第十章 染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制

第三部分分子生物學(xué)第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制1、本章簡(jiǎn)介2、掌握內(nèi)容講述3、要點(diǎn)回顧4、本章習(xí)題第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制本章介紹了原核/真核生物染色體的結(jié)構(gòu)、生物體內(nèi)DNA的復(fù)制過程、DNA的突變、損傷與修復(fù)、重組。重點(diǎn)掌握DNA復(fù)制的過程與機(jī)制。第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制

10.1

原核生物染色體結(jié)構(gòu)

10.2染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

10.3

真核生物染色體結(jié)構(gòu)

10.4DNA復(fù)制一、半保留半不連續(xù)復(fù)制機(jī)制二、DNA聚合酶三、DNA突變、損傷與修復(fù)四、重組第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制

所有細(xì)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(gè)蛋白質(zhì)大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)染色體環(huán)中蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合，對(duì)DNA起著保護(hù)、固定和壓縮的作用細(xì)菌還可能含有質(zhì)粒組蛋白與DNA的結(jié)合真核生物染色體DNA組裝的不同層次的結(jié)構(gòu)DNA核小體鏈纖絲突環(huán)玫瑰花結(jié)螺旋圈染色體遺傳信息傳遞的中心法則蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA遺傳信息流即由DNA復(fù)制把親代的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給子代。在子代這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。基因表達(dá)是指DNA經(jīng)過轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA，RNA經(jīng)過翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)。1、DNA的半保留復(fù)制2、DNA復(fù)制的起點(diǎn)與方向3、DNA的半不連續(xù)復(fù)制4、DNA復(fù)制的分子基礎(chǔ)5、DNA復(fù)制的過程6、DNA復(fù)制的忠實(shí)性7、真核生物復(fù)制（端粒酶）DNA的復(fù)制DNA的半保留復(fù)制DNA在復(fù)制時(shí)，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(bǔ)的原則合成兩條與模板鏈互補(bǔ)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?zhǔn)切潞铣傻模@種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。DNA復(fù)制的起始、方向（5′→3′)環(huán)狀DNA復(fù)制時(shí)所形成的θ結(jié)構(gòu)起始點(diǎn)復(fù)制叉的推進(jìn)復(fù)制叉起始點(diǎn)起始點(diǎn)起始點(diǎn)復(fù)制叉復(fù)制叉未復(fù)制DNA單向復(fù)制雙向復(fù)制

真核細(xì)胞DNA多個(gè)起點(diǎn)復(fù)制（5′→3′)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉（動(dòng)畫演示）以3′→5′方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向?yàn)?′→3′，這一條鏈被稱為前導(dǎo)鏈(leadingstrand)。以5′→3′方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)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(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而后隨鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。

DNA的半不連續(xù)復(fù)制兩條子鏈的合成方向都是5′→3′由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開的，因此，后隨鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時(shí)，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(gè)核苷酸，而在真核生物中約為100個(gè)核苷酸。DNA的半不連續(xù)復(fù)制3

5

3

5

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

dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.有關(guān)的酶

拓?fù)洚悩?gòu)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(zhì)因子單鏈結(jié)合蛋白（SSB——維持模板處于單鏈狀態(tài)，保護(hù)單鏈的完整）

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPiDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(解旋酶）既能水解，又能打斷堿基互補(bǔ)配對(duì)的氫鍵在引發(fā)體前引入負(fù)超螺旋,以抵消復(fù)制過程產(chǎn)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(dòng)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(gè)細(xì)胞的分子統(tǒng)計(jì)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(zhuǎn)化率DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅲ（復(fù)合物）109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項(xiàng)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(duì)功能參與DNA復(fù)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(gè)核苷酸，而在真核生物中約為10個(gè)核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對(duì)。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(shí)校讀A：DNA-pol的外切酶活性3′→5′切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合酶活性5′→3′摻入正確配對(duì)的底物B：堿基配對(duì)正確，DNA-pol不表現(xiàn)外切酶活性。3′→5′外切酶活性——校對(duì)功能DNA聚合酶的校對(duì)功能聚合酶錯(cuò)配堿基復(fù)制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯(cuò)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(fù)制過程

（一）復(fù)制的起始

（二）復(fù)制的延伸

（三）復(fù)制的終止

起始的過程打開DNA超螺鏈打開雙螺旋防止復(fù)螺旋單鏈結(jié)合蛋白解鏈酶引發(fā)體/引物復(fù)合體引物酶拓?fù)洚悩?gòu)酶合成DNA復(fù)制起始過程拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)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?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復(fù)制起始的過程拓?fù)洚悩?gòu)酶與DNA雙鏈結(jié)合，松弛超螺旋?！?′3′5′3拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復(fù)制起始過程解鏈酶解開DNA雙螺旋′5′3′5′3拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物單鏈結(jié)合蛋白防止復(fù)螺旋′5′3′5′3DNA復(fù)制起始的過程拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物(RNA)DNA復(fù)制起始過程引物酶合成引物′5′3′5′3(二)DNA復(fù)制的延伸——DNA聚合酶Ⅲ1.DNA聚合酶Ⅲ把新生鏈的第一個(gè)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(gè)個(gè)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

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGTTAATAT引物AG

T

AC

TA

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(fù)制與岡崎片段前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段5′3′′5′32.半不連續(xù)復(fù)制與岡崎片段前導(dǎo)鏈、后隨鏈/滯后鏈、半不連續(xù)復(fù)制、岡崎片段。DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅰ(三)復(fù)制的終止遇到終止子停止復(fù)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(bǔ)缺口DNA連接酶連接缺口。3