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1、幻灯片 1第十一章第十一章第十一章 DNADNADNA 的生物合成的生物合成的生物合成( ( (复制复制复制) ) ) (DNA(DNA BiosynthesisBiosynthesis，Replication)Replication) 复制是指以亲代复制是指以亲代 DNADNA 为模板合成子链为模板合成子链 DNADNA 的过程。的过程。A G G T A C T G C C A C T G GT C C A T G A C G G T G A C CC C A C T G GG G T G A C CA G G T A C T GT C C A T G A CT C C A T G A C
2、A G G T A C T GA G G T A C T G C C A C T G GT C C A T G A C G G T G A C CA G G T A C T G C C A C T G GT C C A T G A C G G T G A C C+亲代 DNA 复制叉子代 DNA 幻灯片 2第一节第一节第一节 复制基本规律与体系复制基本规律与体系复制基本规律与体系 (Basic Rules and System of DNA Replication ) 一、复制的基本规律一、复制的基本规律复制的方式半保留复制 固定起始点 双向复制 半不连续复制 复制的高保真性基本规律(一一)半
3、保留复制半保留复制 1.概念概念 DNA 合成时，以亲代合成时，以亲代 DNA 解开的两股单链为模板，按碱基配对规律，合成子代解开的两股单链为模板，按碱基配对规律，合成子代 DNA 的过程。子代的过程。子代 DNA，一股单链来源于亲代，另一股单链为新合成。子代和亲代的，一股单链来源于亲代，另一股单链为新合成。子代和亲代的 DNA 碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。 幻灯片 3 2.2.半保留复制的实验依据和意义半保留复制的实验依据和意义 (1)(1)密度梯度实验密度梯度实验 梯度离心结果梯度离心结果含重氮-DNA 的细菌培养于普通培养液第一代第
4、一代继续培养于普通培养液第二代第二代实验结果支持半保留复制的设想。实验结果支持半保留复制的设想。 幻灯片 4 (2)(2)子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母链遗传信息的几种可能方式全保留式 (混合式) 半保留式(3)半保留复制的意义半保留复制的意义 按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代 DNA 与亲代与亲代 DNA 的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗 传信息，体现了遗传的保守性。是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。传信息，体现了遗传的保守性。是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。 幻灯片 5 ( (二二) )固定起始点固定起始点
5、复制是从具有特异碱基序列的复制起始点开始。原核生物复制是从具有特异碱基序列的复制起始点开始。原核生物( (一个起始点一个起始点) )，真核生，真核生 物物( (多个起始点多个起始点) )。 ( (三三) )双向复制双向复制 1.1.原核生物复制时，原核生物复制时，DNADNA 从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称 为双向复制。为双向复制。 复制中的放射自显影示意图oriterA B C环状双链环状双链 DNA 及及 复制起始点复制起始点 B. 复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉 C. 复制接近终止点复制接近终止点幻灯
6、片 6 2.2.真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间 的距离定为一个复制子。复制子是独立完成复制的功能单位。的距离定为一个复制子。复制子是独立完成复制的功能单位。 53oriorioriori53553355 3复制子3幻灯片 7 ( (四四) )复制的半不连续性复制的半不连续性领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。3 5 3 5 解链方向3533 5顺解链方向生成的子链，复制为连续进行，称为领头链。顺解链
7、方向生成的子链，复制为连续进行，称为领头链。 领头链领头链 (leading strand) 随从链随从链 (lagging strand)另一股链复制方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，称为随从链。另一股链复制方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，称为随从链。复制中不连续片段称为岡崎片段复制中不连续片段称为岡崎片段复制中不连续片段称为岡崎片段复制中不连续片段称为岡崎片段(okazaki(okazaki(okazaki fragment)fragment)fragment)。 幻灯片 8 ( (五五) )复制的高保真性复制的高保真性 1.DNA-pol1.DNA-pol 的核
8、酸外切酶活性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读DNA-pol外切活性聚合活性AGA:CGB:5/3/5/3/无活性A：DNA-pol 的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，：碱基配对正确， DNA-pol 不表现活性。不表现活性。 幻灯片 9 2.2.复制保真性的碱基选择复制保真性的碱基选择 a)a) DNADNA 聚合酶靠其大分子结构协调非共价聚合酶靠其大分子结构协调非共价( (氢键氢键) )与共价键与共价键( (磷酸二酯键磷酸二酯键) ) 的有序形成。的有序形成。 b)b) 嘌呤的化学结构
9、能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式 构型。构型。 NN9R-PNHHNN6反式NN9P-RNHHNN6顺式3.DNA复制保真性依赖三种机制复制保真性依赖三种机制 a) 遵守严格的碱基配对规律。遵守严格的碱基配对规律。 b) 聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能。聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能。 c) 复制出错时复制出错时 DNA-pol 的及时校读功能。的及时校读功能。 幻灯片 10 二、二、DNADNA 复制的体系复制的体系 ( (一一) ) 底物底物(substrate)(substr
10、ate) dATP,dATP, dGTP,dGTP, dCTP,dCTP, dTTPdTTP。 ( (二二) ) 模板模板(template)(template) 解开成单链的解开成单链的 DNADNA 母链。母链。 ( (三三) ) 引物引物(primer)(primer) 提供提供 3-OH3-OH 末端使末端使 dNTPdNTP 可以依次聚合的可以依次聚合的 RNA(DNA)RNA(DNA)片断。片断。 ( (四四) ) 酶和蛋白因子酶和蛋白因子1.DNA1.DNA 聚合酶聚合酶全称为依赖全称为依赖 DNADNA 的的 DNADNA 聚合酶聚合酶 (DNA-dependent(DNA-d
11、ependent DNADNA polymerase)polymerase)，简称，简称 DNA-polDNA-pol。 幻灯片 11 (1)(1)活性：活性：5353 的聚合活性；的聚合活性；33 55外切酶活性能辨认错配的碱基对，并将其水外切酶活性能辨认错配的碱基对，并将其水 解；解； 55 33外切酶活性能切除突变的外切酶活性能切除突变的 DNADNA 片段。片段。5 A G C T T C A G G A T A 3| | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5?幻灯片 12(2)原核生物的 DNA 聚合酶DNA-pol
12、 DNA-pol DNA-pol 大肠杆菌大肠杆菌E.coli中的三种中的三种DNA聚合酶聚合酶分类分类DNA 聚合酶聚合酶 IDNA 聚合酶聚合酶 IIDNA 聚合酶聚合酶 III分子量分子量(KD)109120900聚合速率聚合速率(核苷酸核苷酸/分分)1 00060 0005 3聚合酶活聚合酶活 性性+3 5外切酶活外切酶活 性性+5 3外切酶活外切酶活 性性+切除引物切除引物 延长冈崎片段延长冈崎片段延长子链延长子链校读作用校读作用生物学功能生物学功能DNA 损伤修复损伤修复DNA 损伤修复损伤修复校读作用校读作用幻灯片 13DNA-pol(109kD)功能功能:对复制中的错误进行校读
13、，对复制和修复中出现的空隙进行填补。对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。 N 端端 C 端端DNA-pol 木瓜蛋白酶小片段小片段 大片段大片段/Klenow/Klenow 片段片段 DNADNA 聚合酶活性聚合酶活性 ， 55 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 55 核酸外切酶活性核酸外切酶活性KlenowKlenowKlenowKlenow 片段是实验室合成片段是实验室合成片段是实验室合成片段是实验室合成 DNADNADNADNA 的常用工具酶。的常用工具酶。的常用工具酶。的常用工具酶。 幻灯片 14DNA-polDNA-pol (120kD)(120kD)DNA-pol
14、DNA-pol IIII 基因发生突变，细菌依然能存活。它参与基因发生突变，细菌依然能存活。它参与 DNADNA 损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。 DNA-pol (250kD)功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。 幻灯片 15 (3)(3)真核生物的真核生物的 DNADNA 聚合酶聚合酶填补引物空隙，切除修复，重组延长子链的主要酶，解螺旋酶活性线粒体DNA复制起始引发，引物酶活性功能+-3 5高高高？中5 3聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（kD ）DNA-pol填补引物空隙，切除修复，重组延长子链的主要酶，
15、解螺旋酶活性线粒体DNA复制起始引发，引物酶活性+-3 5外切酶活性高高高？中5 3聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（kD ）DNA-pol参与 损伤 与修 复生物学幻灯片 16 2.2.其他酶与蛋白因子其他酶与蛋白因子 (1)(1)解螺旋酶解螺旋酶(helicase)(helicase) 利用利用 ATPATP 供能，打开氢键，使供能，打开氢键，使 DNADNA 双链解开成为两条单链。双链解开成为两条单链。 (2)(2)引物酶引物酶(primase)(primase) 复制起始时催化生成复制起始时催化生成 RNARNA 引物的酶。引物的酶。(3)(3)单链单链 DNADNA 结合蛋白结合蛋白(single(single strandedstranded DNADNA bindingbinding pro
