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1、清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,1,13,DNA的生物合成 复制,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,2,生物体DNA的合成主要包括三个方面： S期的DNA复制（replication） DNA损伤时的修复 某些病毒以RNA为模板合成DNA,以DNA为模板,复制(replication) 指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。,复制,亲代DNA,子代DNA,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,3,本章主要内容,复制的基本规律 参与DNA复制的酶类和其他物质 复制的过程 反转录和其他复制方式 DNA的损伤与修复,目 录,清华版教材医学生物化学与
2、分子生物学课件,4,13.1 复制的基本规律(Basic Rules of DNA Replication),复制的方式 半保留复制(semi-conservative replication) 双向复制(bidirectional replication) 半不连续复制(semi-discontinuous replication),目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,5,1半保留复制,DNA生物合成时，亲代双链DNA解开为两条单链，以拆开后的双链中的每一条链分别作为模板，按碱基配对原则，分别合成与两条模板互补的两条新链。每一条新链和一条旧链构成一分子DNA双链（即子代DNA分子
3、中一条链来自亲代，另一条链为新合成的），这样，就形成了既彼此全同又和原来DNA分子相同的两个完整的DNA分子。DNA的这种合成方式称为半保留复制。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,6,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
4、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,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,7,DNA复制理论上有三种形式：,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,8,密度梯度实验结果支持半保留复制的设想,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,9,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。,半保留复制的意义
5、:,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,10,2双向复制,原核生物复制时，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。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,11,ori,ter,A B,C,A. 环状双链DNA及复制起始点； B. 复制中的两个复制叉； C. 复制接近终止点(termination, ter)。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,12,真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，全部染色体均需复制，每个染色体又有多个起始点，称为多点双向复制。 即每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时
6、，复制叉相遇并汇合连接。习惯上把两个相邻起始点之间的一段DNA称为一个复制子（replicon）。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,13,3、复制的半不连续性,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,14,顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链(leading strand) 。 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后随链(lagging strand) 。复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazaki fragment)。 前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的半不连续性。,目 录,清华版教材
7、医学生物化学与分子生物学课件,15,13.2 参与DNA复制的酶类和其他物质 (Enzyme and Other Substances Involved in DNA Replication),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可依次聚合； 其他的酶和蛋白质因子。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,16,1、解螺旋酶（helicase）,利用ATP供能，
8、作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,17,2、单链结合蛋白（single strand binding protein，SSB）,在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。,4、拓扑异构酶,能够引起DNA的拓扑异构反应的一类酶，其特点是既能水解 ，又能连接磷酸二酯键。,3、引物酶,促进引物合成的酶。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,18,拓扑异构酶 拓扑异构酶,拓扑异构酶分类,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,19,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进入
9、松弛状态。 反应不需ATP。,拓扑异构酶,切断DNA分子两股链，断端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。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,20,5、DNA聚合酶,全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)。 简称：DNA-pol。,活性：,53 的聚合活性。 35核酸外切酶活性。 53核酸外切酶活性。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,21,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,22,?,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,23,（1）原核生物D
10、NA聚合酶,DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol ,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,24,DNA-pol ,是大肠杆菌中发现的第一个DNA聚合酶，也称为Kornberg酶。,活性： 53 聚合活性。 35核酸外切酶活性。 53核酸外切酶活性。,功能：,对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,25,323个氨基酸,小片段,5 核酸外切酶活性,大片段/Klenow 片段,604个氨基酸,DNA聚合酶活性 5 核酸外切酶活性,N 端,C 端,木瓜蛋白酶,DNA-pol ,Kl
11、enow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究常用的工具酶。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,26,DNA-pol ,为多亚基酶，有53聚合活性及35核酸外切酶活性。 在无DNA聚合酶和DNA聚合酶存在时起作用，真正的功能尚不清楚。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,27,DNA-pol ,是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,28,（2）真核生物的DNA聚合酶,DNA-pol ,起始引发，有引物酶活性。,延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。,参与低保真度的复制。,在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。,在
12、线粒体DNA复制中起催化作用。,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,29,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,30,（3）复制的保真性,复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本保证。 复制的保真性依赖正确的碱基选择。,此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。 核酸外切酶活性在复制中辨认、切除错配碱基并加以校正。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,31,DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。 嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧
13、啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,32,DNA pol 的校读功能,DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。 碱基配对正确， DNA-pol 不表现活性。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,33,遵守严格的碱基配对规律； 聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能； 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：,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,34,（6）DNA连接酶,连接DNA双链中的单链缺口。,连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二
14、者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。,作用方式：,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,35,DNA连接酶的作用：,对单独存在的DNA单链没有连接作用。 在DNA不连续合成、重组及损伤修复过程中，DNA连接酶有重要作用。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,36,13.3 DNA复制的基本过程和机制 (The Process of DNA Replication),1原核生物DNA的复制,（1）复制起始,DNA解开成单链，提供模板。,形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,37,目 录,清华版教材
15、医学生物化学与分子生物学课件,38,Dna A,Dna B、 Dna C,DNA拓扑异构酶,引物酶,SSB,3,5,3,5,引发体,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。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,39,3,5,3,5,引物,引物酶,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,40,（2）复制的延长,前导链连续复制，后随链不连续复制。,在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。,目 录,清华版教材医学生物化学与分子生物学课件,41,前导链的合成：,前导链的子链沿着53方向可以连续地延长。,目 录,清华版教材医学生物化
