生物化学-DNA复制、转录、翻译

✓ 提取其DNA 进行密度梯度 离心。
✓ 再移至14N培养基中生长；
✓ 在不同时期提取DNA，进
行密度梯度离心。
教学ppt Meselson和Stahl 实验 8
Meselson和Stahl 实验
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2、DNA复制的起点和方向
✓复制的起始点： DNA复制要从DNA分子的特定部位开始。
✓原核生物中DNA(环形)的复制只有一个起始点。 ✓真核生物染色体DNA(线形)的复制有多个起始点。
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3、合成步骤：
(1)解旋：由拓扑异构酶Ⅱ解除超螺旋；
(2)解链：由DNA解螺旋酶催化，SSB与单链DNA结合， 防止双链间氢键再形成；
(3)识别起点：由DNA指导的引物酶完成；
(4)RNA引物合成：以DNA为模板，在引物酶催化下由 DNA转录生成5-10个核糖核苷酸链；
(5)DNA链延长：在引物3’-OH基上，按碱基互补原 则经DNA聚合酶（主要是酶Ⅲ）催化DNA链从 5’→3’延伸。
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1、原核生物的DNA聚合酶
DNA聚合酶Ⅰ 5’ 3’外切酶 3’ 5’外切酶 5’ 3’聚合酶
DNA聚合酶Ⅱ与Ⅲ
5’ 3’聚合酶 3’ 5’外切酶
DNA聚合酶Ⅲ DNA 复制的主要酶。 DNA聚合酶Ⅰ用于切除RNA引物， 损伤后修复。 DNA聚合酶Ⅱ只是在无pol I及pol Ⅲ的情况下才起作用 。
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第一节 DNA的生物合成 — DNA的复制
-原料： 四种 dNTP：dATP 、dTTP、dGTP、 dCTP
（dNMP）n＋dNTP→（dNMP）n+l ＋ ppi
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3
3’ 3’, 5’-磷酸二酯键
5’
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一、DNA复制的特点
1、半保留复制 2、DNA复制的起点和方向 3、半不连续复制
前导链为连续的；后滞链为不连续的冈崎片段。
（复制方向与解链方向相反)
冈崎片段：以5’→3’方向的母链作为模板
，沿5’→3’方向合成的一些1000—2000个 核苷酸不连续的小片段。
半不连续复制：领头链连续复制而随从链不连续复制。
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3
前导链
5
解链方向
3
冈崎片段
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随从链
5
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二、参与DNA复制的酶和蛋白质
1、原核生物的DNA聚合酶 2、真核生物的DNA聚合酶 3、解链、解旋酶类 4、DNA拓扑异构酶 5、引发体 6、DNA连接酶
拓扑异构酶Ⅱ 旋转酶
切断DNA双链，使另一 双链经过此缺口，再封闭。
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5、引发体
RNA引物的合成和复制的起始必需。
蛋白质 DnaA蛋白
结合到DNA双链复制起始部位
DnaB蛋白 引物酶
解链酶的作用 合成RNA引物
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6、DNA连接酶
催化二段DNA链之间3’,5’ 磷酸二酯键的
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5
1、DNA的半保留复制
亲代DNA
子代
子代
(1)“半保留复制假说”的提出：
1953年，Watson & Crick在DNA双螺旋基础上提出。
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6
科学家提出的教三学p种pt DNA复制模型
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(2) “半保留复制假说”的实验证明：
✓ 将E.Coli培养在以15NH4Cl
为唯一氮源的培养基中生 长；
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✓DNA的双向复制：
DNA从起始点向两个方向解链，形成两个 延伸方向相反的复制叉。
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原核生物的双向复制
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真核生物的双向复制
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3、半不连续复制
5’
3’
3’
5’
✓体内仅存在5’ →3’的DNA聚合酶； ✓新链延伸的方向只能是5’→3’ 。
3’
5’
4、解链、解旋酶类
DNA解链酶
解开DNA双链 每个bp消耗2个ATP
与单链DNA结合,维持单
单DNA结合蛋 白(SSB）
链状态 (“镇纸”)
使其不受核酸酶水解，保 持完整性。
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23源自文库
4、DNA拓扑异构酶
改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。
拓扑异构酶Ⅰ 转轴酶
切断DNA双螺旋中的一 股，张力下降后封闭。
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2、真核细胞的DNA聚合酶 DNA－pol α，β，γ，δ，ε
DNA－po1δ：延长领头链和随从链； DNA—poIα：合成RNA引物； DNA－polε：校读、修复和填补缺口。 DNA—polβ：在没有其他DNA－pol时发挥催化功能。 DNA—po1γ：催化线粒体DNA的合成。
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DNA聚合酶Ⅰ
N
5’ 3’3’ 5’ 5’ 3’
C
外切酶外切酶 聚合酶
小片段
大片段（ klenow片段）
（常用的工具酶）
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DNA聚合酶的校对作用
依赖于3个聚合酶的3’末端外切酶活性，进行校对 和纠错。
多种蛋白质参与，从而保证了复制的准确性。
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前导链
5’
3’
3’
5’ 岗崎片段
3’
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5’
随从链14
前导链：以3’→5’方向的母链作为模板，新
合成的以5’→3’为方向连续合成的链。 （复制方向与解链方向一致）
随从链(滞后链): 以5’→3’方向的母链作为模
板，沿5’→3’方向合成一些1000—2000个核苷 酸不连续的小片段，由小片段连接成随从链。
2.DNA损伤修复中的连接.
3.一种重要的工具酶: 限制性内切酶切割后形成的粘性末端或平
头末端的连接.
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三、原核细胞DNA的复制
1、合成所需材料： ①模板DNA ②原料：合成引物所需NTP
合成DNA所需的dNTP ③酶：
2、合成方向：5’→3’；
模板链解读方向： 3’ → 5’
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形成
5’
3’
O 5’
3’
OH O- P O
O-
有缺口的DNA链
ATP
AMP+PPi
DNA连接酶
5’
O
O PO
O-
3’
缺口封闭
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缺口填补: 连接双股DNA分子中一链的缺口 双链DNA分子中双链的缺口 不能连接二分子单链DNA
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DNA连接酶的应用:
1.岗崎片段之间的连接.
遗传信息的传递
—DNA、RNA、蛋白质的生物合成
中心法则
复制
复制
转录
翻译
DNA
RNA
蛋白质
逆转录
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第一节 DNA的生物合成 — DNA的复制
-概念：以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA分子的 过程。
-时期：有丝分裂间期、减数第一次分裂间期
-场所： 细胞核(主要)、叶绿体、线粒体 -碱基互补配对原则： A＝T G≡C