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1、分子(fnz)遗传学复制详解演示文稿1页，共60页，星期一。优选分子(fnz)遗传学复制2页，共60页，星期一。q 双螺旋模型的双螺旋模型的提出，预示了提出，预示了 DNA 的的半保留半保留复制复制机制。机制。q 对于对于 DNA 复复制，必须了解制，必须了解(lioji)其起始、其起始、过程、终止、过程、终止、酶学、类型和酶学、类型和单位。单位。3页，共60页，星期一。第一节第一节第一节第一节复制原点、方向、方式复制原点、方向、方式(fngsh)(fngsh)和基本单位和基本单位4页，共60页，星期一。一、复制一、复制(fzh)原原点点 DNA 复制必须在特定的位置开始，这样的位置称为复复制
2、必须在特定的位置开始，这样的位置称为复制原点。制原点。大肠杆菌只有一个复制原点（大肠杆菌只有一个复制原点（oriC），它包含），它包含(bohn) 4 个个 dnaA 盒：盒：dnaA 蛋白结合的位点蛋白结合的位点 1 个富含个富含 A/T 区：呼吸作用强烈的区段区：呼吸作用强烈的区段真核生物染色体具有许多复制原点，它们都有一个真核生物染色体具有许多复制原点，它们都有一个富含富含 A-T 的自动复制序列（的自动复制序列（ARS）元件，其共有序）元件，其共有序列为列为：(A/T)TTTAT(A/G)TTT(A/T)。被原点识别复合体。被原点识别复合体（ORC）所识别。）所识别。5页，共60页，星
3、期一。大肠杆菌的复制大肠杆菌的复制(fzh)原点序列原点序列6页，共60页，星期一。二、复制二、复制(fzh)方方向向 DNA 复制复制(fzh)的方向是指复制的方向是指复制(fzh)叉移动的方向。叉移动的方向。复制叉复制叉 复制眼复制眼q 复制方向有复制方向有 3 种方式：种方式： 双向复制（多数情况）双向复制（多数情况） 单向复制单向复制 不对称双向复制不对称双向复制复制起点复制起点环状环状 DNA 双向复双向复 制形成的制形成的 结构结构7页，共60页，星期一。大肠杆菌大肠杆菌 DNA 复制复制(fzh)的电镜的电镜照片照片电镜照片电镜照片(zhopin)的的模式图模式图8页，共60页，
4、星期一。q 对于环状对于环状 DNA，不论是双向复制，还是单向复制，不论是双向复制，还是单向复制，都会形成都会形成(xngchng) 结构。结构。 可以用放射性标记法来观可以用放射性标记法来观察鉴别复制方向：察鉴别复制方向：双向复制：两个复制叉都有放射活性双向复制：两个复制叉都有放射活性单向复制：仅一个复制叉有放射活性单向复制：仅一个复制叉有放射活性q 双向复制一般等速进行，最终两个复制叉在与原点相双向复制一般等速进行，最终两个复制叉在与原点相对的位置相遇而使复制结束。对的位置相遇而使复制结束。q 单向复制的终点就是复制原点。单向复制的终点就是复制原点。9页，共60页，星期一。q 大肠杆菌有促
5、使大肠杆菌有促使复制终止的序列，复制终止的序列，称为称为(chn wi) ter 位点，长度约位点，长度约 23 bp。已发现。已发现两个终止区，位两个终止区，位于交汇点两侧约于交汇点两侧约100 bp 处。处。10页，共60页，星期一。q 在双向复制中，当两个复制叉因故不等速时，在双向复制中，当两个复制叉因故不等速时，ter 位位点会迫使较快的复制叉停顿下来，等待较慢的复制叉，点会迫使较快的复制叉停顿下来，等待较慢的复制叉，从而保证复制在终止区内从而保证复制在终止区内(q ni)结束。结束。每条单链的每条单链的 ter 位点都结合位点都结合(jih)上上 ter 结合结合蛋白蛋白，从而阻，从
6、而阻止复制叉的通止复制叉的通过。过。11页，共60页，星期一。大肠杆菌大肠杆菌 DNA 复制复制(fzh)的整个过程的整个过程12页，共60页，星期一。q 真核生物的复制真核生物的复制(fzh)都是双向的，且没有固定的复制都是双向的，且没有固定的复制(fzh)终点。终点。13页，共60页，星期一。q 通常复制通常复制(fzh)原点是位于两条链的同一处，因而两条链原点是位于两条链的同一处，因而两条链的复制的复制(fzh)是对称的。但哺乳动物线粒体是对称的。但哺乳动物线粒体 DNA 的两条的两条链的复制链的复制(fzh)原点的位置不同，因而两条链复制原点的位置不同，因而两条链复制(fzh)起起始的
7、位置和时间不同，造成始的位置和时间不同，造成不对称双向复制不对称双向复制。重链（重链（H）轻链（轻链（L）重链复制重链复制(fzh)原点原点轻链复制原点轻链复制原点取代环（取代环（D 环）环）14页，共60页，星期一。15页，共60页，星期一。16页，共60页，星期一。三、复制三、复制(fzh)方方式式 DNA 复制有两种方式：复制有两种方式：q 复制叉式复制：即在复制原点形成复制叉，其新链合成复制叉式复制：即在复制原点形成复制叉，其新链合成所需的引物是新合成的，故称为从新开始所需的引物是新合成的，故称为从新开始(kish) 。这是。这是最常见的复制方式。最常见的复制方式。q 滚环式复制：环状
8、滚环式复制：环状 DNA 采取的一种复制方式。其新链采取的一种复制方式。其新链合成无须合成引物，而是利用一条亲链切断后产生的合成无须合成引物，而是利用一条亲链切断后产生的 3 端，由此不断延伸，合成出新链，故称为共价延伸。端，由此不断延伸，合成出新链，故称为共价延伸。新合成的链不断从环中甩出，样子犹如滚环。新合成的链不断从环中甩出，样子犹如滚环。17页，共60页，星期一。q 复制原点因负超螺旋而松缠，形成复制原点因负超螺旋而松缠，形成(xngchng)单链区，单链区，A 蛋白切断正蛋白切断正 链，并结合到链，并结合到 5 端上。端上。q 以自由以自由 3 端为引物，以负链为模板合成新链，并将端
9、为引物，以负链为模板合成新链，并将正链置换出来。正链置换出来。q 复制叉回到复制原点后，复制叉回到复制原点后，A 蛋白切断正链，结合到新蛋白切断正链，结合到新的的5 端上，开始新一轮复制，释放出的正链可作为模端上，开始新一轮复制，释放出的正链可作为模板合成负链。板合成负链。噬菌体噬菌体 X174 的复制的复制(fzh)模式模式18页，共60页，星期一。19页，共60页，星期一。q 许多噬菌体都采用滚环式复制。许多噬菌体都采用滚环式复制。q 某些真核生物的卵母细胞中采用滚环式复制来扩增某些真核生物的卵母细胞中采用滚环式复制来扩增 rDNA（即（即 rRNA 基因），以满足大量合成基因），以满足大
10、量合成(hchng)蛋白蛋白质的需要。质的需要。rDNA 的每个重复单位先形成环状的每个重复单位先形成环状 DNA，然后开始复制。然后开始复制。20页，共60页，星期一。四、复制四、复制(fzh)单单位位 q DNA 复制是以复制子（复制是以复制子（replicon）为单位进行的。每个复）为单位进行的。每个复制子应包含一个复制原点，还可能包含一个复制终点。制子应包含一个复制原点，还可能包含一个复制终点。q 在每个细胞周期中，一个复制子只能被激活一次。在每个细胞周期中，一个复制子只能被激活一次。q 一个原核一个原核(yun h)生物的基因组就是一个复制子。生物的基因组就是一个复制子。q 每条真核
11、生物的染色体包含许多复制子，相邻复制原点每条真核生物的染色体包含许多复制子，相邻复制原点间的平均距离就是复制子的平均长度。间的平均距离就是复制子的平均长度。q 真核生物的复制子较短，且复制速度较慢。真核生物的复制子较短，且复制速度较慢。21页，共60页，星期一。几种生物复制几种生物复制(fzh)子的数量、长度、复制子的数量、长度、复制(fzh)速度速度22页，共60页，星期一。第二节第二节第二节第二节DNADNA复制复制(fzh)(fzh)有关的酶有关的酶23页，共60页，星期一。DNA 复制主要涉及到复制主要涉及到 5 种酶种酶q DNA 聚合酶聚合酶q DNA 连接酶连接酶q 解旋酶（螺旋
12、解旋酶（螺旋(luxun)酶）酶）q 旋转酶（拓扑异构酶旋转酶（拓扑异构酶 II）q 引发酶引发酶24页，共60页，星期一。一、一、DNA 聚合酶聚合酶 q 指能够利用指能够利用 DNA 模板合成模板合成 DNA 新链的酶，其新链的酶，其中只有某些负责中只有某些负责 DNA 的复制，又特称为的复制，又特称为复制酶复制酶。q 大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)中有中有 3 种种 DNA 聚合酶，分别记聚合酶，分别记为为 polI、polII 和和 polIII，其中，其中 polI 和和 polII 主要在主要在 DNA 修复中发挥作用，修复中发挥作用，polIII 才是复制酶。才是复制酶
13、。25页，共60页，星期一。DNA聚合酶有聚合酶有6个结合位点：个结合位点：(1) 模板结合位点；模板结合位点；(2) 引物结合位点；引物结合位点；(3) 引物引物3OH结合位点；结合位点；(4) 底物底物dNTP结合位点；结合位点；(5) 53外切外切(wi qi)酶结合位点；酶结合位点；(6) 35校正位点。校正位点。 26页，共60页，星期一。qDNA 聚合酶以聚合酶以 dNTP（N = A、T、G、C） 为底物，根为底物，根据模板链和碱基配对据模板链和碱基配对规则规则(guz)，催化正，催化正确的核苷酸的确的核苷酸的 5 位位与正在合成的链的与正在合成的链的 3 端产生磷酸二酯端产生磷
14、酸二酯键。键。27页，共60页，星期一。qDNA 聚合酶催化聚合酶催化 DNA 的的合成合成(hchng)必须提供必须提供 3 位的自由位的自由 OH 基，亦即需基，亦即需要一个引物。要一个引物。qDNA 聚合酶催化聚合酶催化 DNA的的合成（亦即新链的延伸）合成（亦即新链的延伸）只能朝只能朝 5 3 的方向。的方向。28页，共60页，星期一。q DNA 聚合酶除了聚合功能外，还具有聚合酶除了聚合功能外，还具有(jyu) 3 5 外切酶活性。外切酶活性。29页，共60页，星期一。q DNA 聚合酶具有聚合酶具有(jyu)一种校对功一种校对功能。考虑碱基配能。考虑碱基配对互作，错配率对互作，错配
15、率预期为预期为 10- -3，而细，而细菌中实际为菌中实际为 10- -8 10- -10。这主要归。这主要归功于功于 校对功能。校对功能。30页，共60页，星期一。q polI 有很强的缺口（即有很强的缺口（即 DNA 单链区）填补功能，单链区）填补功能，可以对因可以对因 DNA 复制或损伤产生复制或损伤产生(chnshng)的缺口进的缺口进行填补，但最后会留下一个行填补，但最后会留下一个切刻切刻（即填补的最后一（即填补的最后一个核苷酸的个核苷酸的 3 位的位的 OH 不能与其后面原来存在的核苷不能与其后面原来存在的核苷酸的酸的 5 位的磷酸根产生酯键）。位的磷酸根产生酯键）。q polI（
16、又称（又称 Klenow）还具有内切酶和）还具有内切酶和 5 3 外切外切酶活性，能产生酶活性，能产生切刻平移切刻平移。该功能可用来对。该功能可用来对 DNA 进进行放射性标记。行放射性标记。31页，共60页，星期一。32页，共60页，星期一。哺乳动物中名称哺乳动物中名称 与细菌的类比与细菌的类比polIpolIIIpolII细胞中位置细胞中位置细胞核细胞核 细胞核细胞核 细胞核细胞核 细胞核细胞核 线粒体线粒体功功 能能复复 制制修修 复复复复 制制修修 复复复复 制制真核生物真核生物(shngw)中的中的 DNA 聚合酶聚合酶33页，共60页，星期一。二、其它二、其它(qt)有关的有关的酶酶 名称名称功能功能DNA 连接酶连接酶共价连接切刻（产生磷酸二酯键），将两条共价连接切刻（产生磷酸二酯键），将两条不连续的单链连成整体。不连续的单链连成整体。解旋酶解旋酶解开双链，使复制叉向前移动。解开双链，使复制叉向前移动。旋转酶旋转酶产生负超螺旋，使双链松缠，并消除复制叉产生负超螺旋，使双链松缠，并消除复制叉移动时产生的正超螺旋。移动时产生的正超螺旋。引发酶引发酶合成合成 RNA 引物。引物
