高中生物竞赛：分子生物学讲座3DNA的生物合成课件共52张

遗传信息传递的 中心法则 蛋白质 翻译 转录 逆转录 复制 复制 DNA RNA 生物的遗传信息以密码的形式储 存在DNA分子上，表现为特定的核苷 酸排列顺序。在细胞分裂的过程中， 通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传 信息忠实地传递给两个子代细胞。在 子代细胞的生长发育过程中，这些遗 传信息通过转录传递给RNA，再由 RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多 肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质 执行各种各样的生物学功能，使后代 表现出与亲代相似的遗传特征。后来 人们又发现，在宿主细胞中一些RNA 病毒能以自己的RNA为模板复制出新 的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以 其RNA为模板合成DNA，称为逆转录 这是中心法则的补充。 中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人 们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面 的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。 2005全国 5 ．在生物信息传递中，下列哪一种还 没有实验证据： A.DNA→RNA B.RNA→蛋白质 C.RNA→DNA D.蛋白质→DNA E.上述四种 D 一、DNA的复制（DNA指导下的DNA合成） 二、逆转录作用（RNA指导下的DNA的合成） 第三章 DNA的生物合成 HIV 的 增 殖 过 程 一、DNA复制 1、DNA复制的特点 半保留复制 半不连续复制 2、原核细胞DNA的复制过程 3、真核细胞DNA的复制 1、DNA复制的方式和特点 半保留复制 半不连续复制 DNA复制的方式 环状 DNA复制 时所形成的θ结 构 起始点 复制叉的推进 复制叉 起始点 起始点 起始点 复制叉复制叉 未复制DNA 单向复制 双向复制 ori 复制起点 复制叉 复制子（复制单位） a,b 还可有单向和双向之分 大肠杆菌复制起点（Ori）成串排列的重复序列 GATCTNTTNTTT 成串排列的 三个13bp序列 共有序列 共有序列 TTATCCACA DnaA蛋白结合位点 四个9bp序列 DnaADnaB (解螺旋酶) SSB 大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型 DNA的半保留复制的 概念 DNA在复制时，两条 链解开分别作为模板，在 DNA聚合酶的催化下按碱 基互补的原则合成两条与 模板链互补的新链，以组 成新的DNA分子。这样新 形成的两个DNA分子与亲 代DNA分子的碱基顺序完 全一样。由于子代DNA 分子中一条链来自亲 代，另一条链是新合 成的，这种复制方式 称为半保留复制。 DNA 的半 保留 复制 实验 依据 1958年 Meselson & stahl用同位素 示踪标记加密度 梯度离心技术实 验,证明了DNA是 采取半保留的方 式进行复制. [14N- 15N] DNA [14N] DNA [14N- 15N] DNA 1958，Meselson和Stahl 1.大肠杆菌 15NH4CI为唯一氮源的培养 液中生长若干代 2.将被15N标记的大肠杆菌转入14NH4CI 为唯一氮源的培养液中 3.完成第一代和第二代繁殖时，分离 DNA，密度梯度离心 原理：被15N标记的亲代双链DNA（记 作15N/15N）密度大，在下部；14N/14N 密度小，在上部；15N/14N在15N/15N和 14N/14N之间 15N/15N 15N/14N 14N/14N 15N/14N DNA的半不连续 复制复制 复制叉的 移动方向 解旋酶 DNA聚 合酶III 解链酶 RNA引物 引物体 DNA聚 合酶I SSB 3´ 3´ 5´ 前导链 随后链 3´5´ 复制的起始 DNA链的合 成与延长 DNA链合 成的终止 5´ RNA引物 3´ 3´ DNA连 接酶 （1）DNA解旋酶 (2）单链结合蛋白：结合在解 开的DNA单链上，防止重新形成 双螺旋。 (3）拓扑异构酶：兼具内切酶 和连接酶活力，能迅速将DNA超 螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰 状态，便于解链。 （4）引物酶和引发体：启动RNA 引物链的合成。 （5） DNA聚合酶 (6） DNA连接酶 解旋酶 DNA聚 合酶III 解链酶 RNA引物 引物酶和 引发体 DNA聚 合酶I SSB 3´ 3´ 5´ 3´5´ 5´ RNA 引物 1. DnaA等蛋白结合到大肠杆菌复制起始位点oriC的特 征核苷酸序列上 2. 解旋酶(Helicase)帮助将双链DNA解旋成单链DNA 3. SSB (单链DNA结合蛋白) 与单链DNA结合帮助稳定 单链结构 4. Primosome合成RNA片段 5. DNA 聚合酶III以RNA片段为引物开始合成DNA 6. DNA复制叉(replication fork)的形成, DNA合成向 两个方向同时进行, 滞后链(lagging strand)上的 Okazaki片段不断被连接成大片段 7. 拓扑异构酶 (Topoisomerases) 帮助消除复制过 程中DNA螺旋产生的纠缠 8. RNA引物被DNA聚合酶I去除,补齐缺口; 9. 最终由连接酶连接成完整的染色体DNA. 大肠杆菌三种DNA聚合酶比较 DNA 聚合酶Ⅱ 分子量 每个细胞的分子统计数 5´-3 ´聚合酶作用 3´-5 ´核酸外切酶作用 5´-3 ´核酸外切酶作用 DNA 聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅲ （复合物） 109，000 400 + + + 120，000 100 + + - 400，000 10-20 + + + 比较项目 DNA聚合酶催化的链延长反应 3´ 5´模板链 5´ RNA引物 子链 3´ 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´ 5´ 3´ DNA聚合酶的3- 5 外切酶水解位点 3´ 3´5´ 5´ 错配碱基 3´- 5´核酸外切 酶水解位点 DNA聚合酶Ⅲ全酶         核心酶 Pol III Pol III DNA聚合酶Ⅲ二聚体 复制叉处前导链和后随链同时合成的回环模型 聚合酶III 全酶 引物 聚合酶III 全酶 引物 引物体 引发体解旋酶 解旋酶 连 接 酶 连 接 切 口 Mg2+ 连接酶 ATP或NAD＋ PPi或NMN A T C G P T T PP P A A C C T G A P A C PP PP OH T G G A T C G P T T PP P A A C C T G A P A C PP P T G G P 缺口 3' 3' 5' 5' 5' 5' 3' 3' 模板链 模板链 RNA primer DNA复制过程是一个高度精确的过程， 据估计，大肠杆菌DNA复制109-1010碱基对 仅出现一个误差，保证复制忠实性的原因主 要有以下三点: a、DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循 碱基配对原则） b、DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被3’-5’ 外切酶切除） c、起始时以RNA作为引物 DNA聚合酶I的校对功能 5´-核酸 外切酶 3´-核酸 外切酶 裂缝 聚合中心 裂缝内部 DNA聚合酶的校对功能 聚合酶 错配碱基 复制方向 正 确 核苷酸 5´ 5´ 5´3´ 3´ 3´ 切除错配 核苷酸 真核细胞DNA复制的特点  多个起点复制 起 点 起 点 起 点 起 点 起 点 起 点  端粒（telemere）复制 端粒酶（telomerase） DNA复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可能 通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段.如果没 有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中 变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了 澄清，端粒酶是一种含RNA的蛋白复合物，实质上是一 种逆转录酶，它能催化互补于RNA模板的DNA片段的合 成，使复制以后的线形DNA分子的末端保持不变。 5 ´3´ AAAACCCCAAAACCCCCC A 端粒酶 端粒合成的一种模型 3 ´ 5 ´ TTTTGGGGTTTTG 5 ´3´ AAAACCCCAAAACCCCCC A AA 3 ´ 5 ´ TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG 5 ´3´ AAAACCCCAAAACCCCCC A AA T T G G G T G G G T 3 ´5 ´ AA TTTTG 5 ´3´ AAAACCCCAAAACCCCCC A GTTTTG 整合和 杂交 移位和 再杂交 端粒合成的完成 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT5´ 3´ nAA 3´ TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5´ 3´ T TCCCCT n AA 3´ TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5´ 3´ T TAAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT n 进一步加工继续 延伸 2006全国 50．染色体端粒酶的作用是： A．防止DNA从端粒处降解 B．降解DNA复制后余留的RNA引物 C．防止DNA因为复制过程而变短 　　 D．合成RNA引物 C 真核和原核DNA细胞复制比较 2003安徽预赛 62、DNA复制时，模板链的碱基顺序是 5´--TCGA--3´新合成的复制链 的碱基顺序应是( ) A、5´--TCGA--3´ B、5´--AGCT--3´ C、3´--TCGA--5´ D、5´--CTAG--3´ A 2003安徽预赛 66、噬菌体ΦX174是单链DNA生物，当它感染 宿主细胞时，首先形成复制型（RF）的双链 DNA分子。如果在RF形成以前这个DNA的碱 基构成是：0.27A，0.31G，0.22T，0.20C，那 么，RF双链DNA的碱基构成是 ( ) A、0.54A、0.62G、0.44T、0.40C B、0.27T、0.31C、0.22A、0.20G C、A=T=0.245、G=C=0.255 D、A=T=0.255、G=C=0.245 C 1、概念 2、逆转录酶 3、病毒逆转录过程 4、逆转录的生物学意义 扩充了中心法则 有助于对病毒致癌机制的了解 与真核细胞分裂和胚胎发育有关 逆转录酶是分子生物学重要工具酶 三种功能 依赖DNA指导下的DNA聚合酶活力 依赖RNA的DNA聚合酶活力 核糖核酸酶H活力 以RNA为模板合成DNA，这 与通常转录过程中遗传信息 从DNA到RNA的方向相反，故 称为逆转录作用。 逆转录过程中cDNA的合成 依赖RNA的 DNA聚合酶 核糖核酸 酶H活力 依赖DNA的 DNA聚合酶 逆转录病毒的生活周期 RNA 衣壳 被膜 逆转 录酶 转录 转译 整合入宿主细胞染色体DNA 进入细胞 丢失被膜 丢失衣壳 逆转录 RNA RNA cDNA 衣壳蛋白 被膜蛋白 逆转录酶 HIV 的 增 殖 过 程 2005全国 多选： 21.如果动物细胞的细胞质中含有高水平的反转录 酶，将可能导致： A . mRNA 被转回到 DNA 序列 B ．这些被转回的DNA 与基因组的 DNA 序列会 有差异 C ．这些被转回的DNA 可能通过同源重组过程整 合进基因组而引起突变 D ．基因组DNA 的转录水平提高 ABC 实验原理 1．DNA在NaCl溶液中的溶解度，是随着NaCl溶 液浓度的变化而改变的。当NaCl的物质的量 浓度为0.14mol／L时，DNA的溶解度最低。 利用这一原理，可以使溶解在NaCl溶液中的 DNA析出。 2、DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些物 质则可以溶于酒精溶液。利用这一原理，可 以进一步提取出含杂质较少的DNA。 3、在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝 色，因此，二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。 *DNA的粗提取与鉴定实验 2006安徽预赛 多选： 9.关于DNA的粗提取与鉴定的实验中，依据 的原理有（ ） A. DNA在NaCl溶液中的溶解度，随NaCl浓 度的不同而不同 B．利用DNA不溶于酒精的性质，可除去细 胞中溶于酒精的物质而得到较纯的DNA C．大分子有机物，不溶于水而溶于某些有 机溶剂 D. 沸水中，DNA遇二苯胺会出现蓝色反应 ABD 练习： 1、为获取较纯净的DNA，采集来的血样可用蛋 白酶处理，然后用有机溶剂除去蛋白质。下列 有关叙述，正确的是（ ） A．除去血浆中的蛋白质 B．除去染色体上的蛋白质 C．除去血细胞表面的蛋白质 D．除去血细胞中所有的蛋白质 D 2、在“DNA的粗提取与鉴定实验”中，和“使 用蛋白酶从染色体中提取DNA”中的蛋白酶具有 相似作用的物质是（ ） A．NaCl溶液 B．蒸馏水 C．柠檬酸钠 D．冷却的酒精 3、DNA不溶于下列何种溶液（ ） A．NaCl溶液 B．KCl溶液 C．MgCl2溶液 D．酒精溶液 D D 4．“DNA的粗提取与鉴定”实验中，A、B、C、 D、E五个小组除下表中所列处理方法不同外， 其他操作步骤均相同，而且正确，但实验结果 却不同。 组 别 实验材 料 提取核物质时 加入的溶液 去除杂质时 加入的溶液 DNA鉴定时 加入的试剂 A 鸡血 蒸馏水 95％的酒精(25C) 二苯胺 B 菜花 蒸馏水 95％的酒精(冷却) 双缩脲 C 人血浆 蒸馏水 95％的酒精(冷却) 二苯胺 D 人血细 胞 2mol／L的氯 化钠 0．14mol／L的氯 化钠 双缩脲 E 鸡血 蒸馏水 95％的酒精(冷却) 二苯胺