第四章遺傳信息的的復制

1、1,第四章 遺傳信息的的復制,2,基因組復制的四種形式：,DNA復制DNA by RNA中間體復制（少數(shù)DNA病毒）RNA復制 （RNA病毒）RNA by DNA 中間體復制（逆轉(zhuǎn)錄病毒， 真核生物端粒DNA）,,3,第一節(jié) DNA復制（replication）,以親代DNA為模板合成子代DNA的過程,一、復制特點,1、起始點和方向,（1）復制起始點（origin of repl

2、ication，ori）：,原核生物 只有一個.真核生物有多個.,,(2) 方向:,單向復制: 從兩個起點,以反向單一方向復制 從一個起點以同一方向復制雙向復制: 從一個起點,以兩個相反方向復制.,,,P52,4,2.復制的方式,（1）半保留復制(semi-conservative replication),（2）半不連續(xù)復制(semi-discontinuous replication ),DNA 聚合酶只能

3、以5＇?3＇方向催化合成,前導鏈(leading strand) 后隨鏈(lagging strand) :崗崎片段,5,6,(3)基本過程:,復制的起始 DNA鏈的延長 復制的終止,,具體:,DNA解旋、解鏈 RNA引物合成 DNA鏈的延長

4、 切除引物、填補缺口 切除和修復錯配堿基,,小電影,7,岡奇片段中引物的切除,8,9,二、原核生物DNA的復制,（一）參與復制的酶與蛋白質(zhì),30多種酶與pr參與,1、DNA聚合酶（DNA polymerase，DNA pol）,作用：催化DNA合成，需Mg2+,大腸桿菌有三種：,A：聚合作用：5‘?3’，10nt/sec，20個nt后脫

5、落 B：3＇?5＇外切酶活性：校對功能 C：5‘?3’外切酶活性：參與RNA引物的切除、 修復作用,,DNA pol 1,(三種功能),,DNA pol 2,功能不清楚,DNA pol 3,真正的復制酶，10個亞基組成， 1000nt/sec，?5000 nt后脫落3＇?5＇外切酶活性：校對功能,,,10,2、引物酶：

6、,DNA pol只能延長，不能從頭合成,需一小段RNA（RNA聚合酶（primase）催化完成）,3、解旋及解鏈的蛋白質(zhì),解鏈酶（DNA helicase）拓撲異構(gòu)酶（DNA topoisomerase，topo）單鏈結(jié)合蛋白（single strand DNA binding pr，SSB）,4、DNA連接酶(DNA ligase): 連接DNA分子中的缺口,需ATP.,11,12,(二)復制過程,1. 復制的起始:,起始復合物的

7、形成 :,原核生物---大腸桿菌,oriC + DnaA pr（?局部解鏈）,引發(fā)前體形成 :,DnaA引導DnaB/ DnaC 進入,解鏈酶解鏈:,DnaB是一種解鏈酶Topo2 打結(jié) SSB結(jié)合到單鏈,引物合成:,RNA引物合成酶,DNA pol 3 進入復合體:,?亞基識別引物3＇－ＯＨ,,,,,,,,,,13,大腸桿菌oriC基因排列示意圖,,3個13bp 序列,,4個9bp序列，DnaA蛋白結(jié)合位點,14,2、DNA鏈

8、的延長,DNA pol 三個作用特點決定了DNA鏈延長的特點,必須以DNA為模板?DNA的復制為半保留復制 DNA pol 只能延長,不能從頭合成?需要RNA引物 合成方向只能5＇?3＇, ?半不連續(xù)復制,,3.復制的終止,一般無特殊的終止信號 到DNA分子末端or兩個復制叉相遇即終止,15,三、其他環(huán)狀DNA的復制,1、?復制:,環(huán)狀DNA在 ori處解鏈，兩條鏈分別作為模板進行 復制。,,16,2

9、、滾環(huán)復制,環(huán)狀DNA 一條鏈解開，以未解開的鏈為模板，在開鏈的3＇端不斷加上核苷酸。,17,3、D環(huán)復制:,線粒體DNA的復制。,18,四、真核生物染色體DNA的復制,（一）復制起始點及方向： 多起點、雙向復制,19,（二）DNA pol ：,?：DNA鏈合成的引發(fā)?：鏈的延長 RNA引物空隙的填補?：外切酶活性?修復和校正 作用?：線粒體DNA復制,?、?、?、? 四種,,（三）末端復制與端粒酶,由端粒酶（telome

10、rase）參與完成 逆轉(zhuǎn)錄酶（由RNA和蛋白質(zhì)組成）,20,合成過程（圖4-11）：,端粒酶中RNA模板與DNA中的TG引物結(jié)合,端粒酶以RNA為模板在DNA末端聚合（加nt）,移位：DNA與RNA重新配對,聚合,至于CA鏈的合成，目前不清楚,,,,21,22,真核復制與原核復制不同點：,1.真核中，引物及崗崎片段較小,2.真核中，同步合成組蛋白，形成核小體,3.真核中，在全部染色體復制完成以前，各ori不能開始下

11、一輪復制.,23,第二節(jié) DNA的損傷與修復,一、DNA的損傷,復制過程中發(fā)生的DNA 突變,常見方式有四種：,1、嘌呤?嘌呤（AT） 嘧啶?嘧啶（CG）,2、嘧啶?嘌呤,轉(zhuǎn)換（transition）,,,顛換（transversion）,,點突變point mutation,3.移碼突變（frame shift mutation） ：丟失or插入一個or 一段nts,4、鏈內(nèi)或鏈間發(fā)生共價連接 .如 T-T, C-T,C-C,

12、24,二、DNA損傷的修復,（一）光修復： 圖4-12 光復活酶（photolase）,25,（二）切除修復：圖4-13,內(nèi)切酶切除損傷DNA ? DNA pol 1 填補空隙 ? DNA連接酶封口,主要修復方式,26,（三）重組修復（recombination repairing）,復制（損傷部位調(diào)過）?重組修補缺口（從另一DNA分子上移過來）?修復（正常DNA上的缺口補齊）,損傷面

13、積較大DNA，先復制后修復,27,（四）SOS修復（SOS repairing）,應急修復機制,DNA損傷嚴重，細胞處于危急狀態(tài)?recA 蛋白酶被激活?水解lexA（抑制蛋白）?SOS修復酶系大量表達,28,第三節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄,指以RNA為模板，RNA指導的DNA聚合酶以5＇?3＇方向合成與RNA互補的DNA鏈的過程。,一、 逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase),1970年在雞肉瘤病毒Rous中首次發(fā)現(xiàn),多功

14、能酶:,A：具有RNA指導的DNA Pol活性,沿5＇?3＇方向合成,需引物B：具有RNA 酶H(RNase H)活性,可特異水解RNA-DNA上的RNA.C：具有DNA 指導的DNApol活性,可以cDNA為模板合成互補NDAD：對DNA無3＇-5＇外切酶活性,所以無核對功能.,29,二、逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組復制過程,逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組為RNA,在宿主cell中必須轉(zhuǎn)變?yōu)镈NA，才能進行基因表達和基因組復制.,過程: 逆轉(zhuǎn)錄病

15、毒的結(jié)構(gòu),30,(1)以+RNA為引物合成一小段(-)cDNA(5＇?3＇) 　?(2)RNase H活性切去DNA-RNA中的RNA 　?（3）DNA R與RNA3＇端R結(jié)合（第一次跳躍） ?(4) (-)cDNA合成(5＇?3＇) ?(5)RNase H除去DNA-RNA中的大部分RNA ?(6)合成一部分(+)DNA(5＇?3＇)包括P

16、B- ?(7)除去RNA(tRNA,RNA中的PB+區(qū)) ?(8)(+)、(-)股DNA中的PB-結(jié)合(第二次跳躍) ?,31,(9)合成剩余的(+)DNA(5＇?3＇)? 形成雙鏈DNA?可隨機插入宿主細胞染色體.,32,33,第四節(jié) RNA的復制,RNA復制酶(RNA replicase)：A：由四個亞基組成,只有一個為病毒