导图社区 生化 DNA的合成
脱氧核糖核酸是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。 DNA携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息,是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。
编辑于2022-12-16 22:27:37 河北省第十二章 DNA的合成
第一节 DNA复制的基本规律
半保留复制
依据半保留复制的方式,子代DNA中保留了亲代的全部遗传信息,亲代与子代DNA之间碱基序列的高度一致 遗传的保守性,是物种稳定性的分子基础,但不是绝对的
双向复制
原核生物基因组是环状DNA,只有一个复制起点
半不连续复制
DNA聚合酶只能催化DNA链从5至3方向上的合成
沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续进行的,这股链称为前导链
另一股链因为复制方向与解链方向相反,不能连续延长,只能随着模板链的解开,逐段地从5′→3′生成引物并复制子链。这一不连续复制的链称为后随链
沿着后随链的模板链合成的新DNA片段被命名为冈崎片段
高保真性
半保留复制
碱基配对
校读功能,修复系统
DNA聚合酶
第二节 DNA复制的酶学和拓扑学
底物:dATP,dGTP,dCTP,dTTP。总称dNTP dNTP底物有3个磷酸基团,成链后有1个磷酸基团dNMP (d是脱氧的意思) 模板:解开成单链的DNA母链 引物:提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合(RNA) 聚合酶: 依赖DNA的DNA聚合酶,简写为 DNA-pol
一、DNA聚合酶催化脱氧核苷酸间的聚合
全称:依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 简称:DNA-pol 活性:1. 5’——3’的聚合活性 2. 3’——5’核酸外切酶活性
3’——5’外切酶活性: 能辨认错配的碱基对,并将其水解 5’——3’外切酶活性: 能切除突变的 DNA片段
DNA pol Ⅲ是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶 DNA polⅠ在活细胞内主要功能是对复制中的错误进行矫正,对复制和修复中出现的空隙进行补充 DNA polⅡ基因发生突变也能存活,参与DNA损伤的应急状态修复
用特异的蛋白酶可以将DNA polⅠ水解为2个片段,小片段共323个氨基酸残基;大片段被称为Klenow片段,具有DNA聚合酶活性和3’——5’核酸外切酶活性,Klenow片段是实验室合成DNA和进行分子生物学研究常用的工具酶
二、DNA聚合酶的碱基选择和校对功能
DNA复制的保真性至少要依赖三种机制: 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 复制出错时有即时校对功能
三、复制中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。
单链DNA结合蛋白(SSB) ——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整
引物酶(primase) ——复制起始时催化生成RNA引物的酶
DNA拓扑异构酶,简称拓扑酶。 拓扑酶既能水解,又能连接DNA分子中的磷酸二酯键;把结打开或解松,然后旋转复位 拓扑酶Ⅰ:切断DNA双链中的一条链,不需要ATP 拓扑酶Ⅱ:切断DNA两条链,需要ATP
四、DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口
DNA连接酶(DNA ligase)作用方式: 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 功能: 1.DNA连接酶在复制中起最后接合单链缺口的作用 2.在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用 3.也是基因工程的重要工具酶之一
第三节 原核生物DNA复制过程
一、复制的起始
DNA的解链
引物合成和起始复合物的形成
引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。提供3’-OH末端,从而起始DNA合成
形成含有解旋酶DnaB,DnaC,引物酶和DNA的复制起始区域共同构成的起始复合物结构,该结构在噬菌体X系统也称引物体
二、DNA链的延长
复制沿5’—3’延长,指的是子链合成方向 前导链沿着5’—3’方向连续延长,后随连沿着5’—3’方向呈不连续延长
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
后随链作360°绕转,前导链和后随链的延长方向和延长点都处在DNApolⅢ核心酶的催化位点上。
三、复制的终止
引物的水解靠细胞核内的DNApolⅠ,水解留下的空隙的填补也是DNApolⅠ;缺口由连接酶连接
第四节 真核生物DNA复制过程
真核生物与原核生物DNA复制的差异: 真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前进速度慢等 DNA复制从引发进入延伸阶段发生DNA聚合酶转换 切除冈崎片段RNA引物的是核酸酶RNAse H和FEN1等
一、真核生物复制的起始与原核基本相似
真核生物每个染色体有多个起始点,是多复制子复制。复制有时序性,即复制子以分组方式激活而不是同步启动
复制的起始需要DNA-pol α(引物酶活性)、pol δ和pol ε参与。还需解螺旋酶活性、拓扑酶和复制因子(replication factor, RF)
二、真核生物复制的延长发生DNA聚合酶转换
现在认为pol α主要催化合成引物,然后迅速被具有连续合成能力的DNA pol δ和DNA pol ε所替换,这一过程称为聚合酶转换。DNA pol δ负责合成后随链,DNA pol ε负责合成前导链。
端粒酶(telomerase):端粒酶RNA (RNA, hTR) 端粒酶协同蛋白(hTP1) 端粒酶逆转录酶(hTRT)
端粒酶是一种核糖核蛋白(RNP),由RNA和协同蛋白,逆转录酶组成,可合成真核生物染色体末端的端粒 端粒酶以自己的RNA组分作为模板,以染色体的3’端ssDNA(后随链模板)为引物,将端粒序列添加于染色体的3端。这些新合成的DNA为单链
三、真核生物DNA合成后立即组装成核小体
四、端粒酶参与解决染色体末端复制问题
端粒:染色体末端富含TG的重复序列
第五节逆转录
RNA病毒的基因组是RNA而不是DNA,其复制方式是逆转录,称为逆转录病毒
RNA病毒中发现能催化以RNA为模板合成双链DNA的酶,称为逆转录酶,全称是依赖RNA的DNA聚合酶
逆转录酶有三种活性:RNA指导的DNA聚合酶活性,DNA指导的DNA聚合酶活性,RNase活性
RNA病毒在细胞内复制成双链DNA前病毒。 前病毒基因组通过基因重组,插入到细胞基因组内,并随宿主基因一起复制和表达 这种重组方式称为整合,前病毒独立繁殖或整合,可成为致病的原因