11 第十章 复制.ppt

第1页：第三篇 基因信息的传递封面

第三篇 基因信息的传递封面

• 第三篇基因信息的传递

第2页：DNADNAmRNA蛋白质复制转录翻译逆

DNADNAmRNA蛋白质复制转录翻译逆

• DNADNAmRNA蛋白质复制转录翻译逆转录
• 复制
• 以DNA为模板，指导DNA合成的过程
• 酶：DNA指导的DNA聚合酶（DDDP）

原料

dNTP基因遗传基因表达

• 转录
• 以DNA为模板，指导RNA合成的过程
• 酶：DNA指导的RNA聚合酶（DDRP）

原料

NTP遗传信息传递的中心法则

第3页：第十章DNA的生物合成（复制）教学要求

第十章DNA的生物合成（复制）教学要求

• 第十章DNA的生物合成（复制）教学要求:掌握生物信息传递中DNA合成的基本过程，包括复制体系、酶、复制起始、延伸、终止以及逆转录的过程，了解DNA损伤与修复。

第4页：第十章 DNA的生物合成（复制）章节目录

第十章 DNA的生物合成（复制）章节目录

• 第十章DNA的生物合成（复制）第一节复制的基本规律第二节DNA复制的酶学和拓朴学变化第三节DNA生物合成过程第四节逆转录和其他复制方式第五节DNA损伤（突变）与修复小结复制（replication）：以亲代DNA为模板，合成出完全相同的子代DNA的过程。

第5页：半保留复制的实验依据和意义第一节复制的基

半保留复制的实验依据和意义第一节复制的基

• 半保留复制的实验依据和意义第一节复制的基本规律半保留复制：复制生成的子代DNA中，一条链来自亲代，另一条为新合成。这种子代DNA分子中总是保留一条链来自亲代DNA的复制称为半保留复制。

第6页：半保留复制的实验依据和意义

半保留复制的实验依据和意义

• 半保留复制的实验依据和意义AGAACTTCTTGAAGAACTTCTTGATCTTGAAGAACT亲代DNA子代DNA

第7页：原核生物从一个固定的起始点开始

原核生物从一个固定的起始点开始

• 原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行复制，称为双向复制。
• 双向复制

第8页：双向复制真核细胞染色体比较复杂

双向复制真核细胞染色体比较复杂

• 双向复制真核细胞染色体比较复杂，可能有多个复制起点，同时形成多个复制单位

第9页：复制的半不连续性第一节

复制的半不连续性第一节

第10页：DNA复制所需条件

DNA复制所需条件

底物

四种dNTP2、依赖DNA的聚合酶(DNA-pol)

1. 模板
2. 引物
3. 其它酶和蛋白质因子

第11页：复制的化学反应

复制的化学反应

• DNA聚合酶（DNA-pol）
• 复制保真性的酶学依据
• 复制中解链和DNA分子拓扑学变化
• DNA连接酶

第12页：复制的化学反应第二节DNA复制的酶学和拓

复制的化学反应第二节DNA复制的酶学和拓

• 复制的化学反应第二节DNA复制的酶学和拓朴学变化

第13页：5′→ 3′ 聚合活性

5′→ 3′ 聚合活性

• 复制的化学反应

第14页：磷酸二酯键核苷酸连接成的核酸（片段）

磷酸二酯键核苷酸连接成的核酸（片段）

第15页：DNA聚合酶（DNA-pol）

DNA聚合酶（DNA-pol）

• 原核生物的DNA聚合酶
• 真核生物的DNA聚合酶

第16页：原核生物的DNA聚合酶DNA-pol

原核生物的DNA聚合酶DNA-pol

• 原核生物的DNA聚合酶DNA-pol I、DNA-pol II、DNA-pol III个数比=400：40：20/细胞。DNA-pol I：只能催化延长约20个核苷酸左右，不是真正催化复制延长的酶，主要是进行校读，填补空隙。DNA-pol II：只在无pol I 及pol III时起作用。DNA-pol III：复制延长中真正催化新链核苷酸聚合的酶。比活性比pol I 大10倍以上，每分钟能催化对达105个核苷酸的聚合。

第17页：核心酶兼有核苷酸的聚合和核酸链的3´

核心酶兼有核苷酸的聚合和核酸链的3´

• 5´外切酶活性。
• 亚基起着夹住模板链并使酶沿模板链滑动的作用DNA聚合酶III

第18页：有DNA-pol α

有DNA-pol α

• 有DNA-pol α、β、γ、δ、ε 5种。
• 真核生物的DNA聚合酶DNA-pol α和δ在复制延长中起作用，DNA-pol δ延长领头链，而pol α延长随从链。DNA-pol ε在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。DNA-pol β在没有其它DNA-pol时才发挥作用。DNA-pol γ在线粒体内起作用。

第19页：复制保真性的酶学依据

复制保真性的酶学依据

• 核酸外切酶活性和校读
• 复制的保真性和碱基选择

第20页：DNA聚合酶Ι主要功能聚合作用

DNA聚合酶Ι主要功能聚合作用

DNA聚合酶Ι主要功能聚合作用

填充后随链中冈崎片段之间的间隙；5´

• 3´外切酶活性切除引物或损伤部分；3´
• 5´外切酶活性有“校对”作用。
• 复制保真性的酶学依据第二节DNA复制的酶学和拓朴学变化DNA-pol II也有这三种作用。DNA聚合酶ΙΙΙ是复制时起主要作用的酶同时也有3´
• 5´核酸外切酶活性，保证DNA复制的真实性。

第21页：3′→5′外切酶活性

3′→5′外切酶活性

• 5′→3′外切酶活性
• 核酸外切酶活性和校读

第22页：核酸外切酶活性和校读第二节DNA复制的酶

核酸外切酶活性和校读第二节DNA复制的酶

• 核酸外切酶活性和校读第二节DNA复制的酶学和拓朴学变化

第23页：复制的保真性和碱基选择至少依赖三种机制

复制的保真性和碱基选择至少依赖三种机制

1. 严格的碱基配对规律；
2. 聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能；

复制出错时有

时的校读功能。

第24页：复制中的解链和DNA分子拓朴学变化第二节

复制中的解链和DNA分子拓朴学变化第二节

• 复制中的解链和DNA分子拓朴学变化第二节DNA复制的酶学和拓朴学变化
• 解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白
• DNA拓扑异构酶

第25页：解螺旋酶在复制中的解链作用DnaB蛋白第

解螺旋酶在复制中的解链作用DnaB蛋白第

• 解螺旋酶在复制中的解链作用DnaB蛋白第二节

第26页：解螺旋酶–领头链rep蛋白Dna B–随

解螺旋酶–领头链rep蛋白Dna B–随

• 解螺旋酶–领头链rep蛋白Dna B–随从链解链酶Ⅱ

第27页：DNA拓扑异构酶(解旋酶）

DNA拓扑异构酶(解旋酶）

• 既能水解，又能连接磷酸二酯键
• 拓扑酶Ⅰ 切断DNA双链中的一股
• 拓扑酶Ⅱ 切断DNA双链
• 单链DNA结合蛋白（SSB）–维持模板处于单链状态–保护单链的完整

第28页：引物酶在DNA复制中的作用复制起始时引物

引物酶在DNA复制中的作用复制起始时引物

• 引物酶在DNA复制中的作用复制起始时引物酶与解螺旋酶（DnaB蛋白）共同起作用。DnaB蛋白DnaA蛋白(辨认起始点)DnaC蛋白(辅助解螺旋酶解链)引发体的下游解开双链，再由引物酶催化引物的合成。

第29页：单链DNA结合蛋白在复制中的作用第二节

单链DNA结合蛋白在复制中的作用第二节

• 单链DNA结合蛋白在复制中的作用第二节DNA复制的酶学和拓朴学变化

第30页：拓扑异构酶在复制中的解螺旋作用拓扑异构酶

拓扑异构酶在复制中的解螺旋作用拓扑异构酶

• 拓扑异构酶在复制中的解螺旋作用拓扑异构酶I：切断DNA双链中的一股，使DNA解链旋转不打结，适当时候又把切口封闭，使DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶II：在无ATP时，切断处于超螺旋状态的DNA分子双链某一部位，断端通过切口使超螺旋松弛；在有ATP时，断端在拓扑酶催化下恢复连接松弛状态的DNA又进入负超螺旋状态。拓扑酶对DNA分子的作用是既能水解，又能连接磷酸二酯键。

第31页：DNA连接酶在复制中的作用第二节DNA复

DNA连接酶在复制中的作用第二节DNA复

• DNA连接酶在复制中的作用第二节DNA复制的酶学和拓朴学变化

第32页：三种酶催化生成磷酸二酯键的比较提供核糖

三种酶催化生成磷酸二酯键的比较提供核糖

• 三种酶催化生成磷酸二酯键的比较提供核糖3´-OH 提供5´-P 结果DNA聚合酶引物或延长游离dNTP （dNMP）n+1中的新链去PPi连接酶复制中不连续不连续
• 连续链的两条单链拓扑酶切断、整理后改变拓扑状态的两链

第33页：第三节DNA生物合成过程

第三节DNA生物合成过程

• 复制的起始
• DNA解链
• 引发体和引物
• 复制的延长
• 复制延长的生化过程
• 复制的半不连续性和冈崎片段
• 滚环复制
• 复制的终止
• 原核生物复制终止及不连续片段连接
• 真核生物的端粒和端粒酶原核

第34页：双向复制复制叉复制子DNA解成单链第三节

双向复制复制叉复制子DNA解成单链第三节

第35页：原核生物DNA的双向复制第三节

原核生物DNA的双向复制第三节

第36页：复制子第三节DNA生物合成过程

复制子第三节DNA生物合成过程

第37页：复制起始点第三节DNA生物合成过程E.

复制起始点第三节DNA生物合成过程E.

• 复制起始点第三节DNA生物合成过程E.coli复制起始点oriC跨度为245bp，包含有三组串联重复序列和两对反向重复序列

第38页：引发体和引物

引发体和引物

• 复制中引物--短链RNA–引物酶5′到3′合成RNA引物（约10bp）
• 引物酶进入，加上解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶（DnaG蛋白）和DNA的起始复制区域形成引发体。
• DNA聚合酶Ⅲ由其β亚单位辨认引物，新链的第一个脱氧核苷酸与引物的3-OH形成磷酸二酯键，开始复制
• 拓扑异构酶松弛螺旋。

第39页：引发体的生成第三节DNA生物合成过程

引发体的生成第三节DNA生物合成过程

第40页：引发体的生成第三节DNA生物合成过程

引发体的生成第三节DNA生物合成过程

第41页：引发体的生成第三节DNA生物合成过程

引发体的生成第三节DNA生物合成过程

第42页：参与复制起始的各种蛋白质名称功能

参与复制起始的各种蛋白质名称功能

• 参与复制起始的各种蛋白质名称功能DnaA蛋白辨认起始点解螺旋酶（DnaB蛋白，解开DNA双链rep蛋白）DnaC蛋白协助解螺旋酶引物酶（DnaG蛋白）催化RNA引物生成SSB 稳定解开的单链拓扑异构酶理顺DNA链oriC（245bp的DNA组分）E.coli的复制起始点

第43页：3´……AAGACCTATT……5´5´

3´……AAGACCTATT……5´5´

• 3´……AAGACCTATT……5´5´……TTCTGGATAA……3´复制的延长随从链前导链冈崎片段

第44页：复制的延长–原核生物为pol Ⅲ–真核生

复制的延长–原核生物为pol Ⅲ–真核生

• 复制的延长–原核生物为pol Ⅲ–真核生物为DNA 聚合酶α和δ，其中α与随从链的合成有关，δ与领头链的合成有关
• 复制延长的生化过程–原核生物复制延长的速度很快，–真核生物复制有多个复制起点，
• 复制的半不连续性和冈崎片段

领头链

连续合成的，而随从链则是不连续合成

• 冈崎片段DNA复制过程中出现一些不连续片段

第45页：第三节DNA生物合成过程复制的延长同一复

第三节DNA生物合成过程复制的延长同一复

• 第三节DNA生物合成过程复制的延长同一复制叉上，领头链与随从链的延长不同步，但由同一DNA聚合酶催化。

第46页：复制的终止第三节DNA生物合成过程

复制的终止第三节DNA生物合成过程

• 原核生物复制终止及不连续片段连接–复制有终止点–领头链是不间断延长的，随从链是生成一个个的冈崎片段，最后连接成一条完整的DNA链。
• polⅠ 5′→ 3′外切酶活性水解引物
• polⅠ聚合活性填补空隙
• DNA连接酶连接缺口。

第47页：复制的终止第三节DNA生物合成过程

复制的终止第三节DNA生物合成过程

第48页：真核生物的端粒和端粒酶

真核生物的端粒和端粒酶

端粒(telomere)

真核生物染色体线性DNA分子末端的结构–富含GC的重复序列–人：(TTAGGG)n

• 端粒酶(telomerase)RNA--蛋白质复合物既有模板，又有逆转录酶–以自身的RNA为模板延长DNA单链，然后反折为双链, 爬行模式–端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关

第49页：端粒和端粒酶第三节DNA生物合成过程–爬

端粒和端粒酶第三节DNA生物合成过程–爬

• 端粒和端粒酶第三节DNA生物合成过程–爬行模式

第50页：复制过程中各酶和蛋白质因子的作用

复制过程中各酶和蛋白质因子的作用

第51页：复制的过程模板DNA先解链解旋引物酶作用

复制的过程模板DNA先解链解旋引物酶作用

• 复制的过程模板DNA先解链解旋引物酶作用，以NTP为原料合成RNA引物dNTP存在下由DNA聚合酶Ⅲ催化，在RNA引物基础上合成DNA新链DNA聚合酶Ⅰ外切作用切除引物(空缺部位再由该酶发挥填补作用)DNA连接酶连接冈崎片段形成完整的DNA分子(解链酶、解旋酶和单链结合蛋白）（引物酶、NTP）（DNA聚合酶Ⅲ、dNTP）（DNA聚合酶Ⅰ、dNTP）（DNA连接酶）参与的物质

第52页：第四节逆转录和其他复制方式逆转录

第四节逆转录和其他复制方式逆转录

第四节逆转录和其他复制方式逆转录

以RNA分子为模板合成DNA分子的过程。逆转录酶：以单链RNA为模板合成DNA的酶。此酶有三种活性（作用）：

• 它能以（+）RNA为模板，反向转录出（–）DNA，形成异质双链。
• 它能水解异质双链中的RNA，起到RNA水解酶的作用。
• 它能以（–）DNA为模板合成（+）DNA，产生一个双链的DNA分子。

第53页：逆转录过程第四节逆转录和其他复制方式

逆转录过程第四节逆转录和其他复制方式

第54页：反转录流转录逆转录酶活性

反转录流转录逆转录酶活性

反转录流转录逆转录酶活性

⑴以RNA为模板催化DNA合成；⑵水解杂化双链的RNA⑶以DNA为模板催化DNA的合成（+）RNARNA模板（+）RNA（–）DNA杂化双链（–）DNA单链DNA（–）DNA（+）DNA整合到宿主细胞染色体中（+）RNA子链m RNA

第55页：反转录流逆转录特点

反转录流逆转录特点

反转录流逆转录特点

⑴从RNA→DNA的反向转录过程；⑵DNA中间产物必须结合到宿主细胞染色体中。（大部分逆转录病毒都会引起肿瘤）

第56页：滚环复制和D环复制滚环复制–低等生物如质

滚环复制和D环复制滚环复制–低等生物如质

• 滚环复制和D环复制滚环复制–低等生物如质粒，复制时采用滚环复制。–环状DNA双链一股先开一个缺口，5′端向外伸展，–两股链均直接作为模板，无需另外合成引物。

第57页：滚环复制和D环复制

滚环复制和D环复制

第58页：滚环复制

滚环复制

第59页：滚环复制和D环复制

滚环复制和D环复制

第60页：第五节DNA损伤或突变与修复突变（

第五节DNA损伤或突变与修复突变（

• 第五节DNA损伤或突变与修复突变（mutation）：一些物理化学因子使DNA分子上一个或多个脱氧核糖核苷酸的构成、复制或表型功能的异常变化，这种现象也称为DNA损伤（DNA damage）。
• 突变的意义
• 引发突变的因素
• 突变的分子改变类型
• DNA损伤的修复

第61页：突变的意义

突变的意义

突变

进化、分化的分子基础

• 只有基因型改变的突变
• 致死性的突变

突变

某些疾病的发病基础第五节DNA损伤或突变与修复

第62页：引发突变的因素

引发突变的因素

1. 物理因素：

化学因素

第五节DNA损伤或突变与修复

第63页：诱变因素及突变类型

诱变因素及突变类型

第64页：突变的分子改变类型

突变的分子改变类型

• 错配（点突变）
• 缺失、插入和框移
• 重排第五节DNA损伤或突变与修复

第65页：胞病发病机理图

胞病发病机理图

第66页：不间隔性密码子的不间隔性

不间隔性密码子的不间隔性

不间隔性密码子的不间隔性

在mRNA分子上两个相邻的密码子之间没有任何核苷酸的间隔，即正确翻译时，必须从某一特定的起点开始，连续地一个密码子挨着一个密码子“阅读翻译”下去，直到终止密码子。5′-AUGCUACACGCUCUA……UACUAG-3′一般相邻密码子中的核苷酸不能重复使用。如果在mRNA分子中插入或减去某一个核苷酸，就会使这一核苷酸以后的“阅读”发生错误，合成多肽链中所代表的氨基酸也不一样，称之为移码突变。5′-AUGCUACCACGCUCUA……UACUAG-3′5′-AUGCUAACGCUCUA……UACUAG-3′

第67页：DNA损伤的修复

DNA损伤的修复

• 光修复
• 切除修复
• 重组修复
• SOS修复第五节DNA损伤或突变与修复

第68页：DNA损伤的修复（续）

DNA损伤的修复（续）

• 光修复
• 紫外光照射可使相邻的两个T 形成二聚体
• 光修复酶可使二聚体解聚为单体状态，DNA完全恢复正常。光修复酶的激活需300-600μm波长的光。

第69页：切除修复参与的酶有核酸内切酶

切除修复参与的酶有核酸内切酶

• 切除修复参与的酶有核酸内切酶，polⅠ,DNA连接酶切除修复

第70页：切除修复参与的酶有核酸内切酶（续）

切除修复参与的酶有核酸内切酶（续）

• 重组修复
• 重组蛋白RecA，polⅠ，连接酶参与
• 损伤会保留下去重组修复

第71页：小结中心法则及其补充复制（

小结中心法则及其补充复制（

• 小结中心法则及其补充复制（replication）逆转录半保留复制领头链随从链冈崎片段复制原料、模板、酶、产物复制基本过程DNA损伤与修复复习思考题

第72页：