第四章DNA的復(fù)制

1、基因信息的傳遞基因信息的傳遞 * * DNA通過(guò)復(fù)制，將基因信息代代相傳通過(guò)復(fù)制，將基因信息代代相傳 * * DNA通過(guò)基因表達(dá)，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能通過(guò)基因表達(dá)，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能 * * RNA參與參與DNA遺傳信息的表達(dá)遺傳信息的表達(dá) * * RNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體也可作為某些病毒遺傳信息的載體 決定蛋白質(zhì)的功能決定蛋白質(zhì)的功能 將基因信息代代相傳將基因信息代代相傳 n復(fù)制（復(fù)制（replicationreplication） n基因表達(dá)基因表達(dá) （gene expression)gene expression) n基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控 本本 篇篇 主主 要要

2、 內(nèi)內(nèi) 容容 轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（transcriptiontranscription） 翻譯（翻譯（translationtranslation） （control of gene expression)control of gene expression) 第四章 DNA的復(fù)制 內(nèi)容提要： 4.1 復(fù)制的基本規(guī)律 4.2 復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化 4.3 DNA的復(fù)制過(guò)程 4.4 逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式 復(fù)制復(fù)制 ( (replication)replication) 由親代由親代DNA合成兩個(gè)相同的子代合成兩個(gè)相同的子代 DNA的過(guò)程的過(guò)程。 親代親代DNA 復(fù)制復(fù)制 子代子代DNA 4.1 復(fù)制的

3、基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律 n4.1.1 半保留復(fù)制半保留復(fù)制 (semi-conservative replication) n4.1.2 雙向復(fù)制雙向復(fù)制 （bidirectional replication） n4.1.3 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制 （semi-discontinuous replication） n4.1.4 復(fù)制的高度保真性復(fù)制的高度保真性 （high fidelity） 子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式 定義：由親代DNA生成子代DNA時(shí)，每個(gè)新形成的子 代DNA中，一條鏈來(lái)自親代DNA，而另一條鏈則是新 合成的，這種復(fù)制方式稱半保留

4、復(fù)制。 4.1.1 4.1.1 DNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制 （semi-conservative replication） A A G G A A A A C C T T T T T T C C T T T T G G A A A A T T C C T T T T G G A A A A A A G G A A A A C C T T T T A A G G A A A A C C T T T T T T C C T T T T G G A A A A 母代母代DNA 子代子代DNA 中國(guó)科學(xué)院上海生化與細(xì)胞所2002年招收碩士 研究生分子遺傳學(xué)入學(xué)考試： 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明DNA復(fù)制

5、是以半保留方 式進(jìn)行的（8分）。 實(shí)驗(yàn)證據(jù)（1958 Meselson 和Stahl） Matthew Messelson Franklin Stahl DNA半保留復(fù)制的生物學(xué)意義： DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn) 定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。 DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。 ori(或o）、富含A、T的區(qū)段。 基本概念： 上海生化所1998年分子遺傳學(xué)試題： 真核生物復(fù)制起始點(diǎn)的特征包括（ ） A 富含GC區(qū) B 富含AT區(qū) C Z DNA D 無(wú)明顯特征 4.1.2 雙向復(fù)制雙向復(fù)制 復(fù)制起始點(diǎn)（復(fù)制起始點(diǎn)（E.coli-oriC） 從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)

6、，組成一個(gè)復(fù)制單位，叫從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)，組成一個(gè)復(fù)制單位，叫復(fù)制子復(fù)制子 復(fù)制時(shí)，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復(fù) 制點(diǎn)，這個(gè)復(fù)制點(diǎn)的形狀象一個(gè)叉子，故稱為復(fù)制叉 基本概念： 復(fù)制叉復(fù)制叉 復(fù)制叉復(fù)制叉 雙向復(fù)制雙向復(fù)制 n復(fù)制時(shí)，復(fù)制時(shí)，DNA從從起始點(diǎn)（起始點(diǎn)（origin）向兩個(gè)方向解鏈，向兩個(gè)方向解鏈， 形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制雙向復(fù)制 （bidirectional replication）。）。 復(fù)制中的放射自顯影圖象復(fù)制中的放射自顯影圖象 基本概念： ori ter A B C A. 環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)及復(fù)

7、制起始點(diǎn) B. 復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉 C. 復(fù)制接近終止點(diǎn)復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination, ter) 原核生物的雙向復(fù)制原核生物的雙向復(fù)制 型：型： 環(huán)狀環(huán)狀DNA分子的雙向復(fù)制方式分子的雙向復(fù)制方式 真核生物的雙向復(fù)制真核生物的雙向復(fù)制 n真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制 子的復(fù)制。子的復(fù)制。 n習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè) 復(fù)制子復(fù)制子(replicon) 。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功 能單位。能單位。 5 3 oriorioriori 5 3

8、5 5 3 復(fù)制子復(fù)制子 3 5 5 3 3 復(fù)制方向和速度： 單單起點(diǎn)、起點(diǎn)、雙雙向等速向等速 多多起點(diǎn)、起點(diǎn)、雙雙向等速向等速 4.1.3 復(fù)制的半不連續(xù)性復(fù)制的半不連續(xù)性 nDNA雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)欠雌叫械模p螺旋的兩條鏈?zhǔn)欠雌叫械?，而DNA合成的方向只能是合成的方向只能是 53 。 n在在DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制時(shí)，1條鏈的合成方向和復(fù)制叉的前進(jìn)方向相同，條鏈的合成方向和復(fù)制叉的前進(jìn)方向相同， 可以連續(xù)復(fù)制，叫作可以連續(xù)復(fù)制，叫作前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈（leading strand）；）；而另一條鏈的而另一條鏈的 合成方向和復(fù)制叉的前進(jìn)方向正好相反，不能連續(xù)復(fù)制，只能合成方向和復(fù)制叉的前進(jìn)方向正好相反

9、，不能連續(xù)復(fù)制，只能 分成幾個(gè)片段（分成幾個(gè)片段（岡崎片段）岡崎片段）合成，稱之為合成，稱之為滯后鏈滯后鏈（lagging strand）。）。 n領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性半不連續(xù)性。 3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向 3 5 3 3 5 4.1.4 復(fù)制的高保真性復(fù)制的高保真性 nDNA復(fù)制的精確度極高，誤差率很低，以保證物種復(fù)制的精確度極高，誤差率很低，以保證物種 在維持遺傳保守性的同時(shí)，還要通過(guò)變異不斷進(jìn)化。在維持遺傳保守性的同時(shí)，還要通過(guò)變異不斷進(jìn)化。 nDNA復(fù)制的高度忠實(shí)性至少要依賴三種機(jī)制：復(fù)制的高度忠實(shí)性

10、至少要依賴三種機(jī)制： 1、遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；、遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律； 2、DNA聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)中對(duì)堿基的選擇功能；聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)中對(duì)堿基的選擇功能； 3、復(fù)制出錯(cuò)時(shí)，、復(fù)制出錯(cuò)時(shí)，DNA聚合酶的即時(shí)校讀功能。聚合酶的即時(shí)校讀功能。 4.2 DNA復(fù)制的酶學(xué)復(fù)制的酶學(xué) 4.2.1 復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)復(fù)制的化學(xué)反應(yīng) n復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系 底物：四種脫氧核苷三磷酸底物：四種脫氧核苷三磷酸dNTP： dATP 、dTTP、 dGTP、 dCTP 聚合酶：依賴聚合酶：依賴DNA的的DNA聚合酶，聚合酶，DNA-pol； 模板：指解開成單鏈的模板：指解開成單鏈的DNA母鏈；母鏈； 引物：

11、提供引物：提供3OH末端，使末端，使dNTP可以依次聚合；可以依次聚合； 其他酶和蛋白質(zhì)因子。其他酶和蛋白質(zhì)因子。 4.2.2 參與復(fù)制的主要酶類參與復(fù)制的主要酶類 nDNA聚合酶聚合酶 n解鏈解旋酶解鏈解旋酶 n引物酶引物酶 nDNA連接酶連接酶 DNA聚合酶聚合酶 n全稱：依賴全稱：依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶 縮寫：縮寫：DNApol n活性：活性： 1. 53 的聚合活性的聚合活性 2. 核酸外切酶核酸外切酶活性活性 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | | 3 T C G A A G T C

12、C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。 5 3 外切酶活性外切酶活性 能切除能切除RNA引物和突變的引物和突變的 DNA片段。片段。 原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶 n DNA-pol I n DNA-pol II n DNA-pol 性質(zhì) 聚合酶聚合酶聚合酶 3 5外切活性+ + + + 5 3外切活性+- 5 3聚合活性+ 中+ 很低+ 很高 新生鏈合成-+ 主要是對(duì)主要是對(duì)DNADNA損傷的修損傷的修 復(fù)；以及在復(fù)；以及在DNADNA復(fù)制時(shí)復(fù)制時(shí) 切除切除RNARNA引物并填補(bǔ)其引物并填補(bǔ)

13、其 留下的空隙。留下的空隙。 修復(fù)紫外修復(fù)紫外 光引起的光引起的 DNADNA損傷損傷 DNA DNA 復(fù)制的主要復(fù)制的主要 聚合酶，還具有聚合酶，還具有 3-53-5外切酶的外切酶的 校對(duì)功能，提高校對(duì)功能，提高 DNADNA復(fù)制的保真性復(fù)制的保真性 原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌） 真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶 nDNApol ，。 nDNApo1：延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈和隨從鏈；延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈和隨從鏈； nDNApoI：合成合成RNA引物；引物； nDNApol：校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口。校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口。 nDNApol：在沒(méi)有其他在沒(méi)有其他DNApol時(shí)，發(fā)揮催化功能。時(shí)，發(fā)揮催化功能

14、。 nDNApo1：催化線粒體催化線粒體DNA的合成。的合成。 與復(fù)制起始及解鏈解旋相關(guān)的酶類與復(fù)制起始及解鏈解旋相關(guān)的酶類 n在復(fù)制起始時(shí)需要多種酶和蛋白因子，共同起在復(fù)制起始時(shí)需要多種酶和蛋白因子，共同起 解開、理順解開、理順DNA鏈，維持鏈，維持DNA在一段時(shí)間內(nèi)在一段時(shí)間內(nèi) 處于單鏈狀態(tài)的作用。處于單鏈狀態(tài)的作用。 理理順順DNA鏈鏈拓拓?fù)鋼洚惍悩?gòu)構(gòu)酶酶 (gyrA, B) 穩(wěn)穩(wěn)定定已已解解開開的的單單鏈鏈單單鏈鏈DNA 結(jié)結(jié)合合蛋蛋白白 SSB 催催化化RNA引引物物生生成成引引物物酶酶DnaG (dnaG) 運(yùn)運(yùn)送送和和協(xié)協(xié)同同DnaB DnaC (dnaC) 解解開開DNA雙雙鏈

15、鏈 解解螺螺旋旋酶酶DnaB (dnaB) 辨辨認(rèn)認(rèn)起起始始點(diǎn)點(diǎn) DnaA (dnaA) 蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)（基基因因）通通用用名名功功能能 原原核核生生物物復(fù)復(fù)制制起起始始的的相相關(guān)關(guān)蛋蛋白白質(zhì)質(zhì) E. Coli 基因圖基因圖 與復(fù)制起始及解鏈相關(guān)的酶類及蛋白與復(fù)制起始及解鏈相關(guān)的酶類及蛋白 n DnaA蛋白蛋白 n DnaB蛋白（解螺旋酶）蛋白（解螺旋酶） n DnaC蛋白蛋白 DnaA蛋白蛋白 nDnaA蛋白是由相同亞基組成的四聚體。蛋白是由相同亞基組成的四聚體。 n復(fù)制起始時(shí)，復(fù)制起始時(shí)， DnaA蛋白辨認(rèn)并結(jié)合蛋白辨認(rèn)并結(jié)合E.coli上復(fù)上復(fù) 制起始點(diǎn)制起始點(diǎn)oriC，1020個(gè)個(gè)Dna

16、A蛋白相互靠近形蛋白相互靠近形 成成DNA蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)，促使蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)，促使oriC局部解鏈。局部解鏈。 DnaB蛋白蛋白 n解解螺旋酶螺旋酶，利用，利用ATP供能，作用于氫鍵，使供能，作用于氫鍵，使 DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。雙鏈解開成為兩條單鏈。 Dna B Dna C 解鏈方向解鏈方向 DnaC蛋白蛋白 nDna C蛋白的作用是將具有解鏈酶活性的蛋白的作用是將具有解鏈酶活性的 Dna B蛋白運(yùn)送到復(fù)制模板，并協(xié)同蛋白運(yùn)送到復(fù)制模板，并協(xié)同Dna B 蛋白的作用。蛋白的作用。 DnaA蛋白復(fù)合物蛋白復(fù)合物 DnaB、DnaC DnaG（引物酶）引物酶） 解鏈過(guò)程中，解鏈過(guò)程中，

17、DNA分子會(huì)過(guò)度擰緊、打結(jié)、分子會(huì)過(guò)度擰緊、打結(jié)、 纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象。纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象。 Unwound Parental Duplex Over- Wound region DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 （DNA topoisomerase） DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 （DNA topoisomerase） nDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶，改變拓?fù)洚悩?gòu)酶，改變DNA分子構(gòu)象，理順?lè)肿訕?gòu)象，理順DNA 鏈，使復(fù)制能順利進(jìn)行。鏈，使復(fù)制能順利進(jìn)行。 n分類：拓?fù)涿阜诸悾和負(fù)涿负屯負(fù)涿负屯負(fù)涿?n作用特點(diǎn)：對(duì)作用特點(diǎn)：對(duì)DNA分子的作用是既能水解，又能分子的作用是既能水解，又能 連接磷酸二酯鍵。連接磷酸二酯鍵

18、。 nDNA分子一邊解鏈，一邊復(fù)制，拓?fù)涿甘窃趶?fù)制分子一邊解鏈，一邊復(fù)制，拓?fù)涿甘窃趶?fù)制 全過(guò)程中都是有作用的。全過(guò)程中都是有作用的。 作用機(jī)制作用機(jī)制 拓?fù)洚愅負(fù)洚?構(gòu)酶構(gòu)酶 切斷切斷DNA雙鏈中雙鏈中一股一股鏈，使鏈，使DNA 解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封 閉切口，閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。 反應(yīng)反應(yīng)不需不需ATP。 拓?fù)洚愅負(fù)洚?構(gòu)酶構(gòu)酶 切斷切斷DNA分子分子兩股兩股鏈，斷端通過(guò)鏈，斷端通過(guò) 切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。 利用利用ATP供能，連接斷端，供能，連接斷端， DNA 分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。 上海生

19、化所1998年分子遺傳學(xué)試題： 拓?fù)洚悩?gòu)酶 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 n單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（single stranded DNA binding protein，SSB） 的作用是在復(fù)制中維持模板處于單的作用是在復(fù)制中維持模板處于單 鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。 n模板的模板的DNA總要處于單鏈狀態(tài)，而總要處于單鏈狀態(tài)，而DNA分子只要分子只要 符合堿基配對(duì)，又總會(huì)有形成雙鏈的傾向，以使分符合堿基配對(duì)，又總會(huì)有形成雙鏈的傾向，以使分 子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)和免受胞內(nèi)廣泛存在的核酸酶降解。子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)和免受胞內(nèi)廣泛存在的核酸酶降解。 引發(fā)酶引發(fā)酶 nDNA聚合

20、酶不能從頭合成聚合酶不能從頭合成DNA鏈，只能延長(zhǎng)已有的鏈，只能延長(zhǎng)已有的 DNA或或RNA引物鏈。引物鏈。 n引發(fā)酶引發(fā)酶（primase）在復(fù)制起始時(shí)催化在復(fù)制起始時(shí)催化引物引物（primer） 合成，提供合成，提供3 -OH末端，使末端，使DNA-pol能夠催化能夠催化dNTP聚合。聚合。 n引發(fā)酶屬引發(fā)酶屬DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA 聚合酶，但不同于催化轉(zhuǎn)錄聚合酶，但不同于催化轉(zhuǎn)錄 過(guò)程的過(guò)程的RNA聚合酶。在聚合酶。在E.coli，引發(fā)酶是引發(fā)酶是dnaG基因的產(chǎn)基因的產(chǎn) 物物DnaG。 DNA連接酶連接酶 （DNA ligase） DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈

21、有切口， 一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，連接酶可催化這兩端 形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。 但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來(lái) DNA連接酶連接酶在在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過(guò)程中起復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過(guò)程中起 重要作用重要作用 3 5 3 5 OHOHP P 4.3 DNA的復(fù)制過(guò)程的復(fù)制過(guò)程 4.3.1 原核生物原核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制 n復(fù)制的起始復(fù)制的起始 n復(fù)制的延伸復(fù)制的延伸 n復(fù)制的終止復(fù)制的終止 復(fù)制的起始復(fù)制的起始 nDNA解解鏈鏈 n引發(fā)體的形成并合成引物引發(fā)體的形成并合成引物 n超螺旋的轉(zhuǎn)型超螺旋的轉(zhuǎn)型 大約大約20個(gè)個(gè)DnaA 蛋白在蛋白在ATP的的

22、 作用下與作用下與oriC 處的處的4個(gè)個(gè)9bp保保 守序列相結(jié)合守序列相結(jié)合 在多種蛋白質(zhì)參與下在多種蛋白質(zhì)參與下, ,DNA解開成單鏈解開成單鏈 在在HU蛋白和蛋白和ATP的共同的共同 作用下作用下，Dna復(fù)制起始復(fù)復(fù)制起始復(fù) 合物使合物使3個(gè)個(gè)13bp直接直接重復(fù)重復(fù) 序列變性，形成開鏈序列變性，形成開鏈 組蛋白樣蛋白（組蛋白樣蛋白（HU）、）、旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶 解鏈酶六體分解鏈酶六體分 別與單鏈別與單鏈DNA 相結(jié)合相結(jié)合(需需DnaC 幫助幫助)，進(jìn)一步進(jìn)一步 解開解開DNA雙鏈雙鏈 SSBSSB維持單鏈穩(wěn)定維持單鏈穩(wěn)定 雙鏈解開過(guò)程 引發(fā)體的形成引發(fā)體的形成 Dna A 引物引物 酶酶

23、 Dna B、 Dna C 3 5 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 SSB 含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引發(fā)酶和蛋白、引發(fā)酶和DNA 復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體引發(fā)體。 5 3 引物的合成引物的合成 DnaB蛋白活化引物合成酶，引發(fā)RNA引物的合成。 引物長(zhǎng)度約為幾個(gè)至10個(gè)核苷酸。 基因組DNA復(fù)制時(shí)，先導(dǎo)鏈的引物是DNA，后隨 鏈的引物是RNA (-) 2002年上海生化與細(xì)胞所 Dna A Dna B、 Dna C 引發(fā)酶引發(fā)酶 引發(fā)酶引發(fā)酶 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 OH OH 5 3 3 5 引物的合成引物的合成 n引發(fā)體的蛋白質(zhì)部分在引發(fā)

24、體的蛋白質(zhì)部分在DNA鏈上可以移動(dòng)，并鏈上可以移動(dòng)，并 需由需由ATP供給能量。引發(fā)體到達(dá)適當(dāng)位置就可供給能量。引發(fā)體到達(dá)適當(dāng)位置就可 按照模板的配對(duì)序列，催化按照模板的配對(duì)序列，催化NTP（不是不是dNTP） 的聚合，生成引物。的聚合，生成引物。 nDNA復(fù)制是半不連續(xù)，一股鏈?zhǔn)强梢赃B續(xù)進(jìn)行復(fù)制是半不連續(xù)，一股鏈?zhǔn)强梢赃B續(xù)進(jìn)行 的，另一股鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)復(fù)制的，在不連續(xù)復(fù)制的，另一股鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)復(fù)制的，在不連續(xù)復(fù)制 的鏈上，引發(fā)體需多次生成的鏈上，引發(fā)體需多次生成。 超螺旋的轉(zhuǎn)型超螺旋的轉(zhuǎn)型 n解鏈將導(dǎo)致下游發(fā)生打結(jié)現(xiàn)象或解鏈將導(dǎo)致下游發(fā)生打結(jié)現(xiàn)象或DNA超螺旋的其他超螺旋的其他 部分過(guò)度擰轉(zhuǎn)。部分

25、過(guò)度擰轉(zhuǎn)。 n拓?fù)涿竿ㄟ^(guò)切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實(shí)現(xiàn)拓?fù)涿竿ㄟ^(guò)切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實(shí)現(xiàn)DNA 超螺旋的轉(zhuǎn)型，即把正超螺旋變?yōu)樨?fù)螺旋。超螺旋的轉(zhuǎn)型，即把正超螺旋變?yōu)樨?fù)螺旋。 n實(shí)驗(yàn)證明，負(fù)超螺旋比正超螺旋有更好的模板作用。實(shí)驗(yàn)證明，負(fù)超螺旋比正超螺旋有更好的模板作用。 n1DnaA蛋白辨認(rèn)結(jié)合蛋白辨認(rèn)結(jié)合oriC的重復(fù)序列，并與的重復(fù)序列，并與DNA形成復(fù)形成復(fù) 合物，引起解鏈；合物，引起解鏈； n2DnaB在在DnaC的輔助下結(jié)合于初步打開的雙鏈，并用的輔助下結(jié)合于初步打開的雙鏈，并用 其解螺旋酶活性開鏈；其解螺旋酶活性開鏈； n3拓?fù)涿竿ㄟ^(guò)切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實(shí)現(xiàn)拓?fù)涿竿ㄟ^(guò)切斷

26、、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實(shí)現(xiàn)DNA超超 螺旋的轉(zhuǎn)型；螺旋的轉(zhuǎn)型； n4SSB結(jié)合在已開鏈的結(jié)合在已開鏈的DNA模板上，使模板上，使DNA在一定的范在一定的范 圍內(nèi)保持開鏈狀態(tài)。圍內(nèi)保持開鏈狀態(tài)。 n5引發(fā)酶介入，形成的引發(fā)體，可按照模板的配對(duì)序列，引發(fā)酶介入，形成的引發(fā)體，可按照模板的配對(duì)序列， 催化催化NTP的聚合，生成引物。的聚合，生成引物。 復(fù)制起始的過(guò)程復(fù)制起始的過(guò)程 DNA的半不連續(xù)復(fù)制 （semi-discontinuous replication) DNA復(fù)制時(shí)其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另 一條子鏈的合成是不連續(xù)的，故稱半不連續(xù)復(fù)制。 在DNA復(fù)制時(shí)，合成方向與復(fù)制叉移動(dòng)的方向

27、一致 并連續(xù)合成的鏈為前導(dǎo)鏈；合成方向與復(fù)制叉移動(dòng) 的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成 一條完整的DNA鏈為滯后鏈。 復(fù)制的延伸復(fù)制的延伸 在DNA復(fù)制過(guò)程中，前導(dǎo)鏈能連續(xù)合成，而 滯后鏈只能是斷續(xù)的合成53 的多個(gè)短片段， 這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。 在同一個(gè)復(fù)制叉上，領(lǐng)頭鏈在同一個(gè)復(fù)制叉上，領(lǐng)頭鏈 的復(fù)制先于后隨鏈，但兩鏈?zhǔn)窃诘膹?fù)制先于后隨鏈，但兩鏈?zhǔn)窃?同一同一DNApol催化下進(jìn)行。即隨催化下進(jìn)行。即隨 從鏈的模板可折疊或環(huán)繞成環(huán)狀，從鏈的模板可折疊或環(huán)繞成環(huán)狀， 與前導(dǎo)鏈正在延長(zhǎng)的區(qū)域?qū)R，與前導(dǎo)鏈正在延長(zhǎng)的區(qū)域?qū)R， 使領(lǐng)頭鏈和隨從鏈的生長(zhǎng)點(diǎn)都處使領(lǐng)頭鏈和隨從鏈的生

28、長(zhǎng)點(diǎn)都處 在在DNApol 催化位點(diǎn)上。催化位點(diǎn)上。 解鏈方向就是酶的前進(jìn)方向，也解鏈方向就是酶的前進(jìn)方向，也 是復(fù)制叉延伸方向。是復(fù)制叉延伸方向。 華中科技大學(xué)2004年生物化學(xué)與分子生物學(xué) 碩士研究生入學(xué)試題 名詞解釋 ：岡崎片段（3分） 武漢大學(xué)2003年碩士研究生入學(xué)分子生物學(xué)試題： Replicon、 semi-conservative replication 華中科技大學(xué)2004年生物化學(xué)與分子生物學(xué)碩士 研究生入學(xué)試題 原核DNA合成酶中（ ）的主要功能是合成前導(dǎo) 鏈和岡崎片段 A、DNA聚合酶 B、DNA聚合酶 C、DNA聚 合酶 D、引物酶 復(fù)制的終止復(fù)制的終止 n原核生物基

29、因是環(huán)狀原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段雙向復(fù)制的復(fù)制片段 在復(fù)制的終止點(diǎn)在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。處匯合。 n復(fù)制的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)剛好把環(huán)狀復(fù)制的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)剛好把環(huán)狀DNA分為兩個(gè)分為兩個(gè) 半圓，兩個(gè)方向各進(jìn)行半圓，兩個(gè)方向各進(jìn)行180，同時(shí)在終止點(diǎn)匯合。，同時(shí)在終止點(diǎn)匯合。 n為了定位方便，習(xí)慣把為了定位方便，習(xí)慣把E.coli的的DNA分為分為100等分。等分。 E.coli復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)oriC在在82位點(diǎn)，復(fù)制終點(diǎn)位點(diǎn)，復(fù)制終點(diǎn)ter （termination）在在32位點(diǎn)。位點(diǎn)。 ori ter E.coli 82 32 E.coli 基因圖基因圖 切除

30、切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段片段 （復(fù)制終止）（復(fù)制終止） 在DNA聚合酶催化下切除RNA引物；留下的空隙 由DNA聚合酶催化合成一段DNA填補(bǔ)上；在DNA連 接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈 4.3.2 真核生物的真核生物的DNA生物合成生物合成 DNA合成合成 (synthesis) 期期 人人 為為 分分 成成 起始、延伸、終止三個(gè)階段起始、延伸、終止三個(gè)階段 M G2 S G1 哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期 復(fù)制的起始復(fù)制的起始 n真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。 復(fù)制有時(shí)

31、序性復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步 起動(dòng)。起動(dòng)。 n復(fù)制的起始需要復(fù)制的起始需要DNA-pol（引物酶活性）和引物酶活性）和pol（解解 螺旋酶活性）參與螺旋酶活性）參與, 還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子 (replication factor, RF)。 n增殖細(xì)胞核抗原增殖細(xì)胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen, PCNA)在復(fù)制起始和延長(zhǎng)中起關(guān)鍵作用。在復(fù)制起始和延長(zhǎng)中起關(guān)鍵作用。 復(fù)制的延伸復(fù)制的延伸 復(fù)制的終止復(fù)制的終止 n染色體染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。呈線狀，復(fù)制在末端

32、停止。 n復(fù)制中崗崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。復(fù)制中崗崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。 n染色體兩端染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，引物， 去除后留下空隙。去除后留下空隙。 Contents n端粒和端粒酶介紹端粒和端粒酶介紹 n端粒酶的作用機(jī)制端粒酶的作用機(jī)制 n端粒與衰老的關(guān)系？端粒與衰老的關(guān)系？ n端粒（端粒（telomeretelomere）是指真核生物染色體線性）是指真核生物染色體線性DNADNA分分 子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常膨大成粒狀。子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常膨大成粒狀。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): : 由末端單鏈由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。序列和蛋白質(zhì)構(gòu)

33、成。 末端末端DNA序列是多次重復(fù)的富含序列是多次重復(fù)的富含G堿基的堿基的 短序列。短序列。 TTTTGGGGTTTTGGGG 功能功能: : 維持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性 維持維持DNA復(fù)復(fù)制的完整性制的完整性 線性線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的的 水解而可能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶（水解而可能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶（telomerase） 的催化下，進(jìn)行延長(zhǎng)反應(yīng)。的催化下，進(jìn)行延長(zhǎng)反應(yīng)。 5 3 3 5 5 3 3 5 端粒酶端粒酶 n是端粒復(fù)制所必須的一種特殊的是端粒復(fù)制所必須的一種特殊的DNA聚合酶聚合酶 n是一種是一種RNA-蛋白

34、質(zhì)復(fù)合體，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性蛋白質(zhì)復(fù)合體，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性 n能以能以RNA為模板，向染色體末端添加重復(fù)序列為模板，向染色體末端添加重復(fù)序列 端粒酶端粒酶RNA (telomerase RNA, hTR) 端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶協(xié)同蛋白(telomerase associated protein 1, hTP1) 端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(telomerase reverse transcriptase, hTRT) 端粒酶的組成 5 oH3 3 5 3 5 5 端粒酶的爬行模型（動(dòng)畫演示）端粒酶的爬行模型（動(dòng)畫演示） 我的端粒哪我的端粒哪 去了？去了？ 胖子短命的胖子短命的DNA 4.4 逆

35、轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式 Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways 4.4.1 逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 n在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下以在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下以RNA為模板合成為模板合成DNA的過(guò)程。的過(guò)程。 此過(guò)程中，核酸合成與轉(zhuǎn)錄（此過(guò)程中，核酸合成與轉(zhuǎn)錄（DNARNA）過(guò)程遺過(guò)程遺 傳信息的流動(dòng)方向相反（傳信息的流動(dòng)方向相反（RNADNA），），故稱為故稱為逆逆 轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（reverse transcription) 。 逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒 nRNA病毒的基因組是病毒的基因組是RNA而不是而不是DNA，其復(fù)制方其復(fù)制方 式是逆轉(zhuǎn)錄，故稱為式是逆轉(zhuǎn)錄，故稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒（逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）。）。 nRNA病毒感染活細(xì)胞后，要先經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄成為雙鏈病毒感染活細(xì)胞后，要先經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄成為雙鏈 DNA，通過(guò)基因重組方式，參加入宿主細(xì)胞基因通過(guò)基因重組方式，參加入宿主細(xì)胞基因 組，并隨宿主細(xì)胞復(fù)制和表達(dá)。這種重組方式稱組，并隨宿主細(xì)胞復(fù)制和表達(dá)。這種重組方式稱 為整合（為整合（integration）。）。 n病毒基因的整合可能是病毒致癌的重要方式。病毒基因的整合可能是病毒致