DNA的生物合成.ppt

1、,DNA的生物合成,教学要求,1.掌握DNA生物合成的类型和其在种族延续及个体发育中的重要意义。2.掌握DNA复制及其相关的基本概念，复制的特点，复制的体系的组成和基本过程。3.自学DNA损伤的主要原因，了解常见的损伤类型和修复合成的机制。4.熟悉逆转录和逆转录酶的概念和重要生物学意义。,第一节 DNA的复制,1. DNA复制的概念2. DNA复制的意义3. DNA复制的方式4. DNA复制的体系组成5. DNA复制的基本过程6. DNA复制的高保真机制,一 . DNA复制的概念,DNA的生物合成包括DNA的复制， DNA的修复合成与逆转录三部分。DNA复制是DNA生物合成的中心内容，所谓DN

2、A复制就是以DNA为模板指导合成全部DNA的过程。,二. DNA复制的意义,1. DNA是遗传信息的携带者2. DNA复制是种系延续的关键3. DNA复制是个体生长发育的关键4. DNA变异与进化5. DNA变异与疾病和退化,三 . DNA复制的方式,DNA 的复制方式是半保留复制： DNA 复制时，两条链打开分别作为模板，根据碱基互补的原则指导合成新链，如此合成的子代 DNA 分子与亲代完全相同，子代DNA 分子中的两条链一条来自亲代，另一条是新合成的， DNA 的这种复制方式称为DNA 的半保留复制。,半保留复制的证明,四. DNA复制的体系组成,1. DNA模板2. DNA聚合酶等多种催

3、化酶3. RNA引物与引物酶4. 连接酶5. DNA合成的原料：四种dNTP 6. 蛋白因子7. 无机离子（Mg 2+等）和反应体系8. 供能体系,1. DNA模板,DNA结构特点解链酶（Helicase）拓扑异构（Topoisomerase）单链结合蛋白（Single strand binding protein）,2. DNA聚合酶（DNA polymerase）,有RNA引物和dNTP存在,以DNA为模板,催化DNA的聚合反应,合成具有方向性为53,DNA聚合酶基本特征,模板的依赖性方向的单向性引物的依赖性校读功能底物的特异性合成速度,DNA合成方向的单向性,3. RNA引物与引物酶,以

4、DNA为模板的 RNA聚合酶合成的RNA片段称 为引物引物能够提供核苷酸 片段的OH引物酶是引发体的重要结构成分具有RNA聚合酶的 基本特征,4. 连接酶,连接酶只能催化互补双链的连接连接酶不能催 化游离单链的连接连接酶是重要工具酶,5. 其他成分,4. DNA合成的原料：四种dNTP. DNA聚合酶底物的特异性5. 蛋白因子: 多种蛋白因子6. 无机离子（Mg 2+等） Mg 2+ 是DNA聚合酶的激活剂7. 供能体系: ATP,五 .DNA复制的基本过程,1.复制的起始：2.复制的延伸：3.复制的终止：,1. 复制的起始,1.复制起始点2.解为单链3.合成引物4.复制起始, 复制的起始点,

5、1.复制起始点不是随机的，它具有一定的结构特点。2.原核生物环状DNA仅有一个起始点。3.真核生物线性基因组 DNA结构复杂，它们具有多个复制起始点。,原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制,复制叉-复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构，称为复制叉,原核生物细胞有单个起始点,真核生物有多个起始点,2. 复制的延伸,1. 前导链与随从链2. 冈崎片段3. 引物的水解与连接,. 前导链与随从链,1. 在DNA复制过程中，与复制叉行进方向相同连续合成的新的DNA单链称之为前导链。2. 在DNA复制过程中，与复制叉行进方向相反不

6、连续断续合成的新的DNA单链称之为随从链。,Semi-discontinuous replication,DNA replication,(2). 冈崎片段,在DNA复制时，与前导链的连续合成不同随从链的DNA合成是不连续的。这种不连续合成随从链上由RNA引物和新合成DNA片段共同组成的片段称之为冈崎片段。因这种现象是由日本学者冈崎（Okazaki)首先发现的故命名为冈崎片段（Okazaki fragment) 。,(3). 引物的水解与连接,3. 复制的终止,1.水解引物2.填补空缺3.连接DNA片段,六.DNA复制的高保真机制,1. 复制时严格的碱基互补原则2. DNA聚合酶的校读功能3.

7、 DNA损伤的修复能力,DNA复制与PCR,聚合酶链式反应(polymorase chain reaction,PCR)是一种在体外由引物介导的DNA酶促合成反应，也叫基因扩增技术,类似体内的DNA复制过程。PCR主要是利用DNA聚合酶依赖DNA模板的特性，在一对引物间诱发聚合酶反应。 PCR具有特异性强，灵敏性高，操作简便，对待检材料质量要求低等特点，能够快速扩增任何目的基因片段。,开展PCR的基本要素,1.基因组(DNA)模板2.引物3.DNA聚合酶4.合成原料dNTP5.二价镁离子 Mg+6.一价离子K+ 7.适合的缓冲液,目的基因扩增片段的鉴定,第二节 DNA的修复合成,1. DNA损

8、伤的因素。2. DNA损伤的形式。3. DNA损伤的影响。 4. DNA损伤的修复。5. DNA损伤修复的结果。,一. DNA损伤的因素,DNA的变异是绝对的，稳定是相对的。1. 自发性因素： DNA复制的错配。 DNA复制时校读功能不是绝对的。2. 环境的影响： 物理因素； 化学因素 生物学因素,二. DNA损伤的形式,1. 碱基错配2. 形成嘧啶二聚体3. 插入或缺失4. 片段的移位或重组5. 链的断裂或缺失,三. DNA损伤的影响,DNA变异的两重性：1. DNA变异是物种进化的根源。2. DNA变异可以造成程度不同 的危害，有些危害是致命 的，有些危害是导致疾病， 分子病就是其中之一。

9、,四. DNA损伤的修复,1. 光修复2. 切除修复3. 重组修复4. SOS修复,1. 光修复 紫外光照射可使相邻的两个T 形成二聚体 光修复酶可使二聚体解聚为单体状态，DNA完全恢复正常。光修复酶的激活需300-600m波长的光。,2. 切除修复 参与的酶有 核酸内切酶，pol,DNA连接酶,3. 重组修复重组蛋白RecA，pol，连接酶参与,4. SOS修复,当DNA损伤广泛,甚至同时发生多处严重损伤以至难以继续复制时.机体应急产生一系列修复反应,这种应急修复称为SOS修复。 SOS修复特异性很低，快而粗糙，故修复后遗留错误概率大，突变概率也大。,五. DNA损伤修复的结果,DNA损伤与

10、修复的结果不外两种情况： 一是完全修复，机体正常生长发育。 二是修复不全，这是导致基因突变乃至疾病发生的重要原因之一。,第三节 逆转录作用,1.逆转录的概念2.逆转录现象的发现3.逆转录的基本过程4.逆转录作用的生物学意义,一. 逆转录的概念,1.转录是以DNA为模板指导合成RNA的过程，它是遗传信息流动过程中的中心内容.2.逆转录是以RNA为模板指导合成DNA的过程，其遗传信息的流动方向与转录相反，故称为逆转录。逆转录是对遗传信息流动法则的重要补充；逆转录酶在基因工程中是重要的工具酶。,二. 逆转录现象的发现,逆转录现象的发现源于劳氏肉瘤病毒（Rous sarcoma virus,RSV）的

11、研究，该病毒为RNA病毒.1963年美国科学家H.M.Tamin观察到抑制DNA合成的抑制剂能阻断RNA增殖的现象。1970年继又在其它的RNA病毒中发现了逆转录现象，并分离出逆转录酶。,三. 逆转录的基本过程,四.逆转录作用的生物学意义,1.病毒生活周期的重要环节2.逆转录病毒是重要的致病原之一，如人类获得性免疫缺陷综合症（AIDS）。3.逆转录病毒性疾病的治疗，如AZT。4.逆转录酶是基因工程中的重要工具酶.,1.病毒生活周期的重要环节,2. RNA病毒感染性疾病,1. 甲型肝炎病毒2. 丙型肝炎病毒3. 丁型肝炎病毒4. 戊型肝炎病毒5. 流感病毒6. 艾滋病7. 肠道病毒-脊髓灰质炎病毒等8. 萨斯等冠状病毒,3. 抗反转录病毒药物-AZT,4.逆转录酶是重要的工具酶,本章要点,1、生物遗传学中心法则。2、半保留复制，半不连续复制的概念3、DNA复制过程中酶以及蛋白因子4、原核生物DNA复制过程5、变异及意义6、反转录作用的概念以及逆转录酶的 三种活性,感谢光临,