《模块九dna的复制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块九dna的复制（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三篇 基因信息的传递,基因,是基因组中的一个功能性遗传单位。 基因是携带一定遗传信息的特定DNA片断，它可以通过转录和翻译等过程表达具有一定生物学功能的多肽链或RNA。,从 基 因 到 蛋 白 的 转 录 和 翻 译 过 程,Protein,DNA,染色体 (高度绕曲的DNA分子),RNA,基因的功能,储存遗传信息,遗传信息扩增和传递 （复制和分配）,遗传信息的表达,转录,翻译,逆转录,RNA,蛋白质,遗传信息传递的中心法则,包括：基因的遗传和基因的表达,生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。 在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实
2、地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。,后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录，这是中心法则的补充。,遗传信息的传递与表达,DNA的生物合成（复制）,RNA的生物合成（转录）,蛋白质的生物合成（翻译）,基因表达,模块九 DNA的生物合成 （半保留复制）,DNA DNA,DNA复制可能的三种方式,由Meselson和S
3、tahl设计证明半保留复制的实验的被誉为生物学最美丽的实验,DNA的半保留复制实验依据,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.,15N DNA,14N- 15N DNA,14N DNA,14N- 15N DNA,Meselson 和Stahl的证明DNA半保留复制的实验流程,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（A=T,GC）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
4、代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。,复制的半不连续性,3,5,3,5,解链方向,领头链,随从链,半不连续复制：DNA复制时,一条 链是连续的,另一条链是不连续的,称为半不连续复制。,DNA分子,2股DNA单链模板链,碱基互补配对 （A-T,G-C),解螺旋,2股新链分别与模板链组成 新的子代DNA分子,与母DNA碱基序列完全相同,3 5,半保留复制,2股新DNA链,与模板链互补,参与DNA复制的主要酶 和蛋白质的结构与功能,DNA聚合酶（DNA pol） DNA解链酶 单链结合蛋白（SSB） DNA引发酶 DNA拓扑异构酶 DNA连接酶 端聚酶（真核生物特有）,1、DNA解链
5、酶,DNA解链酶是一类催化DNA双螺旋解链的酶。它几乎参与和DNA有关的一切代谢过程，包括DNA复制、转录、修复和重组。 任何一种DNA解链酶都能够结合DNA，这种结合与DNA序列无关，这是解链酶作用的前提。大多数解链酶优先结合DNA的单链区域，少数解链酶，优先结合DNA的双链。,解链酶除了能够结合DNA以外，还能够结合NTP，并同时具有内在的依赖于DNA的NTP酶活性。 所有的DNA解链酶都具有移位酶活性。其移位酶活性使得它沿着被结合的DNA链单向移动，以不断地解开DNA双链区域。,大肠杆菌DnaB蛋白的解链酶活性,单链DNA结合蛋白（SSB）,是一种专门与DNA单链区域结合的蛋白质，为DN
6、A复制、修复和重组所必需的成分。 SSB本身并没有任何酶的活性，但通过与DNA单链区段的结合在DNA复制、修复和重组中发挥以下几个方面的作用：（1）暂时维持DNA的单链状态，防止互补的单链在作为复制模板之前重新退火成双螺旋；（2）防止DNA的单链区域自发形成链内二级结构（如链内双螺旋），以消除它们对DNA聚合酶进行性的影响；（3）包被DNA的单链区段，防止核酸酶对DNA单链区域的水解；（4）刺激某些酶的活性。,大肠杆菌单链结合蛋白与单链DNA结合的协同效应,3、DNA引物酶,是一种专门用来起动或引发DNA合成的酶。由于DNA聚合酶本身不能起动多聚物的合成，只能延伸已经被起动的多聚物，因此，引发
7、酶是DNA复制所必需的。 DNA复制的半不连续性，所以，引发酶在前导链上只需用引发一次，而在后随链上则需用引发多次。,大肠杆菌引发酶的结构模型,DNA复制过程中形成的正超螺旋,4、DNA聚合酶,DNA聚合酶的全名是依赖于DNA的DNA聚合酶，就是以DNA为模板，催化DNA合成的聚合酶。 DNA聚合酶是参与DNA复制的主要酶，该酶的许多性质直接决定了DNA复制的一些基本特征。,DNA聚合酶,原核生物DNA 聚合酶 DNA pol I,II,III,IV和V 真核生物DNA 聚合酶 DNA pol ,和以及更多,DNA聚合酶的聚合和校对,大肠杆菌三种DNA聚合酶比较,DNA 聚合酶,分子量 每个细
8、胞的分子统计数 5-3 聚合酶作用 3-5 核酸外切酶作用 5-3 核酸外切酶作用 转化率,DNA 聚合酶,DNA聚合酶 （复合物）,109，000 400 + + + 1,120，000 100 + + - 0 .05,400，000 10-20 + + + 50,比较项目,真核细胞DNA聚合酶、和的性质 和功能,5、DNA拓扑异构酶,拓扑异构酶是一类通过催化DNA链的断裂、旋转和重新连接而直接改变DNA拓扑学性质的酶。此类酶不仅可以解决在DNA复制、转录、重组和染色质重塑过程中遇到的拓扑学障碍，而且能够细调细胞内DNA的超螺旋程度，以促进DNA与蛋白质的相互作用，同时防止DNA形成有害的过
9、度超螺旋。,原料：dATP，dGTP，dCTP，dTTP 模板：解开成单链的DNA母链 （2条单链） 引物：RNA引物 酶：DNA聚合酶、解旋酶 原则:碱基互补AT,G C 方向： 53（新链）,1、DNA合成条件：,2、DNA复制过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA双链,DNA复制起始过程:解链,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始的过程,拓扑异构酶 与DNA双链 结合，解开 超螺旋。,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始的过程,解链酶解开 DNA双螺
10、旋,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,单链结合蛋白防止复螺旋,DNA复制起始过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始过程,引物酶合成引物,DNA复制的延伸,1. DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3-OH上，开始新生链的合成过程。,引物,原料,5,3,模板,方向： 5 3,组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来,3,5-磷酸二酯键,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料
11、,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板链,DNA新链,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板链,DNA新链,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,T,A,G,G,C,A,T,C,+,母链,母链,子链,母代DNA,2个子代DNA,DNA聚合酶,RNA引物,原料,DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。 子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这种复制方式称为半保留复制。,半保留复
12、制：,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,C C A C T G G,G G T G A C C,A G G T A C T G,T C C A T G A C,T C C A T G A C,A G G T A C T G,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,+,母链DNA,复制过程中形成的复制叉,子代DNA
13、,DNA合成过程概况：,先由引物酶合成RNA引物 ，再由DNA聚合酶在引物3合成DNA链，然后由DNA聚合酶切除引物并填补空隙，最后由连接酶连成完整的链。,4、DNA复制的意义：,DNA半保留复制具有高度准确性，保证遗传信息的正确传递，保证亲、子代之间遗传的稳定性。,3、DNA复制产物：两个子代DNA。,碱基序列与母代完全相同。,原核细胞DNA的半不连续复制复制过程,复制叉的移动方向,3,5,3,5,DNA聚合酶全酶,DNA聚合酶二聚体,DNA聚合酶催化的链延长反应,子链,DNA聚合酶的3- 5 外切酶水解位点,复制叉处前导链和随后链同时合成的 工作模型,DNA聚合酶的校对功能,真核细胞DNA
14、复制的特点, 多个起点复制, 端粒（telemere）复制,端粒酶（telomerase）,DNA复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可能通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段.如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种含RNA的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于RNA模板的DNA片段的合成，使复制以后的线形DNA分子的末端保持不变。,初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，体细胞则否。这一问题的解决
15、无疑会有助于对生命衰老的认识。,端粒酶,端粒合成的一种模型,整合和杂交,真核和原核DNA细胞复制比较,1、同一复制叉上同时进行两条链的合成，其中一条链延伸方向与复制叉移动方向相同，其合成是 的，称为 链；另一条链延伸方向与复制叉移动方向相反，其合成是 的，称为 链。,1.下列有关DNA复制酶的叙述哪个是正确的？ A. 所有的聚合酶都具有5-3和3-5外切酶的活性 B. DNA聚合酶的聚合作用是在DNA引物上进行的 C.DNA聚合酶和都需要模板和引物 D.DNA聚合酶保留在模板上直到大量核苷酸合成为止。 E.聚合酶反应的特异性是聚合酶内在的性质。,2. DNA 两条链均作为模板发生在: A. 复制 B. 切除修复 C. 错配修复 D. 转录偶联修复 E.上述所有情况,3. 合成DNA的原料是： A. dAMP,dGMP,dCMP,dTMP AMP, GMP, CMP,TMP dATP,dGTP,dCTP,dTTP ATP,GTP,CTP,TTP E. dADP,dGDP,dCDP,dTDP,4. DNA合成的不连续性: 当它达到每一个单链的末端时，所需的 DNA 聚合酶从模板上释放下来。 B. 因为合成是从起始点双向进行的 C.
