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12生化-DNA的生物合成

2022-02-06 16:44:31   2  举报

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AI智能生成

12生化-DNA的生物合成

高一生物

医疗

模版推荐

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

复制保真度低，参与应急DNA修复

线粒体DNA复制

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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