第十章 染色體結構與DNA復制

第三部分分子生物學第十章染色體結構與DNA復制1、本章簡介2、掌握內容講述3、要點回顧4、本章習題第十章染色體結構與DNA復制本章介紹了原核/真核生物染色體的結構、生物體內DNA的復制過程、DNA的突變、損傷與修復、重組。重點掌握DNA復制的過程與機制。第十章染色體結構與DNA復制

10.1

原核生物染色體結構

10.2染色質結構

10.3

真核生物染色體結構

10.4DNA復制一、半保留半不連續(xù)復制機制二、DNA聚合酶三、DNA突變、損傷與修復四、重組第十章染色體結構與DNA復制

所有細菌的主要基因都位于單一的環(huán)狀雙鏈染色體DNA上，染色體DNA編碼著1000～5000個蛋白質大腸桿菌染色體結構染色體環(huán)中蛋白質與DNA結合，對DNA起著保護、固定和壓縮的作用細菌還可能含有質粒組蛋白與DNA的結合真核生物染色體DNA組裝的不同層次的結構DNA核小體鏈纖絲突環(huán)玫瑰花結螺旋圈染色體遺傳信息傳遞的中心法則蛋白質翻譯轉錄逆轉錄復制復制DNARNA遺傳信息流即由DNA復制把親代的遺傳信息忠實地傳遞給子代。在子代這些遺傳信息通過轉錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉變成相應的蛋白質。基因表達是指DNA經過轉錄產生RNA，RNA經過翻譯產生蛋白質。1、DNA的半保留復制2、DNA復制的起點與方向3、DNA的半不連續(xù)復制4、DNA復制的分子基礎5、DNA復制的過程6、DNA復制的忠實性7、真核生物復制（端粒酶）DNA的復制DNA的半保留復制DNA在復制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈是新合成的，這種復制方式稱為半保留復制。DNA復制的起始、方向（5′→3′)環(huán)狀DNA復制時所形成的θ結構起始點復制叉的推進復制叉起始點起始點起始點復制叉復制叉未復制DNA單向復制雙向復制

真核細胞DNA多個起點復制（5′→3′)起點起點起點起點起點起點復制起始點、復制子與復制叉（動畫演示）以3′→5′方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復制時基本上是連續(xù)進行的，其子代鏈的聚合方向為5′→3′，這一條鏈被稱為前導鏈(leadingstrand)。以5′→3′方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復制時則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5′→3′，這條鏈被稱為后隨/滯后鏈(laggingstrand)。前導鏈連續(xù)復制而后隨鏈不連續(xù)復制，就是復制的半不連續(xù)性。

DNA的半不連續(xù)復制兩條子鏈的合成方向都是5′→3′由于親代DNA雙鏈在復制時是逐步解開的，因此，后隨鏈的合成也是一段一段的。DNA在復制時，由后隨鏈所形成的一些子代DNA短片段稱為岡崎片段(Okazakifragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。DNA的半不連續(xù)復制3

5

3

5

3′5′3′5′解鏈方向前導鏈(leadingstrand)后隨/滯后鏈(laggingstrand)DNA的半不連續(xù)復制3′5′岡崎片段(okazakifragment)DNA復制的分子基礎1.底物

dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.有關的酶

拓撲異構酶、解鏈酶、引物酶、聚合酶（DNA聚合酶I、II、III）、DNA連接酶3.模板單鏈的DNA母鏈4.引物寡核苷酸引物（RNA)5.其他蛋白質因子單鏈結合蛋白（SSB——維持模板處于單鏈狀態(tài)，保護單鏈的完整）

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPiDNA拓撲異構酶(解旋酶）既能水解，又能打斷堿基互補配對的氫鍵在引發(fā)體前引入負超螺旋,以抵消復制過程產生的正螺旋——打開超螺旋DNA解鏈酶解開雙螺旋引物酶是RNA聚合酶，合成一段RNA引物解鏈酶、引物酶形成移動的引發(fā)體大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個細胞的分子統(tǒng)計數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉化率DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅲ（復合物）109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項目

原核生物中的三種DNA聚合酶

DNA聚合酶的活性

5′至3′的聚合活性5′→3′方向——鏈的延伸核酸外切酶活性

5′→3′外切酶活性——切除引物

3′→5′外切酶活性——校對功能參與DNA復制的DNA聚合酶，必須以一段具有3′端自由羥基（3′-OH）的RNA作為引物(primer)

，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50~100個核苷酸，而在真核生物中約為10個核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對。需要引物

5′至3′的聚合活性（5′→3′）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀A：DNA-pol的外切酶活性3′→5′切除錯配堿基；并用其聚合酶活性5′→3′摻入正確配對的底物B：堿基配對正確，DNA-pol不表現(xiàn)外切酶活性。3′→5′外切酶活性——校對功能DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配堿基復制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯配核苷酸連接酶連接缺口Mg2+連接酶ATP或NAD＋PPi或NMNATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈DNA的復制過程

（一）復制的起始

（二）復制的延伸

（三）復制的終止

起始的過程打開DNA超螺鏈打開雙螺旋防止復螺旋單鏈結合蛋白解鏈酶引發(fā)體/引物復合體引物酶拓撲異構酶合成DNA復制起始過程拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA雙鏈′5′3′5′3拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復制起始的過程拓撲異構酶與DNA雙鏈結合，松弛超螺旋?！?′3′5′3拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復制起始過程解鏈酶解開DNA雙螺旋′5′3′5′3拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物單鏈結合蛋白防止復螺旋′5′3′5′3DNA復制起始的過程拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物(RNA)DNA復制起始過程引物酶合成引物′5′3′5′3(二)DNA復制的延伸——DNA聚合酶Ⅲ1.DNA聚合酶Ⅲ把新生鏈的第一個脫氧核苷酸加到引物的3′—OH上，開始新生鏈的合成過程AG

T

AC

TA

A

T

DNA聚合酶ⅢACGACGTT引物AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGTTTT

組成

DNA的脫氧核糖核苷酸一個個連接起來3′,5′-磷酸二酯鍵引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTGTTAA引物AG

T

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TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物AG

T

AC

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A

T

GCGCGGTTAATAT引物AG

T

AC

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A

T

GGCGGTTAATATC引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板鏈DNA新鏈引物2.半不連續(xù)復制與岡崎片段前導鏈滯后鏈岡崎片段5′3′′5′32.半不連續(xù)復制與岡崎片段前導鏈、后隨鏈/滯后鏈、半不連續(xù)復制、岡崎片段。DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅰ(三)復制的終止遇到終止子停止復制DNA聚合酶Ⅰ利用

5′→3′外切酶活性水解引物DNA聚合酶Ⅰ聚合活性填補缺口DNA連接酶連接缺口。3