核酸代谢之DNA代谢PPT.ppt

第十二章 核酸的生物合成之DNA的生物合成;DNA的半保留复制— Meselon-Stahl实验: (a)细胞在只含有[15N]的培养基中培养数代,这样其DNA中含的N全部为[15N],在氯化铯密度梯度离心后得到一条带(蓝色) (b)细胞转移到只含有[14N]的培养基中培养一代后,分离出DNA进行氯化铯密度梯度离心,得到一条密度在[15N]DNA和[14N]DNA之间的带(紫色) (c)复制的第二代产生2个杂化DNA,2个”轻”DNA(红色);;DNA双向复制可视图(John Cairns放射自显影实验) (b);DNA复制的5′→3′方向性及半不连续性;DNA的超螺旋结构;拓扑应力现象;;;DNA聚合酶;DNA链的延伸:引物链必须提供3′端的游离羟基,在此处一个新的核苷酸单元被加入.每个增加的核苷酸部分通过碱基配对被模板上合适的核苷酸选择.反应产物具有新的游离3′OH,允许另一个核苷酸的加入.;DNA复制的忠实性依赖于碱基对的几何性质 (a)标准A=T和C=G碱基对具有相似的几何性质,结合一 个碱基的活性部位(蓝色)一般接纳另一个对应碱基 (b)不正确配对碱基的几何形状可从活性部位剔除;DNA聚合酶I的3′→5′外切酶活性校正错误保证了DNA复制的精确性: 当DNA聚合酶沿着DNA移动时,其外切酶活性先起聚合酶活性作用,一旦有错配序列的碱基对阻止了DNA聚合酶I向下一个位置移动时,它就向后滑动,以其3′→5′外切酶活性校正错误,然后按5′→3′方向恢复酶的聚合活性.;;大肠杆菌DNA聚合酶III的各个亚基组成;DNA聚合酶III的两个β亚基形成一种环形夹子，把DNA分子包围起来，夹子沿着DNA滑动，防止其从DNA上滑落，使其酶连续合成能力提高500000以上。;DNA复制过程中的切口平移： 与模板配对的一段DNA或RNA可同时被DNA聚合酶I上的5′→3′外切酶降解和替换。酶的这些活性对复制过程中的DNA修复和RNA引物的去除均有作用。去除的核酸链(DNA或RNA)用绿色表示，替换的用红色表示。切口处断裂的磷酸二酯键留下游离的3′OH及游离的5′磷酸基，出现在DNA合成起始位置，DNA聚合酶I延伸非模板DNA链，沿DNA平移切口，该过程叫切口平移。切口留在DNA聚合酶I解离处，直到被另一种酶封闭。;DNA聚合酶I的大片段(Klenow片段)三维结构图 Klenow片段由聚合酶I经蛋白酶酶解去除5′→3′外切酶活性后产生,保持酶的聚合及校正活性.该片段来自耐热菌株.添加核苷酸的活性部位很深位于结合DNA的远端裂缝.深蓝色链是模板.;;大肠杆菌复制起始位点oriC的序列分布：尽管重复的序列(有颜色的)不完全一样，但在每个位置上，一些核苷酸是共有的，形成了保守序列。;大肠杆菌染色体复制的终止： 终止序列(Ter)位于染色体上方向相反的两簇；方向相反的两个复制叉分别进行DNA复制，产生完整的交联在一起的染色体(或拓扑互连的环状染色体)，分离交联环时，需要拓扑异构酶的作用。;真核细胞DNA的复制与原核细胞DNA复制的不同;酵母染色体中的重要结构元件;(c)返回到内部模板RNA的原位，以添加更多的TG残基;互补的CxAy链被认为由RNA引物起始，被细胞DNA聚合酶催化合成。在很多低等真核细胞中，单链区由一些特殊的结合蛋白保护，特别是那些端粒少于几百个碱基对的种类。在端粒长度有几千个碱基对的高等真核细胞(包括哺乳动物)中，单链末端被一种称作T环(T loop)的特殊结构所封闭，单链末端回折，并与端粒双链中的互补部分配对。;小鼠肝脏细胞中染色体末端的T环电镜图;在哺乳动物中，该DNA环与两种称为TRF1和TRF2的蛋白质结合，这两种蛋白质与T环形成相关。T环保护了染色体的3′端，使之不受核酸酶及修复双链损伤的酶的作用。;端粒酶活性的缺失会导致每一代细胞分裂时端粒的逐渐缩短，最后导致细胞系死亡。在生殖细胞中，有端粒酶活性，端粒长度可维持；在缺乏端粒酶的体细胞中，端粒长度无法维持。人类体细胞的端粒长度随个体年龄的增加而变短。如果端粒酶的反转录酶在体外引入人体细胞，端粒酶活性恢复，细胞寿命显著增加。端粒的逐渐变短与衰老过程的关系、人类寿命长短与端粒长度的关系，将揭示一些奇妙的内容。;生物细胞DNA复制分子机制的基本特点;二、一种特殊的DNA合成方式：RNA指导的DNA合成;反转录病毒感染哺乳动物细胞并整合到宿主染色体的过程;反转录酶催化的反应： RNA依赖的DNA合成 RNA降解 DNA依赖的DNA合成 病毒反转录酶引起癌症和艾滋病;大多数病毒反转录酶不能杀伤宿主细胞，但能整合于细胞DNA内，刺激细胞分裂。有些反转录病毒属于RNA肿瘤病毒，含有能引起细胞异常生长的致癌基因。;HIV是反转