生物化學第十一章的生物合成第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一中心法則

(TheCentralDogma)逆轉錄基因遺傳基因表達第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一

復制的基本規律

DNA復制的酶學和拓撲學變化

復制的過程(復制體系、酶;復制起始、延伸、終止)DNA損傷（突變）與修復本章主要內容：第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第一節復制的基本規律半保留復制雙向復制半不連續復制復制具有方向性5’→3’第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、半保留復制:DNA復制的基本特征DNA母鏈解開為兩股單鏈，各自為模板按堿基配對規律，合成與模板互補的子鏈。子鏈的一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股則全新合成。子鏈DNA都和母鏈堿基序列一致，稱為半保留復制。

它保留親代的全部遺傳信息(遺傳保守性)。這是物種穩定性的分子基礎，但不絕對。第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA復制形成的復制叉子代DNA第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一密度梯度實驗:

支持半保留復制的設想含重氮15N-DNA細菌培養于普通培養液

第一代繼續培養于普通培養液

第二代梯度離心結果第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一原核生物從一個固定的起始點同時向兩個方向進行復制，稱雙向復制。二、DNA復制從起始點向兩個方向延伸

雙向復制放射自顯影圖像第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一A.環狀雙鏈DNA及復制起始點B.兩個復制叉oriterABC低等生物的滾環復制C.復制接近終止點(termination,ter)第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復制子3’真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子的復制。兩個相鄰起始點間的距離定為一個復制子，是獨立完成復制的功能單位。第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、DNA一股子鏈復制的方向與解鏈方向相反半不連續復制3535解鏈方向3′5′3′3′5′領頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)子鏈順著解鏈方向生成，復制連續進行。子鏈與解鏈方向相反，不順著解鏈方向連續延長。不連續的復制片段稱岡崎片段(okazakifragment)。第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一參與DNA復制物質:底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase,DNA-pol):

依賴DNA的DNA聚合酶，DDDP；模板(template):母鏈DNA解開成的單鏈；引物(primer):提供3-OH端使dNTP依次聚合；其他的酶和蛋白質因子。第二節DNA復制的酶學和拓撲學變化第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、DNA聚合酶:核苷酸聚合全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase,DNA-pol)活性：DNA-pol1.53

的聚合活性.2.核酸外切酶活性:35外切酶活性:

辨認錯配堿基并水解

53外切酶活性:

切除突變的DNA片段第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一復制的基本化學反應:

核苷酸之間生成磷酸二酯鍵。核酸片段磷酸二酯鍵第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一反應特點:新鏈生成需引物和模板；新鏈只沿5→3方向延長。(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性:53外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性:第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（一）原核生物的DNA聚合酶分為三型DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一原核生物的DNA聚合酶￠5有有有3→￠核酸外切酶活性催化復制合成應急修復主要作用多亞基不對稱二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI

有

有

有聚合酶活性￠3無無有5→￠核酸外切酶活性參與校對、修復多亞基不對稱二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（二）常見的真核細胞DNA聚合酶DNA-pol起始引發，有引物酶活性。子鏈延長的主要酶，解螺旋酶活性。參與低保真復制。在復制中校讀、修復和填補缺口。催化線粒體DNA復制。DNA-pol

DNA-polDNA-polDNA-pol第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一真核生物的DNA聚合酶第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、同DNA分子解鏈相關的酶1、解螺旋酶(helicase)

：利用ATP供能，作用于氫鍵使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈運送和協同DnaBDnaC解開DNA雙鏈解螺旋酶DnaB辨認起始點DnaA蛋白質通用名功能第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DnaB、DnaC3535

解螺旋酶的作用DnaAori?第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一2、單鏈DNA結合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)：在復制中維持模板處于單鏈狀態并保護單鏈的完整。

DnaADnaB、DnaC3535SSBdATPdCTPdGTP第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一108局部解鏈后3、DNA拓撲異構酶復制過程正超螺旋的形成：第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一解鏈過程中正超螺旋的形成第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一既能水解,又能連接磷酸二酯鍵。

拓撲異構酶Ⅰ

拓撲異構酶Ⅱ拓撲異構酶分類：拓撲異構酶作用特點：第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一拓撲酶的作用方式：拓撲異構酶+第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一拓撲異構酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉不致打結；適當時候封閉切口，DNA變為松弛狀態。反應不需ATP。拓撲異構酶I作用機制：第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一拓撲異構酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進入負超螺旋狀態。拓撲異構酶II作用機制：第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一五、DNA連接酶連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶(DNAligase)作用方式：第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一HO5’3’3’5’ATPADP5’3’5’3’把兩段DNA連成一條完整鏈DNA連接酶連接單鏈缺口催化3-OH和相鄰5-P生成磷酸二酯鍵第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DNA連接酶在復制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一提供核糖3-OH提供5-P結果DNA聚合酶引物或延長中的新鏈游離dNTP去PPi(dNTP)n+1連接酶復制中不連續的兩條單鏈不連續→連續鏈拓撲酶切斷、整理后的兩鏈改變拓撲狀態DNA聚合酶，拓撲酶和連接酶催化3,5-磷酸二酯鍵生成的比較

第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（一）復制起始：DNA解鏈形成引發體1.DNA解開成單鏈，提供模板。2.形成引發體，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成第三節DNA生物合成過程TheProcessofDNAReplication第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一E.coli復制起始點oriC：245bp，三組串聯重復序列和兩對反向重復序列GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串聯重復序列

反向重復序列53531.DNA解鏈第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構酶引物酶SSB35352.引發體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復制起始區域的復合結構稱為引發體。第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一3535引物酶催化合成的RNA引物3'HO5'引物酶第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol（二）延長：領頭鏈連續復制，隨從鏈不連續復制在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長的子鏈，不斷生成磷酸二酯鍵。復制叉上領頭鏈和隨從鏈由同一DNA-pol催化。第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一領頭鏈的合成：子鏈沿5→3方向連續延長。第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一隨從鏈的合成第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一領頭鏈和隨從鏈由相同的DNA-pol催化延長第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一復制過程簡圖第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一原核環狀DNA雙向復制片段在終止點(ter)匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）終止：切除引物、填補空缺、連接切口第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA連接酶

崗崎片段的連接：第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一端粒(telomere)

指真核生物染色體線性DNA分子末端的結構,通常膨大成粒狀。端粒的結構特點：由末端單鏈DNA序列和蛋白質構成。末端DNA序列是多次重復的富含G、T堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…Pr二、真核生物的DNA生物合成第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第四節

DNA損傷（突變）與修復第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DNA突變：指個別dNMP殘基以至片段DNA在構成、復制或表型功能的異常變化，也稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎從長遠的生物史看，進化過程是自發突變或自然突變(spontaneousmutation)的不斷發生所造成的。第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態性這種突變沒有可察覺的表型改變。多態性(polymorphism)一詞用來描述個體之間的基因型差別現象。（三）致死性的突變可導致個體、細胞的死亡

（四）突變是某些疾病的發病基礎第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、誘發突變的因素大量的突變屬于自發突變，發生頻率只不過在10-9左右。但由于生物基因組龐大，細胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。實驗室用來誘發突變，也是生活環境中導致突變的因素，主要有物理和化學因素。第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一化學因素：第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、引起突變的分子改變類型有多種點突變(pointmutation)或錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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glu

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C肽鏈CAC基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTC基因鐮形紅細胞貧血病人點突變：DNA分子上一個堿基的變異稱點突變或錯配點突變發生在基因的編碼區，可導致氨基酸改變。（一）點突變可導致編碼氨基酸的改變第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（二）缺失、插入和框移突變:蛋白質氨基酸序列改變缺失：DNA鏈上一個堿基或一段核苷酸消失。插入：一堿基或一段核苷酸插入DNA分子中間。都可導致框移突變。框移突變:三聯體密碼的閱讀方式改變造成蛋白質氨基酸順序改變。谷酪蛋絲5’……G