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第三篇

第三篇. 基因信息的传递. Central Dogma. 描述遗传信息流动的方向. 1958 年 F.crick. 逆转录酶. 1970 年 对中心法则进行了补充. James Watson (1928– ) Francis Crick (1916–2004) 1953 年发现 DNA 双螺旋结构 1962 年 诺贝尔生理学和医学奖。. 美国癌症学会传染性肿瘤学和细胞生物学教授 Howard Temin 和加州理工学院的教授 David Baltimore 于 1970 年在鸡肉瘤中发现了逆转录酶，发展了中心法则。于 1975 年获得诺贝尔奖。.

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第三篇

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Presentation Transcript

  1. 第三篇 基因信息的传递

  2. Central Dogma • 描述遗传信息流动的方向 1958年 F.crick 逆转录酶 1970年 对中心法则进行了补充

  3. James Watson (1928– ) • Francis Crick (1916–2004) • 1953年发现DNA双螺旋结构 • 1962年诺贝尔生理学和医学奖。

  4. 美国癌症学会传染性肿瘤学和细胞生物学教授Howard Temin和加州理工学院的教授David Baltimore于1970年在鸡肉瘤中发现了逆转录酶，发展了中心法则。于1975年获得诺贝尔奖。

  5. DNA replication* RNA transcription* Protein biosynthesis* Regulation of gene expression** Gene recombination and gene engineering

  6. 第十章 DNA生物合成 (复制) DNA Biosynthesis (Replication)

  7. Section 1* General features of DNA replication Section 2* Enzymes in DNA replication Section 3 Process of DNA replication Section 4 Reverse transcription and others Section 5* DNA damage and repair

  8. 复制 亲代DNA 子代DNA • 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。

  9. 第一节 复制的基本规律 Basic Rules of DNA Replication

  10. 一、半保留复制的实验依据和意义 • 子链继承母链遗传信息的几种可能方式 全保留式 半保留式 混合式

  11. 密度梯度实验

  12. 半保留复制的概念 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。

  13. 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。

  14. 复制中的放射自显影图象 二、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。

  15. ori A B C ter 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)

  16. 真核生物 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。 习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。

  17. ori ori ori ori 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 复制子

  18. 三、复制的半不连续性 3 3´ 3´ 5´ 3´ 5´ 5 解链方向 3 5 领头链 (leading strand) 随从链 (lagging strand)

  19. 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。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。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazaki fragment)。 • 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

  20. 第二节 DNA复制的酶学 The Enzymology of DNA Replication

  21. 参与DNA复制的物质 底物(substrate):dNTP 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(ssDNA） 引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子

  22. 一、复制的化学反应 (dNMP)n+ dNTP → (dNMP)n+1+ PPi

  23. 聚合反应的特点 DNA 新链生成需引物和模板； 新链的延长只可沿5 → 3方向进行 。

  24. 二、DNA聚合酶 全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase,DDDP) 简称：DNA-pol • 活性：1. 53的聚合活性 • 2. 核酸外切酶活性

  25. 5´ A G C T T C A G G A T A 3´ | | | | | | | | | | | 3´ T C G A A G T C C T A G C G A C 5´ • 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。

  26. （一）原核生物的DNA聚合酶 DNA-pol Ⅰ DNA-pol Ⅱ DNA-pol Ⅲ

  27. 美国科学家, Kornberg 1955年从E.Cole 中发现了DNA 聚合酶，为DNA的复制打下了基础。为此，Kornberg 1959年获得诺贝尔奖。 Arthur Kornberg

  28. DNA-pol Ⅰ （109kD） 复制产生短片断的DNA 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。

  29. 木瓜蛋白酶 N 端 DNA-pol Ⅰ C 端 小片段 大片段/Klenow 片段 323个氨基酸 604个氨基酸 5  核酸外切酶活性 DNA聚合酶活性  5 核酸外切酶活性 • Klenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。

  30. DNA-pol Ⅱ（120kD） • DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。 • 它参与DNA损伤的应急状态修复。

  31. DNA-pol Ⅲ (250kD) 复制产生长片断的DNA • 功能 • 是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

  32. （二）真核生物的DNA聚合酶 DNA-pol  起始引发，有引物酶活性。 DNA-pol  参与低保真度的复制 。 DNA-pol  在线粒体DNA复制中起催化作用。 DNA-pol  延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。 DNA-pol  在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。

  33. 三、复制保真性的酶学依据 • 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原理。 • 复制保真性的酶学机制： • （一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读 • （二）复制的保真性和碱基选择

  34. （一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读

  35. A：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。A：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。 B：碱基配对正确， DNA-pol不表现活性。

  36. （二）复制的保真性和碱基选择 • 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，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。

  37. DNA复制的保真性至少要依赖三种机制 1. 遵守严格的碱基配对规律； 2. 聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能； 3. 复制出错时DNA-pol的及时校读功能。

  38. 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。

  39. （一）解螺旋酶和单链DNA结合蛋白

  40. 解螺旋酶(helicase) • ——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链 • 引物酶(primase) • ——复制起始时催化生成RNA引物的酶

  41. 单链DNA结合蛋白(single stranded DNA 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

  42. 局部解链 10 8 （二）DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 解链过程中 正超螺旋的形成

  43. 拓扑异构酶作用特点 • 既能水解 、又能连接磷酸二酯键 • 分 类 拓扑异构酶Ⅰ 拓扑异构酶Ⅱ

  44. 作用机制 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Ⅰ 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。 拓扑异构酶Ⅱ

  45. 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，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。

  46. 5’ 3’ 3’ HO 5’ ATP DNA连接酶 ADP 5’ 3’ 3’ 5’

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