生物化学CAI课件

生物化学CAI课件盛德乔第三篇基因信息的传递中心法则DNARNA蛋白质转录翻译复制逆转录RNA复制基因(gene)--是为生物活性产物编码的DNA功能片段，这些产物主要是蛋白质或是各种RNA第十一章DNA的生物合成（复制）•复制的要点–1半保留复制–2有起始点、终止点和方向–3半不连续复制第一节半保留复制•半保留复制(semiconservativereplication)----当细胞分裂,DNA进行复制时，双螺旋结构解开而成为单链，用于合成新的互补链。子代细胞出现新的DNA双链，其中一股单链是从亲代完整地接受过来的。另一股单链完全重新合成，且按碱基配对原则互补。DNA半保留复制的证据第一代第二代细菌（含15N-DNA)普通DNA普通DNA重DNA重DNA普通培养基普通培养基细菌DNA双链密度梯度离心15N-DNA14N-DNA第二节DNA复制的酶学•1.底物dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)•2.聚合酶DNA聚合酶（DNA依赖的DNA聚合酶)DNA--pol•3.模板单链的DNA母链•4.引物寡核苷酸引物（RNA)•5.其他酶和蛋白质因子解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶DNA聚合酶的活性•5′至3′的聚合活性–5′→3′方向•核酸外切酶活性–5′→3′外切酶活性–3′→5′外切酶活性一、复制的化学反应•5′至3′的聚合活性（5′→3′）pppppppPPPOH＋OHOH55γβα＋PPiN1N2N3N1N2N3′5′33′′′•核酸外切酶活性•3′→5′外切酶活性•5′→3′外切酶活性5335′′′′3′→5′外切酶活性5′→3′外切酶活性二、DAN聚合酶（DNApolymerase)•(一)原核生物：–polⅠ与校读，修复有关•小片段5′→3′核酸外切酶活性•大片段（Klenow片段）聚合活性、3′→5′外切活性常用的工具酶–polⅡ–polⅢ真正起复制作用的酶由10种亚基组成的不对称二聚体，α、ε、θ组成核心酶•聚合活性、3′→5′外切活性•（二）真核生物（DNA-pol）：•α与随从链的合成有关•β核酸外切酶活性与修复有关•γ存在于线粒体•δ与领头链的合成有关•ε与校读、修复和填补缺口有关•（三）DNA聚合酶的核酸外切酶活性和复制的保真性–核酸外切酶活性和即时校读•DNA-polⅠ，Ⅱ的3′→5′外切酶活性–复制的保真性和碱基选择•polⅢ的ε亚基•先形成氢键，再生成磷酸二酯键–依赖三种机理•1遵守严格的碱基互补配对规律•2聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能•3复制中出错时有即时校读功能三、复制中解链和DNA分子的拓扑学变化•（一）解螺旋酶–领头链rep蛋白DnaB–随从链解链酶Ⅱ35rep蛋白解链酶Ⅱ5′35′′′3′′SSB领头链随从链•（二）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•（三）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•四、引物酶和引发体•引物酶RNA聚合酶DnaG（RNA聚合酶）•引发体DnaA辨认复制启始点，再结合DnaB,DnaC及其他复制因子形成复合体五、DNA连接酶（ligase）•催化两段DNA之间的连接35535353HOPDNAligaseNADATPNMNAMP+PPi′′′′′′′′+POHP5533+53′′′′′′DNAligaseOOHPOOO-OOHPOOOPP--αβγPPi第三节DNA生物合成过程•一复制的起始•（一）DNA解成单链原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制θ复制起点起点起点原核生物DNA的双向复制•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•复制叉----复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构，称为复制叉•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•（二）引发体的生成•复制过程需要引物--短链RNA–引物酶合成RNA引物（十个bp左右），方向为5′到3′•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。•复制过程中各酶和蛋白质因子的作用拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物领头链随从链冈崎片段5′5′3′3′•二复制的延长–原核生物为polⅢ–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•（一）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，•（二）复制的半不连续性和冈崎片段•领头链是连续合成的，而随从链则是不连续合成•冈崎片段冈崎用电子显微镜看到了DNA复制过程中出现一些不连续片段，这些不连续片段只存在与DNA复制叉上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为冈崎片段。•（三）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，不需要另外合成引物。35′′535′′′领头链随从链53′′53′′滚环复制三复制的终止•（一）原核生物复制终止及不连续片段连接–复制有终止点ter–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。•polⅠ5′→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。3355′′′′3355′′′′3355′′′′polⅠDNA连接酶3355′′′′5′3′3′5′polⅠ•(二)真核生物的端粒和端粒酶•端粒(telomere)是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、肿瘤的发生有关复制的过程第四节DNA的损伤修复•突变-----DNA分子上碱基的改变–自发突变、人工诱变•一突变的意义–突变是进化、分化的分子基础–只有基因型改变的突变–致死性的突变–突变是某些疾病的发病基础•二、引发突变的因素诱变因素突变类型物理因素紫外线照射形成胸腺嘧啶二聚体离子辐射打断DNA分子上的共价键化学因素5-溴尿嘧啶(5-BU)5-BU取代A，并异构成G，结果是A-T配对变为G-T配对，最后变为C-G配对羟胺转换T为C，结果是A-T配对改为C-G配对亚硝酸盐使C脱氨成U，原G-C配对变为G-U配对，最后使G-C变为A-T氮芥类使G的N-7烷化后除去，成为无鸟嘌呤的链生物因素肿瘤病毒插入宿主细胞基因组中，引起细胞癌变诱变因素及突变类型•三、突变分子改变的类型•错配（点突变）–一个碱基改变•缺失、插入和框移突变–片段插入或缺失•重排–较大片段重组或重排c-rasH基因P21ras产物GGCCAGglyglnGTCval※EJ/T24细胞株的突变四、损伤的修复•损伤--复制过程中发生的DNA突变•光修复•切除修复•重组修复•SOS修复•（一）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。NNCH3OORHPHROOCH3NNNNCH3OORHHNNCH3OORPUVTT光修复酶•（二）切除修复•参与的酶有核酸内切酶，polⅠ,DNA连接酶特异核酸内切酶polⅠDNA连接酶•（三）重组修复•重组蛋白RecA，polⅠ，连接酶参与损伤会保留下去•（四）SOS修复•DNA损伤面太大，复制难以继续。•复制，修复的酶，重组蛋白RecA，调控蛋白LexA等组成一个庞大的调控网络。•特异性很低•着色性干皮病患者缺乏特异的核酸内切酶，紫外光照射后易患皮肤癌第五节逆转录现象和逆转录酶•RNA病毒•逆转录酶(reversetranscriptase,RT)–逆转录活性–RNaseH活性–DNA聚合酶活性RNA模板杂化双链单链DNA双链DNA反转录酶RNaseH碱水解DNA聚合酶整合S1核酸酶细胞内复制试管内合成反转录酶反转录酶本章要点1、掌握生物学中心法则。2、掌握DNA聚合酶催化的反应，复制保真性依赖的机理。3、掌握DNA点突变、缺失、插入、倒位的概念、损伤的修复方式。4、掌握半保留复制，不连续复制的概念。5、熟悉解链酶，拓扑异构酶，引物酶及DNA连接酶催化的反应。复习思考题•1、DNA复制时不需要下列哪一种酶？•ADNA指导的DNA聚合酶•BRNA指导的DNA聚合酶•CDNA指导的RNA聚合酶•D连接酶•E拓扑异构酶•2下列过程中不需要DNA连接酶参与的是•ADNA复制BDNA重组•CDNA修复DDNA修饰•3DNA复制时，如模板链为5′-TAGA-3′将会合成哪种互补结构？•A5′-TCTA-3′B5′-ATCT-3′•C5′-UCUA-3′D5′-AUCU-3′•4名词解释•半保留复制领头链随从链岗崎片段点突变•5在DNA半保留复制中，两条新合成的链为什么都可以5′→3′延长？