dna的生物合成

1、,,DNA的生物合成,教學(xué)要求,1.掌握DNA生物合成的類型和其在種族延續(xù)及個體發(fā)育中的重要意義。2.掌握DNA復(fù)制及其相關(guān)的基本概念，復(fù)制的特點，復(fù)制的體系的組成和基本過程。3.自學(xué)DNA損傷的主要原因，了解常見的損傷類型和修復(fù)合成的機制。4.熟悉逆轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄酶的概念和重要生物學(xué)意義。,第一節(jié) DNA的復(fù)制,1. DNA復(fù)制的概念2. DNA復(fù)制的意義3. DNA復(fù)制的方式4. DNA復(fù)制的體系組成5. DNA復(fù)制的

2、基本過程6. DNA復(fù)制的高保真機制,一 . DNA復(fù)制的概念,DNA的生物合成包括DNA的復(fù)制， DNA的修復(fù)合成與逆轉(zhuǎn)錄三部分。DNA復(fù)制是DNA生物合成的中心內(nèi)容，所謂DNA復(fù)制就是以DNA為模板指導(dǎo)合成全部DNA的過程。,二. DNA復(fù)制的意義,1. DNA是遺傳信息的攜帶者2. DNA復(fù)制是種系延續(xù)的關(guān)鍵3. DNA復(fù)制是個體生長發(fā)育的關(guān)鍵4. DNA變異與進(jìn)化5. DNA變異與疾病和退化,三 . DNA復(fù)制的方式

3、,DNA 的復(fù)制方式是半保留復(fù)制： DNA 復(fù)制時，兩條鏈打開分別作為模板，根據(jù)堿基互補的原則指導(dǎo)合成新鏈，如此合成的子代 DNA 分子與親代完全相同，子代DNA 分子中的兩條鏈一條來自親代，另一條是新合成的， DNA 的這種復(fù)制方式稱為DNA 的半保留復(fù)制。,半保留復(fù)制的證明,四. DNA復(fù)制的體系組成,1. DNA模板2. DNA聚合酶等多種催化酶3. RNA引物與引物酶4. 連接酶5. DNA合成的原料：四種dNTP

4、 6. 蛋白因子7. 無機離子（Mg 2+等）和反應(yīng)體系8. 供能體系,1. DNA模板,①DNA結(jié)構(gòu)特點②解鏈酶（Helicase）③拓?fù)洚悩?gòu)（Topoisomerase）④單鏈結(jié)合蛋白（Single strand binding protein）,2. DNA聚合酶（DNA polymerase）,有RNA引物和dNTP存在,以DNA為模板,催化DNA的聚合反應(yīng),合成具有方向性為5’→3’,DNA聚合酶－基本特征,①模

5、板的依賴性②方向的單向性③引物的依賴性④校讀功能⑤底物的特異性⑥合成速度,DNA合成方向的單向性,3. RNA引物與引物酶,①以DNA為模板的 RNA聚合酶②合成的RNA片段稱 為引物③引物能夠提供核苷　酸 片段的３’－OH④引物酶是引發(fā)體的　重要結(jié)構(gòu)成分⑤具有RNA聚合酶的 基本特征,4. 連接酶,①連接酶只能催　化互補雙鏈的　連接②連接酶不能催　 化游離單鏈的　連接

6、③連接酶是重要　工具酶,5. 其他成分,4. DNA合成的原料：四種dNTP. DNA聚合酶底物的特異性5. 蛋白因子: 多種蛋白因子6. 無機離子（Mg 2+等） Mg 2+ 是DNA聚合酶的激活劑7. 供能體系: ATP,五 .DNA復(fù)制的基本過程,1.復(fù)制的起始：2.復(fù)制的延伸：3.復(fù)制的終止：,1. 復(fù)制的起始,1.復(fù)制起始點2.解為單鏈3.合成引物4.復(fù)制起始,⑴

7、復(fù)制的起始點,1.復(fù)制起始點不是隨機的，它具有一定的結(jié)構(gòu)特點。2.原核生物環(huán)狀DNA僅有一個起始點。3.真核生物線性基因組 DNA結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它們具有多個復(fù)制起始點。,原核生物從一個固定的起始點開始，同時向兩個方向進(jìn)行的，稱為雙向復(fù)制,復(fù)制叉----復(fù)制開始后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈上進(jìn)行復(fù)制，形成在顯微鏡下可看到的叉狀結(jié)構(gòu)，稱為復(fù)制叉,原核生物細(xì)胞有單個起始點,真核生物有多個起始點,2. 復(fù)制的延伸,1. 前導(dǎo)鏈與隨從鏈2.

8、 岡崎片段3. 引物的水解與連接,⑴. 前導(dǎo)鏈與隨從鏈,1. 在DNA復(fù)制過程中，與復(fù)制叉行進(jìn)方向相同連續(xù)合成的新的DNA單鏈稱之為前導(dǎo)鏈。2. 在DNA復(fù)制過程中，與復(fù)制叉行進(jìn)方向相反不連續(xù)斷續(xù)合成的新的DNA單鏈稱之為隨從鏈。,Semi-discontinuous replication,DNA replication,(2). 岡崎片段,在DNA復(fù)制時，與前導(dǎo)鏈的連續(xù)合成不同隨從鏈的DNA合成是不連續(xù)的。這種不連續(xù)合成隨從鏈上

9、由RNA引物和新合成DNA片段共同組成的片段稱之為岡崎片段。因這種現(xiàn)象是由日本學(xué)者岡崎（Okazaki)首先發(fā)現(xiàn)的故命名為岡崎片段（Okazaki fragment) 。,(3). 引物的水解與連接,3. 復(fù)制的終止,1.水解引物2.填補空缺3.連接DNA片段,六.DNA復(fù)制的高保真機制,1. 復(fù)制時嚴(yán)格的堿基互補原則2. DNA聚合酶的校讀功能3. DNA損傷的修復(fù)能力,DNA復(fù)制與PCR,聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymoras

10、e chain reaction,PCR)是一種在體外由引物介導(dǎo)的DNA酶促合成反應(yīng)，也叫基因擴增技術(shù),類似體內(nèi)的DNA復(fù)制過程。PCR主要是利用DNA聚合酶依賴DNA模板的特性，在一對引物間誘發(fā)聚合酶反應(yīng)。 PCR具有特異性強，靈敏性高，操作簡便，對待檢材料質(zhì)量要求低等特點，能夠快速擴增任何目的基因片段。,開展PCR的基本要素,1.基因組(DNA)模板2.引物3.DNA聚合酶4.合成原料dNTP5.二價鎂離子 Mg++6.一

11、價離子K+ 7.適合的緩沖液,目的基因擴增片段的鑒定,第二節(jié) DNA的修復(fù)合成,1. DNA損傷的因素。2. DNA損傷的形式。3. DNA損傷的影響。 4. DNA損傷的修復(fù)。5. DNA損傷修復(fù)的結(jié)果。,一. DNA損傷的因素,DNA的變異是絕對的，穩(wěn)定是相對的。1. 自發(fā)性因素： DNA復(fù)制的錯配。 DNA復(fù)制時校讀功能不是絕對的。2. 環(huán)境的影響：

12、 物理因素； 化學(xué)因素 生物學(xué)因素,二. DNA損傷的形式,1. 堿基錯配2. 形成嘧啶二聚體3. 插入或缺失4. 片段的移位或重組5. 鏈的斷裂或缺失,三. DNA損傷的影響,DNA變異的兩重性：1. DNA變異是物種進(jìn)化的根源。2. DNA變異可以造成程度不同 的危害，有些危害是致命 的，有些危害是導(dǎo)致疾病， 分子病就是其中之一。,四. DNA損傷的修

13、復(fù),1. 光修復(fù)2. 切除修復(fù)3. 重組修復(fù)4. SOS修復(fù),1. 光修復(fù) 紫外光照射可使相鄰的兩個T 形成二聚體 光修復(fù)酶可使二聚體解聚為單體狀態(tài)，DNA完全恢復(fù)正常。光修復(fù)酶的激活需300-600μm波長的光。,2. 切除修復(fù) 參與的酶有 核酸內(nèi)切酶，polⅠ　,DNA連接酶,3. 重組修復(fù)重組蛋白RecA，polⅠ，連接酶參與,4. SOS修復(fù),當(dāng)DNA損傷廣泛,甚至同時發(fā)生多處嚴(yán)重?fù)p傷以至難以繼續(xù)

14、復(fù)制時.機體應(yīng)急產(chǎn)生一系列修復(fù)反應(yīng),這種應(yīng)急修復(fù)稱為SOS修復(fù)。 SOS修復(fù)特異性很低，快而粗糙，故修復(fù)后遺留錯誤概率大，突變概率也大。,五. DNA損傷修復(fù)的結(jié)果,DNA損傷與修復(fù)的結(jié)果不外兩種情況： 一是完全修復(fù)，機體正常生長發(fā)育。 二是修復(fù)不全，這是導(dǎo)致基因突變乃至疾病發(fā)生的重要原因之一。,第三節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄作用,1.逆轉(zhuǎn)錄的概念2.逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)3.逆轉(zhuǎn)錄的基本過程4.逆轉(zhuǎn)錄

15、作用的生物學(xué)意義,一. 逆轉(zhuǎn)錄的概念,1.轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板指導(dǎo)合成RNA的過程，它是遺傳信息流動過程中的中心內(nèi)容.2.逆轉(zhuǎn)錄是以RNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過程，其遺傳信息的流動方向與轉(zhuǎn)錄相反，故稱為逆轉(zhuǎn)錄。逆轉(zhuǎn)錄是對遺傳信息流動法則的重要補充；逆轉(zhuǎn)錄酶在基因工程中是重要的工具酶。,二. 逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)源于勞氏肉瘤病毒（Rous sarcoma virus,RSV）的研究，該病毒為RNA病毒.1963年美國科

16、學(xué)家H.M.Tamin觀察到抑制DNA合成的抑制劑能阻斷RNA增殖的現(xiàn)象。1970年繼又在其它的RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，并分離出逆轉(zhuǎn)錄酶。,三. 逆轉(zhuǎn)錄的基本過程,四.逆轉(zhuǎn)錄作用的生物學(xué)意義,1.病毒生活周期的重要環(huán)節(jié)2.逆轉(zhuǎn)錄病毒是重要的致病原之一，如人類獲得性免疫缺陷綜合癥（AIDS）。3.逆轉(zhuǎn)錄病毒性疾病的治療，如AZT。4.逆轉(zhuǎn)錄酶是基因工程中的重要工具酶.,1.病毒生活周期的重要環(huán)節(jié),2. RNA病毒感染性疾病,1

17、. 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. 腸道病毒--脊髓灰質(zhì)炎病毒等8. 薩斯等冠狀病毒,3. 抗反轉(zhuǎn)錄病毒藥物--AZT,4.逆轉(zhuǎn)錄酶是重要的工具酶,本章要點,1、生物遺傳學(xué)中心法則。2、半保留復(fù)制，半不連續(xù)復(fù)制的概念3、DNA復(fù)制過程中酶以及蛋白因子4、原核生物DNA復(fù)制過程5、變異及意義6、反轉(zhuǎn)錄作用的概念以及逆轉(zhuǎn)錄酶的 三種活性,感