原核生物與真核生物DNA的復制課件

1、第一節(jié) 原核生物與真核生物DNA的復制第1頁，共41頁。第2頁，共41頁。內(nèi)容提要： DNA的半保留復制與DNA復制有關的物質 DNA的復制過程（大腸桿菌為例） DNA復制的其它方式真核生物中DNA的復制特點第3頁，共41頁。1、定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復制方式稱半保留復制。（一）DNA的半保留復制（semi-conservative replication）第4頁，共41頁。（二）與DNA復制有關的物質1、原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、 dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的兩條鏈為模板

2、鏈，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物4、引物合成酶（引發(fā)酶）：此酶以DNA為模板合成一段RNA,這段RNA作為合成DNA的引物（Primer)。實質是以DNA為模板的RNA聚合酶。第5頁，共41頁。 5、 DNA聚合酶:以DNA為模板的DNA合成酶以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物反應需要有模板的指導反應需要有3-OH存在DNA鏈的合成方向為5 3 第6頁，共41頁。性質 聚合酶聚合酶聚合酶3 5 外切活性+5 3 外切活性+-5 3 聚合活性+ 中+ 很低+ 很高新生鏈合成-+主要是對DNA損傷的修復；以及在DNA復制時切除RNA引物并填補其留下的空隙。修復紫外光引起的

3、DNA損傷DNA 復制的主要聚合酶，還具有3-5 外切酶的校對功能，提高DNA復制的保真性原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌）第7頁，共41頁。 定位 細胞核 細胞核 線粒體 細胞核 細胞核3-5外切 - - + + +酶活性功能引物 合成修復作用線粒體DNA的復制核DNA的復制？真核生物中的DNA聚合酶第8頁，共41頁。 6、DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來 DNA連接酶在DNA復制、損傷修復、重組等過程中起重要作用3535OHP第9頁，共4

4、1頁。7、DNA 拓撲異構酶(DNA Topisomerase)： 拓撲異構酶：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，作用是松解負超螺旋。主要集中在活性轉錄區(qū)，同轉錄有關。例：大腸桿菌中的蛋白 拓撲異構酶：該酶能暫時性地切斷和重新連接雙鏈DNA，作用是將負超螺旋引入DNA分子。同復制有關。 例：大腸桿菌中的DNA旋轉酶第10頁，共41頁。7、DNA 解螺旋酶 /解鏈酶（DNA helicase) 通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。 E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3 5移動，而解螺旋酶I、II、III沿5 3移動。第11頁，共41頁。第12頁，

5、共41頁。9、單鏈結合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復性和保護單鏈不被核酸酶降解。第13頁，共41頁。（三）DNA的復制過程（大腸桿菌為例） 雙鏈的解開 RNA引物的合成 DNA鏈的延伸 切除RNA引物，填補缺口，連接相鄰的DNA片段第14頁，共41頁。1、雙鏈的解開 DNA的復制有特定的起始位點，叫做復制原點。 ori(或o）、富含A、T的區(qū)段?；靖拍睿旱?5頁，共41頁。 從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫復制子復制時，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復制點，這個復制點的形狀象一個叉子，故稱為復制叉第

6、16頁，共41頁。復制叉復制叉第17頁，共41頁。復制方向和速度： 單起點、雙向等速多起點、雙向等速第18頁，共41頁。雙鏈解開、復制起始第19頁，共41頁。大約20個DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個9bp保守序列相結合第20頁，共41頁。2、RNA引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引發(fā)RNA引物的合成。引物長度約為幾個至10個核苷酸，第21頁，共41頁。DNA的半不連續(xù)復制（semi-discontinuous replication) DNA復制時其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另一條子鏈的合成是不連續(xù)的，故稱半不連續(xù)復制。在DNA復制時，合成方向與復制叉移動的方向一致并連

7、續(xù)合成的鏈為前導鏈；合成方向與復制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈為滯后鏈。3、DNA鏈的延伸第22頁，共41頁。 在DNA復制過程中，前導鏈能連續(xù)合成，而滯后鏈只能是斷續(xù)的合成53 的多個短片段，這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。第23頁，共41頁。第24頁，共41頁。4、切除RNA引物，填補缺口，連接相鄰的DNA片段 （復制終止）在DNA聚合酶催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶催化合成一段DNA填補上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈第25頁，共41頁。雙鏈環(huán)狀、型復制、雙向等速第26頁，共41頁。（五）真核生物中DNA的復制特點1、真

8、核生物每條染色體上有多個復制起點，多復制子2、真核生物染色體在全部復制完之前,各個起始點不再重新開始DNA復制；而在快速生長的原核生物中，復制起點可以連續(xù)開始新的復制(多復制叉)。真核生物快速生長時，往往采用更多的復制起點。3、真核生物有多種DNA聚合酶。第27頁，共41頁。 1 復制概況 a、多個復制子，雙向復制 b、復制子相對較小(13-900kb), 復制速度較慢，大 約 5005000bp/min（3000bp/min） 岡崎片段100200bpc、復制終止通過復制叉的相遇而終止（五）真核生物中DNA的復制第28頁，共41頁。d. 不同的發(fā)育時期，真核的復制起始點和復制子的大小會變化。

9、有些復制起點在不同的發(fā)育階段就不再發(fā)揮作用。如果蠅受精后復制原點從五千個上升到五萬個。發(fā)育早期，每個復制子長7.9Kb，成體時，每個復制子長40Kb，很多Ori區(qū)不再起作用。第29頁，共41頁。 真核生物DNA聚合酶及有關蛋白 表 真核生物五種DNA聚合酶DNA聚合酶位置核核核核線粒體功能引發(fā)合成修復修復復制相對活性80%10-15%2-15%分子量300K170-230K250K40K180-300K亞基催化核心（180K）兩個引物酶(60,50K)一個未知催化核心(125K)一個未知(25K)催化核心一個未知催化催化35外切 - + + - +雙脫氧T不影響不影響弱抑制抑制蚜黃素抑制抑制抑

10、制不影響不影響第30頁，共41頁。表 真核復制需要的酶和蛋白蛋白亞基功能DNA聚合酶/引發(fā)酶4引物合成DNA聚合酶2DNA合成PCNA1延伸（滑動鉗作用）復制因子RF-C 3延伸（載體作用）復制因子RF-A3單鏈結合拓撲異構酶和維持DNA的拓撲結構第31頁，共41頁。2 SV40復制 雙鏈環(huán)狀DNA，具有核小體，全長5243bp2.1 復制起始區(qū)：具有2個位點 位點2包括以下：10bp的前期區(qū)，27bp的T抗原結合位點，含GAGGC17bp的A-T豐富區(qū)。 第32頁，共41頁。 真核生物DNA復制叉結構示意圖 第33頁，共41頁。3 酵母的自主復制區(qū)ARS(autonomously repli

11、cating sequence)序列，在酵母染色體復制和質粒復制中均發(fā)揮復制起點的功能。第34頁，共41頁。A、B起主要作用， C區(qū)作用微弱。ARS1分為A,B,C三個功能區(qū)：A區(qū)：15bp，其中11個保守，稱ACS ： 5ATTTAT（T/C）TTTA 3有復制起始子的功能。 B區(qū)：約80bp,含B1,B2,B3三個區(qū)。B3：ABF1（ARS-binding factor 1）結合區(qū)ABF1第35頁，共41頁。 4 真核生物DNA末端的復制 (1) 端粒DNATTGGGG(T2G4)序列高度重復的末端 5 TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG 3 (富含 G 鏈) 3 AACCC

12、C AACCCC AACCCC 5 (富含 C 鏈) 第36頁，共41頁。（2）端粒酶：首先在四膜蟲中發(fā)現(xiàn)端粒酶：特殊的反轉錄酶，由蛋白質和RNA組成。 端粒酶以自身攜帶的150bp的RNA為模板，在隨從鏈模板DNA的3OH末端延長DNA，再以這種延長的DNA為模板，繼續(xù)合成隨從鏈。第37頁，共41頁。Greider和Blackburn (1989)，1）端粒酶與端粒DNA結合，端粒酶中的RNA與凸出的3引物配對；2）以RNA為模板，在3端上從頭合成六個Nt ；3）合成一個重復單位后，端粒酶向DNA模板新合成的3移動，引物再和模板配對，就這樣循環(huán)往復，周而復始。4）最后延伸的3端再回折，以GG配對的方式形成發(fā)夾結構，產(chǎn)生端粒。（3） 補齊過程第38頁，共41頁。第39頁，共41頁。研究表明：人體細胞通過監(jiān)測失去的端粒的重復數(shù)而計數(shù)細胞分裂次數(shù)，當端粒長度下降到某一臨界值時，細胞終止分裂衰老、