生物化学课件影像生化 第九章 复制.ppt

,遗传信息传递篇,200 years from now, we will talk about Watson and Crick the same way that people talk about Isaac Newton in terms of Physics. --Robert A.Weinberg,DNA的双螺旋结构,中心法则,蛋白质,RNA,DNA,DNA,DNA,,,,,,click,,复制传 代,,基因表达,,H.Temin,,第十章,DNA的生物合成（复制）,目 录,第3节 复制的基本过程,第2节 复制反应与酶类,第1节 复制的基本规律,第4节 特殊的复制形式,第5节 DNA损伤与修复,第一节 复制的三大基本规律,一、半保留复制,二、双向复制,三、半不连续复制,一、半保留复制,,,,,,,,,亲代DNA,模板,模板,子代DNA,子代DNA,,,知识点,A,T,T,A,全保留,半保留,混合式,半保留复制的证实,1958年，Messelson和Stahl用实验证实了半保留复制。 Watson和Crick称他们的实验是“the most beautiful experiment in biology ”,实验技术：密度梯度离心,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,密度,高速离心机,,实验材料,大肠杆菌,实验过程及结果,15N,14N,14N,,,一代,二代,,,,,离心,离心,离心,,,,,,,亲代,一代,二代,,,全保留复制与实验结果,,,,,,,,亲代,一代,二代,,,混合复制与实验结果,,,,,,,,亲代,一代,二代,,,半保留复制与实验结果,,,,,,,,二、双向复制,,复制起点,,,,,,,,,,,,原核生物单复制子复制,,,复制起点,,复制终点,,,,,,,,真核生物多复制子复制,,,,复制起点,复制起点,复制起点,,复制子,,,,,,,,,,,,,,,,复制叉,三、半不连续复制,3’,DNA聚合酶的聚合方向5’ →3’,3’,5’,5’,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,冈崎片段,,RNA引物,,,领头链,随从链,,,半不连续复制动画,知识点,1968年，日本科学家冈崎在美国攻读博士期间，发现了DNA的半不连续复制。,半不连续复制形成的原因：随从链DNA的合成方向与DNA的解链方向相反。,返回,第二节 复制反应与酶类,一、复制反应,二、参与复制的酶类,一、复制反应,A,G,C,A,A,G,A,A,C,3’,5’,T,C,G,T,T,C,T,T,G,5’,3’,,,,,,,,,,,亲本链,,合成方向,3’- 5’磷酸二酯键,,,氢键,C,G,A,复制体系的组成,,,,,,模板,底物,酶类,解开成单链的DNA亲本链,dATP,dGTP,dTTP,dCTP,DNA聚合酶,解螺旋酶,拓扑异构酶,连接酶,单链结合蛋白,知识点,二、参与复制的酶类,（一）DNA聚合酶,以dNTP为底物，催化DNA合成的一类酶,DNA聚合酶,全称：依赖DNA的DNA聚合酶,DNA-dependent DNA polymerase,英文缩写：DDDP或DNA-pol,合成方向：5’ -3’,合成需要RNA引物,原核生物DNA聚合酶,,DNA-polⅠ,DNA-polⅡ,DNA-polⅢ,组成,聚合速度,功能,单体,单体,多聚体,低,低,高,切除引物 填补空缺 校正错误,应急备用,复制,,,真核生物DNA聚合酶,细胞 定位,核,核,核,核,线粒体,功能,引物 酶活 性,应急 备用,线粒 体DNA 复制,延长子 链的主 要酶， 解旋酶 活性,填补 引物 空缺 切除 修复,,,α,β,γ,δ,ε,,DNA聚合酶存在外切核酸酶活性，若添加了错误的核苷酸，及时切除以校正。,（二）解旋酶,解开DNA双螺旋的酶,解旋酶,复制叉,解旋酶的作用本质：打断碱基间的氢键,（三）单链DNA结合蛋白,维持稳定单链DNA，并保护其不被降解,,,3’,5’,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,复制方向,,,,,,,,,,,,,,,解旋酶,单链结合蛋白,,,,,,,,,,,,,,,,5’,3’,,,,,,,,,（四）引物酶,合成RNA引物，为DNA聚合酶提供3’-OH末端，其本质是依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP）。,3’,3’,5’,5’,,,,,,,,,,,,,,,,,,,引物酶,,,（五）DNA拓扑异构酶,,拓扑异构酶切断超螺旋双链中的一条或两条单链使其旋转释放超螺旋,作用本质：3 ´, 5´-磷酸二酯键的断裂和重新形成,（六）DNA连接酶,,,,3’,3’,5’,5’,连接DNA双链中的单链缺口,,连接酶,,生成3’- 5’磷酸二酯键,连接酶动画,,,,3’,3’,5’,5’,,,,,3’,3’,5’,5’,,粘性末端,平末端,返回,第三节 DNA复制的基本过程,一、起 始,二、延 伸,三、终 止,复制的起始需要解决两个问题：,1. DNA解开成单链，提供模板。,2. 合成引物，提供3-OH末端。,一、起 始,E.coli复制起始点 oriC,1. DNA解链,识别区,富含AT区,,,,,,,（1）DnaA识别起始位点,1. DNA解链,（2）DNA起始点解链,串联重复区,富含AT区,,,,,,,DnaA,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Dna A,Dna B,DNA拓扑异构酶,,DnaG,SSB,3,5,3,5,2. 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。,Dna C,,,,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,引物酶,动画：引发体的形成,二、延 长,DNA-pol催化dNTP逐个加入延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成,3’,3’,5’,5’,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,DNA-polⅠ（原）,DNA聚合酶ε（真）,延长过程中的引物切除，填补和冈崎片段连接,DNA连接酶,,,动画：复制的延长,目前认为：两条对应子链 是在同一个DNA-pol III催 化下进行延长； DNA-pol III作为多亚基组成的二聚 体，其两个催化中心分别 催化领头链和随从链的合 成。,三、终 止,原核生物： 复制终止位点ter； Tus蛋白识别和结合终止位点，抑制解旋酶，阻止复制叉前进,真核生物的复制过程,上千个复制子； 非同时启动复制； 过程复杂-课后阅读P147-148,,,3’,5’,5’,3’,,,,,,,,,,,DNA聚合酶ε,真核生物：末端复制问题,,,,,OH,,OH,,OH,,,端粒及端粒酶的作用,端粒：存在于真核细胞线状染色体末端的DNA-蛋白质复合体，能够维持染色体的完整。,端粒酶： RNA+逆转录酶活性,动画：端粒酶的作用,知识点,原核生物复制与真核生物复制比较,bio23 how nucleotides are added in dna replication 复制过程3D动画,返回,三、复制过程的保真性,碱基配对 即时校正 错配修复,第四节 其它特殊的复制形式,一、逆转录,二、滚环复制,三、D环复制,原核生物的质粒、真核生物的线粒体都采用特殊的方式复制。 双链DNA是大多数生物的遗传物质。 某些病毒的遗传物质是RNA。 少数低等生物如M13噬菌体的感染型只含有单链DNA。,一、逆转录,（一）一些病毒，如Rous肉瘤病毒和HIV病毒，基因组为单链RNA,HIV病毒,Rous肉瘤病毒,,,,,单链RNA,双链DNA,逆转录,,,,,宿主DNA,,,（二）逆转录过程,,第一步， 以RNA为模板合成DNA，生成RNA-DNA杂合分子，需要引物,第二步 水解RNA-DNA杂合分子中的RNA，生成单链DNA,第三步 单链DNA为模板合成双链DNA,,3’,,逆转录全过程由逆转录酶完成,H.Temin,逆转录酶具有3种酶活性,1. 依赖RNA的DNA聚合酶活性 (RDDP),2. 核酸酶活性，水解RNA-DNA分 子中的RNA（RNaseH）,3. 依赖DNA的DNA聚合酶活性 (DDDP),知识点,（三）逆转录研究的意义,逆转录酶和逆转录现象，是中心法则的重要补充。 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20世纪初已注意到的病毒致癌理论。,二、滚环复制,（一）某些低等生物，如X174和M13噬菌体，采用滚环复制。,,,在宿主细胞内的复制型为双链DNA,3-OH,,,,,,,,,,,5-P,,,,,,,,（二）滚环复制的特点,1. 不需要引物 2. 单向连续复制,三、D环复制,（一）线粒体DNA的复制形式,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（二）D环复制的特点,1. 需要引物 2. 两条链的复制起始在时间 和空间上均不同,返回,第五节 DNA损伤与修复,一、突变的意义,二、引发突变的因素,三、突变的类型,四、损伤的修复,一、突变的意义,突变是进化、分化的分子基础 突变导致基因型改变，DNA多态性 致死性突变 突变是某些疾病的发病基础,突变就其后果而言并非都是危害生命的，也有积极意义，且在生物界普遍存在。,二、引发突变的因素,（一）物理因素 紫外线（UV）、各种辐射,（二）化学因素 很多化学诱变剂同时就是致癌剂,紫外线（UV）,A,G,C,A,A,G,A,A,C,5’,3’,T,C,G,T,T,C,G,3’,5’,,,,,,,,,,,T,T,,,,,（1）化工原料、化工产品、化工副产品 （2）工业排放物、汽车排放的废气 （3）农药、食品防腐剂或添加剂。 （4）物质代谢过程中产生的自由基等能直接损伤DNA或干扰DNA的复制过程。,三、突变的类型,（一）错配,（二）缺失、插入,（三）重排,（一）错配,错配由点突变导致，可能导致氨基酸的改变,A,G,C,A,A,G,A,A,C,5’,3’,T,C,G,T,T,C,G,3’,5’,,,,,,,,,,T,T,T,,错配,,转换：嘌呤代替嘌呤 嘧啶代替嘧啶,颠换：嘌呤代替嘧啶 嘧啶代替嘌呤,镰刀形红细胞贫血为颠换所致,C,T,3’,5’,C,,,C,A,3’,5’,C,,,,谷氨酸→缬氨酸,（二）缺失或插入,缺失或插入会导致框移突变,G,U,A,U,C,C,A,5’,3’,U,G,G,C,A,,,,,丙,缬,缬,组,,,,,谷,酪,丝,蛋,（三）重排,大片断DNA交换位置,,,,,,,,,四、DNA损伤的修复,（一）光修复,（二）切除修复,（三）重组修复,（一）光修复,A,A,A,C,5’,3’,T,G,3’,5’,,,,,,T,T,,,,UV,可见光,,光修复酶,,（二）切除修复,细胞中最重要、有效的修复方式。在系列修复酶作用下，切除受损伤部位，由DNA-pol I、DNA连接酶填补连接空隙。,（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。 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。 差错倾向修复,SOS反应,紫外线,,与DNA 损伤修复有关的酶和蛋白质,DNA,1. 下列哪些信息流向符合现代所知的中心法则,A. RNA→DNA→蛋白质 B. RNA→DNA →RNA →蛋白质 C.蛋白质→ RNA → DNA D. DNA → RNA →蛋白质,,,2. 复制是指,A.以DNA为模板合成DNA B.以DNA为模板合成RNA C.以RNA为模板合成蛋白质 D.以RNA为模板合成RNA E.以RNA为模板合成DNA,,3. 1958年Meselson和Stahl利用15N标记大肠杆菌DNA实验证明了下列哪一种机制,A. DNA能被复制 B. DNA基因可转录为mRNA C. DNA基因可表达为蛋白质 D. DNA的半保留复制机制 E. DNA的全保留复制机制,,4. 核酸的结构单位不包括,A. AMP B. dGMP C. dTMP D. UMP E. cAMP,,5. 冈崎片段,A. 是因为DNA复制速度太快而产生 B. 由于复制中有缠绕打结而生成 C. 因为有RNA引物，就有冈崎片段 D. 由于复制方向与解链方向相反，在随从链生成 E. 复制完成后冈崎片断被水解,,6. DNA连接酶,A. 使DNA形成超螺旋结构 B.使DNA双链中的单链缺口的两个末端相连接 C.合成RNA引物 D.将双螺旋解链 E.去除引物，填补空缺,,,7. DNA拓扑异构酶的作用是,A. 解开双螺旋使其易于复制 B. 辨认复制起始点 C. 稳定双螺旋结构 D. 使DNA解链旋转时不致缠结 E. 使DNA产生异构,,8. DNA聚合酶Ⅰ的作用是,A. 修复DNA的损伤 B. 切除引物 C.填补引物切除的空隙 D. 连接片断间的缺口,,,,9. 真核细胞DNA复制合成引物主要由,A. 引物酶 B. PolⅢ C. Pol α D. Pol δ E. PolⅠ,,10. DNA合成的原料是,A. dAMP 、dGMP、 dCMP、 dTMP B. dATP 、dGTP、 dCTP、 dTTP C. dADP 、dGDP、 dCDP、 dTDP D. ATP 、GTP、 CTP、 UTP E. AMP 、GMP、 CMP、 UMP,,11. 关于真核生物DNA复制与原核生物相比，下列说法错误的是,A. 引物长度较短 B.复制起始点只有一个 C.复制速度较慢 D.冈崎片断长度较短 E. 由DNA聚合酶α及δ催化核 内DNA的合成,,12.DNA复制需要① DNA聚合酶Ⅲ②解链蛋白③DNA聚合酶Ⅰ④DNA指导的RNA聚合酶⑤DNA连接酶，其作用的顺序是,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,,13. DNA复制时，序列5’－TAGA－3’ 将合成下列哪种互补结构,A. 5’－TAGA－3‘ B. 5’－ATCT－3‘ C. 5’－UCUA－3‘ D. 5’－GCGA－3‘ E. 5’－TCTA－3‘,,14. DNA复制时除哪种酶外其余均需要,A. 拓扑异构酶 B. DNA指导的RNA聚合酶 C. RNA指导的DNA聚合酶 D. DNA指导的DNA聚合酶 E. 连接酶,,15. 关于反转录酶的叙述错误的是,A. 作用物为四种dNTP B. 催化RNA的水解反应 C. 合成方向3‘－5’ D. 催化以RNA为模板进行DNA合成 E. 可形成DNA-RNA杂交体中间产物,,16. DNA复制时解开双螺旋的酶是,A. 拓扑酶 B. 解螺旋酶 C. DNA结合蛋白 D. 连接酶 E. 引物酶,,17.关于DNA复制、DNA损伤修复和逆转录，下列说法错误的是,A.均为DNA生物合成 B.均需DNA聚合酶活性催化 C.均以4种dNTP为原料 D.均需RNA引物 E.合成方向均为5‘－3’,,18. 原核生物的DNA聚合酶,A. 聚合酶Ⅰ由7种、9个亚单位组成 B. 聚合酶Ⅱ有最强的外切核酸酶活性 C. 聚合酶Ⅲ是真正起复制作用的酶 D. 催化产生的焦磷酸是主要产物 E. 用4种脱氧核苷作底物,,19. 原核细胞DNA复制中的引物酶是,A. RDRP B. DDDP C. RDDP D. DDRP E. 解链酶,,20. DNA复制中引物的作用是,A. 使聚合酶Ⅱ 活化 B. 使DNA双链解开 C. 提供5’-P末端作合成新DNA链起点 D. 提供3’-OH末端作合成新RNA链起点 E.提供3’-OH末端作合成新DNA链起点,,21. 下列哪种突变引起框移,A. 转换和颠换 B. 颠换 C. 点突变 D. 缺失 E.插入3个或3的倍数个核苷酸,,22. 与镰刀形细胞贫血有关的突变是,A. 重排 B. 插入 C. 缺失 D. 片断置换 E. 错配,,23. 紫外线（UV）辐射引起DNA分子中形成的胸腺嘧啶二聚体,A. 并不终止复制 B. 为光修复酶系所修复 C. 按移码突变阅读 D. 由胸腺嘧啶二聚体酶所催化 E. 由两股互补核苷酸链上胸腺嘧啶间形成共价键,,24. 紫外线（UV）辐射对DNA的损伤主要是形成,A. C-C B. C-T C. T-T D. T-U E. U-C,,Sharing with you,条件的不理想，并不构成我们不循正确途径展开工作的理由；虽不能立刻做到最佳，却不妨本着渐进的原则，有一份条件做一分事，积跬成步，一点点把路走远。,