生物化学中英双语版课件13DNA的复制、修复及重组.ppt

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1、生 物 化 学 原 理Principles of Biochemistry,杨 帆,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,逆转录,复制,遗传中心法则,第十三章 DNA的复制、修复及重组,DNA的复制DNA的损伤与修复遗传重组,DNA的复制,DNA复制:是指亲代的DNA双螺旋链解开,分别做为模板,指导子代DNA合成的过程。,DNA的复制:,1.半保留复制:通过DNA复制产生的新的DNA双链中,一条链来源于亲代的DNA,另一条则是新合成的。,1958年Meselson 和Stahl,DNA的复制:,2.DNA复制的起点和方式,复制子:基因组上能独立进行复制的单位称为复制子。每个复制子都含有自己的复制

2、起点。,双向复制:生物体中,大多数DNA的复制是双向复制。,复制叉:DNA复制过程中,亲代DNA双链由复制起点开始逐渐部分解链,形成一个复制叉结构。,大肠杆菌染色体的双向复制示意图,大肠杆菌染色体复制过程中的形结构,双向复制及单向复制中的复制叉结构,DNA的复制:,3.DNA聚合酶:参与DNA复制的主要酶,该酶催化四种dNTP合成DNA。,DNA聚合酶,模板链,合成的新链,模板链,DNA聚合酶的反应特点:,1.以四种dNTP为底物,2.反应需要接受模板的指导,3.反应需要有引物3羟基存在,5.DNA链的合成方向为53,4.反应需要有二价金属(主要是Mg2+)的存在,DNA的复制:,4.大肠杆菌

3、DNA聚合酶:主要有三种,DNA聚合酶:1956年kornberg首次发现,具有DNA聚合酶活性 35核酸外切酶活性:由3 端开始水解DNA链 5 3核酸外切酶活性:由5端 开始水解DNA链 从3端发生焦磷酸解作用,DNA聚合酶的35核酸外切酶活性在DNA复制过程中起着重要的校对作用,DNA聚合酶活性位点,35核酸外切酶活性位点,DNA聚合酶的5 3核酸外切酶活性一般作用于双链DNA的配对碱基,从5 端水解下核苷酸。DNA聚合酶的5 3核酸外切酶活性在DNA复制和修复中起着重要的作用。,DNA聚合酶的结构:单链多肽。用枯草杆菌蛋白酶进行有限水解,可以得到两个大小不同的片段。,Klenow片段:

4、包含有35核酸外切酶活性和DNA聚合酶活性,DNA聚合酶:多亚基聚合酶,含有DNA聚合酶活性和35核酸外切酶活性,不具有5 3核酸外切酶活性。反应中需要有NH4+的激活。是一种主要起修复作用的酶。,DNA聚合酶:多亚基聚合酶,包含有10个亚基。其中、和亚基构成所谓核心酶。被认为是大肠杆菌细胞内真正负责DNA复制的聚合酶。,1.其亚基具有DNA聚合酶活性,当和其他亚基构成全酶时,聚合效率可达到1000bp/sec.,2.其亚基具有35核酸外切酶活性,起校对作用。,3.不具有5 3核酸外切酶活性,Sliding clamp subunits,Catalyticsubunit,Catalyticsu

5、bunit,3 5 exonucleasesubunits,大肠杆菌DNA聚合酶的结构示意图,催化亚基,35核酸外切酶活性,大肠杆菌DNA聚合酶亚基DNA结合示意图,亚基与模板的结合,大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较,DNA的复制:,5.DNA的半不连续复制:DNA分子是反向平行的;体内所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是5 3。,前导链,滞后链,冈崎片段,前导链,后续链,DNA的复制:,6.DNA的复制需要有RNA引物:所有已知的DNA聚合酶都不能从头合成新链;RNA聚合酶则可在有DNA模板的基础上,合成新的RNA。DNA合成需要引物,而RNA合成不需要引物。,DNA复制起始的RNA引物是在D

6、NA模板链的一定部位合成的,由引物合成酶催化,一般长为几个至10几个核苷酸。,DNA复制完成后,RNA引物的消除和缺口的填补是由DNA聚合酶来完成的。,DNA的复制:,7.DNA的高保真性:,利用DNA聚合酶反应的保真机制,利用DNA聚合酶的35核酸外切酶活性,利用体内的各种修复系统,DNA的复制:,8.DNA复制体:指与DNA复制相关的30多种蛋白质和酶组成的高效的、高精度复制的完整复合物。,解旋酶(helicase):利用ATP水解释放的能量解开双链DNA的负超螺旋。,单链结合蛋白(SSB):结合在单链DNA上,维持单链DNA的完整性和稳定性。,拓扑异构酶:通过改变DNA的超螺旋状态,降低

7、复制叉前进时带入的扭曲张力,促进双链的解开。,DNA连接酶:连接DNA片段,引物酶:合成DNA复制过程中所需要的RNA引物。,DNA聚合酶:新生DNA链的延长,DNA的复制,DNA复制的过程:,1.复制的起始:DanAHuDanB,DanC,DNA复制的过程:,2.链的延伸,前导链的延伸,DNA拓扑异构酶,解旋酶,DNA聚合酶,单链结合蛋白,DNA复制叉的结构示意图,滞后链的延伸:冈崎片段的合成,RNA引物,DNA引物酶,DNA拓扑异构酶,解链酶,滞后链合成过程中DNA聚合酶的移动,滞后链RNA引物的切除:DNA聚合酶的5 3核酸外切酶活性,滞后链的连接:,DNA连接酶,DNA聚合酶,DNA连

8、接酶的作用机制,DNA连接酶,DNA复制的过程:,3.复制的终止:大肠杆菌染色体复制的终止,真核生物DNA的复制:真核生物染色体有核小体结构真核生物基因组庞大真核生物DNA上往往有多个复制子真核生物DNA的复制子在每个细胞周期仅起始复制一次,DNA的损伤与修复,DNA的损伤:化学诱变:碱基置换;DNA片段的缺失和插入;移码突变;插入失活物理因素致突变致癌剂致突变,DNA损伤后修复:,1.直接修复:指经酶促反应进行修复的过程。包括光修复和单个酶的直接修复作用。,鸟苷酸的甲基化导致碱基的错配,甲基转移酶对甲基化鸟嘌呤碱基的作用,DNA损伤后修复:,2.切除修复:指在一系列酶的作用下,将DNA分子中受损的部分切除掉,并以完整的那一条链为模板,合成出切除的部分,DNA结构恢复正常的过程。,核苷酸切除修复,碱基切除修复,DNA损伤后修复:,3.错配修复:修复在复制过程中错配且没有被校正的单个或少数碱基。,错配修复,DNA损伤后修复:,4.SOS反应与易错修复:SOS反应是指细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的情况下出现的应急效应。,5.重组修复:复制后同源DNA重组,使得单链上对应损伤部位得以修复的过程。,同源染色体的重组,Summary,DNA复制的特点:半保留复制,半不连续复制,双向复制复制体的组成,DNA复制的过程DNA的损伤后修复,

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