DNA复制与RNA转录小结Word下载.docx

1、2.1半保留复制 DNA在复制时,以亲代DNA的每一股作模板,合成完全相同的两个双链子代DNA,每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链,这种现象称为DNA的半保留复制（semi-conservative replication）。DNA以半保留方式进行复制,是在1958年由M. Meselson 和F. Stahl 所完成的实验所证明。该实验首先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养约十五代,使其DNA中的碱基氮均转变为15N。将大肠杆菌移至只含14N的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取DNA,作密度梯度离心,可得到下列结果:2.2 有一定的复制起始点DNA在复制时,需在特定的位点起始,这

2、是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段,即复制起始点。每个DNA复制的独立单元被称为复制子（replicon）,主要包括复制起始位点（Origine of replication）和终止位点（terminus）。原核生物的整个染色体上一般只有一个复制起始位点。真核生物有多个。2.3 需要引物参与DNA复制的DNA聚合酶,必须以一段具有3端自由羟基（3-OH）的RNA作为引物（primer） ,才能开始聚合子代DNA链。RNA引物的大小,在原核生物中通常为50100个核苷酸,而在真核生物中约为10个核苷酸。RNA引物的碱基顺序,与其模板DNA的碱基顺序相配对。2.4 双向复制 DNA复制时,以复制起

3、始点为中心,向两个方向进行复制。但在低等生物中,也可进行单向复制（如滚环复制）。由于DNA聚合酶只能以53方向聚合子代DNA链,即模板DNA链的方向必须为35。因此,分别以两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。以35方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的,其子代链的聚合方向为53,这一条链被称为前导链（leading strand）。而以53方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是不连续的,其链的聚合方向也是53,这条链被称为滞后链（lagging strand）。2.5不连续性由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的,因此,随从链的合成也是一段一段的

4、。DNA在复制时,由滞后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段（Okazaki fragment）。冈崎片段的大小,在原核生物中约为10002000个核苷酸,而在真核生物中约为100个核苷酸。2.6 DNA复制的保真性为了保证遗传的稳定,DNA的复制必须具有高保真性。DNA复制时的保真性主要与下列因素有关:遵守严格的碱基配对规律;DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择;对复制过程中出现的错误及时进行校正。小结:DNA复制的特点半保留起始点引物方向性不连续高度精确性 3. DNA复制的条件 3.1 底物以四种脱氧核糖核酸（deoxynucleotide triphosphate）为底物,即dAT

5、P,dGTP,dCTP, dTTP。 （dNMP）n+dNTP （dNMP）n+1+PPi 3.2 模板（template） DNA复制是模板依赖性的,必须要以亲代DNA链作为模板。亲代DNA 的两股链解开后,可分别作为模板进行复制。3.3 引发体和RNA引物引发体（primosome）由引发前体与引发酶（primase）组装而成。引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核生物中,引发前体至少由六种蛋白因子构成。蛋白i、蛋白n、蛋白n”、蛋白dnaC与引物预合成有关,蛋白n与蛋白dnaB与识别复制起始点有关,并具有ATPase活性。引发酶本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP）,

6、该酶以DNA为模板,聚合一段RNA短链引物（primer）,以提供自由的3-OH,使子代DNA链能够开始聚合。3.4 DNA聚合酶（DDDP）DNA聚合酶的种类和生理功能在原核生物中,目前发现的DNA 聚合酶有三种,分别命名为DNA聚合酶（pol ）,DNA聚合酶（pol ）,DNA聚合酶（pol ）,这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与DNA复制的主要是pol 和pol 。pol 为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段,其中的大片段称为Klenow fragment,具有5聚合酶活性和3外切酶的活性。pol 由十种亚基组成,其中亚基具有5聚合DNA的酶活性,因而具有

7、复制DNA的功能;而亚基具有3外切酶的活性,因而与DNA复制的校正功能有关。原核生物中的三种DNA聚合酶 在真核生物中,目前发现的DNA聚合酶有五种,分别命名为DNA聚合酶（pol ）,DNA 聚合酶（pol ）,DNA聚合酶（pol ）,DNA聚合酶（pol ）,DNA聚合酶（pol ）。其中,参与染色体DNA复制的是pol （延长滞后链）和pol （延长先导链）,参与线粒体DNA复制的是pol ,pol与DNA损伤修复、校读和填补缺口有关,pol 只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。3.5 DNA连接酶DNA连接酶（DNA ligase）可催化两段DN*段之间磷酸二酯键的形成,而使两段DNA

8、连接起来。DNA连接酶催化的条件是:需一段DN*段具有3-OH,而另一段DN*段具有5-Pi基;未封闭的缺口位于双链DNA中,即其中有一条链是完整的;需要消耗能量,在原核生物中由NAD+供能,在真核生物中由ATP供能。3.6 单链DNA结合蛋白单链DNA结合蛋白（single strand binding protein, SSB）又称螺旋反稳蛋白（HDP）。这是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。其作用为:使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在,即稳定单链DNA,便于以其为模板复制子代DNA;保护单链DNA,避免核酸酶的降解。3.7 解螺旋酶解螺旋酶（unwinding enzyme） ,

9、又称解链酶或rep蛋白,是用于解开DNA 双链的酶蛋白,每解开一对碱基,需消耗两分子ATP。目前发现存在至少存在两种解螺旋酶。大肠杆菌拓朴异构酶的结构 3.8 拓扑异构酶（topoisomerase） 拓扑异构酶可使DNA双链中的一条链切断,松开双螺旋后再将DNA链连接起来,从而避免出现链的缠绕。拓扑异构酶可切断DNA双链,使DNA的超螺旋松解后,再将其连接起来。4. DNA生物合成过程 4.1复制的起始DNA复制的起始阶段,由下列两步构成。4.1.1 预引发:解旋解链,形成复制叉:由拓扑异构酶和解链酶作用,使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开,碱基间氢键断裂,形成两条单链DNA。单链DNA结合蛋

10、白（SSB）结合在两条单链DNA上,形成复制叉。DNA复制时,局部双螺旋解开形成两条单链,这种叉状结构称为复制叉。引发体组装:由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点,并与其他蛋白因子以及引发酶一起组装形成引发体。4.1.2 引发在引发酶的催化下,以DNA为模板,合成一段短的RN*段,从而获得3端自由羟基（3-OH）。4.2 复制的延长4.2.1 聚合子代DNA:由DNA聚合酶催化,以35方向的亲代DNA链为模板,从53方向聚合子代DNA链。在原核生物中,参与DNA复制延长的是DNA聚合酶;而在真核生物中,是DNA聚合酶（延长滞后链）和（延长先导链）。4.2.2 引发体移动:引发体向前移动,解

11、开新的局部双螺旋,形成新的复制叉,随从链重新合成RNA引物,继续进行链的延长。4.3 复制的终止4.3.1 去除引物,填补缺口:在原核生物中,由DNA聚合酶来水解去除RNA引物,并由该酶催化延长引物缺口处的DNA,直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中,RNA引物的去除,由一种特殊的核酸酶来水解,而冈崎片段仍由DNA聚合酶来延长。4.3.2 连接冈崎片段:在DNA连接酶的催化下,形成最后一个磷酸酯键,将冈崎片段连接起来,形成完整的DNA长链。4.3.3 真核生物端粒的形成:端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分,通常膨大成粒状。其共同的结构特征是由一些富

12、含G、C的短重复序列构成,可重复数十次至数百次。线性DNA在复制完成后,其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下,进行延长反应。端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体,它可以其RNA 为模板,通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。整个DNA复制过程中,只有复制起始受细胞周期的严格调控。DNA甲基化与DNA复制起始密切相关。OriC中有11个GA TC回文结构（一般说来,256bp才应有一个GATC重复）。DNA子链被合成后,母链立即被甲基化（称为hemimethylated）。此时,oriC与细胞原生质膜相结合。只有当oriC被从膜上释放出来,子链被D

13、am甲基化后,才能有效地与DnaA蛋白结合,起始新一轮的DNA复制。复制起始可能还受A TP水解过程调控,因为DnaA只有与ATP相结合时才能与oriC区DNA相结合。 Once in each cell cycle 原核生物核真核生物DNA复制的异同:不同点:复制起点数目复制叉数目调节方式 5. DNA的损伤与修复 5.1DNA的损伤（突变）由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤,也称为突变（mutation）。常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联,链的断裂,重组等。5.1.1 引起突变的因素:A.自发因素:（1）自发脱碱基:由于N-糖苷键的自发断裂

14、,引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。（2）自发脱氨基:胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶,腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。（3）复制错配:由于复制时碱基配对错误引起的损伤,发生频率较低。B.物理因素:由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤。其中,X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂,而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成,如TT,TC,CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构,因而会引起复制障碍。C.化学因素:（1）脱氨剂:如亚硝酸与亚硝酸盐,可加速C脱氨基生成U,A脱氨基生成I。（2）烷基化剂:这是一类带有活性烷基的化合物,可提供甲基或其他烷基,引起碱基或磷酸基的烷基化,甚至可引起邻近碱基的交联。 （3）DNA加合剂:如苯并芘,在体内代谢后生 成四羟苯并芘,与嘌呤共价结合引起损伤。 （4）碱基类似物:如5-FU,6-MP等,可掺入到DNA分子中引起损伤或突变。 （5）断链剂:如过氧化物,