dna复制和转录

目录遗传信息的流动第一部分DNA的生物合成DNABiosynthesis(Replication)目录与什么有关？与遗传信息的稳定性有关（生命的正常维系）与细胞分裂有关（生长）与突变有关（疾病）与体外实验技术PCR有关（科学研究）目录复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA目录本章主要内容：复制的基本规律DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的过程逆转录和其他复制方式DNA损伤（突变）与修复复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication第一节目录复制的方式——半保留复制(semi-conservativereplication)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)复制的基本规律目录一、半保留复制是DNA复制的基本特征DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。半保留复制的概念:AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA密度梯度实验:——实验结果支持半保留复制的设想。含重氮-DNA的细菌培养于普通培养液第一代继续培养于普通培养液第二代梯度离心结果目录按半保留复制方式，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。半保留复制的意义:遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。目录原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。二、DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制复制中的放射自显影图像A.环状双链DNA及复制起始点B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter)oriterABC目录真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。5’3’oriorioriori5’3’5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制3’目录三、DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制3535解链方向领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)目录顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(leadingstrand)。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链(laggingstrand)。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。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。目录DNA复制的酶学和拓扑学变化第二节TheEnzymologyandTopologyofDNAReplication目录参与DNA复制的物质:底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol；模板(template):解开成单链的DNA母链；引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合；其他的酶和蛋白质因子。目录一、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi目录聚合反应的特点:DNA新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿5→3方向进行。目录二、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)简称：DNA-pol活性：1.53的聚合活性2.核酸外切酶活性5´AGCTTCAGGATA3´|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´35外切酶活性:53外切酶活性:?能切除突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性:目录（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ目录原核生物的DNA聚合酶可能不可能可能基因突变后的致死性无无有5→3核酸外切酶活性20？400分子数/细胞多亚基不对称二聚体？单肽链组成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI可能不可能可能基因突变后的致死性无无有5→3核酸外切酶活性20？400分子数/细胞多亚基不对称二聚体？单肽链组成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI目录功能：DNA-polⅠ（109kD）对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。目录323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段604个氨基酸DNA聚合酶活性5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠ•Klenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。目录DNA-polⅡ（120kD）•DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活。•DNA-polⅡ对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此认为，它参与DNA损伤的应急状态修复。目录功能：DNA-polⅢ(250kD)是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。目录遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时DNA-pol的及时校读功能。三、DNA复制的保真性至少要依赖三种机制：目录四、复制中的分子解链伴有DNA分子拓扑学变化DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。目录E.Coli基因图目录解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。引物酶(primase)——复制起始时催化生成RNA引物的酶。单链DNA结合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。目录108局部解链后（二）DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链复制过程正超螺旋的形成：目录解链过程中正超螺旋的形成目录既能水解、又能连接磷酸二酯键。拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶Ⅱ拓扑异构酶分类：拓扑异构酶作用特点：目录拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。作用机制：目录五、DNA连接酶连接DNA双链中的单链缺口连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。DNA连接酶(DNAligase)作用方式：POO-O-OHO5’POO-O-O3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’DNA连接酶的作用：目录DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：目录提供核糖3-OH提供5-P结果DNA聚合酶引物或延长中的新链游离dNTP去PPi(dNTP)n+1连接酶复制中不连续的两条单链不连续→连续链拓扑酶切断、整理后的两链改变拓扑状态DNA聚合酶，拓扑酶和连接酶催化3,5-磷酸二酯键生成的比较目录DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication第三节目录（一）复制起始：DNA解链形成引发体需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。2.形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成目录E.coli复制起始点oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串联重复序列反向重复序列53531.DNA解链目录DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶SSB3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。目录3535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。引物目录（二）复制的延长过程：领头链连续复制，随从链不连续复制复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol目录领头链的合成：领头链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。随从链的合成目录555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA连接酶随从链上不连续性片段的连接：目录目录哺乳动物的细胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。目录细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。相关的激酶都有调节亚基即细胞周期蛋白(cyclin)和催化亚基即细胞周期蛋白依赖激酶(cyclindependentkinase，CDK)。目录CDK相匹配的周期蛋白作用点CDK2CyclinD1,D2,D3G1期CyclinEG1→S期CyclinAS期CDK3和CDK4CyclinD1,D2,D3G2期CDK1（CDC2）CyclinA,BG2→M期哺乳类动物的周期蛋白和CDK目录染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）端粒酶参与解决染色体末端复制问题53355335+5333355目录端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。端粒的功能：维持染色体的稳定性维持DNA复制的完整性端粒的结构特点：由末端单链DNA序列和蛋白质构成。末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…目录端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)组成：目录逆转录和其他复制方式ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays第四节目录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，它的感染型只含单链DNA。原核生物的质粒，真核生物的线粒体DNA，都是染色体外存在的DNA。这些非染色体基因组，采用特