SectionEDNA復(fù)制

1、SectionEDNA復(fù)制第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念第二節(jié)第二節(jié) 復(fù)制概況復(fù)制概況第三節(jié)第三節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)復(fù)制的酶學(xué) 第四節(jié)第四節(jié) DNA復(fù)制的半不連續(xù)性復(fù)制的半不連續(xù)性第五節(jié)第五節(jié) DNA復(fù)制的過程復(fù)制的過程 DNA復(fù)制復(fù)制 親代雙鏈親代雙鏈DNADNA分子在分子在DNADNA聚合酶的作用下，分別以聚合酶的作用下，分別以 各單鏈各單鏈 DNADNA分子為模板，聚合與自身堿基可以互補(bǔ)分子為模板，聚合與自身堿基可以互補(bǔ) 配對的游離的配對的游離的dNTP,dNTP, 合成出兩條與親代合成出兩條與親代DNADNA分子完分子完 全相同的子代全相同的子代DNADNA分子的過程。分子的過程。 復(fù)

2、制子（復(fù)制子（RepliconReplicon）；又稱復(fù)制單位）；又稱復(fù)制單位 或復(fù)制元或復(fù)制元DNA中含有一定復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制終點(diǎn)的復(fù)制單位中含有一定復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制終點(diǎn)的復(fù)制單位 萬萬 90萬不等萬不等Prokaryotic genome: a single circular DNA = a single repliconEukaryotic genome: multiple linear chromosomes & multiple replicons on each chromosome 二、復(fù)制起點(diǎn)、方式和方向二、復(fù)制起點(diǎn)、方式和方向1、復(fù)制起點(diǎn)（、復(fù)制起點(diǎn)（origin 復(fù)制原

3、點(diǎn)）復(fù)制原點(diǎn)） 復(fù)制開始處復(fù)制開始處DNA分子的特定位置分子的特定位置原核生物（原核生物（Prokaryote）：單復(fù)制起點(diǎn)）：單復(fù)制起點(diǎn) 即整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位即整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位 真核生物（真核生物（Eukaryote） : 多復(fù)制起點(diǎn)多復(fù)制起點(diǎn) 即一個(gè)即一個(gè)genome中有多個(gè)復(fù)制單位中有多個(gè)復(fù)制單位Replication fork（2） 復(fù)制的多模式復(fù)制的多模式 單起點(diǎn)、單方向單起點(diǎn)、單方向（原核）（原核）多起點(diǎn)、單方向多起點(diǎn)、單方向（真核）（真核）單起點(diǎn)、雙方向（原核）單起點(diǎn)、雙方向（原核）多起點(diǎn)、雙方向（真核）多起點(diǎn)、雙方向（真核）Replication is Sem

4、i conservativeSemi-conservative is accomplished by separation of the strands of a parental duplex, each then acting as a template for synthesis of a complementary strand.半保留復(fù)制半保留復(fù)制新合成新合成 的鏈的鏈Semi-conservative15N labeling experimentunlabeled DNA15N labeled DNA15N labeling experimentunlabeled DNA15N l

5、abeled DNASemi-discontinuous replicationOkazaki fragments解鏈方向解鏈方向 半不連續(xù)性復(fù)制半不連續(xù)性復(fù)制（復(fù)制叉）（復(fù)制叉）3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈( leading strand )( leading strand ) 隨從鏈隨從鏈 ( lagging strand )( lagging strand )岡崎片段岡崎片段（Okazaki fragment）n領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈 leading strand leading strand 合成方向與復(fù)制叉解鏈合成方向與復(fù)制叉解鏈方向方向相同相同，并可，并可連續(xù)連續(xù)合成

6、的子鏈。合成的子鏈。n隨從鏈隨從鏈 lagging strand lagging strand 合成方向與復(fù)制叉解鏈合成方向與復(fù)制叉解鏈方向方向相反相反，并且是，并且是不連續(xù)不連續(xù)合成的子鏈。合成的子鏈。 n岡崎片段岡崎片段 okazaki fragment okazaki fragment 在在DNA復(fù)制過程復(fù)制過程中，中，隨從鏈隨從鏈上上初合成初合成的不連續(xù)的的不連續(xù)的DNA片段。片段。n半不連續(xù)性復(fù)制半不連續(xù)性復(fù)制 在在DNA復(fù)制過程中，領(lǐng)頭鏈復(fù)制過程中，領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制。連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制。 參與參與DNADNA復(fù)制的物質(zhì)及作用復(fù)制的物質(zhì)及作用 RNA prim

7、ingThe first few nucleotides at the 5-end of Okazaki fragments are ribonucleotides. Hence, DNA synthesis is primed by RNA that is then removed before fragments are joined. 解鏈酶（解鏈酶（helicasehelicase）作用：利用作用：利用ATPATP供能，解開供能，解開DNADNA雙鏈雙鏈 消耗消耗 2 2 ATPATP/ /解開解開 1 1 bpbp 可隨復(fù)制叉的伸展向前移動可隨復(fù)制叉的伸展向前移動拓?fù)洚悩?gòu)酶（拓?fù)洚悩?gòu)

8、酶（topoisomerasetopoisomerase，TopoTopo）TopoTopo：拓?fù)涫侵肝矬w或圖像作彈性位移而又拓?fù)涫侵肝矬w或圖像作彈性位移而又保持物體不變的性質(zhì)保持物體不變的性質(zhì)作用：作用：松馳松馳DNADNA超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象拓?fù)洚悩?gòu)酶（拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerasetopoisomerase，TopoTopo）作用：能與作用：能與DNADNA單鏈可逆的結(jié)合，其作用有二單鏈可逆的結(jié)合，其作用有二也稱：也稱：DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（DNA binding proteinDNA binding protein，DBP)DBP)防止防止DNADN

9、A復(fù)性復(fù)性防止防止DNADNA單鏈模板被水解單鏈模板被水解F模板模板 以以DNADNA單鏈為模板單鏈為模板F底物底物 NTPNTP（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP）F按堿基配對原則按堿基配對原則 （A = U G CA = U G C）F按按5 5 3 3 方向方向 作用：復(fù)制起始時(shí)催化生成作用：復(fù)制起始時(shí)催化生成RNARNA引物引物本質(zhì)：本質(zhì)：是一種是一種RNARNA聚合酶（可以使兩個(gè)游離的聚合酶（可以使兩個(gè)游離的NTPNTP聚聚合，此不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的合，此不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的RNARNA聚合酶）聚合酶） 555 dTTP33 A T G C A A T T G

10、C 5 | | | |5 T A C G ppi T解鏈方向解鏈方向3 5 3 5 3 3 3 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈( leading strand )( leading strand ) 隨從鏈隨從鏈 ( lagging strand )( lagging strand )岡崎片段（岡崎片段（Okazaki fragmentOkazaki fragment）5 3 5 3 5 3 DNADNA聚合反應(yīng)（新鏈生成）的特點(diǎn)聚合反應(yīng)（新鏈生成）的特點(diǎn)作用：作用：消耗消耗ATP，將隨從鏈中相鄰的兩個(gè)，將隨從鏈中相鄰的兩個(gè)DNA片段連接片段連接起來起來催化同一模板催化同一模板DNA鏈上的兩個(gè)相鄰鏈上的兩個(gè)相鄰

11、DNA片段的片段的3 3端與端與5 5端間形成磷酸二酯鍵，把相鄰的兩段端間形成磷酸二酯鍵，把相鄰的兩段DNA連成完整的鏈連成完整的鏈DNA連接酶連接酶ATPADPHO5POO-O-O353POO-O-O3553DNA replication initiation, unwinding, elongation, termination & segregation第三節(jié)第三節(jié) DNADNA復(fù)制過程復(fù)制過程( (起始、延長、終止）起始、延長、終止）Initiation All the proteins and other factors for its complete replicatio

12、nsoriC contains four 9 bp binding sites for the initiator protein DnaA. Synthesis of DnaA is coupled to growth rate so that initiation of replication is also coupled to growth rate.DnaA forms a complex of 30-40 molecules, facilitating melting of three 13 bp AT-rich repeat sequence for DnaB binding.

13、DnaB is a helicase that use the energy of DNA hydrolysis to further melt the double-stranded DNA .Ssb (single-stranded binding protein) coats the unwinded DNA.DNA primase(引物合成酶）引物合成酶） load to synthesizes a short RNA primer for synthesis of the leading strand.Primosome: （引發(fā)體）（引發(fā)體）DnaB helicase and DN

14、A primaseDNADNA復(fù)制的過程復(fù)制的過程解鏈酶解鏈酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶SSBSSB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-連接酶連接酶起始起始延長延長終止終止Topo引物酶引物酶 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引發(fā)體和引物引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。 Initiation 解旋酶解旋酶解鏈酶SSBSSB引發(fā)體引發(fā)體DNADNA復(fù)制的過程復(fù)制的過程解鏈酶解鏈酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶SSBS

15、SB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-連接酶連接酶起始起始延長延長終止終止 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目目 錄錄領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈的合成目目 錄錄領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈的合成目目 錄錄目目 錄錄DNA polymerase III holoenzyme: a dimer complex, one half synthesizing the leading strand and the other lagging strand.Having two polymerases in a single

16、complex ensures that both strands are synthesized at the same rateBoth polymerases contain an a a-subunit-polymerasee e-subunit-35 proofreading exonuclease b b-subunit-clamp the polymerase to DNA other subunits are different.ReplisomeReplisome（復(fù)制體）（復(fù)制體）: in vivo, DNA polymerase holoenzyme dimer, pri

17、mosome (helicase) are physically associated in a large complex to synthesize DNA at a rate of 900 bp/sec.1. Removal of RNA primer, and gap filling with DNA pol I2. Ligation of Okazaki fragments are linked by DNA ligase.Other two enzymes during ElongationElongation: lagging strand replication Polymer

18、ase III holoenzyme(DNA pol III)DNA pol I (53 exonulclease activity)DNA pol I (53 polymerase activity)DNA ligaseTerminationDNADNA復(fù)制的過程復(fù)制的過程解鏈酶解鏈酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶SSBSSB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-連接酶連接酶起始起始延長延長終止終止5 5 5 DNA-pol OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶n終止終止:隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接圖12-1

19、4逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式病毒病毒RNARNA-DNA雜交鏈雜交鏈逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄RNA鏈分解鏈分解DNA復(fù)制復(fù)制單鏈單鏈DNA雙鏈雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄過程逆轉(zhuǎn)錄過程 滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制(rolling circle replication)滾環(huán)復(fù)制和滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制 是某些低等生物的復(fù)制形式，如是某些低等生物的復(fù)制形式，如M13噬噬菌體等。菌體等。3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制5 5 3 3 5 A蛋白蛋白 打開缺口打開缺口dNTPDNA-pol D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制(D-loop replication) 是線粒體是線粒體DNA (mitochon

20、drial DNA，mtDNA)的復(fù)制形式。的復(fù)制形式。D環(huán)復(fù)制的特點(diǎn)是復(fù)制起點(diǎn)不在雙鏈環(huán)復(fù)制的特點(diǎn)是復(fù)制起點(diǎn)不在雙鏈DNA同一同一位點(diǎn)，內(nèi)、外環(huán)復(fù)制時(shí)有時(shí)序差別位點(diǎn)，內(nèi)、外環(huán)復(fù)制時(shí)有時(shí)序差別 DNA損傷（突變）與修復(fù)損傷（突變）與修復(fù)DNA Damage (Mutation) and Repair遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。改變，均可稱為突變。在復(fù)制過程中發(fā)生的在復(fù)制過程中發(fā)生的DNA突變稱為突變稱為DNA損傷損傷(DNA damage)。從分子水平來看，突變就是從分子水平來看，突變就是DNA分子上分子上堿基的改變。堿基的改變。 一

21、、突變的意義一、突變的意義（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（二）突變導(dǎo)致基因型改變（二）突變導(dǎo)致基因型改變（三）突變導(dǎo)致死亡（三）突變導(dǎo)致死亡（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)二、引發(fā)突變的因素二、引發(fā)突變的因素1. 物理因素：紫外線物理因素：紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射、各種輻射 UV2. 化學(xué)因素化學(xué)因素常見的化學(xué)誘變劑常見的化學(xué)誘變劑化合物類別化合物類別作作 用用 點(diǎn)點(diǎn)分子改變分子改變堿基類似物堿基類似物如：如：5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羥胺類（羥胺類（NH2OH）T C-

22、T - A - C - G -亞硝酸鹽（亞硝酸鹽（NO2）C U- G - C - A - T -烷化劑烷化劑如：氮芥類，如：氮芥類，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G三、突變的分子改變類型三、突變的分子改變類型錯(cuò)配錯(cuò)配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)移碼移碼(frame-shift) DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變(point mutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。嘧啶或嘧啶變嘌呤。 2. 顛換顛換（一）錯(cuò)配（一）錯(cuò)配鐮形紅細(xì)胞貧血病人鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb (HbS) 亞基亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亞基亞基N-val his leu thr pr