DNA的半保留復(fù)制

DNA的復(fù)制

DNA的半保留復(fù)制DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方式DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶DNA的半不連續(xù)復(fù)制DNA復(fù)制的過(guò)程

真核生物DNA的復(fù)制DNA的損傷和修復(fù)DNA的突變本章內(nèi)容中心法則

①原核生物和真核生物在細(xì)胞周期的一定階段整個(gè)染色體組都將發(fā)生精確的復(fù)制，隨后以染色體為單位把復(fù)制的基因組分配到兩個(gè)子代細(xì)胞中去。②染色體以外的遺傳因子如細(xì)菌的質(zhì)粒、真核生物的細(xì)胞器，它們的復(fù)制或是受染色體的控制或是不受染色體的控制。③

病毒是具有感染能力的生物因子，他們?cè)谇秩爰?xì)胞后即能進(jìn)行復(fù)制。34.1

DNA的復(fù)制

34.1.1

DNA的半保留復(fù)制Watson和Crick提出的DNA雙螺旋復(fù)制模型

DNA的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)1：1958年Meselson和Stahl利用氮的同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA，首先證明了DNA的半保留復(fù)制。E.coli，15NH4Cl為唯一氮源，培養(yǎng)12代，從而使所有E.coli

DNA標(biāo)記上15N。15N-DNA比14N-DNA的密度大。氯化銫密度梯度離心DNA的半保留復(fù)制

親代F1

15NDNA的半保留復(fù)制

F2

DNA的半保留復(fù)制DNA的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)2：1963年Cairns用放射自顯影（autoradiograph）的方法第一次觀察到完整的正在復(fù)制的大腸桿菌染色體DNA.3H-dTTP標(biāo)記大腸桿菌DNA，經(jīng)過(guò)將近兩代時(shí)間溶菌酶消化細(xì)胞壁放射自顯影DNA的半保留復(fù)制

ABcDNA的半保留復(fù)制DNA的半保留復(fù)制Daughterstrand(H3+H3)Parentsstrand(H3+H)圖像解讀34.1.1

DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方式基因組能進(jìn)行復(fù)制的單位稱為復(fù)制子（replicon）。每一個(gè)復(fù)制子都含有控制復(fù)制起始的起點(diǎn)（origin）,可能還有一個(gè)終止復(fù)制的終點(diǎn)（terminus）。復(fù)制叉（replicationfork）DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方式真核生物DNA是多復(fù)制子(multireplicon)用遺傳學(xué)和生物化學(xué)的方法可以確定大腸桿菌染色體DNA的復(fù)制起點(diǎn)在基因圖譜上的位置。DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方式DNA的不同復(fù)制方式Rollingcircle(φX174)DNA的不同復(fù)制方式34.1.3DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶多種DNA聚合酶(polymerase)和DNA連接酶(ligase)34.1.3.1DNA的聚合反應(yīng)和聚合酶

DNA聚合酶催化的反應(yīng)n1dATPdAMP+n2dGTPdGMP++DNA聚合酶-----DNA+(n1+n2+n3+n4)PPin3dCTPdCMP+n4dTTPdTMP鏈的延長(zhǎng)鏈的延長(zhǎng)DNA（RNA）的合成需要模板。切口（nick）缺口(gap)DNA聚合酶的反應(yīng)可以利用雙鏈作為模板和引物，也可利用單鏈DNA作為模板和引物。圖34-12（自讀）DNA聚合酶催化的反應(yīng)DNA聚合酶的反應(yīng)特點(diǎn)：①

以四種脫氧核糖核苷酸作為底物；②

反應(yīng)需要接受模板的指導(dǎo)；③

反應(yīng)需要有引物3'-羥基存在；④

DNA鏈的生長(zhǎng)方向?yàn)?'-3';⑤

產(chǎn)物DNA的性質(zhì)與模板相同。34.1.3.2大腸桿菌DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。DNA聚合酶Ⅰa.通過(guò)核苷酸聚合反應(yīng)，使DNA鏈沿5‘→3’方向延伸(DNA聚合酶活性)；b.有3'端水解DNA鏈（3'→5'核酸外切酶活性）；c.有5‘端水解DNA鏈的活性（5’→3'核酸外切酶的活性）；d.有3'端使DNA鏈發(fā)生焦磷酸解；e.無(wú)機(jī)焦磷酸鹽與脫氧核糖核苷酸磷酸之間的焦磷酸交換。N---核酸外切酶(5'→3')

核酸外切酶(3'→5')聚合酶----CDNA聚合酶Ⅰ*DNA聚合酶只允許底物與模板之間形成Watson-Crick類型的堿基配對(duì).*錯(cuò)配的堿基由DNA聚合酶的3'-5'核酸外切酶活性切除單鏈DNA的3'末端核酸。校對(duì)作用可使摻入核苷酸的錯(cuò)誤率降低100倍以上.(doublecheck)*DNA聚合酶Ⅰ速度太慢，持續(xù)合成能力低，許多基因突變都會(huì)影響DNA的復(fù)制，但都與它無(wú)關(guān).DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅱ有聚合酶活性，3'-5'核酸外切酶活性，但無(wú)5'-3'核酸外切酶活力DNA聚合酶Ⅲ由多個(gè)亞基組成，是大腸桿菌內(nèi)真正負(fù)責(zé)從新合成DNA的復(fù)制酶（replicase）.大腸桿菌DNA聚合酶大腸桿菌三種DNA聚合酶的性質(zhì)比較

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ結(jié)構(gòu)基因polApolBpolC不同種類亞基數(shù)1≥7≥10相對(duì)分子質(zhì)量103000880008300003’→5’核酸外切酶活力+++5’→3’核酸外切酶活力+--功能切除引物，修復(fù)修復(fù)復(fù)制DNA聚合酶Ⅲ的結(jié)構(gòu)：α：3’-5’聚合ε：3’-5’外切θ：組建DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ：1999年發(fā)現(xiàn)涉及DNA的錯(cuò)誤傾向修復(fù)（errorpronerepair）34.1.1

DNA連接酶催化雙鏈DNA切口處的5’-磷酸基和3’-羥基生成磷酸二酯鍵。34.1.1

DNA的半不連續(xù)復(fù)制

1968年岡崎等發(fā)現(xiàn)，DNA復(fù)制時(shí)，首先合成出來(lái)的是較短的DNA片段，接著出現(xiàn)較大的分子，最初出現(xiàn)的是長(zhǎng)約1000個(gè)核苷酸左右的DNA片段，稱為岡崎片段（Okazakifragment）。

DNA的半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈（leadingstrand）滯后鏈（laggingstrand）DNA聚合酶不能從頭合成DNA引物合成酶（primase）：引物是在DNA模板的一定部位合成并互補(bǔ)于DNA鏈，合成方向也是5'→3',催化合成一段RNA,通常長(zhǎng)幾個(gè)到十個(gè)核苷酸。DNA的半不連續(xù)復(fù)制

DNA的半不連續(xù)復(fù)制gyrase

旋轉(zhuǎn)酶（topoisomeraseⅡ）Helicase

解螺旋酶生物體為甚么要用如此復(fù)雜的機(jī)制來(lái)復(fù)制DNA？生物體如何保證復(fù)制的保真性？p41934.1.5DNA復(fù)制的拓?fù)湫再|(zhì)拓?fù)鋵W(xué)：是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，研究曲線或曲面的空間關(guān)系和內(nèi)在數(shù)學(xué)性質(zhì)，而不考慮它們的度量。DNA復(fù)制的拓?fù)湫再|(zhì)真核生物的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ與復(fù)制有關(guān)，可引入負(fù)超螺旋，以消除復(fù)制叉前進(jìn)時(shí)帶來(lái)的扭曲張力。解螺旋酶（helicase）將DNA兩條鏈解開。34.1.6

DNA復(fù)制的過(guò)程

大腸桿菌起點(diǎn)與復(fù)制有關(guān)的酶與輔助因子大腸桿菌復(fù)制體結(jié)構(gòu)示意圖

34.1.6

真核生物DNA的復(fù)制真核生物染色體有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。真核生物染色體在全部復(fù)制完成之前不再?gòu)男麻_始復(fù)制。哺乳動(dòng)物DNA聚合酶（表34-5）

真核生物DNA的復(fù)制端粒端粒酶真核生物的細(xì)胞周期

端粒和端粒酶1970年代ElizabethBlackburn和她的合作者發(fā)現(xiàn)了在染色體兩段的端粒結(jié)構(gòu)――重復(fù)的DNA序列，JackSzostak

和她合作，先是合成擁有端粒序列的染色體，然后注入酵母細(xì)胞，證明端粒的存在可以在酵母細(xì)胞分裂的過(guò)程中，保護(hù)染色體不會(huì)丟失，因此而發(fā)現(xiàn)了端粒的作用。這是在1982年，2年后她當(dāng)時(shí)的博士生CarolGreider發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)合成端粒的端粒酶(telomerase)。今年(2009年)的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)就是頒給這3人。端粒和端粒酶端粒和端粒酶talomeraseMCB1204.MOV34.1

DNA的損傷修復(fù)DNA在復(fù)制時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)配DNA重組、病毒基因的整合，破壞DNA的結(jié)構(gòu)某些理化因子如紫外線、電離輻射、和化學(xué)誘變劑都能作用于DNA引起DNA結(jié)構(gòu)與功能的破壞目前已知的修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair）直接修復(fù)（directrepair）切除修復(fù)（excisionrepair）重組修復(fù)（recombinationrepair）易錯(cuò)修復(fù)（error-pronerepair）

DNA的損傷修復(fù)這個(gè)系統(tǒng)有區(qū)分底物鏈和新合成鏈的機(jī)制，細(xì)胞通過(guò)識(shí)別DNA鏈的甲基化狀態(tài)來(lái)區(qū)分底物鏈和新合成的鏈。DNA的損傷修復(fù)-錯(cuò)配修復(fù)DNA的損傷修復(fù)-錯(cuò)配修復(fù)DNA的損傷修復(fù)-錯(cuò)配修復(fù)

DNA的損傷修復(fù)-直接修復(fù)

DNA的損傷修復(fù)-直接修復(fù)

DNA的損傷修復(fù)-切除修復(fù)

DNA的損傷修復(fù)-重組修復(fù)DNA的損傷修復(fù)-

應(yīng)急反應(yīng)（SOSresponse）和易錯(cuò)修復(fù)SOS是細(xì)胞DNA受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，為求得生存而出現(xiàn)的應(yīng)激效應(yīng)。☆避免差錯(cuò)的修復(fù)(errorfreerepair)☆易錯(cuò)修復(fù)（error-pronerepair）34.1

DNA的突變（mutation）34.3.1突變的類型堿基對(duì)的置換轉(zhuǎn)換和顛換移碼突變4.3.2誘變劑的作用能提高突變率的物理或化學(xué)因子稱為誘變劑（mutagen)堿基類似物

5-溴尿嘧啶堿基的修飾劑