DNA的生物合成PPT课件
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原核生物：Meselson-Stahl 实验
Franklin Stahl
原核生物复制的起点和方向
E. coli，固定起始点、双向对称复制。
T7，一端的17％处开始，向两端延伸。 枯草杆菌有固定的起始点，双向不对称复制。 质粒R6K早期为单向复制，复制了约1/5基因组时进
行双向复制。 质粒Col E1有固定起始点，但却为单向复制。 mt DNA进行D环复制（displaced loop）。 真核有多个复制起点，双向等速复制。
DNA 复制
以母链 DNA 为模板合成子链DNA的过程，使 亲代的遗传信息得以准确传递到子代。
DNA复制机制的实验验证
• 半保留模型（Semiconservetive model） • 全保留复制模型(Conservetive model) • 分散模型 (Dispersive model)
DNA 复制方式的三种假说
Maclyn McCarty
1944年，肺炎双球菌转化 实验
DNA 双螺旋结构的发现
Watson & Crick Nature 171, 737-738 (1953)
中心法则：解释遗传信息在生物大分子之间传 递顺序的框架
朊病毒
DNA 复制
中心法则
RNA 复制
DNA的生物合成
1. DNA复制（replication） 2. DNA修复（repair） 3. 逆转录（reverse transcription）
(全保留ห้องสมุดไป่ตู้制)
(混合式)
(半保留复制)
DNA 的半保留复制
半保留复制（semi-conservative replication） 即子代DNA双链分子中，一股链来 自亲代模板，一股链为新合成的。 半保留复制的意义：保证亲代的遗 传信息准确传递给子代，体现了遗 传的高度保真性。
半保留复制的实验证明
J. F. Miescher
F. Griffth
1928, Griffth 肺炎双球菌转化实验
DNA是遗传信息载体的证明
肺炎双球菌转化实验 1944年，Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty 证明DNA为生物遗传信息的载体
Oswald Avery
Colin MacLeod
D环复制
DNA的半不连续复制
复制时DNA链延伸可能有三种方式
1 2 3
DNA复制的半不连续性
① 一条链连续合成，称前导链 (Leading Strand), 另一条链分 段合成，称滞后链 (Lagging Strand) 。
② 原因： DNA双螺旋分子两条链方向相反，新链合成的方向 只能5’→3’一个方向合成。
DNA聚合酶Ⅰ的功能
1. 5’→3’聚合功能 2. 3’→5’外切活性 3. 5’→3’外切活性
(1)切口平移（nick translation） (2)链的置换 (3)模板转换（template-switching） 4. 内切酶活性
原核生物复制的酶系统
DNA聚合酶 I 功能
切口平移 (nick translation)
原核细胞的DNA聚合酶
聚合酶II 活性弱, 作用不详 有从5’——3’延伸多核苷酸链的聚合酶活性 有从3’——5’ 外切酶的活性
DNA聚合酶Ⅲ的结构与功能
DNA聚合酶 III 的结构
连接酶（ligase）
1967年，冈崎实验
冈崎令治
脉冲标记和脉冲追踪
1978年，Olivera 实验
Baldomero M. Olivera
① 细胞内存在 dTTP 和dUTP，而 DNA聚合酶Ⅲ 不能区分它们。
② dUTPase酶，使 dUTP 变成 dUMP， 其不能作为 DNA 合成的底物。
③ 尿嘧啶N-糖苷酶（uracilN glycosylase），切断混入尿苷的糖苷 键，形成AP位点。
88 000 +
+
-
2400 1500 100 修复
DNA聚合酶Ⅲ ≥10
900 000 +
+
-
15 000~60 000 ≥500 000 10~20 复制
DNA聚合酶 I 的结构与功能
DNA聚合酶I有6个结合位点： (1) 模板结合位点； (2) 引物结合位点； (3) 引物3‘－OH结合位点； (4) 底物dNTP结合位点； (5) 5‘→3’外切酶结合位点； (6) 3'→5'校正位点。
④ AP内切酶，在AP位点切出一个缺 口，进行切除修复。
参与DNA复制的酶类及蛋白质因子
1. DNA聚合酶（ DNA polymerase ） 2. 双链DNA解链、解旋酶 3. 引物酶 4. 连接酶
DNA聚合酶 (DNA polymerase)
• 1957年，由 Arthur Kornberg, Washington University at St. Louis, 从大肠杆菌(E. coli) 中发现。
DNA的生物合成
主要内容
• 中心法则 • DNA的复制
• DNA的半保留复制 • 参与复制的酶类 • 复制过程
• DNA的损伤与修复
• DNA损伤 • DNA损伤的修复
• 逆转录
DNA 是生物遗传信息的载体
1869年，Johann. F. Miescher 首次从从莱茵河鳟鱼细胞 核中发现DNA 肺炎双球菌转化实验：1928年，Frederick Griffth 实验
• 1959，获得 Nobel Prize in Physiology or Medicine.
• 依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA dependent DNA polymerase)
原核生物复制的酶系统
DNA聚合酶的共同特点： (1)需要提供合成模板 (2)不 能 起 始 新 的 DNA 链 ， 必 须 要 有 引 物 提 供 3' － OH (3)合成的方向都是5’→3’ (4)除聚合酶功能外，还有其他功能，如3’-5’, 5’-3’ 外切酶功能。
大肠杆菌中的三种DNA多聚酶
不同种类亚基数目
相对分子质量
5´→3´核酸聚合酶活 性
3´→5´核酸外切酶活 性
5´→3´核酸外切酶活 性
聚合速度（核苷酸/ 分）
持续合成能力
分子数/细胞
功能
DNA聚合酶Ⅰ 1
103 000 +
+
+
1 000~1200 3~200 400
切除引物，修复
DNA聚合酶Ⅱ ≥7
Franklin Stahl
原核生物复制的起点和方向
E. coli，固定起始点、双向对称复制。
T7，一端的17％处开始，向两端延伸。 枯草杆菌有固定的起始点，双向不对称复制。 质粒R6K早期为单向复制，复制了约1/5基因组时进
行双向复制。 质粒Col E1有固定起始点，但却为单向复制。 mt DNA进行D环复制（displaced loop）。 真核有多个复制起点，双向等速复制。
DNA 复制
以母链 DNA 为模板合成子链DNA的过程，使 亲代的遗传信息得以准确传递到子代。
DNA复制机制的实验验证
• 半保留模型（Semiconservetive model） • 全保留复制模型(Conservetive model) • 分散模型 (Dispersive model)
DNA 复制方式的三种假说
Maclyn McCarty
1944年，肺炎双球菌转化 实验
DNA 双螺旋结构的发现
Watson & Crick Nature 171, 737-738 (1953)
中心法则：解释遗传信息在生物大分子之间传 递顺序的框架
朊病毒
DNA 复制
中心法则
RNA 复制
DNA的生物合成
1. DNA复制（replication） 2. DNA修复（repair） 3. 逆转录（reverse transcription）
(全保留ห้องสมุดไป่ตู้制)
(混合式)
(半保留复制)
DNA 的半保留复制
半保留复制（semi-conservative replication） 即子代DNA双链分子中，一股链来 自亲代模板，一股链为新合成的。 半保留复制的意义：保证亲代的遗 传信息准确传递给子代，体现了遗 传的高度保真性。
半保留复制的实验证明
J. F. Miescher
F. Griffth
1928, Griffth 肺炎双球菌转化实验
DNA是遗传信息载体的证明
肺炎双球菌转化实验 1944年，Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty 证明DNA为生物遗传信息的载体
Oswald Avery
Colin MacLeod
D环复制
DNA的半不连续复制
复制时DNA链延伸可能有三种方式
1 2 3
DNA复制的半不连续性
① 一条链连续合成，称前导链 (Leading Strand), 另一条链分 段合成，称滞后链 (Lagging Strand) 。
② 原因： DNA双螺旋分子两条链方向相反，新链合成的方向 只能5’→3’一个方向合成。
DNA聚合酶Ⅰ的功能
1. 5’→3’聚合功能 2. 3’→5’外切活性 3. 5’→3’外切活性
(1)切口平移（nick translation） (2)链的置换 (3)模板转换（template-switching） 4. 内切酶活性
原核生物复制的酶系统
DNA聚合酶 I 功能
切口平移 (nick translation)
原核细胞的DNA聚合酶
聚合酶II 活性弱, 作用不详 有从5’——3’延伸多核苷酸链的聚合酶活性 有从3’——5’ 外切酶的活性
DNA聚合酶Ⅲ的结构与功能
DNA聚合酶 III 的结构
连接酶（ligase）
1967年，冈崎实验
冈崎令治
脉冲标记和脉冲追踪
1978年，Olivera 实验
Baldomero M. Olivera
① 细胞内存在 dTTP 和dUTP，而 DNA聚合酶Ⅲ 不能区分它们。
② dUTPase酶，使 dUTP 变成 dUMP， 其不能作为 DNA 合成的底物。
③ 尿嘧啶N-糖苷酶（uracilN glycosylase），切断混入尿苷的糖苷 键，形成AP位点。
88 000 +
+
-
2400 1500 100 修复
DNA聚合酶Ⅲ ≥10
900 000 +
+
-
15 000~60 000 ≥500 000 10~20 复制
DNA聚合酶 I 的结构与功能
DNA聚合酶I有6个结合位点： (1) 模板结合位点； (2) 引物结合位点； (3) 引物3‘－OH结合位点； (4) 底物dNTP结合位点； (5) 5‘→3’外切酶结合位点； (6) 3'→5'校正位点。
④ AP内切酶，在AP位点切出一个缺 口，进行切除修复。
参与DNA复制的酶类及蛋白质因子
1. DNA聚合酶（ DNA polymerase ） 2. 双链DNA解链、解旋酶 3. 引物酶 4. 连接酶
DNA聚合酶 (DNA polymerase)
• 1957年，由 Arthur Kornberg, Washington University at St. Louis, 从大肠杆菌(E. coli) 中发现。
DNA的生物合成
主要内容
• 中心法则 • DNA的复制
• DNA的半保留复制 • 参与复制的酶类 • 复制过程
• DNA的损伤与修复
• DNA损伤 • DNA损伤的修复
• 逆转录
DNA 是生物遗传信息的载体
1869年，Johann. F. Miescher 首次从从莱茵河鳟鱼细胞 核中发现DNA 肺炎双球菌转化实验：1928年，Frederick Griffth 实验
• 1959，获得 Nobel Prize in Physiology or Medicine.
• 依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA dependent DNA polymerase)
原核生物复制的酶系统
DNA聚合酶的共同特点： (1)需要提供合成模板 (2)不 能 起 始 新 的 DNA 链 ， 必 须 要 有 引 物 提 供 3' － OH (3)合成的方向都是5’→3’ (4)除聚合酶功能外，还有其他功能，如3’-5’, 5’-3’ 外切酶功能。
大肠杆菌中的三种DNA多聚酶
不同种类亚基数目
相对分子质量
5´→3´核酸聚合酶活 性
3´→5´核酸外切酶活 性
5´→3´核酸外切酶活 性
聚合速度（核苷酸/ 分）
持续合成能力
分子数/细胞
功能
DNA聚合酶Ⅰ 1
103 000 +
+
+
1 000~1200 3~200 400
切除引物，修复
DNA聚合酶Ⅱ ≥7