《《DNA復制》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《DNA復制》PPT課件（79頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第十一章 DNA的生物合成,基因信息的傳遞,基因：為生物活性產物編碼的DNA功能片段,中心法則（The central dogma）:,一、DNA復制(replication) 是指遺傳物質的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。,DNA生物合成方式 復制、修飾、逆轉錄,（要求掌握）,復制的方式 半保留復制(semi-conservative replication) 復制的高保真性(high fidelity) 半不連續(xù)復制(semi-discontinuous replication) 有特定的起點 雙向復制(bidirectional replication
2、),（一）DNA復制的基本規(guī)律（特征）（要求掌握） Basic Rules of DNA Replication,DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的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。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復制方式稱為半保留復制。,1.半保留復制的概念,,（要求掌握）,,,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
3、 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 C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,,+,母鏈DNA,復制過程中形成的復制叉,子代DNA,,,,,目 錄,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,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,設想,
4、（一般了解）,密度梯度實驗,實驗結果支持半保留復制的設想。,含重氮-DNA的細菌,第一代,第二代,梯度離心結果,按半保留復制方式，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)了遺傳的保守性。,半保留復制的意義,遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎，但不是絕對的。,2.半不連續(xù)性復制,領頭鏈 (leading strand),隨從鏈 (lagging strand),（要求掌握）,順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為領頭鏈。 另一股鏈因為復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)復制的鏈稱為隨從鏈。復制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(
5、okazaki fragment)。 領頭鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制，就是復制的半不連續(xù)性。,（要求掌握）,A. 環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點 B. 復制中的兩個復制叉 C. 復制接近終止點(termination, ter),3.有特定的起始點,（一般了解）,真核生物每個染色體有多個復制起始點，是多復制子的復制。 習慣上把兩個相鄰起始點之間的距離定為一個復制子(replicon) 。復制子是獨立完成復制的功能單位。而原核核生物只有一個復制起始點。,（一般了解）,原核生物復制時，DNA從起始點(origin)向 兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的 復制叉，稱為雙向復制。,4.雙向復制,（二）
6、參與DNA復制的物質,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末端使dNTP可以依次聚合 其他的酶和蛋白質因子,聚合反應的特點,DNA 新鏈生成需引物和模板（模板鏈的方向 ( 是3 5 )； 新鏈的延長只可沿5 3方向進行 。,（要求掌握）,復制的化學反應,(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi,,,,,目 錄,DNA聚合酶,全稱：依賴DNA的
7、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,,,,,3 5外切酶活性,,,5 3外切酶活性,?,能切除突變的 DNA片段。,能辨認錯配的堿基對，并將其水解。,核酸外切酶活性,,,,,目 錄,原核生物的DNA聚合酶,DNA-pol DNA-pol DNA-pol ,原核生物的DNA聚合酶,E. Coli中的DNA聚合酶,功能：對復制中的錯誤進行校讀，對復制和修復中出現(xiàn)的空隙進行填補。,DNA-pol （109kD）,DNA-pol (120kD),DNA-pol II基因發(fā)生突變，細菌依然能
8、存活。 它參與DNA損傷的應急狀態(tài)修復。,功能 是原核生物復制延長中真正起催化 作用的酶。,DNA-pol (250kD),真核生物的DNA聚合酶 （一般了解）,DNA-pol ,起始引發(fā)，有引物酶活性。,延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。,參與低保真度的復制 。,在復制過程中起校讀、修復和填補缺口的作用。,在線粒體DNA復制中起催化作用。,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,真核生物的DNA聚合酶,（一般了解）,1. 遵守嚴格的堿基配對規(guī)律； 2. 聚合酶在復制延長時對堿基的選擇功能； 3. 復制出錯時DNA-pol 的及時校讀功能。,DNA復制的保真性
9、至少要依賴三種機制,復制中的DNA分子解鏈,DNA分子的堿基埋在雙螺旋內部，只有 把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。,,,,,,,,,,,,,,,解螺旋酶、引物酶和單鏈DNA結合蛋白,解螺旋酶(helicase) （ 要求掌握） 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) 復制起始時催化生成RNA引物的酶 單鏈DNA結合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) 在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護 單鏈的完整,DNA拓撲異構酶(DNA topoisomerase),拓撲一詞是指物體或圖像作彈性移位而又
10、保持物體不變的性質,（一般了解）,解鏈過程中正超螺旋的形成,,,,,目 錄,拓撲異構酶作用特點 既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵,拓撲異構酶 拓撲異構酶,分 類,拓撲異構酶,切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉不致打結；適當時候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。 反應不需ATP。,拓撲異構酶,切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉使超螺旋松弛。 利用ATP供能，連接斷端， DNA分子進入負超螺旋狀態(tài)。,作用機制,DNA連接酶,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 ligase)作用方式,,HO,
11、5,,3,,3,5,,DNA連接酶,,ATP,ADP,,5,3,,5,3,,,,,,目 錄,DNA連接酶在復制中起最后接合缺口的作用。 在DNA修復、重組及剪接中也起縫合缺口的 作用。也是基因工程的重要工具酶之一。,功能,1.復制的起始,需要解決兩個問題：,（1） DNA解開成單鏈，提供模板。,（2）合成引物，提供3-OH末端。,原核生物的DNA生物合成,（三）DNA復制過程,,,,Dna A,Dna B、 Dna C,DNA拓撲異構酶,,,,引物酶,SSB,3,5,3,5,引發(fā)體和引物 (一般了解）,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復制 起始區(qū)域的復合結構稱為引發(fā)體。,
12、,,,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,(一般了解）,2.復制的延長,復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP 的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其 化學本質是磷酸二酯鍵的不斷生成。,,OH 3,3,,,,,目 錄,（一般了解）,示意圖,領頭鏈的合成,,,,,目 錄,,隨從鏈的合成,,,,,目 錄,,,,,目 錄,復制過程簡圖,,,,,目 錄,復 制 過 程 動 畫,原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復制的復制片段在復制的終止點(ter)處匯合。,3.復制的終止,隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接,,,,,目 錄,哺乳動物的細胞周期,DNA合成期,,,
13、,,,,G1,G2,S,M,,,,,真核生物的DNA生物合成, 細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關鍵點。G1S及G2M的調節(jié)，與蛋白激酶活性有關。 蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復制因子而實施調控作用。,(一般了解）, 真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子復制。復制有時序性，即復制子以分組方式激活而不是同步起動。 復制的起始需要DNA-pol（引物酶活性）和pol（解螺旋酶活性）參與。還需拓撲酶和復制因子(replication factor, RF)。 增殖細胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen, PCNA)在復制起始和延長中起關鍵
14、作用。,1.復制的起始,(一般了解）,,,3,5,5,3,領頭鏈,3,,,,,5,3,5,親代DNA,,,,,,,,,,,,,,隨從鏈,引物,核小體,2.復制的延長,染色體DNA呈線狀，復制在末端停止。 復制中岡崎片段的連接，復制子之間的連接。 染色體兩端DNA子鏈上最后復制的RNA引物，去 除后留下空隙。,,3.復制的終止,(一般了解）,,,,,,,,,,5,3,3,5,,,,,,,,,,,5,3,3,5,,,,,,,,,+,5,3,3,3,3,5,5,,,,,目 錄,(一般了解）,逆轉錄酶(reverse transcriptase),逆轉錄(reverse transcription),
15、三、逆轉錄病毒和逆轉錄酶,,RNA DNA,,逆轉錄酶,遺傳物質的結構改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。,在復制過程中發(fā)生的DNA突變稱為DNA損傷(DNA damage)。,從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。,四、DNA損傷（突變）與修復 DNA Damage (Mutation) and Repair,突變的意義,突變是生物進化、分化的分子基礎 突變導致基因型改變 突變導致死亡 突變是某些疾病的發(fā)病基礎,,,（一）引發(fā)突變的因素,物理因素 紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射,化學因素,,,,,目 錄,（二）突變的分子改變類型,錯配 (misma
16、tch) 缺失 (deletion) 插入 (insertion) 重排 (rearrangement),DNA分子上的堿基錯配稱點突變(point mutation)。,1.錯配,鐮形紅細胞貧血病人Hb (HbS) 亞基,正常成人Hb (HbA)亞基,2.缺失、插入和框移,缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。,插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。,框移突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質氨基酸排列順序發(fā)生改變。,缺失或插入都可導致框移突變 。,缺失引起框移突變,3.重排,DNA分子內較大片段的交換，稱為重組或重排。,由基因重排引起的兩種地中海貧
17、血基因型,,,,,目 錄,（三）DNA損傷的修復,修復(repairing) 是對已發(fā)生分子改變的補償措施，使其回復為原有的天然狀態(tài)。,光修復(light repairing) 切除修復(excision repairing) 重組修復(recombination repairing) SOS修復,修復的主要類型,（ 要求掌握）,1.光修復,,光修復酶(photolyase),,UV,2.切除修復,是細胞內最重要和有效的修復機制，主要由DNA-pol和連接酶完成。,E.coli的切除修復機制,,,,,目 錄,切 除 修 復 動 畫,3.重組修復,,,,,,,,,,,,4.SOS修復,當DNA損
18、傷廣泛難以繼續(xù)復制時，由此而誘發(fā)出一系列復雜的反應。 在E. coli，各種與修復有關的基因，組成一個稱為調節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡式調控系統(tǒng)。 這種修復特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。通過SOS修復，復制如能繼續(xù)，細胞是可存活的。然而DNA保留的錯誤較多，導致較廣泛、長期的突變。,逆轉錄病毒細胞內的逆轉錄現(xiàn)象,逆轉錄研究的意義,逆轉錄酶和逆轉錄現(xiàn)象，是分子生物學研究中的重大發(fā)現(xiàn)。 逆轉錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。 對逆轉錄病毒的研究，拓寬了20世紀初已注意到的病毒致癌理論。,三、端粒與端粒酶 （ 一般了解）,端粒酶(telomerase),端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR) 端粒酶協(xié)同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1) 端粒酶逆轉錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT),組成,思考題: 1.寫出DNA復制過程中的原料及主要的酶和蛋白 因子。 2.何謂半保留復制? 3.DNA復制的基本規(guī)律是什么？ 4.引發(fā)DNA損傷的因素有哪些? 5.DNA損傷的修復有哪幾種?,
《DNA復制》PPT課件
