《DNA合成》PPT课件

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1、1958年F.Crick提出中心法则（central dogma of molecular biology）,复制（replication） :以亲代DNA为模板,将亲代DNA上的遗传信息复制到子代DNA分子上的过程.,亲代DNA,子代DNA,转录（transcrption） :以DNA为模板合成与DNA某段 核苷酸顺序相对应的RNA分子，将遗传信息传递到RNA 分子中的过程.,DNA,RNA,转录,翻译（translation） :以RNA中mRNA为模板,按照其 核苷酸顺序所组成的密码指导蛋白质的合成的过程.,mRNA,蛋白质,翻译,1970年Howard .Temin补充逆转录,逆转录（

2、reverse transcrption ）：某些病毒以RNA为模板合成DNA的过程,复制 DNA DNA（DDDP） 逆转录 RNA DNA（RDDP）,第一节 DNA的生物合成,DNA复制的一般特点,1、复制的方式 半保留复制(semi-conservative replication) 2、半不连续复制(semi-discontinuous replication 3、双向复制(bidirectional replication)复制速度快 4、复制具高保真性(high fidelity) ；错误率10-10，校读,DNA的半保留复制,全保留复制,半保留复制,混合式复制,复制的基本特点,

3、实验证据,1958年Meselson等-氮标记技术-大肠杆菌,半保留复制(semi conservative replication ) : 以DNA分子中的每一条链为模板,通过碱基配对，合成两个新的DNA分子(子代DNA),每个新DNA分子的两条链中，其中一条链来自亲代DNA,另一条链是新合成的。,领头链 (leading strand),随从链 (lagging strand),复制的半不连续性,顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链 另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。 复制中的不连续片段称为岡崎片段(okaz

4、aki fragment)。 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。,真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。 习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。,5,5,3,复制子,3,5,3,3,5,5,3,3,5,底物(substrate) dNTP （A、G、C、T）,模板(template) 解成单链的DNA,引物(primer) RNA提供3-OH末端 DNA-pol不能催化两个dNTP聚合,碱基互补配对 A=T；CG,酶和蛋白因子 DDDP,方向性 53,复 制 反 应 体 系,复制需要的酶,DNA聚

5、合酶（DNA-pol） 解螺旋酶（helicase） 拓扑异构酶(topoisomerase） 单链结合蛋白SSBP（single strand binding proteins ） 引物酶 (primase） DNA连接酶(ligase),催化的化学反应,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,3-OH,-P,磷 酸 二 酯 键,-P和-P,复制的方向性： 5端3端,聚合反应的特点DNA 新链生成需引物和模板； 新链的延长只可沿5 3方向进行 。,DNA聚合酶（DNA polymerase）（DNA-directed DNA polymerase, DDDP）,原核生物DNA聚合

6、酶 1958年A.Kornberg大肠杆菌中发现,真核生物DNA聚合酶,原核生物DNA聚合酶（大肠杆菌）,5,3,外切酶,35外切酶活性,53外切酶活性,内切酶 中间切片段 限制性核酸内切酶,A,B,D,F,E,R,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,Q,C,DNA聚合酶,323aa,小片段 53核酸外切酶活性：切除引物,604aa，大片段，Klenow fragment 53聚合酶活性 35核酸外切酶活性即时校读,18个-螺旋片段（A-R）,工具酶,功能 是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。,DNA-pol (250kD),真核生物DNA聚合酶,解螺旋酶（helicase）,DNA双

7、链之间的氢键解开成单链，需2ATP/bp,结合、脱离，不沿解链方向前进 功能：复制中结合单链DNA，维持模板 的单链状态并保持单链完整,单链结合蛋白 (single strand binding proteins ，SSBP),拓扑 正超螺旋：盘绕过分 负超螺旋：盘绕不足,功能：水解和连接磷酸二酯键，松驰超螺旋 （切断，旋转，再连结）,拓扑异构酶(Topo) 切断DNA双链的一股， ATP,拓扑异构酶(Topo) 切断超螺旋DNA双链 松驰正超螺旋，ATP 负超螺旋，ATP,DNA拓扑异构酶 (topoisomerase）,引物酶：RNA聚合酶（DnaG蛋白） 引物RNA（10-30Nt） 提

8、供3-OH末端 供dNTP加入 连续复制：一个引发体;不连续复制：多个引发体,引物酶（primase）,DNA连接酶(ligase) 形成一个磷酸二酯键 工具酶,HO,5,3,3,5,DNA连接酶,ATP,ADP,5,3,5,3,DNA 生 物 合 成 过 程,细胞分裂间期（S期）,起始,延长,终止,E. Coli 基因图,复制的起始:DNA解链形成引发体,DnaA辨认复制起始点 （origins of replication, oriC） DnaC 协助DnaB 解旋、解链 SSB蛋白； DnaG合成引物:引物合成方向：53 拓扑异构酶解旋,原核生物复制过程,E.coli复制起始点oriC跨

9、度245bp3组串联重复序列2对反向重复序列,领头链的合成,目 录,复制的延长:领头链连续复制,随从链不连续复制,随从链的合成,目 录,复制过程简图,目 录,RNA引物的切除,合成DNA填补空隙,连接断端缺口,DNA-pol,前方复制片断提供3-OH末端,DNA 连 接 酶,DNA-pol,复制的终止:切除引物、填补空缺和连接切口,哺乳动物的细胞周期,DNA合成期,G1,G2,S,M,二、真核生物的DNA生物合成, 细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1S及G2M的调节，与蛋白激酶活性有关。 蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。,滚环复制,简单低等生物或染色体

10、以外的DNA采取的复制形式 如X174和M13噬菌体等。,滚环复制,：,复制的起始,RNA引物的形成,真核生物复制过程,起点辨认复合物ORC辨认ori 小染色体维系蛋白MCM 解旋、解链 SSB蛋白,引物酶与DNA-pol形成复合物合成引物（8-10bp） 引物合成方向：53 拓扑异构酶解旋,复制的延长,染色体DNA呈线状，复制在末端停止。 复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。 染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。,复制的终止,线粒体DNA的复制,环形DNA，有37个基因， 13个编码ATP合成的酶 22个转录为tRNA， 2个转录为rRNA； 易突变；不易修复，

11、与衰老有关； 遗传密码与通用密码有区别,Mitochondrial DNA replication,第四节 逆转录过程,1970年Temin等在致癌RNA病毒中发现病毒以RNA为模板-逆转录酶(RDDP) 双链DNA。,RNA cDNA,水解杂化链上的RNA,cDNA DNA,存在：RNA病毒、哺乳动物胚胎细胞、正在分裂的淋巴细胞,Peyton Rous（18791970） American pathologist,（一） History of reverse transcription researching,Rous sarcoma can induce cancer,The discov

12、ery of transcriptase,As early as 1963, Howard Temin had shown that replication of retroviruses was sensitive to not only to the transcription inhibitors Actinomycin D, but more curiously, nucleoside analogue like 5-cytosine arabinoside, which were known to inhibit DNA replication. In 1970, the famou

13、s provirus hypothesis was made, and shortly afterwards Howard Temin and David Baltimore separately isolated and described reverse transcriptase.,David Baltimore,Temin,“ for their discoveries concerning the interaction between tumour viruses and the genetic material of the cell ” Awarded the Nobel Pr

14、ize for Physiology and Medicine in 1975,RNA,RNA cDNA(-),cDNA(-),DNA(-) DNA(+),1.RNA指导DNA合成,2.RNA水解,3.DNA指导DNA合成,逆转录酶的作用,RDDP: RNA-dependent DNA polymerase DDDP ：DNA -dependent DNA polymerase RNaseH,DNA聚合酶活性,RNase H活性,DNA指导的DNA聚合酶活性,有些反转录酶有DNA内切酶活性,大多数反转录酶的几种活性,水解杂化链上RNA分子,可能与病毒基因整合到宿主细胞染色体DNA中有关,无35

15、外切酶活性 无校正功能， 出错率高,三、端粒（telomere）DNA的合成,新链5端引物被降解后留下空隙无法填补DNA复制一次短一些,事实上多数染色体经多次复制不缩短,?,?,端粒：真核生物染色体端区DNA片断，不含遗传信息，富含C、G重复序列. 人的端粒DNA为（TTAGGG）n,端粒酶（telomerase） ：逆转录合成端粒 （即是模板又是逆转录酶） RNA-蛋白质复合物,作用：维持染色体稳定性维持DNA复制完整性 活性降低与衰老有关；活性升高与肿瘤有关,TTTTGGGGTTTTGGGG 3,端粒酶的催化延长作用,爬行模型,自发性突变,DNA复制中的错误经校正后的错配率仍约在1010左

16、右,环境因素,物理因素,生物因素,化学因素,（一）引发突变的因素,第五节 DNA的损伤与修复,紫外线 嘧啶二聚体 最常见TT,皮肤癌,氯臭氧赤道紫外线,电离辐射,手机？,贫铀弹,放射科,原子弹,物理因素,化学因素,烷化剂,亚硝酸盐,多环芳烃,黄曲霉素B,化学武器:氮芥、硫芥等，G GCH3,致癌剂（肝癌）,使C-脱氨U,苯并比（不完全燃烧产生的烟雾中）,生物因素,寄生虫,病毒,DNA病毒,RNA病毒,乙肝病毒,HIV病毒,二、基因突变,错配 (点突变),缺失,插入,重排,转换 （transition）,颠换 （transversion）,镰刀型细胞贫血病：血红蛋白链第6号氨基酸（谷GAG 缬G

17、TG）,框移突变（ frame shifts ）：突变位置后所有氨基酸突变,（一）基因突变的类型,同义突变（ mutation ） 错义突变（missense mutation） 无义突变（nonsense mutation）,A C C,T A,A,G,T G G T A T G C,G,A=T or G,=,C,Nonsense mutation,Val,C，A，G,Samesense mutation,Ala Asp,A,Missense mutation,A,Tyr termination code,transition,transversion,插入,缬,缺失,丙,酪,甘,丝,精,苏

18、,天冬,脯,丝,组,甘,缬,丙,缬,缬,由基因重排引起的两种地中海贫血基因型,三、DNA的损伤及修复,直接修复,切除修复,重组修复,SOS修复,最早发现,使DNA恢复原样,细菌中的DNA光修复酶（photoreactivating enzyme）将嘧啶二聚体（TT）分解为两个嘧啶单体 光复活酶：300-600nm使之活化,最普遍方式,切除修复,碱基切除修复,DNA糖基化酶（glycoylase）切除不正常碱基：切除糖苷键,无碱基核酸内切酶（AP endonuclease）：5侧切开磷酸二酯键,DNA-pol53聚合酶活性填补空隙,DNA连接酶,核苷酸切除修复,特异核酸内切酶识别并切除损伤部位核苷酸,碱基切除修复,核苷酸切除修复,重组修复,DNA损伤严重来不及修补已开始复制,不能完全去除损伤,多次复制后，损伤被“冲淡”了 子代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNA的,酶,重组修复基因recA基因,RecA蛋白，具核酸酶功能,SOS修复,SOS,国际海难信号,应急修复,指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时诱导的DNA修复方式,错误较多，使细胞有较高的突变率， 与肿瘤有关,切除修复,重组修复,调控蛋白,酶,Uvr类蛋白,Rec类蛋白,DNA-pol,LexA,