《DNA的复制与转录01》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DNA的复制与转录01（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生命物质运动,第三篇 遗传信息的传递,生物化学教研室 赵文锋,Transfer of Genetic Information,核酸是遗传信息的载体。 20世纪50年代，Crick提出中心法则(central dogma)：遗传信息的流向是DNARNA蛋白质。1970年发现逆转录酶，完善和补充了中心法则。,转录,逆转录,翻译,中心法则图解,第十二章 DNA的复制与转录 Chapter 11 DNA Replication and Transcription,本章内容：,DNA复制的酶学DNA复制基本过程DNA损伤与修复转录、反转录与复制和转录相关的药物实例,第一节 DNA复制 section 1
2、 DNA replication,DNA复制(replication)： 是指 DNA 以自身为模板(template)， 合成新的子代 DNA 分子的过程。 是 遗传信息传递的分子基础。,一、 DNA复制相关概念,复制叉(replication fork)： 指DNA在复制时复制区域的双螺旋解开所产生的两条单链和尚未松解开的双螺旋形成的“Y”形区 。,在复制叉区域发生双链的不断分离和新链的合成，代表DNA复制中的生长点(growing point) 。,移动方向,复制子(replicon)：基因组中能独立进行复制的单位称为复制子。,多复制子(multireplicon)与单复制子(singl
3、e replicon),切口(nick)：在双链DNA的一条单链上失去一个磷酸二酯键的位置称为切口。 缺口(gap)：双链DNA的一条单链上失去一段单链的位置称为缺口。,1.半保留复制(semi-conservative replication):,一个DNA分子可复制成两个DNA分子，新合成的两个子代DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代DNA中有一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成链，这种合成方式称为半保留复制。,二、 DNA复制的特点,实验证据：Meselson和Stahl(1958)的同位素示踪实验；Cairns的大肠杆菌染色体DNA复制放射自显影实验。,DNA复制同
4、位素示踪实验 Meselson and Stahl (1958),2. 半不连续复制(semidiscontinuous replication ):,日本学者冈崎(Okazaki)等提出了DNA的不连续复制模型。,3. 复制遵循碱基配对原则(base pairing rule ):,碱基配对是核酸分子间传递信息的结构基础。,5. DNA复制是引发性复制(priming replication):,DNA复制时，先由引物酶(primase)以解开的DNA模板链为模板合成一小段RNA引物，DNA聚合酶再从RNA引物的3-OH端开始新DNA链的合成，引物长度一般为几个到十多个核苷酸。,4. 复制的
5、高保守性(high fidelity of DNA replication ):,DNA复制中的碱基配对原则保证了DNA复制的忠实性，由于DNA是遗传信息的携带者，因此可使亲代的性状特征准确的传递给子代。,6. 复制的多向性：,DNA复制可以单向进行，也可以双向进行，还可以通过滚环及D-环方式进行。,三、参与DNA复制的重要细胞组分,1. DNA聚合酶(DNA polymerase )：,全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 简称：DNA-pol,DNA聚合酶催化反应的特点： 底物：四种脱氧核糖核苷三磷酸(dNTPs) ； 引物：小段RN
6、A序列； 方向：聚合具有方向性，53进行； 模板：聚合需要DNA模板链支持，产物DNA的性质与模板DNA相同。,(2) 大肠杆菌DNA聚合酶 ：,Pol I 是最先从大肠杆菌细胞中分离出来DNA聚合酶：,小片段(35kD)： 具有53核酸外切酶活性,大肠杆菌DNA聚合酶亚基组成及功能,两个亚基组成环形夹子缠绕在DNA周围，并沿着DNA链滑动，增加DNA Pol 的持续催化能力。,(3) 真核生物DNA聚合酶：,真核生物DNA复制由DNA聚合酶和共同完成。其中聚合酶负责引物的合成，负责DNA的复制。,聚合酶可与增殖细胞核抗原(PCNA, proliferating cell nuclear an
7、tigen) 结合，以增加聚合酶的持续合成能力。,2. DNA连接酶(DNA ligase)：,解链过程形成正超螺旋。,3. 拓扑异构酶（topoismerase） ：,在DNA复制过程中，能够使超螺旋放松引起拓扑异构反应的酶称为拓扑异构酶。,拓扑异构酶的种类与功能,4. 解链酶（helicase）：,是参与DNA双链解开的酶类(又称为解螺旋酶)，这类酶蛋白一旦与双链DNA结合，就会引起DNA双链解离，使两条分开的链呈线性。解链需要ATP供能。,在原核生物中，负责解开DNA模板双链的是Dna B蛋白，解链过程由ATP供能。,在以SV40病毒基因组的复制为代表的真核生物基因组DNA复制模型中，担
8、负解开DNA双螺旋作用的酶是一种被称为T抗原(T antigen)的蛋白。,5. SSB (single strand binding protein)蛋白 ：,当DNA双螺旋被解链酶解开后立即与解开的单链相结合，阻止复性并防止单链DNA被核酸酶降解。,四、DNA复制的过程,复制过程可分为三个阶段：起始、延伸和终止。,1. 原核生物DNA复制：,Dna B + Dna C 六聚体,Dna T,Dna C 亚基,打开的起始位点,引物酶复合体,Dna A,NTPs,Dna A,(2) 复制的延伸(elongation) ：,复制过程简图,(3) 复制的终止(termination) ：, 细菌环状
9、染色体的复制通常为双向复制，两个复制叉在终止区(terminus region)相遇并停止复制，终止区为含有多个终止子(terminator，约22bp)位点的区域。, 复制过程终止，复制体也随之解体，拓扑异构酶 IV负责解开环链体，DNA Pol I降解RNA引物并将缺口补平成切口，DNA连接酶将切口连接，完成复制过程。,2. 真核生物DNA复制：,真核生物与原核生物DNA复制的差异, 多复制子与单复制子的差异多复制起点与慢复制速度的协调复制子大小：细菌 105107bp真核生物 104105bp复制速度:细菌 约50,000bp/min真核生物 每分钟几千bp (如哺乳动物10003000
10、bp/min), 复制没有重叠 原核生物通过多轮复制重叠进行的方式来加快DNA复制速度；真核生物通过增加复制起点数来满足快速生长的需要。, 端粒(telomere) 真核生物染色体的两个末端是由许多成串的短 重复序列组成的，通常在这些重复序列的一条链上富含G(G-rich)，而在其互补链则富含C(C-rich)，这种在染色体末端存在的特殊结构称为端粒。,端粒酶(telomerase)是一种含有RNA链的逆转录酶，可以利用自身RNA为模板在DNA链5末端添加端粒结构。,原生动物四膜虫的端粒重复单位：TTGGGG 人的端粒重复单位：TTAGGG, 真核生物DNA复制调节比原核生物复杂, 复制按时间进行，与细胞周期紧密联系：复制过程由复制许可因子(RLFs，replication licensing factors )控制。 活性区先复制，异染色质区后复制； 复制双向进行； 无终止子。,原核生物和真核生物复制体组成比较,亲代细胞,子代细胞,DNA复制与遗传信息传递草图,原核生物和真核生物的染色体DNA经过精确复制，随后以染色体为 单位将复制的基因组DNA分 配到子细胞。染色体复 制与细胞分裂具 有密切联系。,染色体外的遗传因子， 如细菌质粒、细胞器DNA及细 胞内寄生或共生生物DNA等，可与 基因组DNA保持同步复制也可独立复制。,
