dna的生物合成-物理化学.docVIP

教学内容 时间 第十章???? DNA的生物合成 ? 遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA分子上，称为复制，这是生物体内高分子的聚合过程，即DNA的生物合成。 第一节 复制的基本规律 一、半保留复制 （一）半保留复制的定义 复制时，母链的双链DNA解开成两股单链，各自作为模板指导子代合成新的互补链。子代细胞的DNA双链，其中一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。由于碱基互补，两个子细胞的DNA双链，都和亲代母链DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制（semi-conservative replication）。 （二）半保留复制的实验依据 把细菌放在含15NH4Cl的培养液中培养若干代，分离出的DNA是含15N的“重”DNA，密度比一般含14N的DNA高。用密度梯度离心法，15N-DNA形成的致密带位于普通14N-DNA所形成的致密带的下方。 把含15N－DNA的细菌放回含普通的NH4Cl培养液中培养。细菌在营养条件充足时，20分钟就可以生长成新一代。提取子一代的DNA再作密度梯度离心分析，发现其致密带介于重带与普通带之间，看不到有单独的重带或普通DNA带。 实验结果说明：子一代DNA双链中有一股是15N单链，而另一股是14N单链。前者是从亲代接受和保留下来的，后者则是完全新合成的。密度梯度离心实验，完全支持半保留复制的设想。 含15N-DNA的细菌在普通培养液中继续培育出子二代，其DNA则是中等密度的DNA与普通DNA各占一半这也进一步证明复制是采取半保留式的。实验还可按子3代、子4代……进行下去，15N－DNA则按1／8、1／16…¨的几何级数逐渐被“稀释”掉。 （三）半保留复制的意义 1、使亲代DNA所含的信息以极高的准确度传递给子代DNA分子。 2、DNA通过复制和基因表达这两种主要功能，决定了生物的特性和类型并体现了遗传过程的相对保守性。 遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。 二、双向复制 （一）双向复制的定义 复制时，DNA从起始点（origin）向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制（bidirectional replication） 。 （二）原核生物的双向复制 环状DNA，从一个复制起始点开始，向两个相反方向延伸形成两个复制叉。 （三）真核生物的双向复制 真核生物每个染色体有多个起始点，每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。 习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。 三、复制的半不连续性 DNA双螺旋的两条链是反平行的，而DNA合成的方向只能是5’→3’ 。 在DNA复制时，1条链的合成方向和复制叉的前进方向相同，可以连续复制，叫作领头链（leading strand）；而另一条链的合成方向和复制叉的前进方向正好相反，不能连续复制，只能分成几个片段（冈崎片段）合成，称之为随从链（lagging strand）。 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续复制。 ? ? ? ? ? ? ? ?复制方向与解链方向不一致可以理解不连续复制的成因 四、复制的高保真性 DNA复制的精确度极高，误差率很低，以保证物种在维持遗传保守性的同时，还要通过变异不断进化。 DNA复制的高度忠实性至少要依赖三种机制： 1、遵守严格的碱基配对规律； 2、DNA聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能； 3、复制出错时，DNA聚合酶的即时校读功能。 ? 第二节 DNA复制的酶学 一、复制的化学反应 （一）复制的反应体系 1．底物：四种 dNTP：dATP 、dTTP、dGTP、 dCTP 2．聚合酶：依赖DNA的DNA聚合酶，DNA-pol； 3．模板：指解开成单链的DNA母链； 4．引物：提供3’－OH末端，使dNP可以依次聚合； 5．其他酶和蛋白质因子。 （二）复制的化学反应 在聚合酶的作用下，一个核苷酸 5′-P和相邻的核苷酸上核糖的3 ′-OH生成磷酸二酯键而逐一聚合的形成多核苷酸链。 （dNMP）n＋dNTP→（dNMP）n+l ＋ ppi DNA链生成过程，DNA 新链生成需引物和模板； 只能从5′-端向3＇-端延长。 二、参与复制的主要酶类 （一）DNA聚合酶 全称：依赖DNA的DNA聚合酶（DDDP） 缩写：DNA－pol 活性： 1. 5((3( 的聚合活性 2. 核酸外切酶活性 1．原核生物的DNA聚合酶 DNA-pol I 、 DNA-pol II 、 DNA-pol Ⅲ； （1）DNA聚合酶Ⅰ： ①结构特点： 单一多肽链，从N端到C端有3个酶促活性结构域依次排列： 5′→3′外切酶、3′→5′外切酶和DNA聚合酶。