第十六章DNA的生物合成 Microsoft PowerPoint 演示文稿

• 半保留复制的实验证据:1958年Meselson和 半保留复制的实验证据:1958年Meselson和 Stahl用同位素 标记大肠杆菌DNA, DNA,首先证明 Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明 DNA的半保留复制 的半保留复制。 了DNA的半保留复制。
15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度 DNA的密度大于 DNA的密度
但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。 但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。 DNA单链连接起来
大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶要求NAD 提供能量， 大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶要求NAD+提供能量，在高等生 和其它细菌的DNA连接酶要求 物和噬菌体中，则要求ATP提供能量。T4噬菌体的DNA连接酶不 和噬菌体中，则要求ATP提供能量。T4噬菌体的DNA连接酶不 ATP提供能量 噬菌体的DNA连接酶 仅能在模板链上连接DNA和DNA链之间的切口， 仅能在模板链上连接DNA和DNA链之间的切口，而且能连接无单 DNA 链之间的切口 链粘性末端的平头双链DNA。 链粘性末端的平头双链DNA。 DNA
解螺旋酶 ATP
dnaA、B、C… 、 、
DnaA、B、C… 、 、
2.
单链DNA结合蛋白（SSB） 单链DNA结合蛋白（SSB） DNA结合蛋白
作用：防止单链DNA重 作用：防止单链DNA重 DNA 新形成双链，防止单 新形成双链， DNA被核酸酶水解 链DNA被核酸酶水解
SSB
3. 拓扑异构酶
ATP
TOPOⅡ Ⅱ
TOPOⅡ Ⅱ
DNA聚合酶 DNA-pol） 聚合酶（ (三) DNA聚合酶（DNA-pol） 即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP） 即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP） DNA 聚合酶
原核生物有3 原核生物有3种：
DNA-polⅠ、 Ⅱ、 Ⅲ DNA-polⅠ
真核生物有多种： 真核生物有多种：
DNA聚合酶 聚合酶Ⅲ 是原核生物DNA DNA复制的主要聚合 ⑶ DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA复制的主要聚合 酶，该酶由10种亚基组成，其中α、ε、θ形成全酶 该酶由10种亚基组成，其中α 10种亚基组成 的核心酶。具有5 的核心酶。具有5’→3’DNA聚合酶活性（ α亚基， DNA聚合酶活性（ 亚基， 聚合酶活性 速率高）； 具有3 外切酶（ 亚基） 速率高）； 具有3’ → 5’外切酶（ε亚基）的校 对功能，提高DNA复制的保真性；还具有5’ → 3’ 对功能，提高DNA复制的保真性；还具有5 DNA复制的保真性 外切酶活性（单链有效，其意义未知）。 外切酶活性（单链有效，其意义未知）。 DNA聚合酶IV和 聚合酶IV 1999年发现 年发现， DNA严重 （4） DNA聚合酶IV和V：1999年发现，当DNA严重 损伤时，诱导产生。 损伤时，诱导产生。
DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅰ 聚合酶 亚基数目 5’ 3’聚合活性 聚合活性 3’ 5’外切活性 外切活性
保护DNA DNA复制的 （保护DNA复制的 忠实性fidelity fidelity） 忠实性fidelity）
DNA聚合酶Ⅱ DNA聚合酶Ⅱ 聚合酶 ＞1（多亚基酶 ） + 很低 +
DNA聚合酶Ⅲ DNA聚合酶Ⅲ 聚合酶 ＞1（多亚基酶） 多亚基酶） + 很高 +
（一）复制的化学反应
N1OH +dN TP +dN2 DNA pol
生成磷酸二酯键 5`
N1N2-OH
5`
3`
+PPi 3`
TAGAAGACCTATTGGCC——5’ 3’——TAGAAGACCTATTGGCC TAGAAGACCTATTGGCC 5 ATCTTCTGGATAACCGG 5’——ATCTTCTGGATAACCGG ATCTTCTGGATAACCGG——3’ 3
第十六章 DNA的生物合成
DNA是生物遗传的主要物质基础， DNA是生物遗传的主要物质基础，生物机体的 是生物遗传的主要物质基础 遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上， DNA分子上 遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为 特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA DNA的复制由亲代 特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA的复制由亲代 传递给子代。在后代的生长发育过程中， 传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信 息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质， DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质 息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质，以 执行各种生命功能， 执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的 遗传性状。 遗传性状。
三、
DNA复制的酶学 DNA复制的酶学
模板：解开成单链的DNA DNA母链 1. 模板：解开成单链的DNA母链 底物dNTP dATP，dGTP，dCTP， 2. 底物dNTP ：dATP，dGTP，dCTP，dTTP DNA聚合酶 DNA聚合酶， 3. DNA聚合酶，DNA-pol 引物（primer）：RNA引物 ）：RNA 4. 引物（primer）：RNA引物 5. 其他酶和蛋白质因子
1（单体酶） 单体酶） + 中 +
5’ 3’外切活性 外切活性
+
-
DNA 复制的主要 聚合酶， 聚合酶，还具有 3’-5‘ 外切酶 的校对功能， 的校对功能，提 DNA复制的保真 高DNA复制的保真 性
主要是对DNA损伤的 主要是对DNA损伤的 DNA 修复；以及在DNA DNA复 修复；以及在DNA复 制时切除RNA RNA引物并 制时切除RNA引物并 填补其留下的空隙。 填补其留下的空隙。
-
-
+
+
+
功能
引物 合成
修复 线粒体DNA 作用 的复制
核DNA 的复制
修复 作用
DNA连接酶 1967年发现 连接酶（ 年发现） (四) DNA连接酶（1967年发现）
若双链DNA中一条链有切口，一端是3 若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5 ’ DNA中一条链有切口 OH，另一端是5 -磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。 磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。 3‘ 5‘ OH P 5‘ 3‘
Topo酶 切割DNA链 Topo酶：切割DNA链，使其松弛后再连接 DNA TopoⅡ（DNA Gyrase） Ⅱ ）
Helicase
Supercoiled DNA
TOPOⅡ Ⅱ
Helicase
TOPOⅡ Ⅱ
TOPOⅡ Ⅱ
TOPOⅡ Ⅱ
TOPOⅡ Ⅱ
TOPOⅡ Ⅱ
TOPOⅡ Ⅱ
TOPOⅡ Ⅱ
DNA的半保留复制的生物学意义： DNA的半保留复制的生物学意义： 的半保留复制的生物学意义 • DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳 DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳 的半保留复制表明DNA 定性， 定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递 给后代。 给后代。
DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物 DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物 在代谢上的稳定性并非指DNA 质。
催化DNA的拓扑连环数发生变化的酶， DNA重组修复和其他 催化DNA的拓扑连环数发生变化的酶，在DNA重组修复和其他 DNA的拓扑连环数发生变化的酶 转变方面起重要作用。 转变方面起重要作用。 除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体， 除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体， DNA分子称为拓扑异构体 引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶 引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶 拓扑异构酶І： DNA一条链发生断裂和再连接。 拓扑异构酶 ：使DNA一条链发生断裂和再连接。作用是松 一条链发生断裂和再连接 解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区， 解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区， 同转录有关。 同转录有关。 拓扑异构酶Π 拓扑异构酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连接。当引 DNA两条链发生断裂和再连接。 两条链发生断裂和再连接 入负超螺旋时需要由ATP提供能量，同复制有关。 ATP提供能量 入负超螺旋时需要由ATP提供能量，同复制有关。 二者共同控制DNA的拓扑结构。 二者共同控制DNA的拓扑结构。 DNA的拓扑结构
5’
3’
二、DNA的半不连续复制 的半不连续复制
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 DNA连接酶 引物 领头链 3′ 5′ 冈崎片段
随从链
3′
5′
几个重要概念 1.半不连续性：DNA复制过程中， 1.半不连续性：DNA复制过程中，一条链是连续 半不连续性 复制过程中 复制， 复制，另一条链是不连续复制的现象 2.领头链:链的延长方向(5’→ ) (5 2.领头链:链的延长方向(5 → 3’)与解链方向 领头链 相同, 相同, 为连续复制 随从链: 链的延长方向(5 (5’→ ) 3. 随从链: 链的延长方向(5 →3’)与解链方 向相反， 向相反，为不连续复制 4. 冈崎片段（Okazaki fragment）： 冈崎片段（ fragment）： 不连续复制的片段
（二） 解链相关酶类 解旋酶(helicase) 1. 解旋酶(helicase) 2. 拓扑异构酶（topoisomerase I、II） 拓扑异构酶（ I、II） 单链DNA结合蛋白(SSB) DNA结合蛋白 3. 单链DNA结合蛋白(SSB)
1.解旋酶 (helicase) 1.解旋酶
作用：断裂互补碱基间的氢键， DNA成单链 作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链
修复紫外光引起 DNA损伤 的DNA损伤
在真核细胞内有五种DNA聚合酶 与细菌DNA DNA聚合酶的性质基本 在真核细胞内有五种DNA聚合酶 （与细菌DNA聚合酶的性质基本 DNA 相同：底物、模板、引物、方向） 相同：底物、模板、引物、方向） α β γ δ ε 定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核 3’- 5’ 外切 酶活性