《DNA的生物合成(复制)研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DNA的生物合成(复制)研究（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、DNADNA的生物合成的生物合成 复制复制 研究研究 DNA BiosynthesisDNA Biosynthesis ReplicationReplication 复制 replication 是指遗传物质的传代 以母链DNA 为模板合成子链DNA的过程 亲代亲代DNADNA 复制复制 子代子代DNADNA 复制 分子基础 碱基配对规律和 DNA双螺旋结构 化学本质 酶促的生物细胞内 单核苷酸聚合 复制的保证 各种酶和蛋白质 因子的参与 复制的基本规律 Basic Rules of DNA Replication 第一节 半保留复制 semi conservative replication
2、 半不连续复制 semi discontinuous replication 复制方向为双向 bidirectional replication 高保真性复制 high fidelity 复制的特点 一 半保留复制的实验依据和意义 DNA生物合成时 母链DNA解开为两 股单链 各自作为模板 template 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 另一股单链则完全从新合成 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 一 半保留复制的概念 二 二 半保留复制的理论设想半保留复制的理论设想 T G G T A C T
3、 G C C A C T G G A C C A T G A C G G T G A C C T G G T A C T G C C A C T G G A 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 T G G T A C T G A C C A T G A C A C C A T G A C T G G T A C T G T G G T A C T G C C A C T G G A 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 三 子链继承母链遗传信息的 几种
4、可能方式 全 保 留 半 保 留 混 合 式 亲代DNA 子代DNA 四 半保留复制的证明 四 半保留复制的证明 实验实验 细菌可以利用NH4Cl作氮源合成DNA 轻链 14N DNA 重链 15N DNA 轻 重链 DNA混合 半保留复制 第一代DNA 半保留复制 第二代DNA 半保留复制 第三代DNA 细菌在含NH4Cl 的普通培养液 中培养后提取DNA 把细菌放在含15NH4Cl 的培养液中培养 若干代后提取含15N的 重 DNA 把含15N DNA的细菌放回含NH4Cl 的普通 培养液中培养20分钟后提取子一代DNA 把含15N DNA的细菌在含NH4Cl 的普通培 养液中培养40分钟
5、后提取子二代DNA 将轻链DNA和重链DNA混合 把含15N DNA的细菌在含NH4Cl 的普通培 养液中培养60分钟后提取子三代DNA 普通培养液培 养细菌的轻链 DNA在密度梯 度离心时区带 在离心管上方 子二代DNA密度梯 度离心分析时有介 于重带与轻带之间 的中间带轻带两种 将轻链和重链 DNA混合后密 度梯度离心时 在离心管中有 与轻 重链对 应的两条区带 子三代DNA密度梯度离心分析时仍有中 间带和轻带两种 以后各代DNA分子密度梯度离心结果相 同 但轻带变浓而中间带逐渐被稀释 含15NH4Cl培 养液培养的重 链DNA在密 度梯度离心时 区带在离心管 下方 子一代DNA密度梯 度
6、离心分析时致密 带介于重带与轻带 之间 没有单独的 重带和轻带 实验结果说明实验结果说明 子一代DNA双链中 一股是15N单链 从亲代接受和保留下来的 另一股是14N单链 完全是新合成的 Messelson和Stahl的实验支持半保留复制 半保留复制的意义 按半保留复制方式 子代DNA与亲代DNA的碱 基序列一致 即子代保留了亲代的全部遗传信 息 体现了遗传的保守性 遗传的保守性是物种稳定性的分子基础 但不是绝对的 在强调遗传恒定性的同时不能忽视其变异性 二 双向复制 原核生物DNA 复制时 DNA从起 始点 origin 向两个方向解链 形成两个延伸 方向相反的复制叉 称为双向复制 复制中的
7、放射自显影图像 眼睛状图形 大肠杆菌DNA经放射性标记后电镜下观察结果 ter A 环状双链DNA 及复制起始点 origin B 复制中的两个复制叉 replication fork C 复制接近终止点 termination ter 复制叉指的是DNA双链分成两 股各自作为模板 子链沿模板延长形 成的Y字形结构 复制叉指的是DNA双链分成两 股各自作为模板 子链沿模板延长形 成的Y字形结构 E coli origin 真核生物真核生物 u真核生物有多个染色体均需要复制 每个染 色体有多个起始点 是多复制子的复制 u习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复 制子 replicon u复制子
8、是独立完成复制的功能单位 u高等生物有数以万计的复制子 长度差异很大 原核生物是单复制子复制 称为复制体 replisome 真核生物的多复制子复制真核生物的多复制子复制 5 3 oriorioriori 5 3 5 5 3 3 5 5 3 3 复制子 已完成复制的复制子 DNA母链 ori为复制点 复制子的大小和起始的先后不同 复制子长度为相邻起点间距离 其中一个复制子已经完成复制 复 制 进 程 三 复制的半不连续性 5 3 解链方向 3 5 领头链 leading strand 随从链 lagging strand 3 5 3 3 5 5 领头链连续复制 随从链不连续复制 这就是复制的半
9、不连续性 DNA的两股单链走向相反 一股为5 至3 另 一股 互补链 为3 至5 复制叉上两股母链 也是走向相反 子链沿母链模板复制 只能从5 向3 延伸 同一个复制叉上只能有一个解链方向 顺着解链方向生成的子链 复制是连续 进行的 这股链称为领头链 另一股链因为复制的方向与解链方向相 反 不能顺着解链方向连续延长 这股 不连续复制的链称为随从链 冈崎片段 复制中的不连续片段称为岡崎片段 okazaki fragment 第二节 DNADNA复制的酶学复制的酶学 The Enzymology of DNA The Enzymology of DNA ReplicationReplication
10、 参与DNA复制的物质 DNA复 制系统 底物 dNTP 聚合酶 DNA pol 模板 解成单链单链 的DNA母链 引物 与模板互补的 RNA片段 其它酶 和蛋白质因子 底物 substrate dATP dGTP dCTP dTTP 聚合酶 polymerase 依赖DNA的DNA聚合酶 简写 为 DNA pol 模板 template 解开成单链的 DNA母链 引物 primer 提供3 OH末端 使dNTP可以依 次聚合 解螺旋酶 引物酶 单链DNA结合蛋白 DNA连接酶等 一 复制的化学反应 单链延长的方向 单链延长的方向 dNMP n dNTP dNMP n 1 PPi 新链生成需引
11、物 新链的延长只可沿 5 3 方向进行 脱氧核糖核苷酸之 间生成 3 5 磷酸 二酯键而逐一聚合 二 DNA聚合酶 u全称 依赖DNA的DNA聚合酶 DNA dependent DNA polymerase u简称 DNA pol u活性 作用 有两方面 u5 3 的聚合活性 延5 3 方向延长脱氧核苷酸链 u核酸外切酶活性 两种情况 u3 5 外切酶活性 能辨认错配的碱基对 并将其水解 u5 3 外切酶活性 能切除突变的 DNA片段 核酸外切酶活性 3 5 外切酶活性 能辨认错配的碱基对 并将其水解 5 3 外切酶 活性能切除突变 的 DNA片段 合成中的合成中的DNADNA分子分子 一 原
12、核生物的DNA聚合酶 DNA pol DNA pol DNA pol 三种酶共同点 都具有 5 3 聚合酶活性 3 5 外切酶活性 二 真核生物的DNA聚合酶 真核生物 DNA Pol DNA Pol DNA Pol DNA Pol DNA Pol DNA Pol 分子量 kD 5 3 聚合活性 3 5 外切活性 功能 16 54014 012 525 5 中 起始引发 引物酶活性 高高 高 低保真度的 复制 线粒体DNA的 复制 延长子链的 主要酶 解螺旋酶活性 填补引物空隙 切除修复 重组 三 复制保真性的酶学依据 复制按照碱基配对规律进行 使遗传信息能准确传代 l 二 复制的保真性 lD
13、NA聚合酶对模板的依赖性是子链与母 链准确配对 是遗传信息得以延续和传代 的保证 碱基配对的关键是氢键的形成 l 三 聚合酶对碱基的选择 l原核生物DNA聚合酶III l对核苷酸的参入有选择功能 l复制保真性的酶学机制 l 一 DNA pol有两种活性 l聚合酶活性 l核酸外切酶活性和即时校读 2 聚合酶 在复制延长时 对碱基的选择功能 1 遵守 严格的 碱基配对规律 3 复制出错时 DNA pol的 及时校读功能 DNA复制的 保真性 至少要依赖 三种机制 四 复制中的分子解链及DNA 分子 拓扑学变化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部 只有把 DNA解成单链 它才能起模板作用 一 解螺旋酶
14、引物酶和单链DNA结合蛋白 二 DNA拓扑异构酶 DNA topoisomerase 拓扑异构酶作用特点 既能水解 又能连接磷酸二酯键 拓扑异构酶 拓扑异构酶 拓扑异构酶 拓扑异构酶 原 核 原 核 真 核 真 核 转轴酶 解缠酶 切口 封闭酶 松弛酶 蛋白 旋转酶 又分为 几种亚型 最近发现 曾用名 11个 螺旋 9个螺旋 被压缩 超螺旋局部解开后 DNA复制过程中正超螺旋的形成 2 复制过程中正超螺旋的形成 超螺旋解开前 2 9 拓扑异 构酶 切断DNA双链中一股链 使DNA解 链旋转不致打结 适当时候封闭切 口 DNA变为松弛状态 反应不需ATP 拓扑异 构酶 切断DNA分子两股链 断端
15、通过 切口旋转使超螺旋松弛 利用ATP供能 连接断端 DNA 分子进入负超螺旋状态 拓扑异构酶的作用 五 DNA连接酶 DNA连接酶 DNA ligase 作用方式 连接DNA链3 OH末端和相邻DNA链5 P末端 使二者生成磷酸二酯键 把两 段相邻的DNA链连接成一条完整的链 DNA连接酶功能 在复制中起最后接合缺口的作用 在DNA修复 重组及剪接中也起缝合缺口作用 也是基因工程的重要工具酶之一 第三节 DNADNA生物合成过程生物合成过程 The Process of DNA The Process of DNA ReplicationReplication 一 复制的起始 需要解决两个问
16、题 1 DNA解开成单链 形成复制叉 提供模板 2 形成引发体并合成引物 提供3 OH末端 一 原核生物的DNA生物合成 E coli复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA TTATACACA TTTGGATAA TTATCCACA 58 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列 识别区 反向重复序列 富含AT区 1 DNA解链 5 3 5 3 解链过程解链过程 DnaA B C三种蛋白参与 DnaB 解螺旋酶 DnaC DnaA蛋白 四个相同亚基组成 3 5 5 3 DnaB 解螺旋酶 DnaC 2 引发体和引物 Dna A SSB 含有解螺旋酶 DnaC蛋白 引物酶和DNA 复制起始区域的复合结构称为引发体 DnaG 引物酶 DNA 拓扑 异构酶 3 5 5 3 DnaB 解螺旋酶 DnaC SSB DnaG 引物酶 DNA 拓扑 异构酶 合成引物 引物的合成引物的合成 3 5 5 3 DnaB 解螺旋酶 DnaC SSB DNA 拓扑 异
