第四章 DNA的復(fù)制課件4

第四章DNA的復(fù)制中心法則第四章-DNA的復(fù)制龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會(huì)打洞。第四章-DNA的復(fù)制一、半保留復(fù)制二、復(fù)制起點(diǎn)、方向和速度三、半不連續(xù)復(fù)制模型四、與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)五、細(xì)菌DNA的復(fù)制六、DNA復(fù)制的保真性七、復(fù)制的模型主要內(nèi)容第四章-DNA的復(fù)制1953

WatsonandCrick一、半保留復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制1、定義DNA雙鏈解開，以每條母鏈為模板，合成其互補(bǔ)的子鏈，成為兩段相同的子代DNA，由于每個(gè)子代DNA分子都是半舊半新，所以稱之為半保留復(fù)制。2、意義：解釋了遺傳的保守性。第四章-DNA的復(fù)制3、實(shí)驗(yàn)依據(jù):1958Meselson和StahlMatthewMesselsonFranklinStahl第四章-DNA的復(fù)制5’3’5’3’ParentalstrandsSemi-conservativeConservativeDispersiveDaughterstrands第四章-DNA的復(fù)制14N-14N14N-15N15N-15N14NH4Cl20min15NH4Cl40min大腸桿菌每20分鐘DNA復(fù)制一次以15NH4Cl為唯一N源，連續(xù)培養(yǎng)12代，所有的DNA都被標(biāo)記。DNA-15NDNA-15NDNA-14NDNA-15NDNA-14N第四章-DNA的復(fù)制問題：1、復(fù)制可以隨機(jī)起始嗎？2、復(fù)制是單向的還是雙向的？第四章-DNA的復(fù)制二、復(fù)制起點(diǎn)、方向和速度1、復(fù)制原點(diǎn)(起始位點(diǎn))（1）、用origin,ori或o表示（2）、是富含A·T區(qū)段（3）、原核：1個(gè)；真核：多個(gè)第四章-DNA的復(fù)制isolationoforiC第四章-DNA的復(fù)制2、復(fù)制終點(diǎn)：復(fù)制終止處的特定DNA序列。第四章-DNA的復(fù)制3、方向和速度主要是雙向等速?gòu)?fù)制第四章-DNA的復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制4、復(fù)制子：基因組中能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的DNA單位，即復(fù)制起點(diǎn)到兩終點(diǎn)的DNA序列。第四章-DNA的復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制原核生物只有一個(gè)復(fù)制子，而真核生物有多個(gè)復(fù)制子。第四章-DNA的復(fù)制5、復(fù)制叉雙螺旋DNA兩條親本鏈分開使復(fù)制進(jìn)行的部位。第四章-DNA的復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制1、大腸桿菌的DNA復(fù)制時(shí)間是40分鐘，細(xì)胞分裂時(shí)間是20分鐘,為什么大腸桿菌可以20分鐘繁殖一代.第四章-DNA的復(fù)制2、女性子宮癌細(xì)胞中最長(zhǎng)的DNA分子可達(dá)36mm，DNA復(fù)制速度約為4μm／min，但復(fù)制過程的完成僅需40min左右，這主要是因?yàn)锳、邊解旋邊復(fù)制B、以半保留方式復(fù)制C、有許多復(fù)制起點(diǎn)(分段復(fù)制)D、每個(gè)復(fù)制起點(diǎn)雙向復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制三、半不連續(xù)復(fù)制模型解鏈方向3

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3′5′3′5′3′5′前導(dǎo)鏈岡崎片段滯后鏈日本學(xué)者Okazaki提出（1968）E.coli1000-2000Nt真核生物100-200Nt第四章-DNA的復(fù)制1、前導(dǎo)鏈：以5￠-3￠方向連續(xù)合成的DNA鏈2、滯后鏈：總體上沿著3￠到5￠方向延伸，但以小片段形式(5￠-3￠)不連續(xù)合成，最后共價(jià)連接起來3、岡崎片段：在非連續(xù)復(fù)制中產(chǎn)生的短片段，隨后被連接成完整的鏈

3′5′5′3′3′5′第四章-DNA的復(fù)制四、與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)第四章-DNA的復(fù)制1、原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP第四章-DNA的復(fù)制2、模板：DNA的兩條鏈3、引物：一段RNA(DNA聚合酶不能從頭合成DNA)4、引發(fā)酶：合成RNA引物的酶。第四章-DNA的復(fù)制問題：為什么需要有RNA引物來引發(fā)DNA復(fù)制呢?提高了DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性。因?yàn)镈NA復(fù)制開始時(shí)摻入的核苷酸往往容易出錯(cuò)，加的RNA引物可以被切除，不會(huì)影響DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性。第四章-DNA的復(fù)制解鏈方向3

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3′5′3′5′3′5′前導(dǎo)鏈岡崎片段滯后鏈引物存在5'末端隱縮問題！第四章-DNA的復(fù)制5、DNA聚合酶1）、原核（大腸桿菌）DNApolⅠ、Ⅱ、Ⅲ、IV和V（1）、DNApolⅠ：DNA錯(cuò)配矯正和RNA引物切除①5′-3′聚合活性：20個(gè)核苷酸（聚合活性）②3′-5′外切活性：錯(cuò)配校正（水解活性）③5′-3′外切活性：RNA引物切除（水解活性）③②①蛋白酶Klenow酶第四章-DNA的復(fù)制（2）、DNApolⅢ：DNA復(fù)制的主要聚合酶1000個(gè)核苷酸/秒，連續(xù)性≥5,000個(gè)核苷酸第四章-DNA的復(fù)制①β亞基：“活動(dòng)夾板”，允許全酶沿著DNA滑動(dòng)。第四章-DNA的復(fù)制②DNA聚合酶III----形成不對(duì)稱的二聚體，使前導(dǎo)鏈、滯后鏈的合成可同時(shí)進(jìn)行第四章-DNA的復(fù)制滯后鏈模板形成了一個(gè)回環(huán)。③回環(huán)模型第四章-DNA的復(fù)制（3）大腸桿菌DNApolⅡ、IV和V

參與復(fù)制過程中的損傷修復(fù)1、半保留半不連續(xù)復(fù)制2、DNA復(fù)制的方向和速度3、前導(dǎo)鏈4、滯后鏈5、岡崎片段6、參與DNA復(fù)制的主要物質(zhì)？7、大腸桿菌DNA聚合酶I和III的作用？第四章DNA的復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制四、與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)1、底物2、模板3、引發(fā)酶4、引物5、DNA聚合酶第四章-DNA的復(fù)制2）真核生物（哺乳動(dòng)物）DNApolα,polβ,polγ,polδ,polεpolγ：線粒體DNA合成polβ和polε：損傷修復(fù)polδ:復(fù)制的主要酶，合成先導(dǎo)鏈和滯后鏈polα:具有引發(fā)酶活性，合成引物第四章-DNA的復(fù)制6、DNA連接酶3′5′3′5′OHP大腸桿菌DNA連接酶：連接雙鏈DNA上的切口，不能連接兩條游離的DNA分子。注意區(qū)別切口和缺口？第四章-DNA的復(fù)制7、解旋酶：分離雙螺旋DNA的兩條鏈8、單鏈結(jié)合蛋白：穩(wěn)定DNA的單鏈狀態(tài)第四章-DNA的復(fù)制9、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶第四章-DNA的復(fù)制DNA雙螺旋，在外力作用往緊纏的方向捻轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的超螺旋為正超螺旋（左手超螺旋）。第四章-DNA的復(fù)制負(fù)超螺旋有利于雙螺旋解旋。生物體內(nèi)負(fù)超螺旋穩(wěn)定在5%左右。DNA雙螺旋在外力作用向松纏的方向捻轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的超螺旋為負(fù)超螺旋（右手超螺旋）。第四章-DNA的復(fù)制（1）、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ（E.coli）第四章-DNA的復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制（2）、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ（E.coli）第四章-DNA的復(fù)制五、細(xì)菌DNA的復(fù)制θ復(fù)制：環(huán)狀DNA的復(fù)制方式，即從復(fù)制起點(diǎn)開始，雙向同時(shí)進(jìn)行，形成θ樣中間物。第四章-DNA的復(fù)制（一）復(fù)制的起始（二）復(fù)制的延伸（三）復(fù)制的終止大腸桿菌復(fù)制過程第四章-DNA的復(fù)制（一）復(fù)制的起始第四章-DNA的復(fù)制1、oriC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（最小起始位點(diǎn)是245bp）1)、4個(gè)9bp的重復(fù)序列2)、3個(gè)13bp的重復(fù)序列

第四章-DNA的復(fù)制2、復(fù)制起始（1）、DNA復(fù)制起點(diǎn)雙鏈解開，形成復(fù)制叉。第四章-DNA的復(fù)制DnaA蛋白在DNA復(fù)制的起始中起重要作用

4個(gè)9bp的重復(fù)序列-----DnaA結(jié)合位點(diǎn)第四章-DNA的復(fù)制①DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個(gè)9bp保守序列相結(jié)合。第四章-DNA的復(fù)制3個(gè)13bp的重復(fù)序列---解鏈的位點(diǎn)

第四章-DNA的復(fù)制②DnaA蛋白的結(jié)合促進(jìn)3個(gè)13bp重復(fù)序列變性,形成開鏈；第四章-DNA的復(fù)制③DnaB蛋白（解旋酶）分別與單鏈DNA結(jié)合,進(jìn)一步解開DNA雙鏈。第四章-DNA的復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制1、DNApolⅢ能夠使DNA前導(dǎo)鏈和滯后鏈同時(shí)復(fù)制。（二）、DNA鏈的延伸標(biāo)志：聚合酶把第一個(gè)dNTP加到引物的3'-OH端第四章-DNA的復(fù)制2、前導(dǎo)鏈合成1000-2000Nt后，滯后鏈開始合成；3、岡崎片段的長(zhǎng)度為1000-2000Nt。第四章-DNA的復(fù)制4、DNApolI切除RNA引物，填補(bǔ)缺口。DNApolⅠ：①5′-3′聚合活性：20個(gè)核苷酸②5′-3′外切活性：RNA引物切除5、DNA連接酶接連切口第四章-DNA的復(fù)制（三）、DNA復(fù)制的終止終止子：兩個(gè)終止區(qū)域，含6個(gè)終止位點(diǎn)，約22bp。第四章-DNA的復(fù)制終止區(qū)域一：TerETerDTerA終止區(qū)域二：TerFTerBTerC每個(gè)區(qū)域只對(duì)一個(gè)方向的復(fù)制叉起作用1、終止子序列第四章-DNA的復(fù)制2、終止蛋白Tus蛋白：與Ter位點(diǎn)結(jié)合，通過阻止解鏈酶的解鏈活性而終止復(fù)制。復(fù)制體解體后，50-100bp未被復(fù)制，由修復(fù)方式填補(bǔ)空缺。第四章-DNA的復(fù)制1、RNA引物的作用2、DNA聚合酶的堿基選擇作用3、DNA聚合酶的校正功能（3′-5′外切活性）4、修復(fù)系統(tǒng)的作用六、DNA復(fù)制的保真性第四章-DNA的復(fù)制1、1953年Watson和Crick提出：（）Ａ.多核苷酸DNA鏈通過氫鍵連接成一個(gè)雙螺旋Ｂ.DNA的復(fù)制是半保留的，常常形成親本—子代雙螺旋雜合鏈Ｃ.三個(gè)連續(xù)的核苷酸代表一個(gè)遺傳密碼Ｄ.遺傳物質(zhì)通常是DNA而非RNA第四章-DNA的復(fù)制2、在原核生物復(fù)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：Ａ.DNA聚合酶ⅢＢ.DNA聚合酶ⅡＣ.DNA聚合酶ⅠＤ.外切核酸酶MFl3、DNA復(fù)制時(shí)不需要以下哪種酶？（）Ａ.DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶Ｂ.RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶Ｃ.拓?fù)洚悩?gòu)酶Ｄ.連接酶第四章-DNA的復(fù)制4、哪一項(xiàng)不屬于DNA復(fù)制的特點(diǎn)（）A.半不連續(xù)復(fù)制B.半保留復(fù)制C.都是等點(diǎn)開始、兩條鏈均連續(xù)復(fù)制D.有DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶參加5、真核生物復(fù)制起始點(diǎn)的特征包括（）A.富含GC區(qū)B.富含AT區(qū)C.ZDNAD.無明顯特征第四章-DNA的復(fù)制6、原核DNA合成酶中（）的主要功能是合成前導(dǎo)鏈和岡崎片段A.DNA聚合酶ⅠB.DNA聚合酶ⅡC.DNA聚合酶ⅢD.引物酶

第四章-DNA的復(fù)制七、復(fù)制的模型（一）、環(huán)狀雙鏈DNA1、θ復(fù)制，又稱為Carins復(fù)制，雙向同時(shí)復(fù)制。第四章-DNA的復(fù)制D環(huán)：一條單鏈和一條雙鏈組成的三元泡狀結(jié)構(gòu)。2、D環(huán)復(fù)制：線粒體DNA（單向復(fù)制）特點(diǎn)：H鏈和L鏈各有一復(fù)制起始點(diǎn)，導(dǎo)致雙鏈復(fù)制不同步；第四章-DNA的復(fù)制3、滾環(huán)復(fù)制（φX174）DNA聚合酶結(jié)合在一個(gè)缺口鏈的3ˊ端繞環(huán)合成與模板鏈互補(bǔ)的DNA，由于3ˊ端不斷延長(zhǎng),而5ˊ端則不斷甩出,好象中間的一個(gè)環(huán)在不斷滾動(dòng)一樣。單向復(fù)制第四章-DNA的復(fù)制（二）、線性雙鏈DNA存在５′末端隱縮問題思考題為什么線狀DNA分子復(fù)制會(huì)出現(xiàn)5′端短縮現(xiàn)象？哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞的線狀DNA分子如何避免5′端短縮現(xiàn)象？第四章-DNA的復(fù)制1、端粒端粒是真核生物染色體末端的蛋白質(zhì)-DNA結(jié)構(gòu)，端粒DNA由數(shù)百個(gè)短的正向重復(fù)序列組成。（人的是TTAGGG）。3′3′5′5′AATCCCTTAGGG第四章-DNA的復(fù)制2、端粒的作用（1）穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；（3）避免遺傳信息在復(fù)制過程中丟失。（2）防止染色體末端融合；第四章-DNA的復(fù)制卡羅爾·格雷德杰克·紹斯塔克伊麗莎白·布蘭克本（端粒酶）（端粒的作用）（端粒）端粒和端粒酶：2009年諾貝爾獎(jiǎng)第四章-DNA的復(fù)制3、端粒酶2）組成①蛋白質(zhì)：逆轉(zhuǎn)錄酶②RNA：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(zhuǎn)錄酶。3）功能：負(fù)責(zé)端粒DNA的延長(zhǎng)，維持端粒的長(zhǎng)度。第四章-DNA的復(fù)制4、四膜蟲端粒DNA的復(fù)制／TTGGGG重復(fù)G鏈：TTGGGGC鏈：AACCCC第四章-DNA的復(fù)制１）Ｇ鏈的合成aaaAACCCCAACuuac---5'G鏈–T2G4-----TTGGGGTTGGGGC鏈--A2C4----①5'3'3'①延伸：端粒酶與端粒DNA結(jié)合，端粒酶用它的RNA內(nèi)3個(gè)堿基AAC為模板，添加3個(gè)堿基TTG到端粒3′端；TTG

第四章-DNA的復(fù)制１）Ｇ鏈的合成②aaaAACCCCAACuuac---5'G鏈–T2G4-----TTGGGGTTGGGGTTG

C鏈--A2C4----5'3'3'②轉(zhuǎn)位：端粒酶轉(zhuǎn)位到端粒的新3′端，模板RNA的AAC序列與端粒內(nèi)新?lián)饺氲腡TG配對(duì)；第四章-DNA的復(fù)制１）Ｇ鏈的合成③aaaAACCCCAACuuac---5'G鏈–T2G4-----TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG

C鏈--A2C4----5'3'3'③延伸：以端粒酶的RNA為模板，加6個(gè)核苷酸：GGGTTG到端粒3′端；多次循環(huán)第四章-DNA的復(fù)制Ｇ鏈的合成aaaAACCCCAACuuac---5'G鏈–T2G4-----TTGGGGTTGGGGTTG