第十四章 DNA的生物合成(復制)2013-12-1

人衛(wèi)出版社生物化學與分子生物學第八版主要學習內(nèi)容1.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能2.核酸的結(jié)構(gòu)與功能3.酶6.糖代謝7.脂類代謝8.生物氧化9.氨基酸代謝10.核苷酸代謝11.非營養(yǎng)物質(zhì)代謝生物分子結(jié)構(gòu)與功能物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)基因信息的傳遞第三篇授課教師：李曉坤生物化學與分子生物學教研室公共郵箱：sqshjys@163.com電話：3831159

；QQ：1687750297醫(yī)學生物化學2人衛(wèi)出版社生物化學與分子生物學第八版主要學習內(nèi)容第十四章DNA的生物合成第十五章DNA損傷與修復第十六章RNA的生物合成第十七章蛋白質(zhì)的生物合成第十八章基因表達調(diào)控第二十一章DNA重組及重組DNA技術(shù)第三篇基因信息的傳遞蛋白質(zhì)的是生命活動的執(zhí)行者?

——

基因！龍生龍，鳳生鳳，老鼠天生會打洞。5概述ProteinDNA核

酸

——

儲存和傳遞遺傳信息蛋白質(zhì)

——

構(gòu)成生物體的基本組分

執(zhí)行各種生理功能6基因是為生物活性產(chǎn)物編碼的DNA片段。它是以堿基排列順序的方式儲存著生物體所有的遺傳信息。編碼的主要產(chǎn)物是蛋白質(zhì)或各種RNA。概述8ReversetranscriptionTranslationTranscription中心法則（TheCentralDogma）復制轉(zhuǎn)錄DNARNA蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄9*DNA通過基因表達，決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能*

DNA通過復制，將基因信息代代相傳

*RNA參與DNA遺傳信息的表達

*RNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體本篇主要內(nèi)容蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯,translation)DNA的生物合成(復制,replication)基因表達調(diào)控(controlofgeneexpression)基因表達

(geneexpression)基因重組與基因工程

(geneticrecombinationandengineering)11RNA的生物合成(轉(zhuǎn)錄,transcription)DNA的生物合成(復制)DNABiosynthesis(Replication)

第十四章12第一節(jié)：DNA復制的基本特征第二節(jié)：DNA復制的酶學和拓撲學變化第三節(jié)：原核生物DNA復制過程第四節(jié)：真核生物DNA生物合成過程第五節(jié)：逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式本章內(nèi)容13第一節(jié)DNA復制的基本特征

BasicRulesofDNAReplication

14復制(replication)的概念：是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復制親代DNA子代DNA15分子基礎(chǔ)：堿基配對規(guī)律和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)化學本質(zhì)：酶促的單核苷酸聚合反應復制的基本特征：

半保留復制

(semi-conservativereplication)

高保真性(highfidelity)

雙向復制

(bidirectionalreplication)

半不連續(xù)復制

(semi-discontinuousreplication)16親代DNA子代DNAAGAACTTTCTTGAA？TCTTGAAAGAACTTTCTTGAAAGAACTT17一、半保留復制ATCGCTATCG3

5

回顧DNA結(jié)構(gòu)：5

3

TAGCGATAGCATGC18DNA晶體衍射圖片“照片51號”

設(shè)想：Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時推測，

DNA在復制時首先兩條鏈間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈。

這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的，這種復制方式為半保留復制。子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式半保留式混合式全保留式20密度梯度實驗：

含重氮N15-DNA的細菌繼續(xù)培養(yǎng)于普通N14培養(yǎng)液梯度離心結(jié)果

子二代

子一代培養(yǎng)于普通N14培養(yǎng)液N15,N14-DNAN15,N14-DNAN14,N14-DNA2112312312320min20minN-14:14N-15:15N-15:14N-14:14半保留復制概念：DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)，按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細胞的DNA都和親代

DNA

堿基序列一致。這種復制方式稱為半保留復制。25親代DNANew!一股單鏈從親代完整地接受過來另一股單鏈則完全從新合成兩個子代

DNA

和親代

DNA

堿基序列一致半保留復制：子代DNA復制高保真性26遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的！半保留復制的意義：按半保留復制方式，子代

DNA

與親代

DNA

的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。27專家談確定曹操DNA經(jīng)過：曾花3月時間研究古牙（圖）

32遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的！二、復制的方向性

雙向復制—原核或真核生物的基因組復制時，DNA從起始點

(origin)

開始，同時向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制

(

bidirectionalreplication)

。

3

模板鏈的方向：5

新鏈合成方向：5

3

333

5

5

3

復制時DNA雙鏈解開分成二股單鏈，新鏈沿著張開的二股單鏈生成，復制中形成的這種Y

字形的結(jié)構(gòu)就稱為復制叉。復制叉(replicationfork)：343

5

5

3

新鏈3

5

3

5

親代DNA解鏈方向35復制起始點（origin）復制時

DNA

雙鏈解開分成二股單鏈。復制泡：36oriori復制示意圖ori原核生物：單點雙向復制放射自顯影圖象“θ”形原核生物例如E.coli，是從固定的(唯一)復制起始點開始。38真核生物：多點雙向復制真核生物的染色體龐大復雜，有多個復制起始點，同時進行多個DNA片段的復制。5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’

復制子是獨立完成復制的功能單位。

從一個DNA復制起始點開始的DNA復制區(qū)。習慣上將兩個相鄰起始點之間的距離定為一個復制子。

復制子(replicon)

：真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子的復制。原核生物只有一個復制子，稱為復制體。39oriori復制示意圖ori原核生物：單點雙向復制原核生物例如E.coli，是從固定的(唯一)復制起始點開始。放射自顯影圖象“θ”形40A.環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點B.復制中的兩個復制叉C.復制接近終止點(termination,ter)oriterABC原核生物：41真核生物：多點雙向復制真核生物的染色體龐大復雜，有多個復制起始點，同時進行多個DNA片段的復制。42概念：指

DNA

復制時，一條鏈連續(xù)合成，另一條鏈不連續(xù)分段合成，最后連接成完整子鏈的合成方式。三、復制的半不連續(xù)性

解鏈方向3′5′5′3′433′5′3′5′3′5′前導鏈(leadingstrand)：

順著解鏈方向生成的子鏈，其復制是連續(xù)進行的，得到一條連續(xù)的子鏈，這股鏈稱為前導鏈，又稱領(lǐng)頭鏈。后隨鏈(laggingstrand)：

復制方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，須等待解開足夠長度的模板鏈后才能繼續(xù)復制，即不連續(xù)復制，得到一條由

不連續(xù)片段

組成的子鏈，又稱隨從鏈。復制中的不連續(xù)片段

稱為岡崎片段

(Okazakifragment)

443

5

3

5

解鏈方向3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)

領(lǐng)頭鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制，這就是復制的半不連續(xù)性。3′5′

隨從鏈(laggingstrand)3′5′45DNA復制的特點：半保留復制

(semi-conservativereplication)

雙向復制

(bidirectionalreplication)半不連續(xù)復制

(semi-discontinuousreplication)46

第二節(jié)

DNA

復制的酶學和拓撲學變化TheEnzymologyofDNAReplication47參與DNA復制的物質(zhì)：—

引物—模板(DNA母鏈)—

底物(dNTP)—

復制相關(guān)酶圖紙原料資金工作人員48DNA聚合酶解旋解鏈酶類引物酶和引發(fā)體DNA連接酶指解開了的DNA母鏈單鏈。嚴格的模板依賴性，即堿基配對。（A=T、G≡C）模板：49四種脫氧單核苷酸:dNTPdTTPdCTPdGTPdATP底物：50堿基復制的化學反應：聚合反應(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi

αβγ

51聚合反應的連接方式：dCMPdAMPdGMP5

端3

端dNTP→dNMP+PPi3',5'-磷酸二酯鍵52本質(zhì)：

十余個核糖核苷酸的寡鏈(RNA)作用：

提供3

-OH末端，使dNTP可依次聚合。引物：53聚合反應的特點：DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長只可沿5→3

方向進行。54以DNA聚合酶為主，包括其他酶和蛋白質(zhì)因子。解旋解鏈酶類引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶DNA連接酶

55復制的相關(guān)酶：一、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶

(DNA-dependentDNApolymerase)簡寫：DNA-polDNA-pol催化的反應：

5

3

的聚合活性核酸外切酶活性

3

5

5

3

56ppiATGCAATTGC||||TACG3'5'5'dTTP(dNMP)n+dNTP

→

(dNMP)n+1+ppiTDNA-pol

5

→

3

的聚合活性：DNA-pol催化聚合反應的特點：1.聚合反應具有方向性：5

3

2.DNA聚合酶不能催化兩個游離的脫氧核苷酸聚合，只能在一段寡核苷酸的3-OH端逐個添加脫氧核苷酸，使核苷酸鏈不斷延長。3'575′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′?能切除突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解(即時校讀)。DNA-pol

的核酸外切酶活性：3

5

外切酶活性：5

3

外切酶活性：58（一）原核生物的

DNA

聚合酶：DNA-polⅠ：對復制中的錯誤校讀，對復制和修復中出現(xiàn)的空隙進行填補。有5

和

5

外切酶活性。DNA-polⅡ：在缺乏DNA-polⅠ、Ⅲ

時起作用，有

5

外切酶活性。DNA-polⅢ：復制中主要的酶，有

5

外切酶活性。10種亞基構(gòu)成的不對稱異源二聚體。59DNA-pol

Ⅰ：109kD①其二級結(jié)構(gòu)以α-螺旋為主，分18個螺旋區(qū)段。螺旋之間以無規(guī)卷曲相連，H和I間無規(guī)結(jié)構(gòu)最長(50個氨基酸殘基);②具有聚合作用，但只能延長

20個核苷酸左右，故并非真正的復制酶！功能：對復制中的錯誤進行校讀，對復制和修復中出現(xiàn)的空隙進行填補。60ArthurKornberg1918-2007323個氨基酸5

核酸外切酶活性604個氨基酸DNA聚合酶活性

5

核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠ

Klenow

片段是實驗室合成DNA，進行分子生物學研究中常用的工具酶。

61小片段大片段/Klenow片段

AFGRDNA-pol

Ⅱ：120kDDNA-polII基因發(fā)生突變，細菌依然能存活。具體作用尚不十分清楚。參與DNA損傷的應急狀態(tài)修復，控制復制的保真性。62功能：是原核生物復制延長中真正起催化作用的酶!DNA-pol

Ⅲ：250kD①

由至少10種亞基組成的不對稱二聚體，一側(cè)合成領(lǐng)頭鏈，另一側(cè)合成隨從鏈。②

α、ε、θ亞基組成核心酶，具有聚合及3′-5′外切酶活性；

2個β亞基夾住模板鏈并使酶沿之滑動；其余亞基統(tǒng)稱γ復合物。63亞基分子量(kDa)功能α129.95'-3'聚合ε27.53'-5'外切,堿基選擇,校正θ8.6加強ε活性,維系二聚體β40.6鉗于DNA上并沿模板滑動的環(huán)狀蛋白質(zhì)τ71.1核心酶二聚化，ATPaseδ38.7結(jié)合到βγ47.5結(jié)合ATPδ′36.9

φ15.2χ16.6結(jié)合SSB核心酶γ復合物（裝卡器）原核生物

DNA-pol

Ⅲ的組成64大腸桿菌三種DNA聚合酶的特性種類polⅠpolⅡpolⅢ分子量（KD）109120>140亞基數(shù)1110聚合的核苷酸數(shù)目/每分鐘/每分子104105聚合酶活性5'

-3'+++外切酶活性

5'

-3'+--外切酶活性

3'

-5'+++功能損傷修復、切除引物、填補空隙參與DNA損傷的應急狀態(tài)修復催化DNA聚合，真正的復制酶65（二）真核生物的

DNA

聚合酶：起始引發(fā)，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。在沒有其他DNA-pol時才發(fā)揮催化作用，參與低保真度的復制。在復制過程中起校讀、修復和填補缺口作用。在線粒體DNA復制中起催化作用。DNA-pol

：DNA-pol

：DNA-pol

：DNA-pol

：DNA-pol

：6667DNA-polαβγδε分布胞核胞核線粒體胞核胞核分子量（kD）16.54.014.012.525.5聚合酶活性5'-3'中？高高高外切酶活性3'-5'－－＋＋＋外切酶活性5'-3'＋＋＋＋＋功能起始引發(fā),引物酶活性低保真度復制,似原核polⅡ線粒體DNA復制延長子鏈，具解旋酶活性，似原核polⅢ切除修復，填補缺口，重組似原核polⅠ真核生物的

DNA

聚合酶DNA復制的保真性至少要依賴三種機制：

二、復制保真性的酶學依據(jù)遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；復制延長時對堿基的嚴格選擇功能；復制出錯時DNA-pol的核酸外切酶活性和即時校讀功能。68復制的保真性依賴嚴格的堿基選擇：DNA-pol

通過對不同堿基構(gòu)型的親和力不同而實現(xiàn)堿基選擇作用。

嘌呤能形成順式和反式的化學構(gòu)型，形成氫鍵時嘌呤應處于反式構(gòu)型；

DNA-pol

靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價鍵(氫鍵)

與共價鍵(磷酸二酯鍵)的有序形成；69A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。DNA-pol的核酸外切酶活性和即時校讀：T70B：堿基配對正確時，DNA-pol不表現(xiàn)外切酶活性。三、復制中的分子解鏈及

DNA

分子拓撲學變化解鏈、解旋酶類

DNA

分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能發(fā)揮模板作用。71原核生物復制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(基因)通用名功能DnaA(dnaA)

辨認復制起始點DnaB(dnaB)解螺旋酶解開DNA雙鏈DnaC(dnaC)

運送和協(xié)同DnaBDnaG(dnaG)引物酶催化RNA引物生成SSB單鏈DNA結(jié)合蛋白穩(wěn)定已解開的單鏈拓撲異構(gòu)酶(gyrA,B)

理順DNA鏈72——又稱

DnaB

蛋白/復制蛋白/rep

蛋白解鏈方向（一）解螺旋酶(

helicase

)DnaCDna

B

利用

ATP

供能，作用于氫鍵，使

DNA

雙鏈解開成為兩條單鏈。73——又稱

螺旋反穩(wěn)定蛋白（二）單鏈結(jié)合蛋白

(singlestrandedbindingprotein，SSB)在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護模板單鏈的完整性。解鏈方向DnaCDna

BSSB74E.Coli復制過程中的解螺旋酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB)/螺旋反穩(wěn)定蛋白解螺旋酶/DnaB蛋白/rep蛋白/復制蛋白757610

局部解鏈后

解鏈過程中，DNA分子會過度擰緊，產(chǎn)生打結(jié)、纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象，必須改變DNA分子的構(gòu)象，理順DNA鏈，復制才能順利進行。877（三）DNA

拓撲異構(gòu)酶

(

DNA

topoisomerase

)—

拓撲酶

“拓撲”

—指物體或圖像作彈性移位而保持其原有的性質(zhì)。

78

作用特點：

分類：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵拓撲異構(gòu)酶Ⅰ拓撲異構(gòu)酶Ⅱ（促旋酶）79（三）DNA

拓撲異構(gòu)酶

(

DNA

topoisomerase

)—

拓撲酶

拓樸酶的作用機制：切斷

DNA

雙鏈中一股鏈，使

DNA

解鏈、旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當時候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應不需ATP。拓樸異構(gòu)酶Ⅰ無ATP時：切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。有ATP

時：使帶斷端的DNA分子旋緊進入負超螺旋狀態(tài)，再連接斷端。拓樸異構(gòu)酶Ⅱ80（四）引物酶(

primase

)——即

DnaG

蛋白

/

依賴

DNA

的

RNA

聚合酶復制起始時催化生成

RNA

引物的酶。在模板的復制起始部位催化

NTP

的聚合,形成短片段的

RNA

。這一小段

RNA

作為復制的引物

(

primer

)，提供

3

-OH

末端，使

DNA-pol能夠催化

dNTP

聚合。81*引物酶(primase)與RNA-pol異同依賴DNA的RNA聚合酶E.coli引物酶RNA-pol相同點均可催化游離NTP聚合均受到利福平（霉素）抑制不同點編碼基因dnaGrpoBC、rpoA對利福平敏感性低高引物酶與其他和復制有關(guān)的蛋白質(zhì)形成的復合物。引發(fā)體(

primosome)：構(gòu)成：

多種蛋白質(zhì)因子

+

引物酶

+

解鏈的模板

DNA

(DnaC、DnaB

蛋白等）作用：

主要在隨從鏈上，連續(xù)地與引物酶結(jié)合并解離，在不同部位引導引物酶催化合成

RNA

引物。83連接DNA鏈3

-OH

末端和相鄰DNA鏈5

-P

末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的單鏈。反應需要消耗ATP

。四、DNA

連接酶

(

DNA

ligase

)ATPOHP84DNA連接酶(DNAligase)只能連接堿基互補雙鏈中的單鏈缺口，不能連接單獨存在的DNA單鏈。5’3’3’5’5’3’3’5’HOATPADPDNA連接酶DNA連接酶的作用機制：85DNA連接酶在復制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。DNA連接酶的功能：86參與DNA復制的酶與蛋白因子總覽圖87思考:DNA

復制中能催化生成磷酸二酯鍵的酶有哪些呢？

提供核糖3

-OH提供5

-P結(jié)果拓樸異構(gòu)酶切斷、整理后的兩鏈改變拓撲狀態(tài)DNA

聚合酶引物或延長中的新鏈游離

dNTP去

PPi(dNMP)n+1DNA

連接酶復制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)→連續(xù)鏈DNA拓撲異構(gòu)酶DNA聚合酶DNA連接酶

88本次課重點1.掌握概念：半保留復制、半不連續(xù)復制、岡崎片段、前導連、后隨鏈、復制子（叉）2.掌握復制的基本特征3.掌握真核與原核DNA聚合酶的分類和功能參與DNA復制的物質(zhì)：—

引物—模板(DNA雙鏈)—

底物(dNTP)—

復制相關(guān)酶圖紙原料資金工作人員你還記得嗎？90解旋解鏈酶類引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶DNA連接酶

復制的相關(guān)酶：你還記得嗎？拓樸異構(gòu)酶解螺旋酶SSB91

第三節(jié)

DNA

的生物合成過程

TheProcessofDNAReplication92復制的起始復制的延長復制的終止DNA

的生物合成：DNA

解開成單鏈，提供模板合成引物，提供

3-OH末端RNA

酶水解引物DNA-pol催化填補空隙DNA

連接酶連接相鄰片段磷酸二酯鍵的不斷生成93需要解決兩個問題：1.DNA解開成單鏈，提供模板；2.合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的

DNA

生物合成

(

E.coli

)

（一）原核生物DNA復制的起始：94識別區(qū)富含

AT

區(qū)DNA

模板鏈oriC

(

245

bp

)蛋白質(zhì)因子1.DNA解鏈，提供模板參與的物質(zhì)：3

組串聯(lián)重復序列2

對反向重復序列DnaA、B、C及

SSB95E.Coli

復制起始點

oriC

GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG

···

11317293244

···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串聯(lián)重復序列

反向重復序列5

3

5

3

1.DNA解鏈，提供模板：96原核生物DNA解鏈過程：Dna

A

四聚體結(jié)合重復序列Dna

C

協(xié)助Dna

B

結(jié)合

oriC

(

解螺旋)DNA

鏈彎曲，AT

區(qū)局部解鏈Dna

A

離開，形成復制叉問題：

無3-OH末端

？97SSB3

5

3

5

引物－－是由引物酶催化合成的短鏈

RNA

分子。

引物3'HO5'引物酶2.引物和引發(fā)體：983

5

3

5

Dna

ADNA拓撲異構(gòu)酶Dna

B

Dna

C引物酶SSB含有解螺旋酶、DnaC

蛋白、引物酶和

DNA復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。

引發(fā)體：99原核生物的復制起始：DnaA

蛋白辨認復制起始點(

ori

)拓撲酶松解超螺旋

解螺旋酶在

DnaC

協(xié)同下解開局部雙鏈

SSB

結(jié)合于解開的單鏈引物酶結(jié)合復制起始區(qū)，形成引發(fā)體引物酶催化引物合成

復制區(qū)形成復制叉100原核生物復制起始的相關(guān)酶和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(基因)通用名功能DnaA(dnaA)

辨認起始點DnaB(dnaB)解螺旋酶解開

DNA

雙鏈DnaC(dnaC)

運送和協(xié)同

DnaBDnaG(dnaG)引物酶催化

RNA

引物生成SSB單鏈

DNA

結(jié)合蛋白穩(wěn)定已解開的單鏈拓撲異構(gòu)酶(gyrA,B)

理順

DNA

鏈101復制的延長指在DNA-pol

催化下，dNTP

以

dNMP

的方式逐個加入引物或延長中的子鏈

3

末端上，使其不斷延長。其化學本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

（二）原核生物DNA

復制的延長102DNA-polⅢ5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'原核生物

DNA

復制的延長：1033

5

3

5

解鏈方向3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)3′5′

隨從鏈(laggingstrand)3′5′104領(lǐng)頭鏈的合成解鏈方向105隨從鏈的合成106解鏈方向

原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復制的復制片段在復制的終止點(

ter

)處匯合。

E.coliori82ter32（三）原核生物

DNA

復制的終止需要解決的問題：引物如何處理？相鄰片斷如何連接？空隙如何填補？RNA酶DNA連接酶DNA-polⅠ催化SV40ter50ori0107RNA酶

(

水解引物

)5

OHP5

DNA-polⅠ(

填補空隙

)dNTP5

5

P5

5

ATPADP+PiDNA連接酶

(

連接片斷

)原核生物

DNA

復制的終止：5

5

108空隙（gap）缺口（nick）RNA酶復制的終止109原核生物DNA復制過程總圖110S期：DNA合成期G2期：DNA合成后期G1期：DNA合成前期M期：有絲分裂期二、真核生物的

DNA

生物合成哺乳動物的細胞周期DNA

合成期G2G1MS細胞能否分裂，與蛋白激酶活性有關(guān)

蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復制因子而實施調(diào)控作用111（一）真核生物

DNA

復制的起始：

真核生物復制起始的基本過程類似原核生物，亦需打開復制叉、形成引發(fā)體和合成RNA

引物。多復制子，具時序性；

需

DNA-pol

(

引物酶

)

和pol

(

解螺旋酶

)

的參與，還需拓撲酶和復制因子

(

RF

)；

增殖細胞核抗原

(

PCNA

)

的關(guān)鍵作用。112真核生物每個染色體有多個起始點，且較原核為短，是多復制子復制。復制具有時序性，即復制子以分組方式激活而不是同步起動。113復制的起始需要

DNA-polα(

引物酶活性

)

和DNA-polδ(

解螺旋酶活性

)

參與。此外還需拓撲酶和復制因子

(

replicationfactor，RF

)

參與。增殖細胞核抗原

(

proliferationcellnuclearantigen，PCNA

)

作為

DNA-pol

的輔助因子使DNA-pol

獲得持續(xù)合成的能力。（二）真核生物

DNA

復制的延長：原核生物真核生物引物數(shù)十個nt十數(shù)個nt岡崎片段1kbp~2kbp100bp~200bp由

DNA-pol

催化引物合成。在

PCNA

協(xié)同下，由DNA-pol

催化領(lǐng)頭鏈和隨從鏈的合成。引物和岡崎片段比原核生物的短。114（三）真核生物

DNA

復制的終止：

包括水解引物、填補空隙、連接缺口等基本過程。

真核生物的引物含有

RNA

和

DNA

兩種成分，其水解除了需要核內(nèi)的

RNA

酶外，還需要核酸外切酶。115真核生物DNA復制過程總圖116

真核生物

DNA的復制與核小體的裝配同步進行。

真核生物的染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成。染色體核小體核心顆粒：

(H2AH2BH3H4)×２

DNA：約

200

bp（纏繞1又4/5圈）

染色體串珠樣結(jié)構(gòu)H1DNA117真核生物

DNA

復制的終止：染色體

DNA

呈線狀，復制在末端停止。復制中岡崎片段的連接，復制子之間的連接。染色體兩端

DNA

子鏈上最后復制的

RNA

引物，去除后留下空隙。1185

3

3

55

3

3

55

3

3

5

3

3

5

5

＋5

3

3

5

3

3

5

5

＋水解、填補、連接？？119真核生物

DNA

復制的終止：DNA

是線性結(jié)構(gòu)，復制在末端停止。末端復制需端粒酶的參與。

端

粒

酶

？

端粒

？120（四）端粒和端粒酶指真核生物染色體線性

DNA

分子末端的結(jié)構(gòu)。端粒

(

telomere

)：20

世紀

30

年代McClintock

和

J.Muller從希臘字的末端

(telos)

和部分

(meros)創(chuàng)造了一個全新的單詞

telomere

!

端粒的發(fā)現(xiàn)：121TTTTGGGGTTTTGGGG…結(jié)構(gòu)特點：1.由末端單鏈

DNA

序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成；2.末端

DNA

序列是多次重復的富含

G、T

堿基的短序列。功能：維持染色體的穩(wěn)定性維持DNA復制的完整性端粒

(

telomere

)：122端粒長短與細胞生命歷程密切相關(guān)：細胞分裂細胞分裂細胞將停止分裂而趨于老化!Hayflick

點染色體端粒端粒年齡增長123組成：人端粒酶

RNA

(humantelomeraseRNA,hTR)人端粒酶協(xié)同蛋白

(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶

(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

端粒酶

(

telomerase

)：結(jié)合位置：母鏈單鏈DNA3

-OH末端端粒端粒酶5

1241.復制終止時，染色體線性DNA末端有可能縮短，但通過端粒酶的作用，可以補償這種由除去引物引起的末端縮短。2.端粒酶活性下降，端粒長度會變短或消失，染色體穩(wěn)定性下降，細胞衰老；反之，端粒長度不斷延長，細胞分裂加劇，致細胞癌變。防止遺傳信息的丟失！

端粒酶能修復變短的端粒，抵消因染色體復制/細胞分裂而導致的

DNA

縮短。端粒酶的意義：125端粒酶的作用爬行模型126端粒酶的爬行模型----動畫演示127DNA聚合酶復制子鏈進一步加工128DnaA

蛋白辨認復制起始點(

ori

)拓撲酶松解超螺旋

解螺旋酶在

DnaC

協(xié)同下解開局部雙鏈

SSB

結(jié)合于解開的單鏈引物酶結(jié)合復制起始區(qū)，形成引發(fā)體引物酶催化引物合成

復制區(qū)形成復制叉129回顧原核生物的復制起始：復制的起始復制的延長復制的終止DNA

的生物合成：DNA

解開成單鏈，提供模板合成引物，提供

3-OH末端RNA

酶水解引物DNA-pol催化填補空隙DNA

連接酶連接相鄰片段磷酸二酯鍵的不斷生成130真核生物

DNA

復制的起始：

真核生物復制起始的基本過程類似原核生物，亦需打開復制叉、形成引發(fā)體和合成RNA

引物。多復制子，具時序性；

需

DNA-pol

(

引物酶

)

和pol

(

解螺旋酶

)

的參與，還需拓撲酶和復制因子

(

RF

)；

增殖細胞核抗原

(

PCNA

)

的關(guān)鍵作用。131真核生物

DNA

復制的終止：

包括水解引物、填補空隙、連接缺口等基本過程。

真核生物的引物含有

RNA

和

DNA

兩種成分，其水解除了需要核內(nèi)的

RNA

酶外，還需要核酸外切酶。132

真核生物DNA復制終止時5′端引物水解后留下的空隙由端粒酶填補。

第四節(jié)

逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式

ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays逆轉(zhuǎn)錄復制DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯133一、逆轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄

(reversetranscription)：逆轉(zhuǎn)錄酶

(reversetranscriptase)：是依賴

RNA

的

DNA

聚合酶。

指以

RNA

為模板，合成與其互補的DNA

的過程，又稱反轉(zhuǎn)錄。逆轉(zhuǎn)錄酶RNADNA134逆轉(zhuǎn)錄酶的三種活性：RNA作模板的dNTP聚合活性DNA作模板的dNTP聚合活性RNase活性135逆轉(zhuǎn)錄病毒在細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象：RNA

模板逆轉(zhuǎn)錄酶RNA-DNA

雜化雙鏈逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈

DNARNA

酶單鏈

DNA136病毒

RNA-DNA病毒

DNA

整合生產(chǎn)病毒

RNARNA↓蛋白質(zhì)137試管內(nèi)合成cDNA：cDNA

complementaryDNA

以

mRNA

為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與

mRNA

堿基序列互補的

DNA

鏈。分子生物學研究可應用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此方法稱為

cDNA

法。AAAAAAAAT

T

T

T逆轉(zhuǎn)錄酶T

T

T

T堿水解DNA-polⅠSI核酸酶138二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA

同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了

20

世紀初已注意到的病毒致癌理論。139是某些低等生物的復制形式，如

X174

和

M13

噬菌體等。特點：不需引物。有單鏈的斷開三、滾環(huán)復制和D