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第十章 DNA 的生物合成

第十章 DNA 的生物合成. DNA Biosynthesis. DNA 是大多数生物的遗传物质的载体. DNA 的主要生物学功能：. 1. 遗传信息的载体或贮库. 2. 可以进行忠实地复制，传代. 3. 可接受某些偶然的变化，即突变. 第一节 DNA 复制的基本特性. Basic Characters of DNA Replication. 复制 (replication) —— 指在生物体内以亲代 DNA 分子两条链为模板，合成两个子代 DNA 分子的过程. DNA 复制的基本特性. 半保留复制. 半不连续复制. 双向复制.

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第十章 DNA 的生物合成

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Presentation Transcript

  1. 第十章 DNA的生物合成 DNA Biosynthesis

  2. DNA是大多数生物的遗传物质的载体 DNA的主要生物学功能： 1. 遗传信息的载体或贮库 2. 可以进行忠实地复制，传代 3. 可接受某些偶然的变化，即突变

  3. 第一节 DNA复制的基本特性 Basic Characters of DNA Replication

  4. 复制(replication) ——指在生物体内以亲代 DNA分子两条链为模板，合成两个子代DNA分子的过程

  5. DNA复制的基本特性 半保留复制 半不连续复制 双向复制 特定的复制起点 需要引物

  6. 一、半保留复制(semiconservative replication) • DNA复制时，亲代DNA双螺旋解开成为两条单链，各自作为模板，按照碱基配对规律合成一条与模板相互补的新链，形成两个子代DNA分子。每一个子代DNA分子中都保留有一条来自亲代的链。这种DNA复制的方式称为半保留复制。

  7. DNA半保留复制的实验证明 含15N-DNA的细菌 重DNA沉降的位置 培养于普通培养基 第一代细菌 中等密度DNA沉降的位置 继续培养于普通培养基 轻DNA沉降的位置 第二代细菌

  8. C C C C G G G G G G C C C C G G G G G G C C C C C C C C G G G G A A A A T T T T T T T T A A A A T T T T A A A A DNA的半保留复制

  9. 二、DNA复制的方向和方式 模板DNA的阅读方向是3’→ 5’ 新链的延伸方向是5’→ 3’

  10. 3’ 5’ P P P P P P P P P G C A T T T A G A T C 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template OH P

  11. 3’ 3’ 5’ P P P P P P P P P P P P G G A A C C T T T T T T 3’ 5’ 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  12. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T 3’ 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  13. 3’ 5’ P P P P P P G A C T T T C 3’ P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  14. 3’ 5’ P P P P P P G A C T T T C 3’ P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  15. 3’ 5’ P P P P P P G A C T T T G C 3’ P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  16. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A 3’ P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  17. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A 3’ P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  18. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A T 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  19. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A T 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  20. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G C A T 3’ P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  21. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  22. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template

  23. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template OH

  24. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T G A A C T 3’ P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template OH

  25. 3’ 5’ P P P P P P G C A T T T A G C A A T 3’ P P P P P P P P 5’ Mechanism of DNA replication Primer and the direction of new strand template Go to 35 OH

  26. DNA复制时碱基的配对规律： A=T G≡C

  27. 复制叉 复制叉 DNA的复制泡 及复制叉 　　原核生物的DNA为环状，复制时要在特定的复制起始点上开始解链，形成“复制泡”，并向两个方向解链，形成两个复制叉。

  28. 亲代的DNA 复制叉的形成 两个子代的DNA分子

  29. 三、半不连续复制 • 领头链(leading strand) • 随从链(lagging strand) • 冈崎片段(Okazaki fragment)

  30. 领头链 随从链 冈崎片段

  31. 四、复制的保真性 • 新链的延伸过程严格遵守碱基配对的规律，即A＝T，G ≡ C 。 • DNA聚合酶对碱基的选择能力，能选择与亲代模板链正确配对的碱基进入子链相应的位置。 • 校读修正错配碱基，通过DNA聚合酶的3′→5′外切酶活性，在碱基发生错配时，及时切除并更换上正确碱基。

  32. 第二节 DNA复制的反应体系 Reaction System for DNA Replication

  33. DNA复制的反应体系组成有： ①模板(template)，DNA的两条单链均作为模板 ②主要的复制酶，DNA dependent DNA polymerase or DDDP, DNA pol ③底物(substrate)， dNTP ④引物(primer)，是一段短的特殊RNA ⑤其他的酶和蛋白质因子，包括拓朴异构酶、解螺旋酶、DNA单链结合蛋白、引物酶、DNA连接酶等

  34. 5’→3’聚合活性 5’→3’外切活性 外切活性 3’→5’外切活性 一、DNA聚合酶 • DNA dependent DNA polymerase，DDDP，或DNA pol 功能： Go to 26

  35. 5’→3’外切活性 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’

  36. 3’→5’外切活性 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’

  37. 5’→3’聚合活性 5’→3’外切活性 外切活性 3’→5’外切活性 (一)原核生物DNA聚合酶 • E coli中的DNA聚合酶，已知有三种，分别为DNA pol I，DNA pol II，DNA pol III 切除引物 校读作用

  38. 5′ 3′ 错配碱基 5′ 3′ A T T A T A C A G C G C G G C A T A T TA AA C G C G G C T A G C G C C G C G T A T DNA pol I的3′→5′外切活性 DNA聚合酶Ⅰ的校读作用

  39. E．coli中三种DNA聚合酶的比较

  40. 核心酶 核心酶 γ复合物 DNA pol Ⅲ的不对称异源二聚体结构

  41. (二) 真核生物DNA聚合酶

  42. 二、DNA解螺旋酶、DNA拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白二、DNA解螺旋酶、DNA拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白 • (一) DNA解螺旋酶(helicase) 现知为Dna B蛋白 功能： 使DNA双链解开成为单链 每解开一对碱基，需消耗2分子ATP

  43. (二) DNA拓扑异构酶(topoisomerase ) 功能： 使DNA超螺旋旋松，理顺超螺旋，便于DNA解链 特点： • 既能水解 、又能连接磷酸二酯键

  44. 表10-2 E．coli 的拓扑异构酶

  45. (三) DNA单链结合蛋白( DNA single strand binding protein, DBP or SSB) 功能： 与解开的DNA单链结合，稳定并保护DNA单链 意义： *防止单链重新形成双螺旋，保持模板的单链状态以便于复制 *防止单链模板被核酸酶水解

  46. 三、引物酶和引发体(primase, primosome ) • 引物酶，即Dna G蛋白，催化引物的生成 • 引发体，由ori C，Dna A、Dna B、Dna C及Dna G组成 引物为一段短的RNA片段 为什么需要引物？ DNA 聚合酶不能催化游离的dNTP聚合

  47. Formationof an open complex at Ori C

  48. 四、DNA连接酶(DNA ligase) • 功能 　　催化DNA分子中两段相邻单链片段的连接，但不能连接单独存在的DNA单链 DNA连接酶催化的反应是耗能的，在真核生物中利用ATP供能，而在原核生物中则消耗NAD+

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