导图社区 生化第十二章DNA的合成
生化第十二章DNA的合成,内容有DNA复制的基本规律、DNA复制的酶学和拓扑学、原核生物的DNA复制过程、逆转录、真核生物的DNA合成过程。
生化第十四章RNA的合成的思维导图,生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。两种RNA合成方式::DNA指导的RNA合成(DNA转录)为生物体内合成RNA的主要方式;RNA依赖的RNA合成(RNA复制),常见于病毒,是除逆转录病毒外RNA病毒在宿主细胞以RNA为模板合成RNA的方式。
生化第十三章DNA损伤和损伤修复,修复方式有光复活修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复、重组修复、SOS修复(跨损伤修复)。
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DNA的合成
DNA复制的基本规律
DNA复制特征
半保留复制
来源:亲代DNA解旋作为复制模板
原则:碱基配对原则,形成序列互补的子代DNA双链
双向复制
相关概念
复制叉:复制中的两个模板DNA形成的两个延伸方向相反的开链区
分类
原核生物:单起点双向复制
真核生物:多起点双向复制
复制子
概念:从一个DNA复制起点起始的DNA复制区
作用:是含有一个复制起点的独立完成的功能单位
半不连续复制
前导链
特点
方向:与解链方向一致
连续进行
后随链
方向:与解链方向相反
不连续进行
合成不对称:较前导链复制较为迟缓一点
冈崎片段:沿着后随链的模板链合成的新DNA片段
高保真性
确保条件
半保留机制
严格的碱基配对原则
体内复制叉的复杂性
DNA聚合酶的核酸外切酶活性和校读功能以及复制后修复功能
DNA复制的酶学和拓扑学
DNA聚合酶催化脱氧核糖和苷酸间的聚合
DNA复制体系
模板
双链DNA解聚后的单链
底物
定义:是被该酶反应的物质,如过氧化氢酶分解过氧化氢,过氧化氢为该酶的底物
dATP,dGTP,dCTP,dTTP,总称dNTP
底物有三个磷酸基团,按与核糖位置分为α-P,β-P,γ-P
其中α-P与子链末端核糖的3'-OH连接
引物
聚合酶
催化核苷酸聚合反应
原核生物至少有5种DNA聚合酶
polⅠ
编码
由polA编码
作用
对复制中的错误进行校对
在复制和修复中出现的空隙进行填补
组成:将酶2个片段
小片段
具有5'→3'外切酶活性
大片段
具有DNA聚合酶活性和3'←5'核酸外切酶活性,被称为Klenow片段
可用于切除引物,切除突变片段
是进行实验室合成DNA和进行分子生物学研究常用的工具酶
polⅡ
由polB编码
在复制过程中被损伤的DNA阻碍时重新启动复制叉
参与DNA损伤的应急状态修复
polⅢ
由polC编码
组成
10个亚基组成的不对称聚合体
两个核心酶
α亚基
5'→3'聚合酶活性
θ亚基
维系二聚体的作用
ε亚基
3'→5'核酸外切酶活性以及碱基选择功能
复制的保真性所必需
作用:合成DNA,有5'→3'聚合活性
一对β亚基构成的滑动夹(连接功能)
发挥夹稳DNA模板链,并使酶沿模板滑动的作用
γ-复合体,即夹子加载复合体
促进滑板夹加载,全酶组装至模板上及增强核心酶活性的作用
活性远高于polⅠ,是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶
polⅣ
polⅤ
属于跨损伤合成DNA聚合酶
常见的真核细胞DNA聚合酶有5种
涉及到聚合酶转变
DNApolα合成引物,催化RNA链的合成,具有引物酶活性
DNApolε负责合成前导链
DNApol∑负责合成后随链
DNApolγ是线粒体复制的酶
DNApolβ参与DNA的应急修复
DNA聚合酶的碱基选择和校读功能
复制的保真性依赖正确的碱基选择
DNA复制的高保真性的关键是碱基配对
碱基配对的关键是氢键的形成
DNApolⅢ对核苷酸的掺入具有选择功能,对不同的糖苷键表现出不同亲和力
聚合酶中的核酸外切酶活性在复制中辨认切除错误的碱基并加以改正
核酸外切酶的定义:从核酸链的末端把核苷酸依次水解出来的酶,外切酶是有方向性的
发生配对错误,DNApolⅠ表现出活性,由核酸外切酶切除错误碱基,再利用其聚合活性掺入正确碱基
未发生配对错误,DNApolⅠ不表现出活性
复制中DNA分子拓扑学变化
多种酶参与DNA解旋和稳定单链状态
原核生物中参与DNA解旋的相关蛋白质
单链结合蛋白(SSB):具有结合单链DNA的能力,维持模板单链稳定并使其免遭降解
SSB与DNA结合后不可重复利用
SSB与DNA结合具有协同效应
DNA拓扑异构酶改变了DNA的超螺旋状态
拓扑异构酶Ⅰ
切断一条链,适当时候封闭缺口,使DNA变成松弛状态
无需ATP
拓扑异构酶Ⅱ
切断两条链,断端通过旋转使DNA变的松弛
利用ATP,使缺口连接,DNA分子进入负超螺旋结构
DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口
连接DNA3'-OH末端和DNA5'-P末端,使两者之间生成磷酸二脂键,消耗ATP,将两条相邻的DNA片段连接成一条完整的链
原核生物的DNA复制过程
起始
DNA的解旋
复制有固定起点
E.coli上有一个固定的复制点,称为oriC,跨度为245bp,其上有5组由9个碱基对组成的串联重复序列(形成DnaA结合位点)和3组由12个碱基对组成的串联重复序列的(富含AT区)
AT间只有2个氢键维系,容易发生解旋
DNA解旋需要多种蛋白质参与
解旋过程中需要DNA拓扑异构酶
引物合成和起始复合物的形成
引物需要原因:
DNApol不具备催化两个游离dNTP之间形成磷酸二酯键的能力,只能催化核酸片段的3'-OH末端与dNTP之间的聚合
但引物酶(RNA聚合酶)不需要3'-OH便可催化NTP的聚合,故复制起始部位合成的短链RNA为DNA合成提供3'-OH
随后DNApol催化,逐一加入dNTP而形成子链
引物酶:复制起始时催化RNA引物合成的酶
引发体: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
延长
在DNApol催化下进行,催化延长反应的主要酶为polⅢ
前导链由5'→3'方向连续延长
后随链由3'→5'方向不延长
后随链的模板DNA可以折叠成环状,进而与前导链正在延长的区域对齐
终止
在延长过程中已经进行了
每一个冈崎片段上的引物是RNA而不是DNA
终止步骤
切除引物
引物的水解依靠polⅠ催化,水解后留下空隙
填补空缺
填补空隙由DNApolⅠ催化而不是polⅢ催化
从5'-端到3'-端用dNTP为原料生成相当于引物长度的DNA长链
由后复制的片段延长以填补先复制片段的间隙
连接切口
缺口由DNA连接酶连接
dNTP代表脱氧核糖核苷酸三磷酸。每个dNTP由磷酸基团,脱氧核糖和含氮碱基组成。有四种不同的dNTP,可分为两组:嘌呤和嘧啶。
核苷三磷酸(NTP)是一种含有三个磷酸基团的核苷酸。
逆转录
逆转录的信息流动为RNA→DNA,即依赖RNA的DNA聚合酶
逆转录酶
三种酶活性
RNA指导的DNA聚合酶活性
RNase H活性
水解RNA(DNA中的RNA)
DNA指导的DNA聚合酶活性
多种酶
DDDP
依赖DNA的DNA聚合酶
DDRP
RDRP
RDDP
依赖RNA的DNA聚合酶
无外切酶活性,转录错误高
发现的意义
丰富和发展了中心法则
丰富和发展量致癌理论
在基因工程中的应用
真核生物的DNA合成过程
端粒酶
一种反转录酶
参与解决染色体末端复制问题
真核生物染色体DNA在每个细胞周期只能复制一次
真核生物线粒体DNA按D环方式复制