十二核酸的生物合成

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2020/11/13
环状 DNA复制时 所形成的Q结构
两种复制模式 (a)单向复制模式 (b)大肠杆菌染色体DNA双向复制模式
2020/11/13
单向复制
i
双向复制
观察到的放射 自显影图象
2020/11/13
18%
质粒ColE1的单向复制示意图
单向复制
2020/11/13
最早研究DNA复制起点和方向的是J.Cairns(1963年)。
修复(errooune repair)
polⅠ不是DNA复制酶,理由: A、该酶合成DNA速度太慢,只是细胞 内DNA复制速度的1%; B、持续合成能力较低,而细胞内DNA 复制不会频繁中止; C、许多基因突变都会影响DNA复制, 但都与polⅠ无关。
2020/11/13
3、双链DNA复制的分子机制
(4)母本DNA双链的分离 解螺旋酶(helicase)
使DNA双螺旋的两条链分开。 条件:ATP提供能量,有单链DNA存在。
后随链:解旋酶结合于它的模板上,移动方 向是5′ 3′ 前导链:另一种解旋酶叫rep蛋白,移动方 向是3′ 5′。
2020/11/13
单链结合蛋白(single-strand binding
DNA
DNA
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶III
分子量
109,000 120,000 400,000
每个细胞的分子统计数
400
100
10-20
5´-3 ´聚合酶作用
+ห้องสมุดไป่ตู้
+
+
3´-5 ´核酸外切酶作用
+
+
+
5´-3 ´核酸外切酶作用
+
-
-
转化率 功能
1 切除引物
修复
0 .05 修复
50 复制
1999年发现聚合酶 和 ,它们涉及DNA的错误倾向
合成方向:5′ 3′
2020/11/13
添加到链上的每个核苷三磷酸是按照模板链的 顺序由碱基互补配对原则选择的。
反应的通式可写为: (NMP)n—3′—OH+dNTP
(NMP)n+1—3′—OH+PPi
2020/11/13
1、DNA聚合酶Ⅰ polⅠ
(1) 具5′ 3′聚合酶活性 将脱氧核糖核苷三磷酸dNTP逐个添加到具有3′—OH
拓扑异构酶Ⅰ可除去负超螺旋,拓扑异构 酶Ⅱ可引入负超螺旋,消除复制前产生的正超 螺旋,协同作用控制DNA拓扑结构,有利于DNA 解开双螺旋。
2020/11/13
参与大肠杆菌染色体DNA复制的主要Pr
DNA旋转酶→引入(或松解) DNA解链酶→使双螺旋DNA解链 单链结合蛋白→稳定单链区 引物合成酶→合成RNA引物 DNA聚合酶III全酶→合成DNA DNA聚合酶I→除去引物并填满缺口 DNA连接酶→连接DNA片段末端
θ型
2020/11/13
DNA Replication
2020/11/13
原核生物:只有一个复制原点。 第二次复制可在第一次复制完成之前 开始复制。
真核生物;可在DNA链上的多个不 同位点同时起始复制。
所以真核生物的DNA复制速度比 原核生物快些。
2020/11/13
真核生物DNA的多起点复制
5' 模板链

T CT T G G AA C

5'
P P P P P P P P P 3'

OH
缺口

连接酶
ATP或NAD+


Mg2+
AMP+PPi或NMN+AMP
3'
A GAACCT T G T CT T G G AA C
5' 模板链
5'
2020/11/13
P P P P P P P P P 3'
(1)冈崎片段和半不连续复制 不连续复制:3’ →5’走向的DNA实际上是由 许多5’→ 3’ 方向合成的DNA片段连接起来的。 (已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→ 3’ )
2020/11/13
在一个复制叉内两条链的复制方向、合 成方式、复制速度是不同的。
前导链(leading strand): 以一条链(3’ → 5’)为模板时,子代


SSB
解旋酶
解链酶 引物酶和引发 体
DNA聚合酶 III
DNA聚合酶 I
RNA引物
2020/11/13
3´ 5´ RNA引物


2020/11/13
(3)DNA连接酶
催 化 子 代 双 链 DNA 中 的 切 口 处 的 相 邻 3 ’OH和5’-磷酰基之间形成磷酸二酯键。但不 能将两条游离的DNA单链连接起来。
复制可能是单向的,也可能是双向的, 两个方向的复制速度不一定相同。大多数 是双向的。
眼状结构:线状DNA分子上的正在复制 的部分形成;
θ结构:环状DNA分子上的正在复制 的部分形成。
2020/11/13
未复制DNA
起始点
单向复制
起始点
双向复制
起始点
复制叉
复制叉的推进
起始点
复制叉
复制叉
DNA的双向和单向复制
protein,SSB)
结合在单链DNA分子上,功 能是稳定已被解开的DNA单链, 阻止复性和保护单链不被核酸酶降 解。
2020/11/13
拓 扑 异 构 酶 ( DNA 松 弛 酶 )
(topoisomerase)
涉及超螺旋的松弛,复制后又涉及 到它们的再次形成。
正超螺旋(左):双螺旋DNA处于拧紧状 态时形成的超螺旋,使DNA解开双螺旋困难
引物的结 合和识别
核心酶
校对
DNA聚合酶Ⅲ异二聚体
促使核心 酶二聚化
延长因子
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ 全酶的结构和功能
DNA聚合酶Ⅲ 两个 亚基夹住DNA
(1)α亚基:具5′ 3′端聚合酶活性(需模板和引 物);
(2)ε亚基具3′ 5′端核酸外切酶的活性。校对作 用,以提高保真性;
( 3 ) α、ε、θ 亚 基 相 连 形 成 核 心 酶 polⅢ,θ 亚 基 起组建作用;
链的合成方向是5’ →3’,合成是连续的, 合成速度较快。
2020/11/13
后随链(lagging strand):以另一条亲代链(5’→ 3’) 为模板时,子代链的合成方向不能按照3’ → 5’方 向进行,因为迄今没有发现这样的DNA聚合酶, 因此只能合成方向为5’ → 3’方向的许多DNA小片 段(约1000--------2000dp,7-----10S),为1968年 日本人冈崎等人发现,叫冈崎片段,然后在DNA 连接酶催化下,连接起来形成一条子代链。
2020/11/13
(三)DNA的复制过程(原核生物)
DNA的合成是以四种脱氧核苷三磷酸即dATP、 dGTP、dCTP、dTTP为前体,在DNA聚合酶的 催化下,向DNA的3′—OH端添加脱氧核苷酸, 在DNA的3′—OH与添加的脱氧核苷酸的5′—磷 酰基间形成3,5—磷酸二酯键,反应中脱去一 个焦磷酸基团。
第十二章 核酸的生物合成
2020/11/13
主要内容
• 一 DNA的生物合成 • 二 RNA的生物合成
2020/11/13
2020/11/13
2020/11/13
一、 DNA的生物合成
(一)半保留复制
DNA在复制时,两条 链解开分别作为模板,在 DNA聚合酶的催化下按碱 基互补的原则合成两条与 模板链互补的新链,以组 成新的DNA分子。这样新 形成的两个DNA分子与亲 代DNA分子的碱基顺序完 全一样。由于子代DNA分 子中一条链来自亲代,另 一条链是新合成的,这种 复制方式称为半保留复制。
负超螺旋(右):双螺旋DNA处于拧松状态 时形成的超螺旋。
2020/11/13
拓扑异构酶对DNA的超螺旋进行精确调节, 从而在DNA重组修复和DNA其它转变中起作用。 分为两类:
1、拓扑异构酶Ⅰ:可瞬时打开双螺旋的一条链, 然后再连接。不需能量,同转录相关。
2、拓扑异构酶Ⅱ;使DNA双链同时断裂,然后 再连接。需能量ATP,同复制相关。
末端的多核苷酸链上形成3, 5—磷酸二酯键。 特点:A:底物为d NTP;
B:DNA模板 (3′ 5′); C:引物:RNA引物 (带3′—羟基) ; D:方向 5′ 3′; F:产物DNA的性质与模板相同 。
2020/11/13
DNA聚合酶催化的链延长反应








模板链

1、DNA聚合酶有校正功能,每引入一个核 苷酸都要复查一次,无误后方继续下去,它 不能从无到有合成新的链,因为在未核实前 一个核苷酸处于正确配对状态时是不会进行 聚合反应的;
2、RNA引物是从新开始合成的,错配的 可能性大,在完成引物功能后即将它删除, 而代之以高保真的DNA链。
2020/11/13



RNA引物
子链
(2) 具有3′ 5′端核酸外切酶的活性
有校对功能,能在3′—OH端将 DNA链水解。以保证DNA复制的真实 性。
2020/11/13
DNA聚合酶的3´- 5´外切酶水解位 点


错配碱基
5´ 3´- 5´核酸外切 3´ 酶水解位点
(3) 具有5′ 3′端核酸外切酶的活性 由5′端水解DNA链,主要是切去一小段DNA,
责DNA的修复,在一定程度上参与DNA复 制。活性低。功能不十分清楚,是一种修复 酶。
2020/11/13
3、DNA聚合酶Ⅲ polⅢ 是使DNA链延长的主要聚合酶,目
前已知全酶是由7种多肽形成的复合物, 含有10种共22个亚基组分 (α2ε2θ2ζ2г2δ2δ2′2χ2ψ2β2)和Zn原子。
2020/11/13
同时该酶要求含有3’-OH和5’-磷酰基 的DNA片段能以氢键与互补链结合。
DNA—3′—OH+P—5′—DNA+ATP(NAD+) DNA—3′—O—P—5′—DNA+AMP+
PPi(NMN) 2020/11/13
E,coli连接酶 催化下的连接机制
2020/11/13
3'

A GAACCT T G
2020/11/13
(二)DNA复制的起点和方向
复制 叉 ( replication forks) : 复制中的 DNA分子,未复制的部分是亲代双螺旋,而复 制好的部分是分开的,由两个子代双螺旋组成, 复制正在进行的部分叫做复制叉。
细胞内存在着能识别起始点的特种Pr。
2020/11/13
方向:复制叉从起始点出发,沿DNA移 动,移动方向与前导链的延长方向相同。
2020/11/13
(5)DNA聚合酶的“校对”作用
DNA聚合酶具有三种不同的酶活性。3’ →5’外切酶活性是校对新生DNA链和改正 聚合酶活性所造成的“错配”的一种手段。
现在所发现的真核生物DNA聚合酶一般 没有校正功能。
2020/11/13
错配碱基 聚合酶
切除错配 核苷酸
正 确核 苷酸
包括RNA引物和损伤DNA部分。
polⅠ主要功能: 用于修复DNA双螺旋区中的单链区,这些单
链区是在DNA复制时或DNA受损伤后留下的。 活性高。
2020/11/13
DNA聚合酶5´- 3´外切酶活力
5´ 单链缺口
5´- 3´核酸外切 酶水解位点
2、DNA聚合酶Ⅱ polⅡ 具有3′ 5′端核酸外切酶的活性,主要负
2020/11/13
方向:以DNA为模板,5’ → 3’ 长度:几个至10个核苷酸,5′端含3个磷酸残 基,3′端为游离羟基。 DNA聚合酶III :聚合脱氧核糖核苷酸 引物消除和缺口填补:DNA聚合酶I DNA连接酶:将冈崎片段连成长链
2020/11/13
为 什 么 需 要 RNA 引 物 、 而 且 最 后 要 切 除?
DNA的半 保留复制 实验依据
[15N] DNA
[14N- 15N] DNA
1958年Meselson & stahl用同位素示踪 标记加密度梯度离 心技术实验,证明了 DNA是采取半保留 的方式进行复制.
[14N- 15N] DNA
[14N] DNA
Meselson-stahl实验
(a)密度梯度离心的DNA带 (b)对应于左侧DNA带的解释
合成是不连续的,合成速度较慢。当一段新 的冈崎片段合成后,polⅠ行使5’ → 3’核酸外切酶 活性切除引物,再合成一段DNA作为替换,缺口 由DAN连接酶封口。
2020/11/13
(2)冈崎片段的RNA引物
引物的合成由引物合成酶催化完成,这些酶 在模板单链DNA上识别特殊序列,合成RNA 引物。它本身没有活性,需要与“引发前体” 结合在一起,形成“引发体”后才有活性。引 发体在复制叉上移动,识别合成的起始点,引 发RNA引物的合成,该过程需ATP提供能量。
(4)核心酶+ζ亚基后成为二聚体,称为polⅢ′;
(5)polⅢ′与γ、δ亚基结合,形成polⅢ′,γ、 δ亚基可增强酶与模板的结合;
(6)polⅢ′′与β亚基结合形成全酶,β亚基犹如夹 子,夹住DNA向前滑动,不脱离,提高持续合成能力。
2020/11/13
大肠杆菌三种DNA聚合酶比较
比较项目
DNA
相关文档
最新文档