970 likes | 1.29k Views
第十章 DNA 的生物合成. DNA Biosynthesis. DNA 是大多数生物的遗传物质的载体. DNA 的主要生物学功能:. 1. 遗传信息的载体或贮库. 2. 可以进行忠实地复制,传代. 3. 可接受某些偶然的变化,即突变. 第一节 DNA 复制的基本特性. Basic Characters of DNA Replication. 复制 (replication) —— 指在生物体内以亲代 DNA 分子两条链为模板,合成两个子代 DNA 分子的过程. DNA 复制的基本特性. 半保留复制. 半不连续复制. 双向复制.
E N D
第十章 DNA的生物合成 DNA Biosynthesis
DNA是大多数生物的遗传物质的载体 DNA的主要生物学功能: 1. 遗传信息的载体或贮库 2. 可以进行忠实地复制,传代 3. 可接受某些偶然的变化,即突变
第一节 DNA复制的基本特性 Basic Characters of DNA Replication
复制(replication) ——指在生物体内以亲代 DNA分子两条链为模板,合成两个子代DNA分子的过程
DNA复制的基本特性 半保留复制 半不连续复制 双向复制 特定的复制起点 需要引物
一、半保留复制(semiconservative replication) • DNA复制时,亲代DNA双螺旋解开成为两条单链,各自作为模板,按照碱基配对规律合成一条与模板相互补的新链,形成两个子代DNA分子。每一个子代DNA分子中都保留有一条来自亲代的链。这种DNA复制的方式称为半保留复制。
DNA半保留复制的实验证明 含15N-DNA的细菌 重DNA沉降的位置 培养于普通培养基 第一代细菌 中等密度DNA沉降的位置 继续培养于普通培养基 轻DNA沉降的位置 第二代细菌
C C C C G G G G G G C C C C G G G G G G C C C C C C C C G G G G A A A A T T T T T T T T A A A A T T T T A A A A DNA的半保留复制
二、DNA复制的方向和方式 模板DNA的阅读方向是3’→ 5’ 新链的延伸方向是5’→ 3’
3’ 5’ P P P P P P P P P G C A T T T A G A T C 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template OH P
3’ 3’ 5’ P P P P P P P P P P P P G G A A C C T T T T T T 3’ 5’ 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T 3’ 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G A C T T T C 3’ P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G A C T T T C 3’ P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G A C T T T G C 3’ P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A 3’ P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A 3’ P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A T 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A T 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A T 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template OH
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template OH
3’ 5’ P P P P P P G C A T T T A G C A A T 3’ P P P P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template Go to 35 OH
DNA复制时碱基的配对规律: A=T G≡C
复制叉 复制叉 DNA的复制泡 及复制叉 原核生物的DNA为环状,复制时要在特定的复制起始点上开始解链,形成“复制泡”,并向两个方向解链,形成两个复制叉。
亲代的DNA 复制叉的形成 两个子代的DNA分子
三、半不连续复制 • 领头链(leading strand) • 随从链(lagging strand) • 冈崎片段(Okazaki fragment)
领头链 随从链 冈崎片段
四、复制的保真性 • 新链的延伸过程严格遵守碱基配对的规律,即A=T,G ≡ C 。 • DNA聚合酶对碱基的选择能力,能选择与亲代模板链正确配对的碱基进入子链相应的位置。 • 校读修正错配碱基,通过DNA聚合酶的3′→5′外切酶活性,在碱基发生错配时,及时切除并更换上正确碱基。
第二节 DNA复制的反应体系 Reaction System for DNA Replication
DNA复制的反应体系组成有: ①模板(template),DNA的两条单链均作为模板 ②主要的复制酶,DNA dependent DNA polymerase or DDDP, DNA pol ③底物(substrate), dNTP ④引物(primer),是一段短的特殊RNA ⑤其他的酶和蛋白质因子,包括拓朴异构酶、解螺旋酶、DNA单链结合蛋白、引物酶、DNA连接酶等
5’→3’聚合活性 5’→3’外切活性 外切活性 3’→5’外切活性 一、DNA聚合酶 • DNA dependent DNA polymerase,DDDP,或DNA pol 功能: Go to 26
5’→3’外切活性 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’
3’→5’外切活性 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’
5’→3’聚合活性 5’→3’外切活性 外切活性 3’→5’外切活性 (一)原核生物DNA聚合酶 • E coli中的DNA聚合酶,已知有三种,分别为DNA pol I,DNA pol II,DNA pol III 切除引物 校读作用
5′ 3′ 错配碱基 5′ 3′ A T T A T A C A G C G C G G C A T A T TA AA C G C G G C T A G C G C C G C G T A T DNA pol I的3′→5′外切活性 DNA聚合酶Ⅰ的校读作用
核心酶 核心酶 γ复合物 DNA pol Ⅲ的不对称异源二聚体结构
二、DNA解螺旋酶、DNA拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白二、DNA解螺旋酶、DNA拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白 • (一) DNA解螺旋酶(helicase) 现知为Dna B蛋白 功能: 使DNA双链解开成为单链 每解开一对碱基,需消耗2分子ATP
(二) DNA拓扑异构酶(topoisomerase ) 功能: 使DNA超螺旋旋松,理顺超螺旋,便于DNA解链 特点: • 既能水解 、又能连接磷酸二酯键
(三) DNA单链结合蛋白( DNA single strand binding protein, DBP or SSB) 功能: 与解开的DNA单链结合,稳定并保护DNA单链 意义: *防止单链重新形成双螺旋,保持模板的单链状态以便于复制 *防止单链模板被核酸酶水解
三、引物酶和引发体(primase, primosome ) • 引物酶,即Dna G蛋白,催化引物的生成 • 引发体,由ori C,Dna A、Dna B、Dna C及Dna G组成 引物为一段短的RNA片段 为什么需要引物? DNA 聚合酶不能催化游离的dNTP聚合
四、DNA连接酶(DNA ligase) • 功能 催化DNA分子中两段相邻单链片段的连接,但不能连接单独存在的DNA单链 DNA连接酶催化的反应是耗能的,在真核生物中利用ATP供能,而在原核生物中则消耗NAD+