第四章 DNA的復制

1、第四章第四章 DNADNA的復制的復制中心法則中心法則龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞。龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞。一、一、半保留復制半保留復制二、復制起點、方向和速度二、復制起點、方向和速度三、半不連續(xù)復制模型三、半不連續(xù)復制模型四、與四、與DNADNA復制有關的物質復制有關的物質五、細菌五、細菌DNADNA的復制的復制六、六、DNADNA復制的保真性復制的保真性七、復制的模型七、復制的模型主要內容主要內容1953 Watson and Crick一、半保留復制1、定義 DNA雙鏈解開，以每條母鏈為模板，合成其互補的子鏈，成為兩段相同的子代兩段相同的子代DNADNA，由于每個子代DNA

2、分子都是半舊半新，所以稱之為半保留復制。2、意義：解釋了遺傳的保守性。3、實驗依據(jù)、實驗依據(jù):1958 Meselson和和StahlMatthew Messelson Franklin Stahl5353Parental strandsSemi-conservativeConservativeDispersiveDaughter strands14N-14N14N-15N15N-15N14NH4Cl20 min15NH4Cl40 min大腸桿菌每大腸桿菌每20分鐘分鐘DNA復制一次復制一次以以15NH4Cl為唯為唯一一N N源，連續(xù)培源，連續(xù)培養(yǎng)養(yǎng)1212代，所有的代，所有的DNA都被標記。

3、都被標記。DNA- -15NDNA- -15NDNA- -14NDNA- -15NDNA- -14N問題：問題： 1 1、復制可以隨機起始嗎？、復制可以隨機起始嗎？ 2 2、復制是單向的還是雙向的？、復制是單向的還是雙向的？二、復制起點、方向和速度1、復制原點(起始位點)（1）、用origin,ori或o表示（2）、是富含AT區(qū)段（3 3）、原核：）、原核：1 1個；真核：多個個；真核：多個 isolation of oriC2、復制終點：、復制終點： 復制終止處的特定復制終止處的特定DNA序列。序列。3、方向和速度主要是雙向等速復制4 4、復制子：基因組中能獨立進行復制的、復制子：基因組中能

4、獨立進行復制的DNADNA單位，即復制起點單位，即復制起點到兩終點的到兩終點的DNADNA序列。序列。原核生物只有一個復制子，而真核生物有多原核生物只有一個復制子，而真核生物有多個復制子。個復制子。5 5、復制叉、復制叉 雙螺旋雙螺旋DNA 兩兩條條親親本本鏈鏈分分開開使使復復制制進進行行的的部部位位。1、大腸桿菌的DNA復制時間是40分鐘，細胞分裂時間是20分鐘,為什么大腸桿菌可以20分鐘繁殖一代. 2、女性子宮癌細胞中最長的DNA分子可達36mm，DNA復制速度約為4mmin，但復制過程的完成僅需40min左右，這主要是因為A、邊解旋邊復制B、以半保留方式復制C、有許多復制起點(分段復制)

5、D、每個復制起點雙向復制 三、半不連續(xù)復制模型解鏈方向解鏈方向3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 前導鏈前導鏈岡崎片段岡崎片段滯后鏈滯后鏈日本學者Okazaki提出（1968）E.coli 1000-2000Nt真核生物真核生物 100-200Nt1、前導鏈：、前導鏈：以以5 -3 方向連方向連續(xù)續(xù)合成的合成的DNA 鏈鏈2、滯后鏈：、滯后鏈：總總體上體上沿沿著著3 到到5 方向方向延伸延伸，但但以以小小片段形片段形式式(5 -3 )不不連連續(xù)續(xù)合成，合成，最最后共價連接后共價連接起來起來3、岡崎片段：、岡崎片段：在在非連非連續(xù)續(xù)復復制制中產(chǎn)生的中產(chǎn)生的短短片段，片段，隨隨后后被被連接連接

6、成成完完整的鏈整的鏈 355335四、與DNA復制有關的物質1、原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP2、模板：DNA的兩條鏈3 3、引物：一段、引物：一段RNA(DNARNA(DNA聚合酶不能從頭合成聚合酶不能從頭合成DNA)DNA)4、引發(fā)酶：合成RNA引物的酶。問題：為什么需要有問題：為什么需要有RNARNA引物來引發(fā)引物來引發(fā)DNADNA復復制呢制呢? ?提高了提高了DNADNA復制的準確性。因為復制的準確性。因為DNADNA復制開復制開始時摻入的核苷酸往往容易出錯，加的始時摻入的核苷酸往往容易出錯，加的RNARNA引物可以被切除，不會影響引物可以被切除，不會影響DNADNA復制

7、的準確復制的準確性。性。 解鏈方向解鏈方向3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 前導鏈前導鏈岡崎片段岡崎片段滯后鏈滯后鏈引物引物存在存在5末端隱縮問題！末端隱縮問題！5 5、DNADNA聚合酶聚合酶1）、原核（大腸桿菌）、原核（大腸桿菌） DNApol、IV和和V（1）、）、DNApol：DNA錯配矯正和錯配矯正和RNA引物切除引物切除 5-3聚合活性：聚合活性：2020個核苷酸個核苷酸（聚合活性）（聚合活性） 3- 5外切活性：錯配校正外切活性：錯配校正（水解活性）（水解活性） 5-3外切活性：外切活性：RNARNA引物切除引物切除（水解活性）（水解活性）蛋白酶Klenow酶酶（2）、）、

8、DNApol： DNA復制的主要聚合酶復制的主要聚合酶1000個核苷酸個核苷酸/秒，連續(xù)性秒，連續(xù)性5,000個個核苷酸核苷酸亞基：亞基：“活動夾活動夾板板”，允許全酶沿允許全酶沿著著DNA滑動?；瑒?。DNA聚合酶聚合酶III-形成不對稱的二聚體，使形成不對稱的二聚體，使前導鏈、滯后鏈的合成可同時進行前導鏈、滯后鏈的合成可同時進行滯滯后后鏈模板形鏈模板形成了一個回環(huán)。成了一個回環(huán)?；丨h(huán)模型回環(huán)模型（3）大腸桿菌）大腸桿菌DNApol、IV和和V 參與復制過程中的損傷修復參與復制過程中的損傷修復1、半保留半不連續(xù)復制、半保留半不連續(xù)復制2、DNA復制的方向和速度復制的方向和速度3、前導鏈、前導鏈

9、4、滯后鏈、滯后鏈5、岡崎片段、岡崎片段6、參與、參與DNA復制的主要物質？復制的主要物質？7、大腸桿菌、大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶I和和III的作用？的作用？第四章第四章 DNA的復制的復制四、與DNA復制有關的物質1、底物、底物2、模板、模板3、引發(fā)酶、引發(fā)酶4、引物、引物5、DNA聚合酶聚合酶2）真核生物（哺乳動物）DNApol, pol, pol, pol, polpol：線粒體DNA合成pol和pol：損傷修復pol: :復制的主要酶，合成先導鏈和滯后鏈pol:具有引發(fā)酶活性，合成引物6、DNA連接酶3 5 5 3 3 5 5 OHOH P P大腸桿菌大腸桿菌DNA連接酶：連接雙鏈連

10、接酶：連接雙鏈DNA上上的的切口切口，不能連接兩條游離的，不能連接兩條游離的DNA分子。分子。注意區(qū)別切口和缺口？注意區(qū)別切口和缺口？7、解旋酶：分離雙螺旋DNA的兩條鏈8、單鏈結合蛋白：穩(wěn)定DNA的單鏈狀態(tài) 9、DNA 拓撲異構酶DNA雙螺旋，在外力作用往緊纏的方向捻雙螺旋，在外力作用往緊纏的方向捻轉時，產(chǎn)生的超螺旋為正超螺旋（左手超轉時，產(chǎn)生的超螺旋為正超螺旋（左手超螺旋）。螺旋）。負超螺旋有利于雙螺旋解旋。生物體內負超螺生物體內負超螺旋穩(wěn)定在旋穩(wěn)定在5%左右。左右。DNA雙螺旋在外力作用向松纏的方向捻轉時，雙螺旋在外力作用向松纏的方向捻轉時，產(chǎn)生的超螺旋為負超螺旋（右手超螺旋）。產(chǎn)生的超

11、螺旋為負超螺旋（右手超螺旋）。（1）、DNA 拓撲異構酶（E.coli）（2）、DNA 拓撲異構酶 （E.coli）五、細菌五、細菌DNADNA的復制的復制復制：復制： 環(huán)狀環(huán)狀DNA的復制方式，即從復制起的復制方式，即從復制起點開始，雙向同時進行，形成點開始，雙向同時進行，形成樣中間物。樣中間物。（一）復制的起始（一）復制的起始（二）復制的延伸（二）復制的延伸（三）復制的終止（三）復制的終止大腸桿菌復制過程大腸桿菌復制過程（一）復制的起始（一）復制的起始1、oriC的結構特點（最小起始位點是的結構特點（最小起始位點是245bp）1)1)、4 4個個9bp9bp的重復序列的重復序列2)2)、3

12、 3個個13bp13bp的重復序列的重復序列 2、復制起始（1 1）、）、DNADNA復制起點雙鏈解開復制起點雙鏈解開 ，形成復制叉。，形成復制叉。DnaA蛋白蛋白在在DNA復制的起始中起重要作用復制的起始中起重要作用 4 4個個9bp9bp的重復序列的重復序列- DnaA結合位點結合位點 DnaA蛋白在蛋白在ATPATP的作用下與的作用下與oriC處的處的4 4個個9bp9bp保守序列相結合。保守序列相結合。3 3個個13bp13bp的重復序列的重復序列-解鏈的位點解鏈的位點 DnaA蛋白的結合促進蛋白的結合促進3 3個個13bp13bp重復序列變性重復序列變性, ,形成開鏈；形成開鏈；Dn

13、aB蛋白（解旋酶）分蛋白（解旋酶）分別與單鏈別與單鏈DNADNA結合結合, ,進一步解開進一步解開DNADNA雙鏈。雙鏈。1、DNApol能夠使DNA前導鏈和滯后鏈同時復制。（二）、（二）、DNADNA鏈的延伸鏈的延伸標志：聚合酶把第一個標志：聚合酶把第一個dNTP加到引物的加到引物的3-OH端端 2、前導鏈合成、前導鏈合成1000-2000Nt后，滯后鏈開后，滯后鏈開始合成；始合成；3、岡崎片段的長度為、岡崎片段的長度為1000-2000Nt。4、DNApol I 切除RNA引物，填補缺口缺口。DNApol： 5-3聚合活性：20個核苷酸 5-3外切活性：RNA引物切除5、DNA連接酶接連連

14、接酶接連切口切口（三）、（三）、DNADNA復制的終止復制的終止終止子：兩個終止區(qū)域，含終止子：兩個終止區(qū)域，含6個終止位點，個終止位點，約約22bp。終止區(qū)域一：終止區(qū)域一：TerE TerD TerA終止區(qū)域二：終止區(qū)域二：TerF TerB TerC每個區(qū)域只對一個方向的復制叉起作用每個區(qū)域只對一個方向的復制叉起作用1、終止子序列、終止子序列2、終止蛋白、終止蛋白Tus蛋白：與蛋白：與Ter位點結合，通過阻止解鏈位點結合，通過阻止解鏈酶的解鏈活性而終止復制。酶的解鏈活性而終止復制。復制體解體后，50-100bp未被復制，由修復方式填補空缺。1 1、RNARNA引物的作用引物的作用2 2、

15、DNADNA聚合酶的堿基選擇作用聚合酶的堿基選擇作用3 3、DNADNA聚合酶的校正功能（聚合酶的校正功能（3- 5外切活性）4 4、修復系統(tǒng)的作用、修復系統(tǒng)的作用六、六、DNA復制的保真性復制的保真性1、1953年Watson和Crick提出：（ ） .多核苷酸DNA鏈通過氫鍵連接成一個雙螺旋 .DNA的復制是半保留的，常常形成親本子代雙螺旋雜合鏈 .三個連續(xù)的核苷酸代表一個遺傳密碼 .遺傳物質通常是DNA而非RNA 2、在原核生物復制子中以下哪種酶除去RNA引發(fā)體并加入脫氧核糖核甘酸：.DNA聚合酶 . DNA聚合酶 .DNA聚合酶.外切核酸酶MFl 3、DNA復制時不需要以下哪種酶？（

16、）. DNA指導的DNA聚合酶. RNA指導的DNA聚合酶.拓撲異構酶 .連接酶 4、哪一項不屬于DNA復制的特點（ ）A.半不連續(xù)復制 B.半保留復制C.都是等點開始、兩條鏈均連續(xù)復制 D.有DNA指導的DNA聚合酶參加 5、真核生物復制起始點的特征包括（ ）A.富含GC區(qū) B.富含AT區(qū) C.Z DNA D.無明顯特征6、原核DNA合成酶中（ ）的主要功能是合成前導鏈和岡崎片段A.DNA聚合酶 B.DNA聚合酶 C.DNA聚合酶 D.引物酶 七、復制的模型七、復制的模型（一）、環(huán)狀雙鏈（一）、環(huán)狀雙鏈DNADNA1 1、復制，又稱為復制，又稱為 Carins復制，復制，雙向同時復制雙向同時

17、復制。D環(huán)：一條單鏈和一條雙鏈組成的三元泡狀結構。2、D環(huán)復制：線粒體DNA（單向復制單向復制）特點：H鏈和L鏈各有一復制起始點，導致雙雙鏈復制不同步鏈復制不同步；3、滾環(huán)復制（X174）DNA聚合酶結合在一個缺口鏈的3端繞環(huán)合成與模板鏈互補的DNA，由于3端不斷延長,而5端則不斷甩出,好象中間的一個環(huán)在不斷滾動一樣。單向復制單向復制（二）、線性雙鏈DNA存在存在末端隱縮問題末端隱縮問題思考題 為什么線狀DNA分子復制會出現(xiàn)5端短縮現(xiàn)象？哺乳動物生殖細胞的線狀DNA分子如何避免5端短縮現(xiàn)象？1、端粒 端粒是真核生物染色體末端的蛋白質蛋白質-DNA-DNA結構結構，端粒DNA由數(shù)百個短的正向重復

18、序列組成。（人的是（人的是TTAGGG）。）。3355AATCCCTTAGGG2、端粒的作用（1）穩(wěn)定染色體末端結構；（3）避免遺傳信息在復制過程中丟失。避免遺傳信息在復制過程中丟失。（2）防止染色體末端融合；）防止染色體末端融合；卡羅爾卡羅爾格雷德格雷德 杰克杰克紹斯塔克紹斯塔克 伊麗莎白伊麗莎白布蘭克本布蘭克本 （端粒酶）（端粒酶） （端粒的作用）（端粒的作用） （端粒）（端粒）端粒和端粒酶端粒和端粒酶：20092009年諾貝爾獎年諾貝爾獎3、端粒酶2）組成蛋白質：逆轉錄酶RNA：約150Nt，含有合成端粒DNA的模板1）定義：端粒酶是自身攜帶RNA模板的逆轉錄酶逆轉錄酶。3）功能：負責端

19、粒DNA的延長，維持端粒的長度。4、四膜蟲端粒DNA的復制TTGGGG重復重復G鏈：鏈：TTGGGGC鏈：鏈：AACCCC）鏈的合成）鏈的合成aaaAACCCCAACuuac- 5G鏈 T2G4-TTGGGGTTGGGGC鏈-A2C4-533延伸：端粒酶與端粒延伸：端粒酶與端粒DNA結合，端粒酶結合，端粒酶用它的用它的RNA內內3個堿基個堿基AAC為模板，添加為模板，添加3個堿基個堿基TTG到端粒到端粒3端；端；TTG ）鏈的合成）鏈的合成aaaAACCCCAACuuac- 5G鏈 T2G4-TTGGGGTTGGGGTTG C鏈-A2C4-533轉位：轉位：端粒酶轉位到端粒的新端粒酶轉位到端粒的新3端，模端，模板板RNA的的AAC序列與端粒內新?lián)饺氲男蛄信c端粒內新?lián)饺氲腡TG配對；配對；）鏈的合成）鏈的合成aaaAACCCCAACuuac- 5G鏈 T2G4-TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG