第九章 DNA生物合成2015.ppt

DNA是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大分子，是遗传信息的携带者。生物体的遗传信息就贮存在DNA的四种脱氧核糖核酸的排列顺序中。 DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。 在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。 第一节 复制的基本规律 DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制。 DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证明。 该实验首先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养约十五代，使其DNA中的碱基氮均转变为15N。然后将大肠杆菌移至只含14N的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取DNA，作密度梯度离心，将具有不同密度的DNA分离开。 DNA半保留复制研究实验结果示意图 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。 遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。 DNA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，即复制起始点(origin) 。 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。 习惯上把两个相邻DNA复制起始点之间的距离（或DNA片段）定为一个复制子(replicon) 。 复制子是独立完成复制的功能单位。 DNA复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉状结构称为复制叉。 复制起始点、复制子与复制叉（动画演示） 参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3’端自由羟基（3’-OH）的RNA作为引物(primer) ，才能开始聚合子代DNA链。 RNA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10个核苷酸。RNA引物的碱基顺序，与其模板DNA的碱基顺序相配对。 DNA复制时，以复制起始点(origin)为中心，向两个方向进行解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。 但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。 DNA聚合酶只能以5→3方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的方向必须是3→5。 由于DNA分子中两条链的走向相反，因此当分别以两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时，子代链的聚合方向也是不同的。 以3’→5’方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为5’→3’，这一条链被称为领头链。 以5’→3’方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是不连续的，其链的聚合方向也是5’→3’，这条链被称为随从链(lagging strand)。 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。 由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此，随从链的合成也是一段一段的。DNA在复制时，由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段。 冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000～2000个核苷酸，而在真核生物中约为100个核苷酸。 DNA复制的体系 底物：dNTP, N=A,T,C,G 模板：DNA单链 引物：RNA，提供3?-OH末端使dNTP可以依次聚合 酶和蛋白质因子： 一、底物 以四种脱氧核糖核酸为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。 DNA复制是模板依赖性的，必须要以亲代DNA链作为模板。亲代DNA的两股链解开后，可分别作为模板进行复制。 引物酶本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶，该酶以DNA为模板，聚合一段RNA短链引物(primer)，以提供自由的3’-OH，使子代DNA链能够开始聚合。 引物酶需组装成引发体才能催化RNA引物的合成。 在E. coli中，含有解螺旋酶(DnaB蛋白) 、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA复制起始区域的复合结构被称为引发体(primosome) 。 四、DNA复制的酶学 解螺旋酶(helicase) ，又称解链酶或rep蛋白，是用于解开DNA双链的酶蛋白。 每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。 2、DNA拓扑异构酶 单链DNA结合蛋白（SSB），是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。 SSB的生理作用： 使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，即稳定单链DNA，便于其作为模板复制子代DNA； 保护单链DNA，避免核酸酶的降解。