生物化學簡明教程第十三章DNA的生物合成

1、第13章，DNA的生物合成，DNA的生物合成，復制：以DNA為模板的DNA合成，即DNA所攜帶的信息會傳遞給子代DNA。逆轉(zhuǎn)錄：DNA合成也可以指示RNA病毒中可見的模式倫伯的合成作用。合成還原：如果各種因素破壞了DNA，破壞了DNA，就可以修復合成，糾正錯誤，完成精確合成，保持DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和遺傳信息的準確性。DNA的重組和復制、細胞、個體和物種的遺傳特性，必須根據(jù)遺傳物質(zhì)的完整準確復制和子細胞的分配，在各代之間保持?，F(xiàn)代生物化學和分子生物學最基本的觀點之一是在生命中，基因是唯一可以復制并永遠存在的單位，其意義最終通過蛋白質(zhì)出現(xiàn)。從DNA到蛋白質(zhì)，基因信息的流動都遵循中心規(guī)律。13.1

2、DNA的克隆，親本DNA的雙螺旋釋放，以兩鏈為模板合成子代DNA分子的過程對DNA克隆過程的研究一般以3種類型的系統(tǒng)X174 DNA或質(zhì)粒DNA及其完成克隆所需的酶、蛋白質(zhì)及其參數(shù)為模型，以E.coli為模型，以原核克隆研究酵母和動物病毒為模型，對真核生物的DNA克隆過程進行了研究也就是說，在新的雙鏈DNA中，一條鏈來自模板，一條鏈通過新合成的克隆的這種方式，親代遺傳特性可以完好地傳遞到子代，實施遺傳保守性的1958年，Meselson和Stahl用同位素15N表示Escherichia coli DNA，首先是DNA的半保存復制的起點和方向，13.1.2 DNA復制的開始和方向能夠獨立復制基

3、因組的單位稱為復制者，每個復制者都有控制復制開始的起點，也許結(jié)束復制結(jié)束的大部分原核染色體DNA復制是形成雙向復制眼睛的單向復制的特殊形式，滾動半環(huán)形真核染色體DNA是線性雙鏈分子，因為它包含很多復制起點，所以是多重復制者。DNA復制的特征和條件(1)半保留復制(2)特定復制時間點(3)需要引物(4)需要雙向復制(5)半不連續(xù)復制(6)復制方向53，a .環(huán)雙鏈DNA和復制時間點b .復制的兩個復制叉c引物酶：DNA ab是DnaA和DnaC合成DNA引物所必需的，它們有助于在復制的起點(Ori C)解開雙螺旋。單股結(jié)合蛋白：用雙股明確解開的單股DNA。拓撲異構(gòu)酶：DNA分子上有結(jié)，纏繞，連鎖

4、超螺旋現(xiàn)象。DNA結(jié)合酶：DNA雙鏈上的單鏈陷波DNA聚合酶：復制酶、學校讀取、糾錯、與13.2.1原核DNA克隆相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)、(1)原核生物的DNA聚合酶、(A)53聚合酶催化磷酸二酯結(jié)合的生成、子鏈35外剪切酶活性(對雙鏈無效，校準功能；但是在正常聚合條件下，這種活性在生長鏈5 3外體酶活性(雙鏈有效，主要是在DNA損傷修復和DNA復制時，RNA引物切除及填補其縫隙)在DNA鏈3中形成疲勞磷酸水解(生理意義不大)。無機疲勞磷酸鹽和dNTP之間的疲勞磷酸體系交換。由于酶催化了新添加的脫氧核苷酸單位的-磷酸鹽和引物的3-OH孔劉價格，并且在新添加的脫氧核苷三磷酸分子中釋放了疲勞磷酸鹽，因此

5、合成方向為5 3段。生成的磁磷酶通過細胞的磁磷分解，無機磷酸分解，促進聚合完成。Klenow片段，DNA聚合酶和35核酸外體系活性，DNA聚合酶：聚合酶，聚合作用低，但聚合活性很低。有35個外體酶活性。其他生理功能還不清楚，可能對修復紫外線造成的DNA損傷有效果。DNA聚合酶：原核DNA復制的主要聚合酶。這種酶由10種不同的子種類組成，是形成整個酶的早前核糖核酸酶。53DNA聚合酶活性(亞基，高速度)；具有35種外體酶(subunit)的校準功能，提高DNA復制的真實性。5 3外體酶活性(單鏈有效，其意義不詳)。DNA聚合酶IV和v: 1999年，人們發(fā)現(xiàn)DNA嚴重受損時，會產(chǎn)生劉濤。-滑動片

6、段將復制的DNA固定在片段中心，與DNA復制一起沿著模板DNA鏈滑動，DNA聚合酶有助于DNA的連續(xù)復制，而不容易從模板分離；(2)參與原核DNA復制的其他酶和蛋白質(zhì)，以及引物synthase(引發(fā)酶)，以DNA為模板，將RNA的一段本質(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。DNA連接酶雙鏈DNA中有切口的話，一端有3-OH，另一端有5-磷酸，連接酶催化兩端形成磷酸酯連接，切口連接。大腸桿菌和其他細菌的DNA連接酶需要NAD提供能量，在高生物和噬菌體內(nèi)，ATP提供能量。T4噬菌體的DNA連接酶不僅可以連接模型鏈中DNA和DNA鏈之間的切口，還可以連接沒有單鏈粘性末端的扁平雙鏈DNA。連接酶反應(yīng)機制酶

7、NAD (ATP)酶-AMP煙酰胺單核苷酸(PPi)酶-AMP-5-DNA酶amp-p-5-DNA-3-ohamp-p除了徐璐其他連鎖數(shù)以外，都具有相同特性的DNA分子稱為拓撲異構(gòu)，引起拓撲異構(gòu)反應(yīng)的酶稱為拓撲異構(gòu)酶。拓撲異構(gòu)酶：破裂和重新連接DNA鏈。作用是解負超螺旋，反應(yīng)不需要能量。主要集中在活動戰(zhàn)士領(lǐng)域，與戰(zhàn)士有關(guān)。拓撲異構(gòu)酶：破裂和重新連接兩條DNA。引入負超螺旋時，ATP相對于復制提供能量。連鎖數(shù)：雙螺旋DNA中，一股向右螺旋纏繞另一股的次數(shù)。改變DNA的超螺旋狀態(tài)，合理化DNA鏈，釋放DNA鏈。DNA鏈通過水解ATP打開。E.coli的rep蛋白是heri clease和I，II，

8、III。每次解一對堿基，都要水解兩個ATP分子。Rep蛋白沿35移動，而heri cles I，II，III則沿53移動。其他蛋白質(zhì)因子單鏈結(jié)合蛋白(ss B- single-strand binding protein)產(chǎn)生前體，穩(wěn)定單鏈結(jié)合蛋白(ss B- single-strand binding protein)釋放的單鏈DNA發(fā)起體它由不同種類的蛋白質(zhì)dnaA、dnaB、dnaC、n、n、n、n、I組成。前體再生和引發(fā)酶相結(jié)合，組裝成引發(fā)體。發(fā)起人可以向模板鏈53的方向移動，具有識別合成起始部位的功能，移動到特定位置時，會發(fā)生RNA引物的合成。ATP在移動和啟動時都需要能量，n蛋白具

9、有ATP酶的活力。發(fā)起體的運動與叉子移動的方向相反，與岡崎片段的合成方向相反。岡崎片段在DNA復制過程中可以連續(xù)合成，而非連續(xù)片段只是以發(fā)現(xiàn)者的名字命名的非連續(xù)合成53的片段。岡崎片段：真核生物中100-200個核苷酸(nucleus的DNA單位)。在原核生物中，有1000-2000個核苷酸(相當于順磁性)。，OriC是13.2.2 Escherichia coli DNA復制的起點，在DnaB(DnaB)和DnaC的幫助下，它切斷了鏈，形成了復制叉(replication fork)，SSB結(jié)合在一起，形成了穩(wěn)定的單鏈DNA鏈。引物酶(DnaG)和前面提到的因子，酶組成啟動子(primoso

10、me)，合成RNA引物。將由海網(wǎng)引起的超螺旋、拓撲異構(gòu)酶引起的超螺旋，即蠟燭螺旋，變?yōu)橛欣趶椭频呢摮菪?。DnaA識別與AT區(qū)域、AT區(qū)域DNA破解相結(jié)合。DnaB在DnaC協(xié)作中與鏈池結(jié)合，沿53移動，釋放DNA雙股，SSBP參與，形成復制叉。DNA聚合酶III催化的克隆叉的結(jié)構(gòu)和克隆相關(guān)的酶和因子，13.2.3大腸桿菌DNA鏈的延長。前導鏈：為了連續(xù)合成，合成方向與解決方案鏈方向一致，模板DNA鏈為53鏈。接著是鏈：不連續(xù)合成，基于RNA引物的小DNA片段(okazaki片段)的片段是DNA鏈，與解密鏈方向相反，是35鏈的模板。復制的開始始于一個固定原點(origin)，這時雙股DNA釋

11、放出一條股，每條都變成一條股，然后以模板形式復制。這像叉子一樣，從幾何上完成復制叉(replication fork)、側(cè)根鏈的合成、主導鏈的合成、13.2.4大腸桿菌DNA克隆的終止、DNA聚合酶I完成去除引物，填補縫隙。連接DNA的酶結(jié)合DNA片段時，復制叉停止，其他復制叉到達相同位置，兩個復制叉相遇完成整個DNA復制過程，13.3真核DNA復制，真核DNA復制的基本過程與原核生物相似，但參與復制的酶和蛋白質(zhì)與原核生物不同，復制啟動調(diào)節(jié)要復雜得多。參與真核DNA復制的酶和蛋白質(zhì)，真核DNA聚合酶主要是5種(，)，(m)，()，()真核DNA聚合酶的酶反應(yīng)類似于原核DNA聚合酶，以4種dNT

12、P為基礎(chǔ)，需要模板和引物，鏈的擴展方向為53，根據(jù)半離散機制，分別為前導和尾隨13.3.2真核生物DNA復制的開始，細胞能否分裂取決于s和m期，G1S和G2M的調(diào)節(jié)與蛋白質(zhì)激酶活性有關(guān)。蛋白質(zhì)激酶通過磷酸化激活或抑制多種復制因子起到調(diào)節(jié)作用。復制的起始真核生物，每個染色體都有多個起點，是多重復制者復制?？寺∮杏嫊r。也就是說，復制者作為組激活，而不是同步。復制的開始包括DNA-pol(底物酶活性)和pol(雙氧水酶活性)，還需要拓撲酶和復制因子(RF)。增殖的核抗原(PCNA)在復制的開始和延長過程中起著關(guān)鍵作用。克隆的延長克隆結(jié)束染色體DNA是實型的，克隆終止。克隆的岡崎片段的連接，克隆人之間

13、的連接。染色體兩端的DNA鏈上最后復制的RNA引物在去除后留下空隙。(1)SV40DNA的克隆2分子將編碼為SV40基因組的t抗原六聚體作為起始蛋白(Ecoli的DnaB蛋白)，在ATP存在下與SV40克隆起始區(qū)相結(jié)合，使起始區(qū)的DNA分解成為可能。復制蛋白a(RPA)將SSB和單鏈區(qū)域結(jié)合起來，進一步提高t抗原的分解酶活性，使鏈區(qū)域繼續(xù)擴大，但真核生物的RPA和單鏈DNA的結(jié)合沒有協(xié)同作用。DNA pol-引物酶復合物與t抗原/RPA復合物相結(jié)合，合成雷丁鏈約10 nt的RNA引物和約30 nt的DNA。replication factor(RFC)首先與新合成的DNA第3頁合并，然后PCN

14、A替換pol-primerase，合并到DNA模板中，后者暫時中斷了前鏈的合成。Pol結(jié)合在PCNA-RFC復合物中，pol具有校準能力，因此可以牢固地結(jié)合PCNA和模板DNA，持續(xù)準確地合成前導鏈。同時，pol-primerase將合并到后續(xù)鏈的模板中，以開始合成后續(xù)鏈。隨著鏈的進一步擴展，將pol-primerase fen-1-RNAshl替換為PCNA-pol或PCNA-pol以消除RNA引物，DNA connexin I連接相鄰的okazaki片段，topoisomerase I作為復制叉移動促進通過孔劉結(jié)合連接的最后兩個連鎖DNA分離；(2)酵母DNA的復制酵母DNA復制起點是同源

15、復制g序列(ARS)酵母DNA復制起點是由6個子基組成的起點識別復合物相當于原核生物的DnaA。13.3.3真核生物DNA復制的特征是原核生物和真核生物DNA復制的基本過程相似，但也有一個明顯的差異，即反保留復制；半不連續(xù)復制。必須松開雙螺旋，將SSB與單鏈區(qū)域合并。為了消除螺旋形成的扭曲張力，需要拓撲異構(gòu)酶。需要RNA引物。新的鏈合成有一種校準機制，原核生物是單起點克隆，真核生物是多起點克隆。原核生物的復制因子大、小，真核生物的復制因子小、多。原核復制叉以900 nt/s移動，真核復制叉以50 nt/s移動。原核生物岡崎殘片的大小為10002000nt，真核生物岡崎殘片的大小為100200nt。真核細胞的DNA聚合酶和蛋白質(zhì)因子的種類比原核細胞多，引物酶活性由DNA pol的兩個小個子鍵負責。原核細胞可以在第一次克隆結(jié)束之前，在克隆開始區(qū)域開始第二次克隆。真核細胞的克隆由克隆許可因子控制，克隆周期重復渡邊杏。原核生物的DNA是沒有末端縮短問題的環(huán)分子。真核生物的DNA是線性分子，DNA復制肘尖縮短，需要端粒酶來解決線性DNA的末端復制問題。DNA復制和核糖體組裝真核生物的染色體結(jié)構(gòu)復雜，DNA和組蛋白形成核體，DNA包裹組蛋白核心，每個核糖體的DNA對應(yīng)兩個負超螺旋。復制時的岡崎殘片大約有200bp長，