《大学教程dna生物合成》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学教程dna生物合成（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 核酸的生物合成,本章重点介绍遗传中心法则和DNA、RNA的生物合成，对基因工程作一般介绍。,DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体，继1953年Watson & Crick提出DNA双螺旋结构模型后，1958年，Crick提出了“中心法则”(Central dogma)揭示了遗传信息的传递规律。,中心法则(Central dogma),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
2、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。,中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。,目 录,第四节 基因工程及分子生物学技术简介,第一节 DNA的生物合成,第二节 RNA的生物合成,第三节 核酸合成的抑制剂,第
3、一节 DNA的生物合成,一、DNA的复制 （DNA指导下的DNA合成）,三、DNA突变,四、 DNA的损伤与修复,二、逆转录作用 （RNA指导下的DNA的合成）,第一节 DNA的生物合成,复制：遗传信息从亲代DNA传递到子代 DNA分子上。,2/62,一、 DNA半保留复制 (Semiconservative Replication),定义：子代DNA双链中的一条链来自 母链，另一条链重新合成。,3/62,(深蓝: 15N),(粉红: 14N),DNA半保留复制的证据,4/62,半保留复制的意义： 遗传稳定性的分子机制。,但是：遗传稳定性是相对的，生物界存在普遍的变异现象,基因表达：包括转录和
4、翻译,6/62,二、 DNA复制的酶学,1. 底物：dATP，dGTP，dCTP，dTTP， 总称为dNTP,2. DNA聚合酶，DNA-pol,3. 模板（template）：解开成单链的DNA母链,4. 引物（primer）：RNA引物,5. 其他酶和蛋白质因子,7/62,一）复制的化学反应,磷酸二酯键的生成,3,5,+dN2TP,+PPi,8/62,DNA pol,二） DNA聚合酶（DNA polymerase, DNA-pol） 即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP）,真核生物有多种： DNA-pol 、,原核生物有3种： DNA-pol、 、 ,9/62,表13-1 大肠杆菌中D
5、NA聚合酶某些性质 DNA-pol 性质 酶分子/细胞 400 40 20 活性（nt/min） 1000 50 100000 5 3 聚合功能 有 有 有 5 3 外切酶活性 有 有 无 3 5 外切酶活性 有 有 有 主要功能 校读 ,修复 不清 复制 填补缺口,10/62,The model of DNA-pol III, form the catalytic core, Links two cores, act as a clamp,11/62,小片段,大片段 （Klenow fragment）,5 3 聚合功能， 3 5 外切酶活性,5 3 外切酶活性,DNA pol I,12/62
6、,真核细胞中DNA聚合酶,种类： DNA-pol 、,DNA-pol ：合成随后链,DNA pol ：合成先导链,DNA-pol ：校对，修复和填补缺口,DNA-pol : 线粒体DNA复制,DNA-pol ：功能不清,13/62,质粒与线粒体DNA是细胞核染色体外的遗传物质。能进行自我复制。,质粒是基因工程的常用载体,线粒体DNA(mtDNA)全长16kb，有37个基因，编码与ATP合成有关的酶和蛋白质。,特点：,1. 母系遗传,2. DNA损伤后不易修复,3. 遗传密码与通用遗传密码有差别,14/62,UGA（终止密码子）：Trp,AGA/AGG（Arg）：终止密码子,AUA（Ile）：M
7、et（起始密码子）,DNA-pol 的 53聚合作用,15/62,35外切,5 3外切,5,3,内切酶 （or限制性内切酶）,35外切,5 3外切,外切酶与内切酶作用图解,16/62,DNA-pol I 5 3外切酶活性的功能：,切除引物，切除突变片段,DNA-pol I 35外切酶活性的功能：,校读（proofread）功能,17/62,DNA复制的保真性(fidelity),1.严格遵守碱基配对规律,2. DNA-pol在复制过程中对碱基的选择性,3. 复制出错时有即时的校读功能,DNA pol III在催化磷酸二酯键形成之前完成对碱基的选择；对反式嘌呤核苷酸的亲和力较顺式的大。,18/6
8、2,三）复制中解链和DNA分子的拓扑学变化,解链酶类：,1. 解螺旋酶(helicase) DnaB,2.拓扑异构酶（topoisomerase I、II）解旋酶，,3.单链DNA结合蛋白 (single stranded DNA-binding protein,SSB),19/62,1.解链（螺旋)酶 (helicase),作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链。,ATP,20/62,2. 拓扑异构酶（topoisomerase,Topo）,拓扑(topology)与拓扑异构,DNA正超螺旋与负超螺旋,负超螺旋,正超螺旋,DNA双螺旋,拓扑异构酶,21/62,切割DNA双链，此时不需AT
9、P；尔后由ATP供能，使DNA分子成负超螺旋再连接切口。,不需ATP，切割双链DNA中的一链，使DNA松弛后, 连接切口。,Topo:,Topo:,临床上使用的某些抗肿瘤药（如喜树碱，鬼臼乙叉甙等）是通过抑制Topo酶活性而杀死肿瘤细胞的。,22/62,Topo酶：切割DNA链，使其松弛后再连接。,3. 单链DNA结合蛋白（single stranded binding protein，SSB）,作用：防止单链DNA重新形成双链， 防止单链DNA被核酸酶水解。,23/62,四、引物酶(Primase)和引发体,催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶。,DNA合成需在RNA引
10、物的基础上进行。,24/62,DnaA,引发体（primosome）：包括解螺旋酶 、DnaC、引物酶（ DnaG ）及DNA复制的起始区域。,25/62,五、 DNA连接酶(DNA ligase),功能：,催化DNA双链的3羟基和相邻的5磷酸基团形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链。,DNA连接酶,ATP,ATP,26/62,参与DNA复制的主要成员,主要成员,主要作用,DnaA 识别复制起始位点,解螺旋酶 解开DNA双链,SSB 维持已解开单链DNA的稳定,引物酶 合成RNA引物,TOPO 使打结、缠绕、正超螺旋的DNA松驰,DNA-pol DNA复制,DNA-pol 水解
11、引物、填补空隙、修复作用,DNA连接酶 催化双链DNA中单链缺口的连接,27/62,三、DNA生物合成过程,1.复制的起始,2.链的延长,3.复制的终止,28/62,S,G1,M,G2,蛋白质合成期,DNA合成期,哺乳动物的细胞周期,29/62,复制的起始,(一)DNA解成单链,由特定蛋白质识别复制起始位点（ori），在解螺旋酶、TOPO酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下，DNA解链，解旋，形成复制叉。,30/62,倒Y,E.coli复制起始点oriC跨度为245bp，有3组串联重复序列和2对反向重复序列。,GATTNTTTATTTGATCTNTTNTATTGATCTCTTATTAG,串联重复
12、序列,反向重复序列,TTTGGATAATTATCCACA AATAGGT-T,TGTGGATTATTATACACA A-TA-GTGT,31/62,回文结构,(二)引发体的生成,解螺旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体。,32/62,（三） RNA引物的合成,33/62,小节,参与复制起始的成员,名称,功能,DnaA蛋白 辨认起始点,解螺旋酶（DnaB，Rep）解开DNA双链,DnaC 协助解螺旋酶,引物酶（DnaG） 催化RNA引物生成,SSB 稳定解开的单链,拓扑异构酶 理顺DNA链,OriC E.coli复制起始点,34/62,引物合成后，由DNA pol（在真核细胞为DNA聚合酶和)催化
13、，按碱基配对原则，将dNTP逐一添加到引物3 末端，形成磷酸二酯键，使新合成的链不断延长。,复制的延长,3AAGACCTATT5,5TTCTGGATAA3,35/62,dATP,+,DNA pol,36/62,领头链（leading strand）,随从链（lagging strand）,冈崎片段(Okazaki fragment),37/62,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,复制叉处前导链和随后链同时合成的工作模型,DNA的复制过程：,1.半不连续性：DNA复制过程中，一条链是连续复制，另一条链是不连续复制的现象。,有关复制延长的几个重要概念,4. 冈
14、崎片段（Okazaki fragment）： 不连续复制的片段,3. 随从链: 链的延长方向(53)与解链方向 相反，为不连续复制。,2.领头链:链的延长方向(5 3)与解链方向 相同, 为连续复制。,38/62,5. 双向复制,6. 复制子(replicon),真核生物两个相邻复制起始点之间的DNA片段。,以起始点为中心，向两个方向进行复制。,39/62,滚环复制,是某些病毒，质粒、线粒体DNA的特殊复制形式。,40/62,复制的终止,原核生物复制终止 真核生物复制终止,41/62,1、原核生物DNA为环状，双向复制的汇合点就是复制终止点。,原核生物复制终止,2. 领头链上的RNA引物被RNA酶水解后，由DNA pol I 催化，由新合成链提供-OH补齐。,RNA酶,DNA pol I,连接酶,42/62,3、冈崎片段引物的消除和连接。,RNA引物,RNA酶,DNA pol I,DNA连接酶,43/62,真核生物的端粒(telomere)和端粒酶(telomerase),真核生物DNA末端结构是端粒，在端粒酶的作用下形成 。,（TTAGGG）n,44/62,端粒酶：由RNA与蛋白质组成，具逆转录酶活 性，以自身RNA为模板合成DNA。,Binding,Elongation,Translocation,Telomerase,45/62,爬行
