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1、目目 录录 DNA的合成及重组的合成及重组 DNA Biosynthesis and Recombination第十六章第十六章目目 录录DNA生物合成生物合成DNA复制复制 （DNA指导的指导的DNA合成合成）逆转录逆转录 ( (逆转录病毒逆转录病毒RNA指导的指导的DNA合成合成)校正复制中可能出现的错误，并修复受到损校正复制中可能出现的错误，并修复受到损伤的伤的DNA细胞中酶促修复系统细胞中酶促修复系统自然界自然界DNADNA重组和基因转移的基本方式重组和基因转移的基本方式目目 录录基因组复制的主要特点基因组复制的主要特点The General features of Genome Re
2、plication 第一节第一节目目 录录一、基因组是细胞或病毒全部遗传信息一、基因组是细胞或病毒全部遗传信息的总和的总和 含有一种生物的一整套遗传信息的遗传物质，含有一种生物的一整套遗传信息的遗传物质，含有一种生物的一整套遗传信息的遗传物质，含有一种生物的一整套遗传信息的遗传物质，称为称为称为称为基因组（基因组（基因组（基因组（genomegenome）。在真核生物体中，基因组。在真核生物体中，基因组。在真核生物体中，基因组。在真核生物体中，基因组是指一套完整单倍体是指一套完整单倍体是指一套完整单倍体是指一套完整单倍体DNADNA（染色体（染色体（染色体（染色体DNADNA）和线粒体）和线粒
3、体）和线粒体）和线粒体DNADNA的全部序列，既包括编码序列，也包括非编码的全部序列，既包括编码序列，也包括非编码的全部序列，既包括编码序列，也包括非编码的全部序列，既包括编码序列，也包括非编码序列。序列。序列。序列。目目 录录二、基因组二、基因组DNA复制具备一些共同特征复制具备一些共同特征（一）基因组（一）基因组（一）基因组（一）基因组DNADNA都具有固定的复制起始点都具有固定的复制起始点都具有固定的复制起始点都具有固定的复制起始点（二）复制过程中形成复制泡和复制叉（二）复制过程中形成复制泡和复制叉（二）复制过程中形成复制泡和复制叉（二）复制过程中形成复制泡和复制叉（三）复制的基本单位称
4、为复制子（三）复制的基本单位称为复制子（三）复制的基本单位称为复制子（三）复制的基本单位称为复制子 （四）半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递（四）半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递（四）半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递（四）半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递 （五）半不连续复制克服了（五）半不连续复制克服了（五）半不连续复制克服了（五）半不连续复制克服了DNADNA空间结构对空间结构对空间结构对空间结构对DNADNA 新链合新链合新链合新链合 成的制约成的制约成的制约成的制约 （六）复制起点由多个短重复序列组成（六）复制起点由多个短重复序列组成（六）复制起点由多个短重复序列组成（六）
5、复制起点由多个短重复序列组成 （七）（七）（七）（七）DNADNA复制必须有引物复制必须有引物复制必须有引物复制必须有引物 目目 录录复制起点（复制起点（origin）：指：指DNA复制所必需的一段复制所必需的一段特殊的特殊的DNA序列。序列。 （一）基因组（一）基因组DNA都具有固定的复制起始点都具有固定的复制起始点目目 录录双螺旋双螺旋DNA复制时，复制区生长点的结构复制时，复制区生长点的结构呈呈Y形或叉形，称之为形或叉形，称之为复制叉。复制叉。（二）复制过程中形成复制泡和复制叉（二）复制过程中形成复制泡和复制叉目目 录录目目 录录从一个从一个DNA复制起点起始的复制起点起始的DNA复制区
6、域，复制区域，它是一个独立复制单位，包括复制起点和终点。它是一个独立复制单位，包括复制起点和终点。 复制子（复制子（replicon）（三）复制的基本单位称为复制子（三）复制的基本单位称为复制子 目目 录录 （四）半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递（四）半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递（1）全保留式（全保留式（conservative），即恢复原来的，即恢复原来的DNA双螺旋，并产生一个新的子代双螺旋，并产生一个新的子代DNA双双螺旋；螺旋；（2）半保留式（半保留式（semiconservative），即新老搭，即新老搭配，由一条新合成的配，由一条新合成的DNA链和一条复制模链和一条复制
7、模板链配对产生子代双螺旋板链配对产生子代双螺旋DNA；（3）散布式（散布式（dispersive），），即复制模板链被分即复制模板链被分成许多小片段，散布于子代成许多小片段，散布于子代DNA中。中。两条新合成的两条新合成的DNADNA链和两条原来的复制模板链和两条原来的复制模板链之间的结合方式可能性：链之间的结合方式可能性：目目 录录密度梯度实验密度梯度实验 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制方式方式含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果目目 录录前导链（前导链（le
8、ading strand）: DNA复制时，一条链复制时，一条链的合成方向和复制叉前进方向相同，可以连续复制合的合成方向和复制叉前进方向相同，可以连续复制合成的新链。成的新链。后随链（后随链（lagging strand）:另一条链的合成方向另一条链的合成方向与复制叉前进方向相反，不能连续复制，只能分成若与复制叉前进方向相反，不能连续复制，只能分成若干小片段分别合成，然后连接起来形成新链。后随链干小片段分别合成，然后连接起来形成新链。后随链中的小片段称为中的小片段称为冈崎片段（冈崎片段（Okazaki fragments) )。（五）半不连续复制克服了（五）半不连续复制克服了DNA空间结构空间
9、结构 对对DNA新链合成的制约新链合成的制约前导链连续复制而后随链不连续复制，即前导链连续复制而后随链不连续复制，即DNA半半不连续不连续复制复制。目目 录录复制起点的一般特征复制起点的一般特征复制起点的一般特征复制起点的一般特征: : 由多个独特的短重复序列组成。由多个独特的短重复序列组成。由多个独特的短重复序列组成。由多个独特的短重复序列组成。 短重复序列被多亚基的复制起始因子所识别并结合。短重复序列被多亚基的复制起始因子所识别并结合。短重复序列被多亚基的复制起始因子所识别并结合。短重复序列被多亚基的复制起始因子所识别并结合。 一般富含一般富含一般富含一般富含ATAT，利于双螺旋，利于双螺
10、旋，利于双螺旋，利于双螺旋DNADNA解旋，以产生单链解旋，以产生单链解旋，以产生单链解旋，以产生单链DNADNA复制模板。复制模板。复制模板。复制模板。（六）复制起点由多个短重复序列组成（六）复制起点由多个短重复序列组成目目 录录E.coli 复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201
11、209 237 245 同向重复序列同向重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 目目 录录酵母复制起点为酵母复制起点为自主复制序列（自主复制序列（autonomously replicating sequences，ARS）： 酵母染色体含有多个复制起点。酵母染色体含有多个复制起点。元件元件A(富含富含A/T的共有序列的共有序列)：结合一个特异的蛋白质：结合一个特异的蛋白质复合物复合物复制起点识别复合物复制起点识别复合物(ORC)。 3个序列个序列(B1、B2和和B3)可以增加复制起点的效率，其可以增加复制起点的效率，其中中B2的的9个碱基与上述个碱基与上述ARS共有序列相同。共有序
12、列相同。酵母复制起始点酵母复制起始点目目 录录DNA聚聚合合酶酶不不能能从从游游离离的的核核苷苷酸酸开开始始合合成成DNA链链，必必须须由由引引物物（primer）提提供供自自由由的的3 -OH末端末端，通过加入核苷酸使之不断延伸。，通过加入核苷酸使之不断延伸。所所有有细细胞胞和和多多数数病病毒毒的的DNA复复制制，首首先先利利用用模模板板合合成成一一段段RNA引引物物，这这一一过过程程为为引引发发（priming）。RNA引引物物5 端端的的第第一一个个核核苷苷酸酸通通常常是是pppA（个别为（个别为pppG）。）。（七）（七）DNA复制必须有引物复制必须有引物1.1.多数多数DNA复制使用
13、复制使用RNA引物引物目目 录录174等噬菌体等噬菌体以双链以双链环形环形DNA的一条链上产的一条链上产生切口处的生切口处的3 -OH为引物；为引物；腺病毒及某些线性腺病毒及某些线性DNA病毒病毒以结合于病毒以结合于病毒DNA的的5 端磷酸基团的末端蛋白上的端磷酸基团的末端蛋白上的dCTP的的3 -OH为引物开始复制。为引物开始复制。2.个别个别DNA复制以复制以DNA或核苷酸为引物或核苷酸为引物目目 录录三、不同基因组三、不同基因组DNA通过不同的模式通过不同的模式进行复制进行复制（一）真核生物基因组（一）真核生物基因组DNA复制过程涉及反转录复制过程涉及反转录（二）基因组单链（二）基因组单
14、链DNA通过复制中间体完成复制通过复制中间体完成复制 （三）有的基因组（三）有的基因组DNA通过通过RNA中间体进行复制中间体进行复制 （四）双链环状（四）双链环状DNA也有不同的复制方式也有不同的复制方式 目目 录录四、不同基因组四、不同基因组RNA通过不同的通过不同的模式进行复制模式进行复制（一）基因组双链一）基因组双链RNA复制过程是双链复制复制过程是双链复制 （二）基因组单链正链（二）基因组单链正链RNA以负链为模板进以负链为模板进 行复制行复制 （三）基因组单链负链（三）基因组单链负链RNA以正链以正链RNA为模为模板进行复制板进行复制 （四）反转录病毒的基因组（四）反转录病毒的基因
15、组RNA通过通过DNA中中间体进行复制间体进行复制 目目 录录 DNA复制过程复制过程 Process of DNA Replication第二节第二节目目 录录一、原核生物一、原核生物DNA复制体现了复制的基本复制体现了复制的基本过程和特征过程和特征（一）在复制起点解旋酶和多种因子形成复合物（一）在复制起点解旋酶和多种因子形成复合物 1i复制起始需要复制起始需要6种蛋白质因子种蛋白质因子 2. 解螺旋酶激活引发酶形成引发体解螺旋酶激活引发酶形成引发体 3. 解旋还需要促旋酶和解旋还需要促旋酶和SSB 目目 录录DnaA、DnaB、DnaC、HU、促旋酶（促旋酶（gyrase，即拓扑异构酶，即
16、拓扑异构酶）、）、单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(single strand binding protein, SSB)DNA复制需要复制需要6种蛋白因子：种蛋白因子：目目 录录 DNA复制起始复制起始 目目 录录结结合合oriC的的4个个9bp反反向向重重复复序序列列形形成成复复制制起起始复合物始复合物。作作用用于于oriC的的3个个13bp正正向向重重复复序序列列，DNA在在这这3个个位位点点解解链链，形形成成开开放放型型复复合合物物（open complex）。DnaA蛋白蛋白目目 录录53 解旋酶作用产生两条复制模板链解旋酶作用产生两条复制模板链激活引发酶激活引发酶DnaG蛋白蛋白DnaB蛋白与引发酶结合，形成引发体蛋白与引发酶结合，形成引发体DnaB蛋白蛋白目目 录录使一条使一条DNA链围绕着另一条旋转，消除解链围绕着另一条旋转，消除解旋产生的张力。旋产生的张力。促旋酶促旋酶SSBSSB蛋白蛋白HUHU蛋白蛋白稳定解旋后的单链稳定解旋后的单链DNA构象，有助于解旋。构象，有助于解旋。DNA结合蛋白，对复制起促进作用。结合蛋白，对复制起促进作用。HU蛋白能够使蛋白能够使DNA发
