12生化-DNA的生物合成
2022-02-06 16:44:31 2 举报AI智能生成
12生化-DNA的生物合成
作者其他创作
大纲/内容
DNA复制过程
原核（三长=复制子长+引物长+冈崎片段长）、催化效率高
真核（三短）、催化效率低
DNA复制
概念：
以DNA为模版➕碱基互补配对原则，化学本质：酶促脱氧核苷酸聚合反应，是基因组的复制过程；具有高保真性（有校对功能）
复制子
两个相邻DNA复制起始点之间的距离
原核生物单复制子
多顺反子（原核转录、翻译）
（所有遗传信息都包括）
真核生物d多复制子
单顺反子（单核转录、翻译）
DNA合成的特征
半保留复制
放射性标记2：2∧n-2
❶亲代双链解开，各做模版
❷A=T，C三G
高保真性
DNA聚合酶对碱基的正确选择
及时矫正
修复损伤
❸亲代双链模版存留形式：全保留式，半保留式，混合式
❹亲与子碱基序列一致
❺子代一条来自亲代，一条重新合成
半不连续性复制
原因
DNA双链反向平行，一条5-3，一条也5-3
DNA合成酶只能催化5-3
机制
前导链/领头链：与解链方向一致的连续合成
后随链：不连续合成→冈崎片段
冈崎片段
后随链上不连续合成的新DNA片段
真核（100-200核苷酸残基）；原核（1000-2000）
处理
复制完成后，去除引物➡️填补空隙➡️连接成完整DNA长链（RNA酶，连接酶）
双向复制
单复制子（原核生物）
多顺反子（原核转录、翻译）
多复制子（单核生物）
单顺反子（单核转录、翻译）
复制子是含有一个复制起点的独立完成复制的功能单位
多复制子复制是真核生物解决庞大基因组复制问题的适应机制
方向问题
5‘→3’
N→C（蛋白质方向）
磷酸二酯键3➡️5
DNA复制的生物分子
底物dNTP=dATP、dCTP、dGTP、dTTP
有高能磷酸键
模版
DNA母链
引物（复制起始处）
由引物酶催化合成的短链RNA分子
提供3‘-OH末端使dNTP依次聚合
DNA聚合酶：依赖DNA的DNA的聚合酶/DDDP
原核生物引物酶
DnaG
解链酶
DnaB
原核生物：聚合酶ⅠⅡⅢ
DNA pol I
作用
复制：校对功能，（大片段）3-5外切（切错配）
复制和修补：填补空隙切除突变片段，大片段5-3聚合➕小片段5-3外切酶（切突变）
大片段（Klenow片段）
DNA聚合酶活性➕3-5外切酶活性
合成DNA和进行分子生物学研究常用工具酶
小片段
5-3外切酶（独有）活性，将引物RNA和突变DNA片段切掉
DNA pol II
应急状态的损伤修复
5-3聚合，3-5外切
DNA pol III
复制延长真正起催化作用的酶
5-3聚合，3-5外切
修复以3为主要
真核生物：αβγδε
α引物酶
催化RNA链合成（引物酶酶活性），辨认DNA新链合成的起始点
β
复制保真度低，参与应急DNA修复
γ
线粒体DNA复制
δ
前导链与后随链合成，错配修复
复制延长中，起主要催化作用
解旋酶活性
ε填补缺口
错配修复
复制中校对修复、填补缺口
DNA复制的保真性
DNA pol的碱基选择➕校对功能=复制的保真性
三种机制实现保真性
1⃣️碱基互补配对原则
2⃣️pol在复制延长中对碱基的选择功能
3⃣️校对功能
原核：pol I
真核：pol δ和pol ε 的3-5外切酶活性
DNA分子的拓扑学变化
1⃣️多种酶参与DNA解链和稳定单链状态：DnaA，B，C，G，拓扑异构酶
2⃣️拓扑酶改变DNA超螺旋：可水解➕连接磷酸二酯键
拓扑异构酶
DNA连接酶
过程：一个3‘-OH➕一个5’-p末端➡️磷酸二酯键
特点
ATP供能
只连接DNA双链中单链缺口，不连接单独存在的DNA单链或RNA单链
用途
DNA复制
DNA体外重组
DNA损伤修复
单链DNA结合蛋白，（保护单链）SSB
过程
原核生物（大肠埃希菌）
复制起始
相关蛋白
DnaA，辨认起始点
拓扑酶
理顺DNA链，通过切断旋转再连接作用，正超螺旋➡️负超螺旋
拓扑酶I：切断一股，使解链过程不敢打结，适当时候还可封口，使DNA松弛
拓扑酶II：
无ATP时，切断正超螺旋的DNA双链，使超螺旋松弛
有ATP时，连接断段，使松弛恢复负超螺旋
DnaB（解旋酶）：解开双链
DnaC：运送和协同DnaB
SSB（单链结合蛋白）：稳定已解开的单链
DNA的解链
DnaA：辨认起始点并结合AT区
有固定起始点oric（单个）
识别区：上游串联重复序列
富含AT区：下游反复重复序列碱基以AT为主，以解链
多种蛋白质参与
Dna A，B，C，SSB
需DNA拓扑异构酶
引物合成和引发体形成
引发体：DnaB，C，G，和DNA的复制起始区域共同形成的复合结构
引发体在DNA链上移动，需ATP
引物酶催化生成RNA引物
DNApol不能催化两个游离dNTP形成磷酸二酯键，只能催化核酸片段的3‘-OH末端与dNTP的聚合，故引物只能是RNA
复制延长
引发体：DnaB，DnaC，引物酶DnaG，DNA特定起始点
Dna G（引物酶）：催化RNA引物的形成
DNApol III，本质是磷酸二酯键的不断合成
冈崎片段
原因：随从链的合成方向与解链方向相反
片段特点：原核（1000-2000核苷酸残基），合成方向5-3，每个片段5‘段均有RNA引物
复制终止
原核生物是环状DNA
单起点双向复制
起：oriC；终：ter
即冈崎片段的处理
去除引物：RNA水解酶
填补空隙：DNApol I
连接切口：DNA连接酶（耗能）
子主题 4
真核生物（酵母菌，人）
复制起始
起始点：多个
复制单位：多个，复制速度慢
复制方向：双向
参与起始的物质：DNApol a，δ、拓扑酶、复制因子RF、PCNA（增值细胞核抗原，在复制和延长中起关键作用）
复制延长
发生DNApola/δ转换
就催化速率，比原核生物合成速度慢
真核多复制子复制，整体速度不慢
DNA合成后立即组装成核小体
三级结构
原核生物三级超螺旋
复制终止
端粒
概念：真核染色体线性DNA分子末端结构
维持染色体稳定性➕DNA复制完整性
特点：富含T、G短序列多次重复
端粒酶
RNA➕Pr组成。特殊逆转录酶，参与端粒合成
包括：RNA➕协同蛋白1➕逆转录酶
提供RNA模版➕催化逆转录：以自身RNA为模版合成互补链
通过一种爬行模型机制维持染色体的完整，不依赖模版的复制（防止染色体线性RNA分子末端缩短）
DNA损伤（突变）与修复
环境：嘌呤最容易脱落
DNA损伤
紫外线：形成嘧啶二聚体共价键（同一条链）
光修复
类型
碱基错配（点突变）：
碱基的置换（可导致氨基酸置换）
转换：嘌呤与嘌呤，嘧啶与嘧啶
颠换：嘌呤与嘧啶
举例：镰刀细胞贫血（CTC谷氨酸→CAC缬氨酸），错义突变
由于密码子兼并性
无义突变→突变为终止密码子→肽链变短
错义突变→氨基酸突变、镰刀细胞贫血
同义突变→简并性
移码突变（非3n）读码框移
碱基缺失
碱基插入
重组、重排（较大片段的交换）
急性早幼粒（15,17）
慢粒（9,22）
地中海贫血
修复
sos修复：紧急修复（精确差、错误高、校对差）
方式
直接修复
嘧啶二聚体
光修复：紫外线嘧啶二聚体
切除修复（最常见）
碱基切除修复
相关酶：DNA糖基化酶，AP核酸内切酶，DNApol I，DNA连接酶
过程
1⃣️识别水解，无碱基的AP位点
2⃣️切除
3⃣️补
pol I
4⃣️连接
核苷酸切除修复（单链）
相关疾病：着色性干皮病XP，人毛发硫营养不良症
重组修复（双链）
跨越损伤修复
重组跨越损伤修复
合成跨越损伤修复
DNA双链发生大片段，高频率损伤时，细胞可以紧急启动应急修复系统（SOS修复）
常见病：遗传性非息肉性结肠癌，遗传性乳腺癌，着色性干皮症导致的皮肤癌，黑色素瘤
发病机制-DNA修复系统缺陷
逆转录
逆转录酶（依赖RNA的DNA聚合酶）
三种活性
RNA指导的：以病毒基因组RNA或mRNA为模版➡️互补DNA链➡️RNA/DNA杂化双链
RNA水解酶（RNaseH）活性：水解杂化双链中的RNA
DNA指导的：DNA为模板聚合dNTP
DNA合成方向：5-3，合成起始需要引物，可以是病毒自身的tRNA
不具有3-5外切酶活性，无校对功能，错误率较高
DDDP,DDRP
逆转录病毒：HIV
过程
RNA→①DNA→水解RNA→②单链DNA➡️双链
意义
补充了中心法则
加深RNA病毒致癌，肌肉瘤的认识
逆转录进行基因工程→目的基因（以mRNA为模版，制备cDNA）
不是细菌DNA复制所必须的酶
端粒
真核生物具有
TTAGGG
DNA串联序列和蛋白质
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