生化DNA的生物合成

第1頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA以堿基排列順序的方式貯存生物體內(nèi)所有遺傳信息，以親代DNA分子為模板，按堿基配對原則合成子代DNA時，遺傳信息從親代DNA分子上準(zhǔn)確地傳遞到子代DNA分子上，此過程稱為DNA的復(fù)制.只有當(dāng)細(xì)胞處在有絲分裂過程中，才進(jìn)行DNA復(fù)制。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第2頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳信息傳遞的中心法則復(fù)制DNA轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制RNA翻譯逆轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第3頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)半保留復(fù)制第二節(jié)DNA復(fù)制的酶學(xué)第三節(jié)DNA生物合成過程第四節(jié)DNA的突變（損傷）與修復(fù)

第五節(jié)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和逆轉(zhuǎn)錄酶首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第4頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)半保留復(fù)制1）半保留復(fù)制（semiconservativereplication）

1953年Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時，就設(shè)想在DNA復(fù)制過程中，2條多核苷酸鏈之間的氫鍵斷裂，然后以每條單鍵作為模板，按照堿基互補(bǔ)的原則，合成新的互補(bǔ)鏈。這樣新合成的2個子代DNA分子與原來的DNA分子的堿基排列順序完全一樣，每個子代DNA分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。復(fù)制的特點(diǎn)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第5頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月半保留復(fù)制的證據(jù)

首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第6頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月意義：

子代保留了親代DNA的全部遺傳信息

DNA通過復(fù)制和基因表達(dá)決定生物特性體現(xiàn)了遺傳過程的相對保守性保守性是相對的，不能忽視其變異性2）半不連續(xù)復(fù)制.首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第7頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)DNA復(fù)制的酶學(xué)復(fù)制是在酶催化下進(jìn)行的核苷酸的聚合反應(yīng)。(一)DNA聚合酶(二)真核生物的DNA聚合酶(三)DNA復(fù)制的保真性

首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第8頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA聚合酶作用：以單鏈DNA作為模板催化3'，5'-

磷酸二酯鍵的生成，使4種脫氧核糖核苷酸,在引物或DNA片段的3'-OH上沿著5'→3'方向聚合。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第9頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月

（dNMP）n+dNTP

或n1dATPn2dCTPn1dTTP+DNAn2dGTP(模板)DNA聚合酶DNA聚合酶Mg2+,引物DNA（dNMP）dAMPdCMPdDMPdGMP+2(n1+n2)PPi+ppin+12(n1+n2)復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第10頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月作用條件：1）以單鏈DNA作為模板2）4種dNTP作為原料：dATP，dCTP，dCTP，dTTP3）需要引物：DNA聚合酶不能從頭合成DNA，只能以引物的3'-OH作為合成新DNA的起點(diǎn)。4）只能催化引物或DNA片段與核苷酸之間生成3'，

5'-磷酸二酯鍵，使引物或DNA片段由5'→3'方向延伸，因此DNA聚合酶作用具有方向性。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第11頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）.原核生物的DNA聚合酶?，F(xiàn)在已知的原核生物DNA聚合酶有三種：

1.DNA聚合酶Ⅰ2.DNA聚合酶Ⅱ3.DNA聚合酶Ⅲ首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第12頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、DNA聚合酶Ⅰ作用：1）對復(fù)制中的錯誤進(jìn)行校讀.（3'→5'核酸外切酶活性）2）切除引物和突變的片段（5'→3'核酸外切酶活性）3）填補(bǔ)空隙（5'→3'聚合活性）DNA聚合酶Ⅰ是單一肽鏈的大分子，其二級結(jié)構(gòu)以α-螺旋為主.

為主。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第13頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月E.coliDNA聚合酶ⅠHONMLKPJRIEDFCGBQA小片段大片段首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第14頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月用特異的蛋白酶，可以把DNA-polI水解為兩個段段，小片段（A至F螺旋）具有5'→3'核酸外切酶活性，大片段（G至R螺旋區(qū)及C末端）又稱Klenow片段，具DNA聚合酶和3'→5'核酸外切酶活性。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第15頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月2、

DNA聚合酶Ⅱ只是在無polI和PolⅢ的情況下起作用，其真正的作用未完全清楚。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第16頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月3、DNA聚合酶Ⅲ是真正在原核生物細(xì)胞內(nèi)參與復(fù)制作用的酶，是由10種亞基組成的不對稱二聚體。

首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第17頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月α、ε、

亞基組成核心酶。其中α亞基具有聚合酶活性;ε亞基具有3'→5'核酸外切酶活性,并執(zhí)行堿基選擇功能;亞基辯認(rèn)引物,并起著夾住模板又能使酶沿模板鏈滑動的作用;θ亞基可能起維持二聚體

的作用。其余的亞基統(tǒng)稱為γ-復(fù)合物,作用不清楚.

（E.coliDNA聚合酶Ⅲ不對稱二聚體）ε''''ε首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第18頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月大酶桿菌DNA聚合酶的性質(zhì)

??????

5'3'聚合+++5'3'外切++-

3'5'

外切+++分子量（kd）10312180分子數(shù)/細(xì)胞40010010DNA聚合酶性質(zhì)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第19頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月核酸外切酶活性和校讀

DNApolI、II兩種方向

DNApolI3'5'活性強(qiáng)DNApolIII只有3'5'方向

首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第20頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)真核生物的DNA聚合酶至少有五種：DNA-polα：只能延長數(shù)百個核苷酸，在隨從鏈合成中起作用。DNA-polβ：只是在沒有其他DNA聚合酶時才起作用。DNA-polγ:在線粒體內(nèi)參與線粒體DNA的復(fù)制。DNA-polδ：可延長很多的核苷酸，在領(lǐng)頭鏈合成中起作用。DNA-polε：起校讀，修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第21頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)、DNA復(fù)制的保真性

DNA復(fù)制的保真性至少依賴三種機(jī)理。1、遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律。2、DNA-polⅢ對堿基的選擇功能。

3、復(fù)制中出現(xiàn)錯誤時，DNA-polⅠ有即時的校讀功能。

首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第22頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA復(fù)制時，必須先有單鏈DNA生成，堿基暴露，這樣DNA才能起模板作用。

首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第23頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月二、復(fù)制中解鏈和DNA分子的拓?fù)鋵W(xué)變化解螺旋酶（helicase）、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(DNAtopoisomerase)和單鏈DNA結(jié)合蛋白（singlestrandDNAbindingprotein）共同起解開雙螺旋、理順DNA鏈、維持DNA在一段時間內(nèi)處于單鏈狀態(tài)的作用。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第24頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）解螺旋酶（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（三）單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第25頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）解螺旋酶在DNA-pol參與復(fù)制過程之前，首先起作用的起始物質(zhì)有DnaA、

DnaB、DnaC蛋白。DnaA蛋白辨認(rèn)E.coli上稱為oriC(originC)的復(fù)制起始點(diǎn)，DnaC蛋白輔助解螺旋酶（DnaB），使其在起點(diǎn)上結(jié)合并打開雙鏈。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第26頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月拓?fù)涿笇NA分子的作用是既能水解，又能形成磷酸二酯鍵，結(jié)果理順了DNA鏈。（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)ABC拓?fù)涿涪馩H3'P5'第27頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第28頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月首頁首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第29頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月SSB的作用是在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)，并保護(hù)單鏈的完整。（三）單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第30頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月三、引物酶和引發(fā)體DnaB蛋白、DnaA蛋白和DnaC蛋白及其他復(fù)制因子，一起形成復(fù)合體，結(jié)合引物酶形成較大的聚合體，再結(jié)合到模板DNA上，這種復(fù)合物稱為引發(fā)體（primosome）。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第31頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月四、DNA連接酶DNA連接酶（DNAligase）在堿基互補(bǔ)基礎(chǔ)上連接DNA鏈的3′-OH和相鄰DNA鏈的5′-P，使二者形成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連成完整的鏈。不能連接單獨(dú)存在的DNA或RNA單鏈。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第32頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA連接酶的作用方式5'3'首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)連接酶的作用PHO–O5'3'ATPADP連接酶DNA連接酶ATPADP5'

O

P

O–O3'O5'3'5'3'5'

OH+

Oˉ

P

OO3'5'3'把連接的缺口放大，示其化學(xué)反應(yīng)。第33頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)DNA生物合成過程1

、DnaA蛋白識別復(fù)制起點(diǎn)。2

、DnaA蛋白和DnaB、DnaC蛋白，引物酶結(jié)合到DNA鏈上形成引發(fā)體。3

、SSB維持DNA鏈的單鏈狀態(tài)，拓?fù)洚悩?gòu)酶理順DNA鏈。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第34頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月6、DNA聚合酶Ⅰ切除引物并填補(bǔ)空隙。7、連接酶連接DNA片斷，完成隨從鏈的合成。

5、DNA聚合酶Ⅲ合成岡崎片斷和前導(dǎo)鏈。4、引物酶合成引物。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第35頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriC首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第36頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第37頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)DNA的突變（損傷）與修復(fù)突變（mutation）是指一個或多個脫氧核糖核苷酸的構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱為DNA損傷(DNAdamage)，即遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變引起遺傳信息的改變。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第38頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月一、突變的結(jié)果（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)。（二）只改變基因型不改變表型的突變。（三）致死性的突變。（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)。首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第39頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月二、引發(fā)突變的因素引發(fā)突變的因素有物理和化學(xué)因素，物理因素主要指紫外線和各種輻射

化合物類別作用點(diǎn)（從原型配對至突變型）堿基類似物5-溴尿嘧啶(5-BU)A被5BUG-A--G--G--T--T--C-羥胺類TC-T--C--C--A--A--G-亞硝酸鹽CU-G--G--A--C--U--T-烷化劑GGCH3DNA缺失G

常見的化學(xué)誘變劑取代分子改變(G堿基N-7位甲基化)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第40頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月三、突變分子改變的類型（一）

錯配（二）

缺失/插入和框移突變（三）

重排首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第41頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(四)

SOS修復(fù)(一)光修復(fù)(二)切除修復(fù)(三)重組修復(fù)四、DNA損傷的修復(fù)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第42頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月切除修復(fù)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第43頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月重組修復(fù)首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)第44頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和逆轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶催化cDNA的合成AAAAAAAATTTTBDNA聚合酶ⅠRNA模板雜化雙鏈單鏈DNA雙鏈DNAATTTTSⅠ核酸酶整合反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶RNaseH（反轉(zhuǎn)錄酶）首頁第一節(jié)第二節(jié)第四節(jié)第三節(jié)第五節(jié)（細(xì)胞內(nèi)）（試管內(nèi)）第45頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月單選題37、在DNA復(fù)制中RNA引物的作用是A.引導(dǎo)DNA聚合酶與DNA模板的結(jié)合B.提供5`-OH末端

C.提供四種三磷酸核苷附著的部位D.誘導(dǎo)RNA的合成

E.提供3`-OH末端,為合成新的DNA之起點(diǎn)第47頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月29、下列哪項(xiàng)描述對于DNA聚合酶是錯誤的

A.催化脫氧核苷酸連接到早期DNA的5`OH末端

B.催化脫氧核苷酸連接到引物上

C.需要四種不同的5`-三磷酸脫氧核苷

D.雙鏈DNA的兩條單鏈均可作模板

E.焦磷酸是反應(yīng)的產(chǎn)物第48頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月31、將在14NH4Cl作為唯一氮源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)多代的大腸桿菌，轉(zhuǎn)入含15NH4Cl的培養(yǎng)基中生長三代后，其各種狀況的DNA分子比例應(yīng)該是(LL代表兩條輕鏈14N-DNA，HH代表兩條重鏈15N-DNA，LH代表輕鏈，重鏈DNA)。A.3LH/1HHB.6HH/2LHC.15LL/1LHD.7HH/1LHE.1HH/7LH第49頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月33、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用是A.解開DNA雙鏈便于復(fù)制B.使DNA斷開旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)纏繞C.把DNA異構(gòu)為RNA,因?yàn)閺?fù)制需要引物D.辯認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)E.穩(wěn)定復(fù)制叉第50頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月33、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用是A.解開DNA雙鏈便于復(fù)制B.使DNA斷開旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)纏繞C.把DNA異構(gòu)為RNA,因?yàn)閺?fù)制需要引物D.辯認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)E.穩(wěn)定復(fù)制叉第51頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月13、DNA復(fù)制時下列哪一種酶是不需要的

A.DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶B.引物酶C.連接酶

D.RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶E.解鏈酶,拓?fù)洚悩?gòu)酶第52頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月31、DNA復(fù)制時,序列5`-TAGA-3`將合成下列哪種互補(bǔ)結(jié)構(gòu)A.5′-TCTA-3′B.5′-ATCT-3′C.5′-UCUA-3′D.5′-GCGA-3′E.3′-TCTA-5′第53頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月32、反轉(zhuǎn)錄過程中需要的酶是

A.DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶B.核酸酶C.RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶

D.DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶E.RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶第54頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月33、崗崎片段A.是因?yàn)镈NA復(fù)制速度太快而產(chǎn)生的B.由于復(fù)制中有纏繞打結(jié)而生成C.因?yàn)橛蠷NA引物，就有崗崎片段D.由于復(fù)制與解鏈方向相反，在隨從鏈生成E.復(fù)制完成后，崗崎片段被水解第55頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月42、中心法則闡明的遺傳信息傳遞方式是A.蛋白質(zhì)-RNA-DNAB.RNA-DNA-蛋白質(zhì)C.RNA-蛋白質(zhì)-DNAD.DNA-RNA-蛋白質(zhì)E.DNA-蛋白質(zhì)-RNA第56頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月A．3＇至5＇B．C端至N端C．5＇至3＇D．一個點(diǎn)向兩個方向同時進(jìn)行E．N端至C端51、雙向復(fù)制從第57頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月A.DNA聚合酶B.RNA聚合酶C.逆轉(zhuǎn)錄酶D.DNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶E.RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶57、以NTP為底物的是58、以RNA為模板的是第58頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月28、合成DNA的原料是

A.dAMP,dGMP,dCMP,dTMPB.dATP,dGTP,dCTP,dTTPC.dADP,dGDP,dCDP,dTDPD.ATP,GTP,CTP,UTPE.AMP,GMP,CMP,UMP第59頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月30