生物學(xué)DNA的生物合成,雙鏈DNA是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。某些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。原核生物的質(zhì)粒，真核生物的線粒體DNA，都是染色體