第九章 DNA的生物合成

HIV严重急性呼吸综合症（SevereAcuteRespiratorySyndrome）禽流感病毒H5N1禽流感1958Crick–中心法则复制转录翻译经补充逆转录RNA复制中心法则DNARNA蛋白质转录反转录翻译复制复制主要内容•掌握DNA复制的概念和特点•掌握原核生物DNA合成的过程•掌握逆转录•了解DNA损伤的修复1.DNA复制准备replicationDNA复制以亲代DNA为模板，按照碱基配对的规律合成出与亲代DNA分子相同的两个子代双链DNA的过程3.复制方式半保留复制全保留复制分散复制/弥散复制•1958年，Meselson和Stahl利用同位素示踪法首先证明了DNA的半保留复制。N15/N15N14/N14氯化铯密度梯度离心全保留？分散式？半保留？N14/N15N14/N14N15/N15N14/N14N14/N15N14/N151.1DNA复制主要特点半保留复制子代细胞的DNA双链，其中一股单链从亲代完整的接受过来，另一股单链完全重新合成。半保留复制的意义子代完全保留了亲代DNA的全部遗传信息。半保留复制有什么意义？问：DNA按半保留方式复制。如果一个完全放射标记的双链DNA分子，放在不含有放射标记物的溶液中，进行两轮复制，所产生的四个DNA分子的放射活性将会怎样：A．半数分子没有放射性B．所有分子均有放射性C．半数分子的两条链均有放射性D．一个分子的两条链均有放射性E．四个分子均无放射性A．半数分子没有放射性B．所有分子均有放射性C．半数分子的两条链均有放射性D．一个分子的两条链均有放射性E．四个分子均无放射性问：DNA按半保留方式复制。如果一个完全N15放射标记的双链DNA分子，放在不含有放射标记物N14的溶液中，在第n代中N14/N14的数量为。2n-21.2DNA复制的条件高能的底物：dATP、dGTP、dCTPdTTP。酶：DNA聚合酶、解旋酶、拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白、引物酶、DNA连接酶等。1.3原核生物的酶类(1)DNA解螺旋酶（DNAhelicase）(2)单链结合蛋白(SSB)single-strandbindingprotein(3)DNA聚合酶（DNApolymerases）(4)引物酶（primase）(5)拓扑异构酶（topoisomerase）(6)DNA连接酶（DNAligase）•DNA解螺旋酶，也叫解链酶，就是催化DNA双螺旋解链•大肠杆菌中有解螺旋酶活性的蛋白质已发现有十多种，它们都有依赖双链DNA的ATPase活性，依靠水解ATP提供解链所需要的能量。（1）DNA解螺旋酶（DNAhelicase）•DNA双螺旋经解螺旋酶解链形成的单链很快被单链结合蛋白所覆盖，使解链DNA保持单链状态。（2）单链结合蛋白（single-strandbindingprotein,SSB）•在大肠杆菌中发现了三种DNA聚合酶，分别命名为DNA聚合酶I、II、III。•1999发现DNA聚合酶IV、V(3)DNA聚合酶（DNApolymerases）原核生物DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ功能5´3´聚合活性+++3´5´外切酶活性+++5´3´外切酶活性+--聚合速率（核苷酸数/分/酶）10005060000•DNA的合成有没有方向性？•DNA聚合酶为多功能酶，有聚合作用，又有外切作用，互相矛盾，怎样解释？原核生物DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ功能5´3´聚合活性+++3´5´外切酶活性+++5´3´外切酶活性+--聚合速率（核苷酸数/分/酶）10005060000•DNA聚合酶I它的主要功能是参与DNA修复，切除RNA引物。•DNA聚合酶Ⅱ它的主要功能可能是参与DNA的损伤修复。（具体不祥）•DNA聚合酶Ⅲ寡聚酶，DNA聚合酶Ⅲ才是催化大肠杆菌DNA复制主要的酶。进行性肌营养不良唇裂•大肠杆菌的DNA复制需要由引物酶合成一小段RNA作为DNA合成的引物，因为所有的DNA聚合酶都只有按模板链的指令，在引物3‘-OH端延伸新链的功能，没有从头开始合成的活力。•合成RNA做引物有什么好处？（4）引物酶（primase）DNA的合成具有方向性，那么两条新合成链上需要的引物数目是否相同？请看动画•引起拓扑异构反应的酶称为拓扑异构酶。DNA复制时模板DNA超螺旋的松弛和复制后超螺旋的再恢复都需要拓扑异构酶的参与。•按照作用机制，拓扑异构酶可分为Ⅰ、Ⅱ两种类型。（5）拓扑异构酶（topoisomerase）•拓扑异构酶Ⅱ也叫旋转酶(gyrase)。•拓扑异构酶Ⅱ在有ATP功能的情况下，可引入负超螺旋，可消除复制叉前进时产生的扭曲张力，它和拓扑异构酶Ⅰ一起共同控制着DNA的拓扑结构。请看动画•拓扑异构酶Ⅰ.•它可先切开DNA双螺旋的一条链，同时牵动另一条链通过切口，再把切断的链重新连接上。拓扑异构酶Ⅰ可消除负超螺旋，对正超螺旋无作用。动画•DNA连接酶催化单链DNA切口共价连接。注意：•切口上的3'-OH与5'-磷酸基必须相邻•大肠杆菌DNA连接酶利用依赖NAD+，真核细胞则需要ATP为反应供能。（6）DNA连接酶（DNAligase）•DNA解螺旋酶（DNAhelicase）•(2)单链结合蛋白(SSB)••(3)DNA聚合酶（DNApolymerases）•(4)引物酶（primase）•(5)拓扑异构酶（topoisomerase）•(6)DNA连接酶（DNAligase）•请看动画问：参加DNA复制的酶类包括：（1）DNA聚合酶Ⅲ；（2）解链酶；（3）DNA聚合酶Ⅰ；（4）RNA聚合酶（引物酶）；（5）DNA连接酶。其作用顺序是：A．（4）、（3）、（1）、（2）、（5）B．（2）、（3）、（4）、（1）、（5）C．（4）、（2）、（1）、（5）、（3）D．（4）、（2）、（1）、（3）、（5）E．（2）、（4）、（1）、（3）、（5）2.DNA复制的过程(1)复制的起始•解链及复制叉的形成•引发体、引物酶、引物RNA的形成(2)链的延伸•前导链和滞后链、冈崎片段的形成(3)链的终止•引物的切除和缺口的填补•后随链DNA片段的连接、连接酶2.1复制的起始首要问题是什么？•原核细胞染色体的复制只能从一个特定位点开始，在另一个特定位点上终止。像这样能独立进行复制的单位称为复制子（replicon）。•此外，质粒DNA和细胞器DNA都只有一个复制起点；真核细胞基因的线状DNA上含有多个复制起点，是多复制子的。真核细胞DNA链较原核生物长很多，聚合速度又较慢，如何解决？•一些特殊的蛋白质可以识别并结合于复制起点，随即使DNA双螺旋局部解链，形成“复制眼”，在其两端DNA的两股链呈Y字状，称为复制叉，分别向两侧进行复制。2.2链的延伸•当复制引发过程完成之后，DNA聚合酶Ⅲ即结合到DNA模板上，在RNA引物3'—OH后面合成新的DNA链。DNA复制时，5′—TpApGpAp－3′序列产生的互补结构是下列哪一种：A．5′—TpCpTpAp－3′B．5′—ApTpCpTp－3′C．5′—UpCpUpAp－3′D．5′—GpCpGpAp－3′E．3′—TpCpTpAp－5′•当复制叉沿DNA模板向前移动时，新生成的DNA方向与复制叉移动方向相同吗？•为什么？•选择若以走向为3'→5'的亲代链为模板，子代链就能连续合成，称为前导链（leadingstrand）•若以走向为5'→3'的亲代链为模板,子代链就先合成许多小片段，再由DNA聚合酶Ⅰ切除片段上的引物，填补片段之间的空缺，最后由连接酶把它们连接成一条完整的子代链，称为滞后链（laggingstrand）解链方向•冈崎片段：滞后链的合成是以亲代5'´3'为模板链，先合成一些小的片段，然后再将这些片段连成一条新链，这些小的DNA片段•半不连续复制：DNA复制中，一条新链是按5'´3'的方向（与复制叉移动的方向相同）连续合成，另一条新链则按5'´3'方向（与复制叉移动方向相反）不连续合成。2.3复制的终止RNA引物的切除：5'3'外切酶缺口的填补：DNA聚合酶I切口的连接：DNA连接酶，需能NAD+DNApolymeraseIreplacestheRNAprimersbyDNAsequencesandDNAligasesealsthenicks3.复制的保真性•严格遵守碱基的配对原则•聚合酶在复制延长中，对碱基的选择功能•复制出错时,有即时的校读功能：3′´5′外切酶活性（作用于单链）4.逆转录合成DNA•以RNA为模板合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息从DNA到RNA的过程相反，故称为逆转录。•逆转录酶•还原性病毒逆转录过程逆转录酶具有:•依赖于RNA的DNA聚合酶活性•核糖核酸酶H活性（降解RNA活性）•依赖于DNA的DNA聚合酶活性•还有一些别的活性5.DNA损伤的修复紫外线烷化剂氧化剂电离辐射•光修复•重组修复•切除修复•SOS修复暗修复•重组修复•SOS修复，错误倾向修复问：切除修复可以纠正下列哪一项引起的DNA损伤：A．碱基缺失B．碱基插入C．碱基甲基化D．胸腺嘧啶二聚体形成E．碱基烷基化