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1、关于卫校生物化学的生物合成现在学习的是第1页，共51页DNA通通过过复复制制将将遗遗传传信信息息由由亲亲代代传传递递给给子子代代；通通过过转转录录和和翻翻译译，将将遗遗传传信信息息传传递递给给蛋蛋白白质质分分子子，从从而而决决定定生生物物的的表表现现型型。DNA的的复复制制、转转录和翻译过程就构成了录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则遗传学的中心法则。现在学习的是第2页，共51页现在学习的是第3页，共51页第一节 DNA的生物合成现在学习的是第4页，共51页一 复制的基本规律DNA复制的方式半保留半不连续复制现在学习的是第5页，共51页DNA在复制时，以亲代在复制时，以亲代DNA的每一条链作模
2、板，的每一条链作模板，合成完全相同的两个双链子代合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代，每个子代DNA中都含有一条亲代中都含有一条亲代DNA链，这种现象称为链，这种现象称为DNA的半保留复制。的半保留复制。一、半保留复制一、半保留复制现在学习的是第6页，共51页复制复制亲代亲代DNA子代子代DNADNADNA半保留复制示意图半保留复制示意图现在学习的是第7页，共51页DNA以以半半保保留留方方式式进进行行复复制制，是是在在1958年年由由M.Meselson 和和 F.Stahl 所所完完成成的的实实验验所所证证明。明。该该实实验验首首先先将将大大肠肠杆杆菌菌在在含含15N的的培培养养基基
3、中中培培养养约约十十五五代代，使使其其DNA中中的的碱碱基基氮氮均均转转变变为为15N。然然后后将将大大肠肠杆杆菌菌移移至至只只含含14N的的培培养养基基中中同同步步培培养养一一代代、二二代代、三三代代。分分别别提提取取DNA，作作密密度度梯梯度度离离心心，将将具具有有不不同同密密度度的的DNA分离开。分离开。DNA半保留复制的实验证明半保留复制的实验证明现在学习的是第8页，共51页DNADNA半保留复制研究实验结果示意图半保留复制研究实验结果示意图现在学习的是第9页，共51页按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA的的碱碱基序列一致基序列一致，即子代保留了亲代的全
4、部遗传信，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的息，体现了遗传的保守性保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的不是绝对的。半保留复制的意义半保留复制的意义现在学习的是第10页，共51页DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起复制起始点始点(origin)。在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。真核生物中则为多个。二、有一定的复制起始点二、有一定的复制起始点现在
5、学习的是第11页，共51页习习惯惯上上把把两两个个相相邻邻DNA复复制制起起始始点点之之间间的的距距离离（或（或DNA片段）定为一个片段）定为一个复制子复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。复制子是独立完成复制的功能单位。DNA复复制制时时，局局部部双双螺螺旋旋解解开开形形成成两两条条单单链链，这种叉状结构称为这种叉状结构称为复制叉复制叉。现在学习的是第12页，共51页53oriorioriori535533553复制子复制子3复制起始点与复制子示意图复制起始点与复制子示意图现在学习的是第13页，共51页参与参与DNA复制的复制的DNA聚合酶，必须以一段具有聚合酶，必须以
6、一段具有3端自由羟基（端自由羟基（3-OH）的）的RNA作为作为引物引物(primer)，才能开始聚合子代，才能开始聚合子代DNA链。链。RNA引物的大小，在原核生物中通常为引物的大小，在原核生物中通常为50 100个核苷酸，而在真核生物中约为个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷个核苷酸。酸。RNA引物的碱基顺序，与其模板引物的碱基顺序，与其模板DNA的碱的碱基顺序相配对。基顺序相配对。三、需要引物三、需要引物现在学习的是第14页，共51页DNA复制时，以复制起始点复制时，以复制起始点(origin)为中心，为中心，向两个方向进行解链，形成两个延伸方向相反向两个方向进行解链，形成两个延伸方向
7、相反的复制叉，称为的复制叉，称为双向复制双向复制(bidirectional replication)。但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。复制）。复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象四、双向复制四、双向复制现在学习的是第15页，共51页oriterA B CA.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter)DNADNA的双向复制示意图的双向复制示意图现在学习的是第16页，共51页DNA聚合酶只能以聚合酶只能以53方向聚合方向聚合
8、子代子代DNA链链，即即模板模板DNA链链的方向必须是的方向必须是35。由于由于DNA分子中两条链的走向相反，因此当分分子中两条链的走向相反，因此当分别以两条亲代别以两条亲代DNA链作为模板聚合子代链作为模板聚合子代DNA链链时，子代链的聚合方向也是不同的。时，子代链的聚合方向也是不同的。五、半不连续复制五、半不连续复制现在学习的是第17页，共51页3 5 3 5 3535解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)DNADNA的半不连续复制的半不连续复制35现在学习的是第18页，共51页以以35方方向向的的亲亲代代DNA链链作作模模
9、板板的的子子代代链链在在复复制制时时基基本本上上是是连连续续进进行行的的，其其子子代代链链的的聚聚合合方方向向为为 53，这这 一一 条条 链链 被被 称称 为为 领领 头头 链链(leading strand)。以以53方方向向的的亲亲代代DNA链链为为模模板板的的子子代代链链在在复复制制时时则则是是不不连连续续的的，其其链链的的聚聚合合方方向向也也是是53，这条链被称为，这条链被称为随从链随从链(lagging strand)。领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制制的的半不连续性半不连续性。现在学习的是第19页，共51页由由于于亲亲代代DNA双双
10、链链在在复复制制时时是是逐逐步步解解开开的的，因因此此，随随从从链链的的合合成成也也是是一一段段一一段段的的。DNA在在复复制制时时，由由随随从从链链所所形形成成的的一一些些子子代代DNA短短链链称称为为冈崎片段冈崎片段(Okazaki fragment)。冈冈崎崎片片段段的的大大小小，在在原原核核生生物物中中约约为为10002000个个核核苷苷酸酸，而而在在真真核核生生物物中中约约为为100个个核核苷酸。苷酸。现在学习的是第20页，共51页二 参与DNA复制的酶类和蛋白因子 现在学习的是第21页，共51页DNA在和染色体中是以超螺旋状态存在的，复制时必须在和染色体中是以超螺旋状态存在的，复制
11、时必须先解开超螺旋和双螺旋，形成裸露的单链才能作为模板先解开超螺旋和双螺旋，形成裸露的单链才能作为模板进行合成。进行合成。（1）拓扑异构酶拓扑异构酶负责解开负责解开DNA的超螺旋。在的超螺旋。在DNA的一定部位的一定部位将双链中的一条切开，是链末端沿松解方向转动松弛，然后将双链中的一条切开，是链末端沿松解方向转动松弛，然后将切口封闭，使将切口封闭，使DNA呈松弛状态。呈松弛状态。1 1、参与、参与DNADNA解螺旋和解链的酶及蛋白因子解螺旋和解链的酶及蛋白因子现在学习的是第22页，共51页现在学习的是第23页，共51页（2）解链酶，）解链酶，这类酶蛋白一旦与双链DNA连接，就会引起DNA双链解
12、旋，并使两条分开的链呈直线，以便模板链在DNA聚合酶的作用下进行分子复制。现在学习的是第24页，共51页（3）单链结合蛋白质）单链结合蛋白质(SSB)：结合于螺旋酶沿复制叉方向向前推进产生的单链区，防止新形成的单链DNA重新配对形成双链DNA或被核酸酶降解的蛋白质。现在学习的是第25页，共51页催化催化RNA引物合成的酶称为引物酶。引物合成的酶称为引物酶。引物酶引物酶(primerase)本质上是一种本质上是一种依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP），该酶以，该酶以DNA为模板，聚合一段为模板，聚合一段RNA短链引物短链引物(primer)，以提供自由的，以提供自由的3-OH，使子代
13、，使子代DNA链能够开始聚链能够开始聚合。合。引物酶需组装成引物酶需组装成引发体引发体才能催化才能催化RNA引物的合成。引物的合成。2 2、引物酶和引发体、引物酶和引发体现在学习的是第26页，共51页在在E.coli中中，含含有有解解螺螺旋旋酶酶(DnaB蛋蛋白白)、DnaC蛋蛋白白、引引物物酶酶(DnaG蛋蛋白白)和和DNA复复制制起起 始始 区区 域域 的的 复复 合合 结结 构构 被被 称称 为为 引引 发发 体体(primosome)。现在学习的是第27页，共51页3 3、DNADNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DDDP)简称：简称：DNA-pol作用
14、：作用：在在DNA模板链的指导下，以模板链的指导下，以dNTP为原料，按照碱基互补配对为原料，按照碱基互补配对 原则原则将将dNTP逐个加在寡核苷酸片段的逐个加在寡核苷酸片段的3-OH上，形成磷酸二酯键，从而使新合上，形成磷酸二酯键，从而使新合成的成的DNA链沿链沿5-3方向延长。方向延长。活性：活性：1.53 的聚合酶活性的聚合酶活性 2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性现在学习的是第28页，共51页5 A G C T T C A G G A T A 3|3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变
15、的能切除突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。DNA DNA聚合酶的核酸外切酶活性聚合酶的核酸外切酶活性 现在学习的是第29页，共51页在在原原核核生生物物中中，目目前前发发现现的的DNA聚聚合合酶酶有有三三种种，分分别别命命名名为为DNA聚聚合合酶酶（pol），DNA聚聚合合酶酶（pol），DNA聚聚合合酶酶（pol），这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与参与DNA复制的主要是复制的主要是pol 和和pol。（一）种类和生理功能：（一）种类和生理功能：现在学习的是第30页，共51页 原核生物中
16、的三种原核生物中的三种DNADNA聚合酶聚合酶 现在学习的是第31页，共51页为为了了保保证证遗遗传传的的稳稳定定，DNA的的复复制制必必须须具具有有高高保保真真性性。DNA复复制制时时的的保保真真性性主主要要与与下下列列因因素素有关：有关：1遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；聚合酶在复制时对碱基的正确选择；3对复制过程中出现的错误及时进行校正。对复制过程中出现的错误及时进行校正。（二）（二）DNADNA复制的保真性复制的保真性(fidelity)(fidelity)：现在学习的是第32页，共51页DNA-polDNA-pol的核酸外切酶活
17、性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合酶活性的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合酶活性掺入正确配对的底物。掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，：碱基配对正确，DNA-pol不表现外切酶活性。不表现外切酶活性。现在学习的是第33页，共51页DNA连接酶连接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN+AMP）HO535335534 4、DNADNA连接酶连接酶现在学习的是第34页，共51页DNA连接酶催化的条件是：连接酶催化的条件是：需需一一段段DNA片片段段具具有有3-OH，而而另另一一段段DNA片片段具有段具有5-Pi基；基；未未封封闭闭的
18、的缺缺口口位位于于双双链链DNA中中，即即其其中中有有一一条条链是完整的；链是完整的；需需要要消消耗耗能能量量，在在原原核核生生物物中中由由NAD+供供能能，在在真核生物中真核生物中由由ATP供能供能。现在学习的是第35页，共51页DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。是基因工程的重要工具酶之是基因工程的重要工具酶之一。一。DNA连接酶的作用连接酶的作用现在学习的是第36页，共51页三 DNA复制过程现在学习的是第37页，共51页DNA复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的
19、起始阶段，由下列两步构成。1解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：由由拓拓扑扑异异构构酶酶和和解解链链酶酶作作用用，使使DNA的的超超螺螺旋旋及及双双螺螺旋旋结结构构解解开开，碱碱基基间间氢氢键键断断裂裂，形形成成两两条条单单链链DNA。单单链链DNA结结合合蛋蛋白白（SSB）四四聚聚体体结结合合在在两两条条单单链链DNA上，形成复制叉。上，形成复制叉。（一）、复制的起始（一）、复制的起始现在学习的是第38页，共51页2引发体组装和引物合成：引发体组装和引物合成：由由解解螺螺旋旋酶酶(DnaB蛋蛋白白)、DnaC蛋蛋白白、引引物物酶酶(DnaG蛋白蛋白)和和DNA复制起始区域形成引发体；
20、复制起始区域形成引发体；在在引引物物酶酶的的催催化化下下，以以DNA为为模模板板，合合成成一一段段短短的的RNA片片段段，从从而而获获得得3端端自自由由羟羟基基（3-OH）。）。现在学习的是第39页，共51页（二）、复制的延长（二）、复制的延长 复复制制的的延延长长指指在在DNA聚聚合合酶酶（DNA-Pol）催催化化下下，以以35方方向向的的亲亲代代DNA链链为为模模板板，从从53方方向向聚聚合合子子代代DNA链链。其其化化学学本本质质是是dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子子链链上上，磷磷酸二酯键不断生成。酸二酯键不断生成。随从链中复制到一定程度，随
21、从链中复制到一定程度，DNA-Pol 将冈崎片段之间的将冈崎片段之间的RNA引引物切除并行物切除并行DNA聚合酶功能将冈崎片段连接起来形成一条完整的聚合酶功能将冈崎片段连接起来形成一条完整的DNA链。链。现在学习的是第40页，共51页 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-polDNADNA复制的延长过程复制的延长过程现在学习的是第41页，共51页领头链的合成过程领头链的合成过程现在学习的是第42页，共51页随从链的合成过程随从链的合成过程现在学习的是第43页，共51页DNA复制过程简图复制过程简图现在学习的是第44页，共51
22、页（三）、复制的终止（三）、复制的终止 在复制过程中形成的在复制过程中形成的RNA引物，需由引物，需由RNA酶酶来来水解去除；水解去除；RNA引物水解后遗留的缺口，由引物水解后遗留的缺口，由DNA聚合酶聚合酶（原核生物）或（原核生物）或DNA聚合酶聚合酶（真核生物）催（真核生物）催化延长缺口处的化延长缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。酯键的缺口。1去除引物，填补缺口：去除引物，填补缺口：现在学习的是第45页，共51页在在DNA连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的键，将冈崎片段连接起来，形成完整
23、的DNA长长链。链。2连接冈崎片段：连接冈崎片段：现在学习的是第46页，共51页5 5 5 RNA酶酶OH P5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接现在学习的是第47页，共51页DNA的反转录合成现在学习的是第48页，共51页一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶逆转录病毒细胞内的逆转录现象：逆转录病毒细胞内的逆转录现象：RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂杂化双链化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA现在学习的是第49页，共51页1、反转录：以单链、反转录：以单链RNA为模板，通过反转录为模板，通过反转录酶合成双链酶合成双链DNA的过程。的过程。2、反转录酶：催化反转录反应的依赖、反转录酶：催化反转录反应的依赖RNA的的DNA聚合酶。聚合酶。现在学习的是第50页，共51页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第51页，共51页