南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成5131

第一節(jié)DNA的生物合成第一節(jié)DNA的生物合成一.DNA的復(fù)制復(fù)制部位：真核生物：細(xì)胞核原核生物：細(xì)胞質(zhì)的核質(zhì)區(qū)一.DNA的復(fù)制復(fù)制部位：(一)復(fù)制的反應(yīng)n1dATPn2dCTPn3dGTPn4dTTPDNA聚合酶DNA模板DNA+（n1+n2+n3+n4)PPiPPi隨即被焦磷酸酶水解，從而推動(dòng)聚合反應(yīng)的進(jìn)行。一.DNA的復(fù)制(一)復(fù)制的反應(yīng)n1dATPn2dCTPn3dGTP(二)復(fù)制的方式DNA復(fù)制時(shí)，親代DNA的雙螺旋先解旋并分開，然后以每條鏈為模板，按照堿基配對原則，各形成一條互補(bǔ)鏈。這樣，從親代的一個(gè)DNA雙螺旋分子復(fù)制成兩個(gè)與親代的堿基序列完全相同的子代DNA分子。每個(gè)子代DNA分子中，有一條鏈來自親代DNA，另一條則是新形成的，這樣的復(fù)制方式叫做半保留復(fù)制（semiconservativereplication）。半保留復(fù)制一.DNA的復(fù)制(二)復(fù)制的方式DNA復(fù)制時(shí)，親代DNA的雙螺旋先解半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制如何證明半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制1958年，Meselson證明：用，15NH4Cl唯一氮源培養(yǎng)大腸桿菌，之后，用14NH4Cl培養(yǎng)，然后進(jìn)行CsCl2進(jìn)行密度梯度離心。由于15NH4Cl密度大于14NH4Cl，因此，形成不同區(qū)帶，經(jīng)過若干代培養(yǎng)后，兩個(gè)14NH4Cl區(qū)帶增多。如何證明半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制195南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成5131(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制半保留復(fù)制全保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制半保留復(fù)制全保留復(fù)制(三)復(fù)制反應(yīng)注意點(diǎn)DNA復(fù)制除入DNA聚合酶,DNA模板,dNTP外,還需要多種蛋白質(zhì)因子、引物、Mg2+等.一.DNA的復(fù)制特點(diǎn)：A對利福平不敏感B核糖核酸代替脫氧核糖核酸(三)復(fù)制反應(yīng)注意點(diǎn)DNA復(fù)制除入DNA聚合酶,DNA模DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'核酸外切5'→3'核酸外切原

核

生

物DNA聚合酶Ⅰ＋＋＋切去引物RNA，補(bǔ)上正確的DNA片段DNA聚合酶Ⅱ＋＋與修復(fù)有關(guān)(活性低)DNA聚合酶Ⅲ＋＋負(fù)責(zé)鏈的延長(活性高)(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制1.DNA聚合酶(DNApolymease)DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'5'Morethan90%oftheDNApolymeraseactivityobservedinE.coliextractscanbeaccountedforbyDNApolymeraseIMorethan90%oftheDNApoly(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNApolymeraseIIIismuchmorecomplexthanDNApolymeraseI,havingtentypesofsubunits(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNApolym(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'

核酸外切5'→3'

核酸外切真

核

生

物DNA聚合酶a＋切去引物RNA，補(bǔ)上正確的DNA片段DNA聚合酶b

＋DNA聚合酶g

＋負(fù)責(zé)鏈的延長DNA聚合酶d＋＋負(fù)責(zé)先導(dǎo)鏈的延長

(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制2.DNA聚合酶(DNApolymease)DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'

核酸外(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制2.DNA聚合酶(DNApolymease)(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制2.DNA聚合酶3'→5'核酸外切2.DNA聚合酶(DNApolymease)3'→5'核酸外切2.DNA聚合酶(DNApolymea

Everycellcontainsseveraldifferentnucleases(核酸酶),belongingtotwobroadclasses:exonucleases(核酸外切酶)andendonucleases(核酸內(nèi)切酶).Exonucleasesdegradenucleicacidsfromoneendofthemolecule.核酸外切Exonucleasesdegradenucleicacidsfromoneendofthemolecule.Manyoperateinonlythe5

'→3'orthe3'→5'direction,removingnucleotidesonlyfromthe5'

orthe3'

end,respectively,ofonestrandofadoublestrandednucleicacidorofasingle-strandedDNA.

(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制Everycellcontainsseveral

Endonucleasescanbegintodegradeatspecificinternalsitesinanucleicacidstrandormolecule,reducingittosmallerandsmallerfragments.Afewexonucleasesandendonucleasesdegradeonlysingle-strandedDNA.Thereareafewimportantclassesofendonucleasesthatcleaveonlyatspecificnucleotidesequences.(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制Endonucleasescanbegintod5'→3'核酸外切一.DNA的復(fù)制5'→3'核酸外切一.DNA的復(fù)制(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNAReplicationRequiresManyEnzymesandProteinFactorsReplicationinE.colirequiresnotjustasingleDNApolymerasebut20ormoredifferentenzymesandproteins,eachperformingaspecifictask.TheentirecomplexhasbeentermedtheDNAreplicasesystemorreplisome.TheenzymaticcomplexityofreplicationreflectstheconstraintsimposedbythestructureofDNAandbytherequirementsforaccuracy.(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNARepli(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNAReplicationRequiresManyEnzymesandProteinFactors(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNARepli(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)合成RNA引物，又叫引物合成酶、引發(fā)酶。2.引物酶(primer)

它以單鏈DNA為模板，以ATP、GTP、CTP、UTP為原料，從5→3方向合成出RNA片段，即引物。

一.DNA的復(fù)制(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)合成RNA引物，又叫引物合成酶、引

3.DNA連結(jié)酶(DNAligase)

催化DNA雙鏈中一條鏈上的缺口（3′-OH與它下游相鄰的核苷酸的5′-磷酸之間）共價(jià)連結(jié)（形成磷酸二酯鍵）。

連結(jié)過程需要能量，E.coli

和某些細(xì)菌中由NAD+提供；動(dòng)物細(xì)胞由ATP提供。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制3.DNA連結(jié)酶(DNAligase)催化D(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

3.DNA連結(jié)酶(DNAligase)(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制3.DNA連結(jié)

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)解螺旋酶(helicase)：

將DNA的兩條鏈打開。每解開一對堿基需要水解2分子ATP。方向?yàn)?’-3’，大腸桿菌中的解螺旋酶又叫rep蛋白，但方向?yàn)?’-5’

。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)解螺旋酶(helica單鏈結(jié)合蛋白(SSBP)：

與解鏈后的DNA單鏈結(jié)合，阻止其再次形成雙螺旋。大腸桿菌SSB為177aa多肽，以四聚體形式存在，與32個(gè)bpDNA區(qū)相結(jié)合，結(jié)合后的DNA分子僵硬，不易

彎曲，有利于單鏈DNA分子的穩(wěn)定，避免核酸酶進(jìn)攻；同時(shí)降低了Tm值，進(jìn)一步促進(jìn)DNA的解鏈。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)單鏈結(jié)合蛋白(SSBP)：(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DN旋轉(zhuǎn)酶(gyrase,untwistingprotein)：催化DNA的拓?fù)溥B環(huán)數(shù)發(fā)生變化?？煞譃橥?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ。Ⅰ型酶可減少負(fù)超螺旋；Ⅱ型酶可引入負(fù)超螺旋（此時(shí)需要ATP提供能量）。具有內(nèi)切酶和連接酶活力，參與DNA復(fù)制前雙螺旋的松弛及復(fù)制后超螺旋的再恢復(fù)。

(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)旋轉(zhuǎn)酶(gyrase,untwistingprotein)dn蛋白(mobilepromoter)：功能：識別DNA的合成的起始位置，與引物酶及其它一些蛋白組成復(fù)合體啟動(dòng)RNA引物鏈的合成。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)dn蛋白(mobilepromoter)：(四)參與復(fù)（五）復(fù)制的過程

復(fù)制從特定的位點(diǎn)開始，這一位置叫復(fù)制原點(diǎn)。

原核生物的DNA上一般只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，但在迅速生長時(shí)期，第一輪復(fù)制尚未完成，就在起點(diǎn)處啟動(dòng)第二輪復(fù)制；

真核生物則有多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，可以同時(shí)啟動(dòng)復(fù)制過程。1.復(fù)制的啟動(dòng)一.DNA的復(fù)制（五）復(fù)制的過程復(fù)制從特定的位點(diǎn)開始，這一位置叫復(fù)制原

復(fù)制過程的調(diào)控主要取決于復(fù)制啟動(dòng)的頻率，而DNA延長的速度大體上是恒定的。由于真核生物在多位點(diǎn)上啟動(dòng)復(fù)制，所以盡管其DNA比原核生物DNA大得多，但復(fù)制的總速度反而比原核生物快。

DNA的復(fù)制是由引發(fā)體識別并結(jié)合于復(fù)制原點(diǎn)而被啟動(dòng)的，其機(jī)理比較復(fù)雜，目前還不十分明了。1.復(fù)制的啟動(dòng)（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制復(fù)制過程的調(diào)控主要取決于復(fù)制啟動(dòng)的頻率，而DNA延長

2.復(fù)制眼的形成

由于復(fù)制原點(diǎn)都是在DNA分子的內(nèi)部，而不是在末端，所以當(dāng)復(fù)制啟動(dòng)后需要在復(fù)制原點(diǎn)處將DNA雙螺旋局部解鏈，形成“眼狀”結(jié)構(gòu)——復(fù)制眼。

（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制2.復(fù)制眼的形成由于復(fù)制原點(diǎn)都是在DNA分子的內(nèi)復(fù)制眼的結(jié)構(gòu)：

復(fù)制眼形成后，其兩端的叉子狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。

2.復(fù)制眼的形成（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制復(fù)制眼的結(jié)構(gòu)：

復(fù)制眼形成后，其兩端的叉子狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成5131

2.復(fù)制眼的形成-雙螺旋解開的過程

解螺旋酶使DNA雙螺旋局部解鏈；

SSB結(jié)合到解開的單鏈上；

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ向DNA中引入負(fù)超螺旋，以消除由解鏈產(chǎn)生的扭曲張力(動(dòng)畫)。

（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制2.復(fù)制眼的形成-雙螺旋解開的過程解螺旋酶使DNA（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)(1)復(fù)制叉推進(jìn)的方式隨著復(fù)制叉的推進(jìn)，兩條新鏈的合成方向是不同的：一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進(jìn)的方向一致，它的合成能連續(xù)進(jìn)行，稱為前導(dǎo)鏈；（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)(1)復(fù)制叉推進(jìn)的方式隨著復(fù)制叉的推進(jìn)，兩

另一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進(jìn)的方向相反，它顯然不能被連續(xù)合成，需要復(fù)制叉推進(jìn)了一定的長度，有了一段DNA單鏈后，才能以此為模板合成一個(gè)片段。因此這條新鏈的合成是不連續(xù)的，而且總晚于先導(dǎo)鏈，所以稱為隨后鏈。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的方式另一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進(jìn)的方向相反，它這種前導(dǎo)鏈連續(xù)合成，隨后鏈斷續(xù)合成的方式，稱為半不連續(xù)復(fù)制。隨后鏈中合成的多個(gè)DNA片段，稱為岡崎片段。岡崎片段的長度原核細(xì)胞中約1000~2000個(gè)核苷酸，真核細(xì)胞中約100~200個(gè)核苷酸。

（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的方式這種前導(dǎo)鏈連續(xù)合成，隨后鏈斷續(xù)合成的方式，稱為半不連

引物酶在復(fù)制原點(diǎn)附近合成一段RNA引物；

DNA聚合酶Ⅲ

(原核細(xì)胞)在引物的3'末端逐個(gè)添加脫氧核苷酸。隨著復(fù)制叉的推進(jìn)，親代DNA雙螺旋不斷被解開，先導(dǎo)鏈也不斷延伸。

①先導(dǎo)鏈的合成（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程引物酶在復(fù)制原點(diǎn)附近合成一段RNA引物；①先導(dǎo)②隨后鏈的合成引物的合成：隨后鏈的每個(gè)岡崎片段都需要合成RNA引物。也是由引物酶催化。

岡崎片段的合成：DNA聚合酶Ⅲ(原核細(xì)胞)在引物的3'末端使DNA鏈延伸，直至抵達(dá)其下游的另一個(gè)岡崎片段的RNA引物的5'端。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程②隨后鏈的合成引物的合成：隨后鏈的每個(gè)岡崎片段都需要合成②隨后鏈的合成岡崎片段的連結(jié)：DNA聚合酶Ⅰ一面以其DNA聚合活性在上游岡崎片段的3'-OH末端添加脫氧核苷酸，一面以其5'→3'核酸外切活性切除引物，直至將引物全部切除。

DNA連接酶將最后的缺口補(bǔ)好。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程②隨后鏈的合成岡崎片段的連結(jié)：DNA聚合酶Ⅰ一面以其DNA③先導(dǎo)鏈和隨后鏈中DNA的延伸由同一個(gè)DNA聚合酶Ⅲ全酶二聚體催化

隨后鏈的模板回折成環(huán)，從而使岡崎片段的延伸方向與先導(dǎo)鏈的延伸方向一致，它們的3'末端分別落在DNA聚合酶Ⅲ全酶的雙活性部位。因此，隨著聚合酶的移動(dòng)，兩條鏈同時(shí)延伸。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程③先導(dǎo)鏈和隨后鏈中DNA的延伸由同一個(gè)DNA聚合酶Ⅲ全酶南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成51314.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號原核生物中：

其環(huán)狀的DNA從單點(diǎn)開始雙向復(fù)制，當(dāng)兩個(gè)復(fù)制叉在復(fù)制原點(diǎn)的對面處相遇并合并時(shí)，結(jié)束復(fù)制，形成兩個(gè)環(huán)狀DNA分子。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制4.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號原核生物中：（五）復(fù)制4.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號真核生物中：

其線狀的DNA上有多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，因此形成多個(gè)復(fù)制眼，復(fù)制叉的推進(jìn)使復(fù)制眼增大，直至各個(gè)復(fù)制眼融合，復(fù)制終止，形成兩個(gè)線狀DNA分子。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制4.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號真核生物中：（五）復(fù)制（六）DNA復(fù)制的忠實(shí)性一.DNA的復(fù)制差錯(cuò)率為10-9-10-10新合成的子鏈與母鏈之間堿基配對嚴(yán)格性使用引物RNADNA聚合酶對底物專一性DNA聚合酶的校對作用5.DNA修復(fù)機(jī)制（六）DNA復(fù)制的忠實(shí)性一.DNA的復(fù)制差錯(cuò)率為10-9-1二.DNA的損傷與修復(fù)DNA分子的完整性對細(xì)胞至關(guān)重要，這一點(diǎn)是其它生物分子無法比擬的。在生物的進(jìn)化中，DNA復(fù)制中可因DNA聚合酶催化作用引發(fā)出偶然的錯(cuò)誤。環(huán)境因素（如輻射、紫外光照射、化學(xué)誘變物等）也可引起DNA序列上的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤若不能予以改正而保留下來，會(huì)直接影響機(jī)體的生理功能，以致影響到后代的正常生長和發(fā)育。但是，生物體內(nèi)存在有效的修復(fù)（repair）體系，保證了DNA復(fù)制的高度精確性。

二.DNA的損傷與修復(fù)DNA分子的完整性二.DNA的損傷與修復(fù)1.DNA損傷的原因外環(huán)境中的射線：X-射線、紫外線等——高劑量的紫外輻射使DNA鏈上鄰近的嘧啶核苷酸之間形成化學(xué)鍵，生成二聚體；此外還有脫嘌呤作用和脫氨基作用.

二.DNA的損傷與修復(fù)1.DNA損傷的原因外環(huán)境中的射線南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成5131二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)

所有細(xì)胞對DNA的損傷都有一定的修復(fù)能力，以恢復(fù)正常的DNA結(jié)構(gòu)。修復(fù)的方式：光修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)、SOS修復(fù)(1)光修復(fù)由DNA光裂合酶（photolyase）催化。該酶需要光（400700nm）才能激活，它能切除嘧啶二聚體之間的連鍵(C-C鍵)，從而修復(fù)由紫外照射而造成的損傷。二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)所有細(xì)胞對二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(2)切除修復(fù)

該類修復(fù)是指在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除，并以完整的那一條鏈為模板，合成出新的被切去的部分，然后使損傷的DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)的過程。切除修復(fù)系統(tǒng)可對多種損傷起修復(fù)作用。切除修復(fù)有核苷酸切除修復(fù)（nucleotideexcisionrepair,NER）和堿基切除修復(fù)（baseexcisionrepair,BER）兩種。

二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(2)切除修復(fù)二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(2)切除修復(fù)修復(fù)機(jī)制:其過程是：切→補(bǔ)→切→縫由專一性核酸內(nèi)切酶催化，在離損傷處附近切斷由DNA聚合酶在斷口處進(jìn)行DNA合成由5′核酸外切酶將損傷部位切掉由連接酶將新合成的DNA鏈與原來的鏈連接二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(2)切除修復(fù)知識窗NER缺陷與癌癥和遺傳疾病

核苷酸切除修復(fù)（nucleotideexcisionrepair,NER）缺陷與癌癥的發(fā)生有關(guān)，如著色性皮膚病是由于體內(nèi)NER系統(tǒng)缺陷引起皮膚細(xì)胞對日光或紫外線特別敏感，其所形成的T-T二聚體就是因缺乏能切除T-T二聚體的特異性核酸內(nèi)切酶所致，以致在后續(xù)的復(fù)制中造成遺傳信息改變，最終出現(xiàn)皮膚癌。知識窗NER缺陷與癌癥和遺傳疾病核苷酸切除修復(fù)（知識窗NER缺陷與癌癥和遺傳疾病

一些常染色體退行性疾病患者對太陽光極其敏感。還有的患者在嬰兒時(shí)期皮膚明顯地改變，如干燥、進(jìn)行性的雀斑和角質(zhì)化（一種皮膚腫瘤）并伴有眼損傷如角膜潰爛、晶體混濁和神經(jīng)退行性癥等，進(jìn)而發(fā)展為致死的皮膚癌，其發(fā)病率是正常人得此癥的200倍?？苿P尼氏綜合癥（cockaynesyndromeCS）也是一種遺傳疾病，與NER基因缺損有關(guān)，因此，CS患者對紫外照射高度敏感，表現(xiàn)出與皮膚癌同樣的發(fā)病率。知識窗NER缺陷與癌癥和遺傳疾病一些常染二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(3)SOS修復(fù)

細(xì)胞在緊急狀態(tài)下，能誘導(dǎo)產(chǎn)生缺乏校對功能的DNA聚合酶，它能在DNA的損傷部位進(jìn)行復(fù)制，從而避免了死亡，但產(chǎn)生很高的變異率。二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(3)SOS修復(fù)二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(3)SOS修復(fù)

二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)(3)SOS修復(fù)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成5131二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)損傷并未消除，但被“稀釋”了。

(4)重組修復(fù)二.DNA的損傷與修復(fù)2.修復(fù)損傷并未消除，但被“稀三.DNA突變1.類型置換(replacement)A轉(zhuǎn)換(transition)-同類堿基之間的置換B顛換(tansversion)-異類堿基之間的置換三.DNA突變1.類型置換(replacement)三.DNA突變1.類型(2)插入(insertion)-DNA鏈中插入一個(gè)或幾個(gè)堿基對，導(dǎo)致遺傳密碼閱讀框的改變，稱為移碼突變。(3)缺失(deletion)-DNA鏈丟失一個(gè)或幾個(gè)堿基對后造成導(dǎo)致遺傳密碼閱讀框的改變，稱為移碼突變。三.DNA突變1.類型(2)插入(insertion第一節(jié)DNA的生物合成第一節(jié)DNA的生物合成一.DNA的復(fù)制復(fù)制部位：真核生物：細(xì)胞核原核生物：細(xì)胞質(zhì)的核質(zhì)區(qū)一.DNA的復(fù)制復(fù)制部位：(一)復(fù)制的反應(yīng)n1dATPn2dCTPn3dGTPn4dTTPDNA聚合酶DNA模板DNA+（n1+n2+n3+n4)PPiPPi隨即被焦磷酸酶水解，從而推動(dòng)聚合反應(yīng)的進(jìn)行。一.DNA的復(fù)制(一)復(fù)制的反應(yīng)n1dATPn2dCTPn3dGTP(二)復(fù)制的方式DNA復(fù)制時(shí)，親代DNA的雙螺旋先解旋并分開，然后以每條鏈為模板，按照堿基配對原則，各形成一條互補(bǔ)鏈。這樣，從親代的一個(gè)DNA雙螺旋分子復(fù)制成兩個(gè)與親代的堿基序列完全相同的子代DNA分子。每個(gè)子代DNA分子中，有一條鏈來自親代DNA，另一條則是新形成的，這樣的復(fù)制方式叫做半保留復(fù)制（semiconservativereplication）。半保留復(fù)制一.DNA的復(fù)制(二)復(fù)制的方式DNA復(fù)制時(shí)，親代DNA的雙螺旋先解半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制如何證明半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制1958年，Meselson證明：用，15NH4Cl唯一氮源培養(yǎng)大腸桿菌，之后，用14NH4Cl培養(yǎng)，然后進(jìn)行CsCl2進(jìn)行密度梯度離心。由于15NH4Cl密度大于14NH4Cl，因此，形成不同區(qū)帶，經(jīng)過若干代培養(yǎng)后，兩個(gè)14NH4Cl區(qū)帶增多。如何證明半保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制195南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成5131(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制半保留復(fù)制全保留復(fù)制(二)復(fù)制的方式一.DNA的復(fù)制半保留復(fù)制全保留復(fù)制(三)復(fù)制反應(yīng)注意點(diǎn)DNA復(fù)制除入DNA聚合酶,DNA模板,dNTP外,還需要多種蛋白質(zhì)因子、引物、Mg2+等.一.DNA的復(fù)制特點(diǎn)：A對利福平不敏感B核糖核酸代替脫氧核糖核酸(三)復(fù)制反應(yīng)注意點(diǎn)DNA復(fù)制除入DNA聚合酶,DNA模DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'核酸外切5'→3'核酸外切原

核

生

物DNA聚合酶Ⅰ＋＋＋切去引物RNA，補(bǔ)上正確的DNA片段DNA聚合酶Ⅱ＋＋與修復(fù)有關(guān)(活性低)DNA聚合酶Ⅲ＋＋負(fù)責(zé)鏈的延長(活性高)(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制1.DNA聚合酶(DNApolymease)DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'5'Morethan90%oftheDNApolymeraseactivityobservedinE.coliextractscanbeaccountedforbyDNApolymeraseIMorethan90%oftheDNApoly(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNApolymeraseIIIismuchmorecomplexthanDNApolymeraseI,havingtentypesofsubunits(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNApolym(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'

核酸外切5'→3'

核酸外切真

核

生

物DNA聚合酶a＋切去引物RNA，補(bǔ)上正確的DNA片段DNA聚合酶b

＋DNA聚合酶g

＋負(fù)責(zé)鏈的延長DNA聚合酶d＋＋負(fù)責(zé)先導(dǎo)鏈的延長

(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制2.DNA聚合酶(DNApolymease)DNA聚合酶催化活性功能5'→3'

聚合3'→5'

核酸外(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制2.DNA聚合酶(DNApolymease)(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制2.DNA聚合酶3'→5'核酸外切2.DNA聚合酶(DNApolymease)3'→5'核酸外切2.DNA聚合酶(DNApolymea

Everycellcontainsseveraldifferentnucleases(核酸酶),belongingtotwobroadclasses:exonucleases(核酸外切酶)andendonucleases(核酸內(nèi)切酶).Exonucleasesdegradenucleicacidsfromoneendofthemolecule.核酸外切Exonucleasesdegradenucleicacidsfromoneendofthemolecule.Manyoperateinonlythe5

'→3'orthe3'→5'direction,removingnucleotidesonlyfromthe5'

orthe3'

end,respectively,ofonestrandofadoublestrandednucleicacidorofasingle-strandedDNA.

(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制Everycellcontainsseveral

Endonucleasescanbegintodegradeatspecificinternalsitesinanucleicacidstrandormolecule,reducingittosmallerandsmallerfragments.Afewexonucleasesandendonucleasesdegradeonlysingle-strandedDNA.Thereareafewimportantclassesofendonucleasesthatcleaveonlyatspecificnucleotidesequences.(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制Endonucleasescanbegintod5'→3'核酸外切一.DNA的復(fù)制5'→3'核酸外切一.DNA的復(fù)制(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNAReplicationRequiresManyEnzymesandProteinFactorsReplicationinE.colirequiresnotjustasingleDNApolymerasebut20ormoredifferentenzymesandproteins,eachperformingaspecifictask.TheentirecomplexhasbeentermedtheDNAreplicasesystemorreplisome.TheenzymaticcomplexityofreplicationreflectstheconstraintsimposedbythestructureofDNAandbytherequirementsforaccuracy.(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNARepli(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNAReplicationRequiresManyEnzymesandProteinFactors(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制DNARepli(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)合成RNA引物，又叫引物合成酶、引發(fā)酶。2.引物酶(primer)

它以單鏈DNA為模板，以ATP、GTP、CTP、UTP為原料，從5→3方向合成出RNA片段，即引物。

一.DNA的復(fù)制(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)合成RNA引物，又叫引物合成酶、引

3.DNA連結(jié)酶(DNAligase)

催化DNA雙鏈中一條鏈上的缺口（3′-OH與它下游相鄰的核苷酸的5′-磷酸之間）共價(jià)連結(jié)（形成磷酸二酯鍵）。

連結(jié)過程需要能量，E.coli

和某些細(xì)菌中由NAD+提供；動(dòng)物細(xì)胞由ATP提供。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制3.DNA連結(jié)酶(DNAligase)催化D(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

3.DNA連結(jié)酶(DNAligase)(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制3.DNA連結(jié)

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)解螺旋酶(helicase)：

將DNA的兩條鏈打開。每解開一對堿基需要水解2分子ATP。方向?yàn)?’-3’，大腸桿菌中的解螺旋酶又叫rep蛋白，但方向?yàn)?’-5’

。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)解螺旋酶(helica單鏈結(jié)合蛋白(SSBP)：

與解鏈后的DNA單鏈結(jié)合，阻止其再次形成雙螺旋。大腸桿菌SSB為177aa多肽，以四聚體形式存在，與32個(gè)bpDNA區(qū)相結(jié)合，結(jié)合后的DNA分子僵硬，不易

彎曲，有利于單鏈DNA分子的穩(wěn)定，避免核酸酶進(jìn)攻；同時(shí)降低了Tm值，進(jìn)一步促進(jìn)DNA的解鏈。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)單鏈結(jié)合蛋白(SSBP)：(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DN旋轉(zhuǎn)酶(gyrase,untwistingprotein)：催化DNA的拓?fù)溥B環(huán)數(shù)發(fā)生變化?？煞譃橥?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ。Ⅰ型酶可減少負(fù)超螺旋；Ⅱ型酶可引入負(fù)超螺旋（此時(shí)需要ATP提供能量）。具有內(nèi)切酶和連接酶活力，參與DNA復(fù)制前雙螺旋的松弛及復(fù)制后超螺旋的再恢復(fù)。

(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)旋轉(zhuǎn)酶(gyrase,untwistingprotein)dn蛋白(mobilepromoter)：功能：識別DNA的合成的起始位置，與引物酶及其它一些蛋白組成復(fù)合體啟動(dòng)RNA引物鏈的合成。(四)參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)一.DNA的復(fù)制

4.使DNA雙螺旋解開的酶和蛋白質(zhì)dn蛋白(mobilepromoter)：(四)參與復(fù)（五）復(fù)制的過程

復(fù)制從特定的位點(diǎn)開始，這一位置叫復(fù)制原點(diǎn)。

原核生物的DNA上一般只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，但在迅速生長時(shí)期，第一輪復(fù)制尚未完成，就在起點(diǎn)處啟動(dòng)第二輪復(fù)制；

真核生物則有多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，可以同時(shí)啟動(dòng)復(fù)制過程。1.復(fù)制的啟動(dòng)一.DNA的復(fù)制（五）復(fù)制的過程復(fù)制從特定的位點(diǎn)開始，這一位置叫復(fù)制原

復(fù)制過程的調(diào)控主要取決于復(fù)制啟動(dòng)的頻率，而DNA延長的速度大體上是恒定的。由于真核生物在多位點(diǎn)上啟動(dòng)復(fù)制，所以盡管其DNA比原核生物DNA大得多，但復(fù)制的總速度反而比原核生物快。

DNA的復(fù)制是由引發(fā)體識別并結(jié)合于復(fù)制原點(diǎn)而被啟動(dòng)的，其機(jī)理比較復(fù)雜，目前還不十分明了。1.復(fù)制的啟動(dòng)（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制復(fù)制過程的調(diào)控主要取決于復(fù)制啟動(dòng)的頻率，而DNA延長

2.復(fù)制眼的形成

由于復(fù)制原點(diǎn)都是在DNA分子的內(nèi)部，而不是在末端，所以當(dāng)復(fù)制啟動(dòng)后需要在復(fù)制原點(diǎn)處將DNA雙螺旋局部解鏈，形成“眼狀”結(jié)構(gòu)——復(fù)制眼。

（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制2.復(fù)制眼的形成由于復(fù)制原點(diǎn)都是在DNA分子的內(nèi)復(fù)制眼的結(jié)構(gòu)：

復(fù)制眼形成后，其兩端的叉子狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。

2.復(fù)制眼的形成（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制復(fù)制眼的結(jié)構(gòu)：

復(fù)制眼形成后，其兩端的叉子狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成5131

2.復(fù)制眼的形成-雙螺旋解開的過程

解螺旋酶使DNA雙螺旋局部解鏈；

SSB結(jié)合到解開的單鏈上；

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ向DNA中引入負(fù)超螺旋，以消除由解鏈產(chǎn)生的扭曲張力(動(dòng)畫)。

（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制2.復(fù)制眼的形成-雙螺旋解開的過程解螺旋酶使DNA（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)(1)復(fù)制叉推進(jìn)的方式隨著復(fù)制叉的推進(jìn)，兩條新鏈的合成方向是不同的：一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進(jìn)的方向一致，它的合成能連續(xù)進(jìn)行，稱為前導(dǎo)鏈；（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)(1)復(fù)制叉推進(jìn)的方式隨著復(fù)制叉的推進(jìn)，兩

另一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進(jìn)的方向相反，它顯然不能被連續(xù)合成，需要復(fù)制叉推進(jìn)了一定的長度，有了一段DNA單鏈后，才能以此為模板合成一個(gè)片段。因此這條新鏈的合成是不連續(xù)的，而且總晚于先導(dǎo)鏈，所以稱為隨后鏈。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的方式另一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進(jìn)的方向相反，它這種前導(dǎo)鏈連續(xù)合成，隨后鏈斷續(xù)合成的方式，稱為半不連續(xù)復(fù)制。隨后鏈中合成的多個(gè)DNA片段，稱為岡崎片段。岡崎片段的長度原核細(xì)胞中約1000~2000個(gè)核苷酸，真核細(xì)胞中約100~200個(gè)核苷酸。

（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的方式這種前導(dǎo)鏈連續(xù)合成，隨后鏈斷續(xù)合成的方式，稱為半不連

引物酶在復(fù)制原點(diǎn)附近合成一段RNA引物；

DNA聚合酶Ⅲ

(原核細(xì)胞)在引物的3'末端逐個(gè)添加脫氧核苷酸。隨著復(fù)制叉的推進(jìn)，親代DNA雙螺旋不斷被解開，先導(dǎo)鏈也不斷延伸。

①先導(dǎo)鏈的合成（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程引物酶在復(fù)制原點(diǎn)附近合成一段RNA引物；①先導(dǎo)②隨后鏈的合成引物的合成：隨后鏈的每個(gè)岡崎片段都需要合成RNA引物。也是由引物酶催化。

岡崎片段的合成：DNA聚合酶Ⅲ(原核細(xì)胞)在引物的3'末端使DNA鏈延伸，直至抵達(dá)其下游的另一個(gè)岡崎片段的RNA引物的5'端。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程②隨后鏈的合成引物的合成：隨后鏈的每個(gè)岡崎片段都需要合成②隨后鏈的合成岡崎片段的連結(jié)：DNA聚合酶Ⅰ一面以其DNA聚合活性在上游岡崎片段的3'-OH末端添加脫氧核苷酸，一面以其5'→3'核酸外切活性切除引物，直至將引物全部切除。

DNA連接酶將最后的缺口補(bǔ)好。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程②隨后鏈的合成岡崎片段的連結(jié)：DNA聚合酶Ⅰ一面以其DNA③先導(dǎo)鏈和隨后鏈中DNA的延伸由同一個(gè)DNA聚合酶Ⅲ全酶二聚體催化

隨后鏈的模板回折成環(huán)，從而使岡崎片段的延伸方向與先導(dǎo)鏈的延伸方向一致，它們的3'末端分別落在DNA聚合酶Ⅲ全酶的雙活性部位。因此，隨著聚合酶的移動(dòng)，兩條鏈同時(shí)延伸。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制3.復(fù)制叉的推進(jìn)-復(fù)制叉推進(jìn)的過程③先導(dǎo)鏈和隨后鏈中DNA的延伸由同一個(gè)DNA聚合酶Ⅲ全酶南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生化課件RNA生物合成51314.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號原核生物中：

其環(huán)狀的DNA從單點(diǎn)開始雙向復(fù)制，當(dāng)兩個(gè)復(fù)制叉在復(fù)制原點(diǎn)的對面處相遇并合并時(shí)，結(jié)束復(fù)制，形成兩個(gè)環(huán)狀DNA分子。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制4.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號原核生物中：（五）復(fù)制4.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號真核生物中：

其線狀的DNA上有多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，因此形成多個(gè)復(fù)制眼，復(fù)制叉的推進(jìn)使復(fù)制眼增大，直至各個(gè)復(fù)制眼融合，復(fù)制終止，形成兩個(gè)線狀DNA分子。（五）復(fù)制的過程一.DNA的復(fù)制4.復(fù)制的結(jié)束復(fù)制的終止沒有特殊的信號真核生物中：（五）復(fù)制（六）DNA復(fù)制的忠實(shí)性一.DNA的復(fù)制差錯(cuò)率為10-9-10-10新合成的子鏈與母鏈之間堿基配對嚴(yán)格性使用引物RNADNA聚合酶對底物專一性DNA聚合酶的校對作用5.DNA修復(fù)機(jī)制（六）DNA復(fù)制的忠實(shí)性一.DNA的復(fù)制差錯(cuò)率為10-9-1二.DNA的損傷與修復(fù)DNA分子的完整性對細(xì)胞至關(guān)重要，這一點(diǎn)是其它生物分子無法比擬的。在生物的進(jìn)化中，DNA復(fù)制中可因DNA聚合酶催化作用引發(fā)出偶然的錯(cuò)誤。環(huán)境因素（如輻射、紫外光照射、化學(xué)誘變物等）也可引起DNA序列上的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤若不能予以改正而保留下來，會(huì)直接影響機(jī)體的生理功能，以致影響到后代的正常生長和發(fā)育。但是，生物體內(nèi)存在有效的修復(fù)（repair）體系，保證了DNA復(fù)制的高度精確性。

二.DNA的損傷與修復(fù)DNA分子的完整性二.D