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1、 第第 十一十一 章章 DNA DNA 的的 生生 物物 合合 成成 第 十一 章 1學習目的與要求：學習目的與要求：1.1.DNADNA復制的機制復制的機制 2.2.DNADNA復制的有關物質(zhì)及其作用復制的有關物質(zhì)及其作用 3.3.DNADNA復制的過程復制的過程 4.4.真真/原核生物原核生物DNADNA復制的特點復制的特點 5.5.反轉錄作用及反轉錄酶反轉錄作用及反轉錄酶反轉錄作用及反轉錄酶反轉錄作用及反轉錄酶的特點的特點 6.6.DNADNADNADNA損傷的原因及修復損傷的原因及修復損傷的原因及修復損傷的原因及修復機制機制 重點：重點：1.1.DNADNA復制的機制及過程復制的機制及
2、過程 2.2.真真/原核生物原核生物DNADNA復制的特點復制的特點 3 3.反轉錄作用及反轉錄酶反轉錄作用及反轉錄酶反轉錄作用及反轉錄酶反轉錄作用及反轉錄酶的特點的特點 4.4.DNADNADNADNA損傷修復損傷修復損傷修復損傷修復機制機制 難點：難點：1.1.DNADNA復制的有關物質(zhì)及其作用復制的有關物質(zhì)及其作用 2 2.DNADNA復制的過程復制的過程 3.3.DNADNADNADNA損傷修復損傷修復損傷修復損傷修復機制機制 學習目的與要求：2一、一、DNADNA復制的機制復制的機制(一一一一).).).).DNADNA半保留復制半保留復制1.1.1.1.DNADNA半保留復制的概念
3、半保留復制的概念當當細細胞胞分分裂裂時時，DNADNA的的雙雙鏈鏈拆拆開開并并分分為為兩兩股股單單鏈鏈，各各自自作作為為模模板板，用用以以合合成成新新的的互互補補鏈鏈。在在兩兩個個子子細細胞胞中中新新合合成成的的DNADNA雙雙鏈鏈，都都和和母母細細胞胞的的DNADNA雙雙鏈鏈的的堿堿基基序序列列完完成成一一樣樣，其其中中一一條條鏈鏈來來自自親親代代，另另一一條條鏈鏈為為新新合合成成的的。遺遺傳傳信信息息就就這這樣樣高高度度準準確確地地從從親親代代傳傳給給子子代代。這這種種復復制制方方式式稱稱為為半半保保留留復復制制新合成新合成新合成新合成親代親代親代親代子代子代子代子代第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一
4、節(jié) DNADNADNADNA的的的的復制復制一、DNA復制的機制(一).DNA半保留復制1.DNA半32.2.半保留復制的時期半保留復制的時期2.半保留復制的時期4N N1515N N1414N N15-1415-14原原原原N N1515 N N14141 12 23 33.半保留復制的證明半保留復制的證明N15N14N15-14原N15 1233.半保留復制的證5(二二二二).).).).DNADNA半不連續(xù)復制半不連續(xù)復制33553355解鏈方向解鏈方向解鏈方向解鏈方向5533子子代代DNADNA中中的的一一條條鏈鏈的的合合成成是是連連續(xù)續(xù)的的，另另一一條條鏈鏈的的合合成成是是不不連連續(xù)
5、續(xù)的的，DNADNA的的這這種種復復制制方方式式稱稱為為半不連續(xù)復制。半不連續(xù)復制。19681968年年，岡岡崎崎的的著著名名實實驗驗觀觀察察到到DNADNA復復制制過過程程中，有一些不連續(xù)片段，稱為岡崎片段。中，有一些不連續(xù)片段，稱為岡崎片段。原原核核生生物物中中岡岡崎崎片片段段約約含含1000200010002000個個核核苷苷酸，真核生物約為酸，真核生物約為400400個核苷酸個核苷酸.新新DNADNA的的一一條條鏈鏈是是按按5 5 3 3方方向向（與與復復制制叉叉移移動動的的方方向向一一致致）連連續(xù)續(xù)合合成成，稱稱為為“前前導導鏈鏈”；另另一一條條鏈鏈的的合合成成是是不不連連續(xù)續(xù)的的，
6、即即先先按按5 5 3 3方方向向（與與復復制制叉叉移移動動的的方方向向相相反反）合合成成岡岡崎崎片段，再連接成一條完整的鏈，稱為滯后鏈。片段，再連接成一條完整的鏈，稱為滯后鏈。(二).DNA半不連續(xù)復制3535解鏈方向536真核生物真核生物DNADNA復制叉結構示意圖復制叉結構示意圖前導鏈前導鏈滯后鏈滯后鏈復制叉移動復制叉移動真核生物DNA復制叉結構示意圖前導鏈滯后鏈復制叉移動7岡崎片段與半不連續(xù)復制（岡崎片段與半不連續(xù)復制（okazaki 1968okazaki 1968年）年）岡崎片段與半不連續(xù)復制（okazaki 1968年）8二二二二.DNADNA復制的有關物質(zhì)復制的有關物質(zhì)(一一一
7、一).DNADNA聚合酶聚合酶1.1.DNADNA聚合酶的性質(zhì)聚合酶的性質(zhì)模板：單鏈模板：單鏈DNADNA引物：引物：RNARNA底物：底物：dNTP,dNTP,輔助因子：輔助因子：MgMg2 2,合成合成DNADNA的方向：的方向：5 35 3方向延方向延伸伸二.DNA復制的有關物質(zhì)(一).DNA聚合酶1.DNA聚92.2.原核生物原核生物DNADNA聚合酶聚合酶功能及性質(zhì)功能及性質(zhì)功能及性質(zhì)功能及性質(zhì)種類種類種類種類 DNAPolDNAPol DNAPolDNAPol DNAPolDNAPol分子量分子量分子量分子量組成組成組成組成分子數(shù)分子數(shù)分子數(shù)分子數(shù)/CellCellCellCell
8、聚合速度聚合速度聚合速度聚合速度bp/minbp/minbp/minbp/min5-35-35-35-3聚合作聚合作聚合作聚合作用用用用5-35-35-35-3外切活外切活外切活外切活性性性性3-53-53-53-5外切活外切活外切活外切活性性性性DNADNADNADNA合成中作用合成中作用合成中作用合成中作用109109109109一條肽鏈一條肽鏈一條肽鏈一條肽鏈400400400400667-1000667-1000667-1000667-1000有有有有切引物切引物切引物切引物效正效正效正效正修復修復修復修復120120120120一條肽鏈一條肽鏈一條肽鏈一條肽鏈17-10017-100
9、17-10017-10040404040有有有有無無無無效正效正效正效正修復修復修復修復440440440440十條肽鏈十條肽鏈十條肽鏈十條肽鏈10-2010-2010-2010-2050505050，000000000000有有有有切引物切引物切引物切引物效正效正效正效正聚合聚合聚合聚合2.原核生物DNA聚合酶功能及性質(zhì)種類 DNAPol D10DNAPolDNAPolDNAPolDNAPol的全酶由的全酶由的全酶由的全酶由10101010種種種種亞基組成亞基組成亞基組成亞基組成(，)，.和和和和 亞基組成全酶的核心酶，亞基組成全酶的核心酶，亞基組成全酶的核心酶，亞基組成全酶的核心酶，亞基可
10、能是輔酶，能認別引物和聚合過程開始有關。亞基可能是輔酶，能認別引物和聚合過程開始有關。亞基可能是輔酶，能認別引物和聚合過程開始有關。亞基可能是輔酶，能認別引物和聚合過程開始有關。DNAPol的全酶由10種亞基組成(，113.3.真核生物真核生物DNADNA聚合酶聚合酶復制復制復制修復復制、引發(fā)功能53外切活性53聚合活性核核線粒體核核細胞內(nèi)定位256170160-30036-38250分子量（KD)52444亞基數(shù)-35外切活性-3.真核生物DNA聚合酶復制復制復制修復復制、引發(fā)功能12(二二二二).).).).DNADNADNADNA連接酶連接酶連接酶連接酶 該酶可將該酶可將DNADNA中單
11、鏈缺口上相鄰的兩個核苷酸，以磷酸二酯鍵中單鏈缺口上相鄰的兩個核苷酸，以磷酸二酯鍵連接起來。連接起來。55553333HOHOP P55553333ATPATPNADNADAMP+PPiAMP+PPiNAD+AMPNAD+AMPLigaseLigase作用方式如下：作用方式如下：DNADNA連接酶有兩種連接酶有兩種:一種以一種以ATPATP為能量來源的動物細胞和為能量來源的動物細胞和某些噬菌體連接酶某些噬菌體連接酶-T T4 4連接酶，另一種以連接酶，另一種以NADNAD+為量來源為量來源的大腸桿菌的大腸桿菌DNADNA連接酶。連接酶。(二).DNA連接酶 該酶可將DNA中單鏈缺口上相鄰的兩個1
12、3(三三三三).).).).解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶(四四四四).).).).拓撲異構酶拓撲異構酶拓撲異構酶拓撲異構酶拓拓樸樸異異構構酶酶(Topo Topo )：原原核核生生物物中中曾曾稱稱為為蛋蛋白白。真真核核生生物物中中曾曾用用過過多多種種名名稱稱，如如轉轉軸軸酶酶、松松旋旋酶酶、松松弛弛酶酶和和切切豁豁封封閉閉酶酶等等。其其作作用用是是使使雙雙鏈鏈DNADNA中中的的一一股股切切斷斷，使使鏈鏈的的末末端端沿沿著著螺螺旋旋軸軸按按雙雙螺螺旋旋反反方方向向旋旋轉轉，超超螺螺旋旋消消除除后后再再將將切切口口封封閉閉，使使DNADNA變變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。即松弛或消除負超螺旋為松弛狀態(tài)。即松
13、弛或消除負超螺旋,催化反應不需催化反應不需ATPATP。解解鏈鏈酶酶（或或稱稱解解螺螺旋旋酶酶）:此此酶酶通通過過水水解解ATPATP以以獲獲得得能能量量去去松松開開雙雙股股DNADNA，每每解解開開一一對對核核苷苷酸酸需需水水解解2 2分分子子ATPATP。解解鏈鏈酶酶對對單單鏈鏈DNADNA的的親親和和力力強強，而而對對雙雙鏈鏈DNADNA或或RNARNA的的親親和和力力弱弱，復復制制時時DNADNA解解鏈鏈酶酶可可以以沿沿著著滯滯后后鏈鏈模模板板的的5 533方方向向隨隨著著復復制制叉叉的的前前進進而而移移動動，以以解開雙鏈。解開雙鏈。拓樸異構酶拓樸異構酶(Topo )Topo )：又稱
14、又稱DNADNA旋轉酶。廣泛存在于各種生物中。旋轉酶。廣泛存在于各種生物中。作用是在水解作用是在水解ATPATP的同時能迅速使的同時能迅速使DANDAN鏈斷開又接上，而使松弛態(tài)的鏈斷開又接上，而使松弛態(tài)的DNADNA轉變?yōu)槌菪隣顟B(tài)，引入負超螺旋轉變?yōu)槌菪隣顟B(tài)，引入負超螺旋,在沒有在沒有ATPATP時，它又可使負超螺旋時，它又可使負超螺旋DNADNA變?yōu)樗沙趹B(tài)。變?yōu)樗沙趹B(tài)。(三).解螺旋酶(四).拓撲異構酶拓樸異構酶(Topo 14(五五五五).).).).單鏈結合蛋白單鏈結合蛋白單鏈結合蛋白單鏈結合蛋白(六六六六).).).).引物酶與引物酶與RNARNA引物（引物（primase pri
15、mase 與與primerprimer）單單鏈鏈DNADNA結結合合蛋蛋白白（SSBSSB）:它它與與單單鏈鏈DNADNA結結合合，從從而而防防止止兩兩條條鏈鏈重重新新形形成成雙雙螺螺旋旋，結結合合后后還還能能保保護護單單鏈鏈DNADNA不不被被核核酸酸酶酶水水解解。因因此此，SSBSSB在在復復制制中中維維持持模模板板處處于于單單鏈鏈狀狀態(tài)態(tài)并并能能抵抵抗抗核核酸酸酶酶水水解解保保持持單單鏈鏈的的完整。完整。RNARNA引引物物和和引引物物酶酶:任任何何一一種種DNADNA聚聚合合酶酶都都不不能能催催化化復復制制的的起起始始。都都需需要要一一個個引引物物。多多數(shù)數(shù)情情況況下下是是以以RNAR
16、NA片片段段為為引引物物，由由引引物物酶酶催催化化合合成成。引引物物酶酶是是一一種種不不同同于于催催化化轉轉錄錄過過程程的的RNARNA聚聚合合酶酶。引引物物酶酶通通常常需需要要和和幾幾種種蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)因因子子結結合合形形成成引引發(fā)發(fā)體體才才能能發(fā)發(fā)揮揮作作用用。例例如如大大腸腸桿桿菌菌的的dnadna蛋白能協(xié)助引物酶識別起始位點，并與起始部位結合。蛋白能協(xié)助引物酶識別起始位點，并與起始部位結合。RNARNA引物的長度是不同的，在動物細胞中引物長度約引物的長度是不同的，在動物細胞中引物長度約1010個核苷酸，個核苷酸，第一個核苷酸常用第一個核苷酸常用ATPATP。細菌的引物為細菌的引物為501
17、0050100個核苷酸，但也有僅個核苷酸，但也有僅2424個核苷酸的。個核苷酸的。(五).單鏈結合蛋白(六).引物酶與RNA引物（primas15三、三、DNADNA的復制過程的復制過程1.1.1.1.合成的起始階段合成的起始階段合成的起始階段合成的起始階段2.2.2.2.合成的延伸階段合成的延伸階段合成的延伸階段合成的延伸階段3.3.3.3.合成的終止階段合成的終止階段合成的終止階段合成的終止階段辨識起始點辨識起始點RNARNA引物的合成引物的合成高級結構的解除高級結構的解除TopoTopo酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋解螺旋酶解雙螺旋解螺旋酶解雙螺旋解螺旋酶解雙螺旋解螺旋酶解雙螺旋SSB
18、SSB結合單鏈結合單鏈結合單鏈結合單鏈DNADNA復制叉的移動復制叉的移動DNAPolDNAPol延模板滑動延模板滑動催化催化33、5-5-P P二酯鍵形成二酯鍵形成RNARNA引物的切除引物的切除RNARNA引物的切除后填補引物的切除后填補缺口連接缺口連接三、DNA的復制過程1.合成的起始階段2.合成的延伸階段3.16生物化學ppt課件11-DNA的生物合成17553355P-PP-P-PPiPPi3355335P-P-PPi318生物化學ppt課件11-DNA的生物合成19DNADNA復制過程復制過程總圖總圖DNA復制過程總圖20復制的起始點復制的起始點 單單/雙起始點雙起始點 多起始點多
19、起始點復制的終止點復制的終止點 單終止點單終止點 多終止點多終止點復制的方向復制的方向 單向單向/雙向雙向 雙向雙向復制的方式復制的方式 方式方式/滾環(huán)滾環(huán)/D D環(huán)環(huán) 復制泡（眼）復制泡（眼）復制子復制子 一個一個/二個二個 多個（多個（100-200100-200KDKD）原核生物原核生物真核生物真核生物四、真四、真/原核細胞原核細胞DNADNA的復制的特點的復制的特點復制的起始點 單/雙起始點 多起始點復21生物化學ppt課件11-DNA的生物合成22（富含（富含ATAT區(qū)）區(qū)）真核細胞真核細胞DNADNA的多起始點，雙向復制的多起始點，雙向復制（富含AT區(qū)）真核細胞DNA的多起始點，雙
20、向復制23第二節(jié)、反轉錄作用（第二節(jié)、反轉錄作用（第二節(jié)、反轉錄作用（第二節(jié)、反轉錄作用（RNARNARNARNA指導下的指導下的指導下的指導下的DNADNADNADNA合成）合成）合成）合成）一一一一.反轉錄酶反轉錄酶 以以RNARNA為模板，以為模板，以d dNTPNTP為底物催化合成為底物催化合成DNADNA作用的酶稱為作用的酶稱為轉錄酶。即：催化反轉錄反應的酶稱為反轉錄酶或稱為依賴轉錄酶。即：催化反轉錄反應的酶稱為反轉錄酶或稱為依賴RNARNA的的DNADNA聚合酶聚合酶(RDDP)RDDP)。19701970年，年，TeminTemin和和BaltimoreBaltimore在致癌在
21、致癌RNARNA病毒中病毒中發(fā)現(xiàn)了轉錄酶（發(fā)現(xiàn)了轉錄酶（Reverse TranscriptaseReverse Transcriptase）1.1.反轉錄酶的概念反轉錄酶的概念第二節(jié)、反轉錄作用（RNA指導下的DNA合成）一.反轉錄242.2.反轉錄酶的特點反轉錄酶的特點(1)(1)引物為引物為tRNAtRNA(2)(2)模板為單鏈模板為單鏈RNARNA(3)(3)底物為底物為d dNTPNTP(4)(4)核糖核酸酶核糖核酸酶H H（RNase HRNase H）的活性：的活性：專一切除專一切除RNA-DNARNA-DNA分子中的分子中的RNA,RNA,全部或部分去除全部或部分去除RNA R
22、NA 2.反轉錄酶的特點(1)引物為tRNA(2)模板為單鏈RNA25 以以RNARNA為模板，以為模板，以d dNTPNTP為底物在反轉錄酶的作用下合成為底物在反轉錄酶的作用下合成DNADNA的作用稱為的作用稱為反轉錄作用。以反轉錄作用。以RNARNA為模板，在反轉錄酶的作用下合成的為模板，在反轉錄酶的作用下合成的DNADNA稱為稱為cDNAcDNA.1.1.反轉錄作用的概念反轉錄作用的概念2.2.反轉錄作用的過程反轉錄作用的過程 二二二二.逆轉錄作用逆轉錄作用（cDNA)cDNA)(或逆轉錄酶）或逆轉錄酶）以RNA為模板，以dNTP為底物在反轉錄酶的作用下合成D26第三節(jié)、第三節(jié)、DNA的
23、損傷與修復的損傷與修復一一一一.DNADNADNADNA的損傷與突變的損傷與突變的損傷與突變的損傷與突變物理（紫外（見下頁）、高能射線、電離輻射）物理（紫外（見下頁）、高能射線、電離輻射）物理（紫外（見下頁）、高能射線、電離輻射）物理（紫外（見下頁）、高能射線、電離輻射）化學（烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）化學（烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）化學（烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）化學（烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）生物因素（堿基對置換、堿基的插入生物因素（堿基對置換、堿基的插入生物因素（堿基對置換、堿基的插入生物因素（堿基對置換、堿基的插入/缺失造成移碼）缺失造成移碼）缺失造成移
24、碼）缺失造成移碼）1.1.突變（突變（mutationmutation）指一種遺傳狀態(tài)，可以通過復制而遺傳的指一種遺傳狀態(tài)，可以通過復制而遺傳的DNADNA結構的任何永久性改變。結構的任何永久性改變。攜帶突變基因的生物稱為突變體，未突變的稱為野生型。攜帶突變基因的生物稱為突變體，未突變的稱為野生型。2.2.2.2.損傷原因損傷原因損傷原因損傷原因第三節(jié)、DNA的損傷與修復一.DNA的損傷與突變物理（紫外27 當當DNADNA受到大劑量紫外線（波長受到大劑量紫外線（波長260260nmnm附近）照射時，附近）照射時，可引起可引起DNADNA鏈上相鄰的兩個嘧啶堿基共價聚合，形成二聚體，鏈上相鄰的兩
25、個嘧啶堿基共價聚合，形成二聚體，CCCC（10%10%）,CT,CT（40%40%）,TT,TT（50%50%）。）。例如：例如：TTTT二聚體。二聚體。當DNA受到大劑量紫外線（波長260nm附近）照射時28二二.DNADNA損傷修復損傷修復(一一一一).).).).DNADNADNADNA損傷修復的方式損傷修復的方式損傷修復的方式損傷修復的方式1.1.光復活光復活2.2.切除修復切除修復3.3.重組修復重組修復4.4.SOSSOS修復修復二.DNA損傷修復(一).DNA損傷修復的方式1.光復活29光復活酶光復活酶(二二二二).).).).DNADNADNADNA損傷修復的機制損傷修復的機制
26、損傷修復的機制損傷修復的機制1.1.光復活光復活（photoreactivationphotoreactivation）可見光可見光-最有效波最有效波400400nm,nm,激活生物界廣泛分布（高等激活生物界廣泛分布（高等哺乳動物除外）的哺乳動物除外）的光復活酶光復活酶，該酶分解嘧啶二聚體。是一該酶分解嘧啶二聚體。是一種高度專一的修復形式，只種高度專一的修復形式，只分解由于分解由于UVUV照射而形成的嘧照射而形成的嘧啶二聚體。啶二聚體。激活激活 復蓋復蓋 解除解除光復活酶(二).DNA損傷修復的機制1.光復活（photo302.2.切除修復（切除修復（excision repairexcisi
27、on repair）(1).切開切開(2).復制復制(3).切切除除(4).連接連接2.切除修復（excision repair）(1).切開313.3.重組修復（重組修復（recombination repairrecombination repair）重組修復重組修復又稱復制后修復又稱復制后修復（postreplication repairpostreplication repair）受損傷的受損傷的DNADNA在進行復制時，在進行復制時，跳過損傷部位，在子代跳過損傷部位，在子代DNADNA鏈與鏈與損傷相對應部位出現(xiàn)缺口。通過損傷相對應部位出現(xiàn)缺口。通過分子間重組，從完整的母鏈上將分子間重
28、組，從完整的母鏈上將相應的堿基順序片段移至子鏈的相應的堿基順序片段移至子鏈的缺口處，然后再用合成的多核苷缺口處，然后再用合成的多核苷酸來補上母鏈的空缺，此過程即酸來補上母鏈的空缺，此過程即重復修復。重復修復。并非完全校正。并非完全校正。復制復制 重組重組 補缺補缺3.重組修復（recombination repair）324.4.SOSSOS修復修復 指指DNADNA受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態(tài)受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態(tài)時所誘導的一種時所誘導的一種DNADNA修復方式，修復結果只是修復方式，修復結果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，但留下的錯誤較多，又稱傾錯性修復（但留下的錯誤較多，又稱傾錯性修復（Error-Error-Prone Repair Prone Repair）。）。4.SOS修復 指DNA受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態(tài)33
《生物化學ppt課件》11-DNA的生物合成
