DNA的生物合成PPT课件

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第十一章 DNA的复制
(三)、 DNA复制的保真性
DNA复制的保真性至少依赖 三种机理。
1、遵守严格的碱基配对规律。 2、DNA-pol Ⅲ 对碱基的选择功能。 3、复制中出现错误时，DNA-pol Ⅰ 有即时的校读功能。
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第十一章 DNA的复制
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第十一章 DNA的复制
（ dNMP）n + dNTP DNA聚合酶（dNMP）n+1 + ppi 或
n1dATP n2dCTP n1dTTP + DNA n2dGTP (模板)
DNA聚合酶 Mg 2+,引物
DNA
dAMP dCMP dDMP dGMP
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第十一章 DNA的复制
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第十一章 DNA的复制
（三）单链DNA结合蛋白（SSB）
SSB的作用是在复制中维 持模板处于单链状态，并保护 单链的完整 。
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第十一章 DNA的复制
三、引物酶和引发体
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第十一章 DNA的复制
E.coli 复制起始点 oriC
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第十一章 DNA的复制
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第十一章 DNA的复制
第四节 DNA的突变（损伤）与修复
突变（mutation）是指一个或多 个脱氧核糖核苷酸的构成、复制或表 型功能的异常变化，也称为DNA损伤 (DNA damage)，即遗传物质结构改变 引起遗传信息的改变。
按照碱基互补的原则，合成新的互补链。这样新 合成的2个子代DNA分子与原来的DNA分子的碱 基排列顺序完全一样，每个子代DNA分子的一 条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这 种复制方式称为半保留复制 。
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第十一章 DNA的复制
半保留复制的证据
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第十一章 DNA的复制
1 、DNA聚合酶Ⅰ
作用：
1）对复制中的错误进行校读.（ 3'→ 5' 核 酸外切酶活性）
2）切除引物和突变的片段（ 5' → 3' 核 酸外切酶活性）
3）填补空隙（ 5' → 3' 聚合活性） DNA聚合酶Ⅰ是单一肽链的大分子 ， 其二级结构以α-螺旋为主.
2(n1+n2)
+2(n1+n2)PPi
复制的化学反应
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第十一章 DNA的复制
作用条件：
1）以单链DNA作为模板 2）4种dNTP作为原料：dATP，dCTP，dCTP，
dTTP 3）需要引物：DNA聚合酶不能从头合成DNA ，只
能以引物的3'- OH作为合成新DNA的起点。 4）只能催化引物或DNA片段与核苷酸之间生成3'，
引发突变的因素有物理和化学因素，物理因素主要指紫外线和各种辐射Βιβλιοθήκη 常见的化学诱变剂化合物类别
作用点
分子改变 （从原型配对至突变型）
碱基类似物 5-溴尿嘧啶(5-BU)
A被5BU 取代 G
-A- -G- -G-
羟胺类 亚硝酸盐
TC CU
-T- -T- -C-T- -C- -C-A- -A- -G-G- -G- -A-
复制是在酶催化下进行的核苷酸的聚合反应。
(一) DNA聚合酶
(二) 真核生物的DNA聚合酶 (三) DNA复制的保真性
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第十一章 DNA的复制
一、DNA聚合酶
作用：以单链DNA作为模板 催化3'，5'- 磷酸二酯键的生 成，使4种脱氧核糖核苷酸, 在引物或DNA片段的3 ' -OH 上沿着5'→3'方向聚合。
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第十一章 DNA的复制
2 、 DNA聚合酶Ⅱ
只是在无pol I和Pol Ⅲ的情况下 起作用，其真正的作用未完全清楚。
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第十一章 DNA的复制
3 、DNA聚合酶Ⅲ
是真正在原核生物细胞内 参与复制作用的酶，是由10种 亚基组成的不对称二聚体。
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第十一章 DNA的复制
（E.coli DNA 聚合酶Ⅲ不对称二聚体）
ε
' '
ε
' '
α 、ε 、 亚基 组成核心酶。其中α亚基具有聚合酶 活性; ε亚基具有3'→5'核酸外切酶活性,并执行碱基选 择功能; 亚基辩认引物,并起着夹住模板又能使酶沿 模板链滑动的作用; θ亚基可能起维持二聚体 的作用。 其余的亚基统称为 γ- 复合物 ,作用不清楚 .
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第十一章 DNA的复制
大酶杆菌DNA聚合酶的性质
性质
5'
3' 聚合
5'
3' 外切
3'
5' 外切
分子量 （kd）
分子数/细胞
DNA 聚合酶 І ІІ ІІІ
+ ++
++-
+ ++ 103 12 180 400 100 10
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5' -磷酸二酯键，使引物或DNA片段由5' →3'方 向延伸，因此DNA聚合酶作用具有方向性。
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第十一章 DNA的复制
（一）. 原核生物的DNA聚合酶。
现在已知的原核生物DNA聚合酶有三种： 1 . DNA聚合酶Ⅰ
2 . DNA聚合酶Ⅱ
3 . DNA聚合酶Ⅲ
烷化剂
G
GCH3
(G碱基N-7位甲基化)
-C- -U- -TDNA缺失G
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第十一章 DNA的复制
三 、突变分子改变的类型
（一） 错配 （二） 缺失/插入和框移突变 （三） 重排
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第十一章 DNA的复制
O
5'
O PO
3'
–O
DNA连接酶的作用方式
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第十一章 DNA的复制
第三节 DNA生物合成过程
1 、DnaA蛋白识别复制起点。
2 、 DnaA蛋白和DnaB 、DnaC蛋白，引物 酶结合到DNA链上形成引发体。
3 、SSB维持DNA链的单链状态，拓扑异 构酶理顺DNA链。
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第十一章 DNA的复制
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2024/3/5
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第十一章 DNA的复制
4 、引物酶合成引物。 5 、DNA聚合酶Ⅲ合成冈崎片断和前导链。
6 、DNA聚合酶Ⅰ切除引物并填补空隙。
7 、连接酶连接DNA片断，完成随从链 的合成。
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第十一章 DNA的复制
（一）解螺旋酶
（二）DNA拓扑异构酶
（三）单链DNA结合蛋白（SSB）
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第十一章 DNA的复制
（一）解螺旋酶
在DNA-pol参与复制过程之前， 首先起作用的起始物质有DnaA、 DnaB、DnaC蛋白。DnaA蛋白辨认 E.coli上称为oriC( origin C)的复制起 始点， DnaC蛋白辅助解螺旋酶 （ DnaB ），使其在起点上结合并打 开双链。
DNA复制时，必须先有单链 DNA生成，碱基暴露，这样DNA 才能起模板作用。
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第十一章 DNA的复制
二、复制中解链和DNA分子的拓
扑学变化
解螺旋酶（helicase）、DNA拓 扑异构酶(DNA topoisomerase) 和单 链DNA结合蛋白（single strand DNA binding protein ）共同起解开 双螺旋、理顺DNA链、维持DNA在 一段时间内处于单链状态的作用。
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第十一章 DNA的复制
（二）DNA拓扑异构酶
拓扑酶对DNA分子的作用是既能水解，又 能形成磷酸二酯键，结果理顺了DNA 链。
拓扑酶 Ⅰ
OH 3' P 5'
C
A
B
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第十一章 DNA的复制
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第一节
第十一章 DNA的复制
半保留复制
复制的特点
1）半保留复制（semiconservative replication） 1953年Watson 和 Crick在提出DNA双螺旋结构模 型时，就设想在DNA复制过程中，2条多核苷酸
链之间的氢键断裂，然后以每条单键作为模板，
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第十一章 DNA的复制
核酸外切酶活性和校读
• DNA pol I 、II 两种方向
• DNA pol I 3' 5'活性强 • DNA pol III 只有3' 5'方向
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第十一章 DNA的复制
(二) 真核生物的DNA聚合酶
至少有五种：
DNA-polα：只能延长数百个核苷酸，在随从链
合成中起作用。
DNA-polβ：只是在没有其他DNA聚合酶时才起
作用。
DNA-polγ: 在线粒体内参与线粒体DNA的复制。
DNA-polδ：可延长很多的核苷酸，在领头链合
成中起作用。
DNA-polε：起校读，修复和填补缺口的作用。
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第十一章 DNA的复制
遗传信息传递的中心法则
复制DNA 逆 转 录
转录
复制RNA
翻译
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
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第一节 半保留复制
第十一章 DNA的复制
第二节 DNA复制的酶学 第三节 DNA生物合成过程
第四节 DNA的突变（损伤）与修复
第五节 逆转录现象和逆转录酶
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第十一章 DNA的复制
一 、 突变的结果
（一）突变是进化、分化的分子基础。 （二）只改变基因型不改变表型的突变。 （三）致死性的突变。 （四）突变是某些疾病的发病基础。
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第十一章 DNA的复制
二 、引发突变的因素
完整的链 。不能连接单独存在的DNA 或RNA单链。
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连接酶的作用
第十一章 DNA的复制
ATP
ADP
5'
3'
5'
3'
3'
P HO
5' 连接酶 3'
5'
把连接的缺口放大，示其化学反应。
O
5'
OH 3' + O¯ P
5' O
3'
ATP
–O
DNA连接酶
ADP
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第十一章 DNA的复制
意义：
• 子代保留了亲代DNA的全部遗传信息
• DNA通过复制和基因表达决定生物特性
• 体现了遗传过程的相对保守性
• 保守性是相对的，不能忽视其变异性
2）半不连续复制 .
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第十一章 DNA的复制
第二节 DNA复制的酶学
DnaB蛋白、DnaA蛋白和DnaC 蛋白及其他复制因子，一起形成复合
体，结合引物酶形成较大的聚合体， 再结合到模板DNA上，这种复合物称 为引发体 （primosome）。
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第十一章 DNA的复制
四、DNA连接酶
DNA 连接酶（DNA ligase）在碱 基互补基础上连接DNA 链的 3′-OH和 相邻DNA 链的5′-P，使二者形成磷酸二 酯键，从而把两段相邻的DNA链连成
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第十一章 DNA的复制
H
B
I
C
K JR
G EF
A
D
O
Q
NML
P
大片段
小片段
E.coli DNA 聚合酶Ⅰ
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第十一章 DNA的复制
用特异的蛋白酶，可以把DNApol I水解为两个段段，小片段（A 至F螺旋）具有5' →3'核酸外切酶 活性，大片段（G至R螺旋区及C末 端）又称Klenow片段，具DNA聚 合酶和3' →5'核酸外切酶活性。
四、DNA损伤的修复
(一) 光修复 (二) 切除修复 (三) 重组修复
(四) SOS修复
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切除修复
第十一章 DNA的复制
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第十一章 DNA的复制
重组修复
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