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10 dna复制.ppt

10 dna复制.ppt

上传者: jjkk 2011-07-14 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《10 dna复制ppt》,可适用于自然科学领域,主题内容包含中心法则DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录第三篇基因信息的传递DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesisReplication第十章复符等。

中心法则DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录第三篇基因信息的传递DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesisReplication第十章复制(replication)是指遗传物质的传代以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication第一节复制的高保真性(highfidelity)复制的三个重要特点半保留复制(semiconservativereplication)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semidiscontinuousreplication)一、半保留复制的实验依据和意义一、半保留复制的实验依据和意义DNA生物合成时母链DNA解开为两股单链各自作为模板(template)按碱基配对规律合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA一股单链从亲代完整地接受过来另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。半保留复制的概念左:MATTHEWMESELSON右:FRANKLINWSTAHLAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA目录子链继承母链遗传信息的几种可能方式全保留式半保留式混合式密度梯度离心密度梯度离心CsCl溶液形成密度梯度加入样品超速离心(>Krpm)进行分离超速离心分离结果密度梯度实验实验结果支持半保留复制的设想。第一代第二代梯度离心结果密度梯度离心对假设的支持与否定按半保留复制方式子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致即子代保留了亲代的全部遗传信息体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性是物种稳定性的分子基础但不是绝对的。二、双向复制二、双向复制原核生物复制时DNA从起始点(origin)向两个方向解链形成两个延伸方向相反的复制叉称为双向复制。A环状双链DNA及复制起始点B复制中的两个复制叉C复制接近终止点(termination,ter)大肠杆菌染色质DNA复制的放射性自显影照片真核生物每个染色体有多个起始点是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。三、复制的半不连续性三、复制的半不连续性领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)顺着解链方向生成的子链复制是连续进行的这股链称为领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反不能顺着解链方向连续延长这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。领头链连续复制而随从链不连续复制就是复制的半不连续性。DNA复制的酶学TheEnzymologyofDNAReplication第二节参与DNA复制的物质底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶简写为DNApol模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供OH末端使dNTP可以依次聚合其他的酶和蛋白质因子一、复制的化学反应(dNMP)ndNTP(dNMP)nPPi目录’’聚合反应的特点聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板新链的延长只可沿方向进行。二、DNA聚合酶二、DNA聚合酶全称:依赖DNA的DNA聚合酶(DNAdependentDNApolymerase)简称:DNApol活性:的聚合活性核酸外切酶活性外切酶活性外切酶活性能切除突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对并将其水解。核酸外切酶活性目录首先发现DNA聚合酶的AKornbergAKornberg在端详DNA聚合酶模型(摄于年斯坦福大学生物化学系)AKornberg年获得诺贝尔奖后全家福摄于斯德哥尔摩。各种DNA聚合酶的共同三维结构示意图聚合酶活性中心外切酶活性中心(一)原核生物的DNA聚合酶DNApolⅠDNApolⅡDNApolⅢ(一)原核生物的DNA聚合酶功能:对复制中的错误进行校读对复制和修复中出现的空隙进行填补。DNApolⅠ(kD)个氨基酸小片段核酸外切酶活性大片段Klenow片段个氨基酸DNA聚合酶活性核酸外切酶活性N端C端DNApolⅠKlenow片段是实验室合成DNA进行分子生物学研究中常用的工具酶。DNApolⅡ(kD)DNApolII基因发生突变细菌依然能存活。它参与DNA损伤的应急状态修复。功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。DNApolⅢ(kD)四个功能部分:核心酶催化核苷酸聚合和校正β亚基套环套住DNAγ复合体加载β亚基τ亚基连接具柔韧性DNApolⅢ空间结构模型DNApolⅢ空间结构模型(二)真核生物的DNA聚合酶DNApol起始引发有引物酶活性。延长子链的主要酶有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNApolDNApolDNApolDNApol(二)真核生物的DNA聚合酶三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行是遗传信息能准确传代的基本原理。复制保真性的酶学机制:(一)复制的保真性和碱基选择(二)DNApol的核酸外切酶活性和及时校读(一)DNApol的聚合活性中心可以选择核苷酸与新进入的正确核苷酸形成氢键否则聚合活性大大降低。一旦错配DNA将掉入外切活性中心(二)DNApol的核酸外切酶活性和及时校读(二)DNApol的核酸外切酶活性和及时校读A:DNApol的外切酶活性切除错配碱基并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B:碱基配对正确DNApol不表现外切活性。遵守严格的碱基配对规律聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能复制出错时DNApol的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制四、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化DNA分子的碱基埋在双螺旋内部只有把DNA解成单链它才能起模板作用。(一)解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白EColi基因图目录解螺旋酶(helicase)利用ATP供能作用于氢键使DNA双链解开成为两条单链引物酶(primase)复制起始时催化生成RNA引物的酶单链DNA结合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整(二)DNA拓扑异构酶(DNAtopoisomerase)解链过程中正超螺旋的形成目录拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶Ⅱ分类拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链使DNA解链旋转不致打结适当时候封闭切口DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能连接断端DNA分子进入负超螺旋状态。作用机制目录五、DNA连接酶连接DNA链OH末端和相邻DNA链P末端使二者生成磷酸二酯键从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。DNA连接酶(DNAligase)作用方式HO’’’’DNA连接酶ATPADP’’’’目录DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication第三节(一)复制的起始需要解决两个问题:DNA解开成单链提供模板。合成引物提供OH末端。一、原核生物的DNA生物合成Ecoli复制起始点oriCDNA解链起始点(oriC)的特殊序列()DnaA蛋白首先解链DnaA蛋白结合反向重复序列更多的DnaA蛋白结合引起DNA缠绕DnaA蛋白作用串联重复序列引起解链()DnaB蛋白解旋DnaB蛋白解旋SSB结合保持单链DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。引物引物酶(二)复制的延长复制的延长指在DNApol催化下dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。OH''目录复制过程简图目录目录一个DNApolyⅢ同时指导两条子链合成辛勤工作中的DNApolyⅢ模式图原核生物基因是环状DNA双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。(三)复制的终止随从链上不连续性片段的连接目录•细胞能否分裂决定于进入S期及M期这两个关键点。GS及GM的调节与蛋白激酶活性有关。•蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。哺乳动物的细胞周期DNA合成期GGSM二、真核生物的DNA生物合成•真核生物每个染色体有多个起始点是多复制子复制。复制有时序性即复制子以分组方式激活而不是同步起动。•复制的起始需要DNApolα(引物酶活性)和polδ(解螺旋酶活性)参与。还需拓扑酶和复制因子(replicationfactor,RF)。•增殖细胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。(一)复制的起始领头链亲代DNA随从链引物核小体(二)复制的延长染色体DNA呈线状复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物去除后留下空隙。(三)复制的终止目录目录切除引物的两种机制目录端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。正常端粒(telomere)有关端粒对寿命的争论Dolly死于岁第一个克隆生物母羊多莉()多莉与自己的幼崽端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein,hTP)端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)组成发现端粒酶的ElizabethBlackburn端粒酶的工作方式爬行模型不同细胞中端粒的长短不同干细胞永生细胞和癌细胞衰老细胞成熟细胞逆转录和其他复制方式ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays第四节逆转录酶(reversetranscriptase)逆转录(reversetranscription)一、逆转录病毒和逆转录酶逆转录病毒细胞内的逆转录现象典型的逆转录病毒HIVHIV由跨膜糖蛋白、病毒脂质膜、膜辅助蛋白、内核壳蛋白、RNA、逆转录酶组成病毒感染过程分子生物学研究可应用逆转录酶作为获取基因工程目的基因的重要方法之一此法称为cDNA法。以mRNA为模板经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。试管内合成cDNAcDNAcomplementaryDNA二、逆转录研究的意义逆转录酶和逆转录现象是分子生物学研究中的重大发现。逆转录现象说明:至少在某些生物RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究拓宽了世纪初已注意到的病毒致癌理论。滚环复制(rollingcirclereplication)三、滚环复制和D环复制是某些低等生物的复制形式如X和M噬菌体等。滚环复制目录D环复制(Dloopreplication)是线粒体DNA(mitochondrialDNAmtDNA)的复制形式。DNA损伤(突变)与修复DNADamage(Mutation)andRepair第五节遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变均可称为突变。在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNAdamage)。从分子水平来看突变就是DNA分子上碱基的改变。一、突变的意义(一)突变是进化、分化的分子基础(二)突变导致基因型改变(三)突变导致死亡(四)突变是某些疾病的发病基础二、引发突变的因素物理因素紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射化学因素目录三、突变的分子改变类型错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。(一)错配镰刀型红细胞贫血是一种点突变血液中有大量镰刀型红细胞血红蛋白彼此联结成纤维状镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基正常成人Hb(HbA)β亚基镰刀型红细胞贫血其实是一种自然选择疟疾在欧亚大陆的分布镰刀型贫血在欧亚大陆的分布(二)缺失、插入和框移缺失:一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。插入:原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。缺失或插入都可导致框移突变。缺失引起框移突变(三)重排DNA分子内较大片段的交换称为重组或重排。减数分裂时发生正常重组重组错误引起的地中海贫血的基因型目录四、DNA损伤的修复修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施使其回复为原有的天然状态。光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复修复的主要类型(一)光修复光修复酶(photolyase)UV(二)切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制主要由DNApolⅠ和连接酶完成。Ecoli的切除修复机制目录(三)重组修复()(三)重组修复()(四)SOS修复当DNA损伤广泛难以继续复制时由此而诱发出一系列复杂的反应。在Ecoli各种与修复有关的基因组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。这种修复特异性低对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复复制如能继续细胞是可存活的。然而DNA保留的错误较多导致较广泛、长期的突变。本章完

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