生物化學(xué)DNA復(fù)制的基本規(guī)律

目錄CONTENTS二DNA的雙向復(fù)制一半保留復(fù)制DNA復(fù)制的基本規(guī)律三復(fù)制的半不連續(xù)性四復(fù)制的方向性五DNA復(fù)制的酶類(lèi)DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開(kāi)為兩股單鏈，各自作為模板按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈則完全重新合成。兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱(chēng)為半保留復(fù)制。一、半保留復(fù)制（一）半保留復(fù)制的概念DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，是在1958年由M.Meselson和F.Stahl所完成的實(shí)驗(yàn)所證明。該實(shí)驗(yàn)首先將大腸桿菌在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉(zhuǎn)變?yōu)?5N。然后將大腸桿菌移至只含14N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代、二代、三代。分別提取DNA，作密度梯度離心，將具有不同密度的DNA分離開(kāi)。（二）半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)密度梯度實(shí)驗(yàn)

——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第二代梯度離心結(jié)果DNA雙螺旋的兩條鏈堿基通過(guò)A-T、G-C之間的氫鍵聯(lián)結(jié)，并且兩條鏈互補(bǔ)。

雙螺旋打開(kāi)，每條鏈作為模板，以四種脫氧核苷三磷酸（dNTP）為底物，在依賴(lài)于DNA的DNA聚合酶催化下，按照A-T、G-C配對(duì)方式，合成與兩條模板鏈脫氧核苷酸對(duì)應(yīng)的兩條新鏈，然后以一新一舊脫氧多核苷酸組成的雙鏈分別進(jìn)入子細(xì)胞。

（三）半保留復(fù)制模型（四）半保留復(fù)制的意義按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。（一）復(fù)制叉

復(fù)制時(shí)雙鏈打開(kāi)，分開(kāi)成兩股，新鏈沿著張開(kāi)的模板生成，復(fù)制中形成的這種Y字形的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為復(fù)制叉。二、DNA的雙向復(fù)制DNA在復(fù)制時(shí)，需在特定的位點(diǎn)起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復(fù)制起始點(diǎn)。終止復(fù)制的序列位點(diǎn)為終點(diǎn)。在原核生物中，復(fù)制起始點(diǎn)通常為一個(gè)，而在真核生物中則為多個(gè)。（二）復(fù)制起始點(diǎn)雙向復(fù)制單向復(fù)制DNA復(fù)制時(shí)，以復(fù)制起始點(diǎn)為中心，向兩個(gè)方向進(jìn)行解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱(chēng)為雙向復(fù)制。（三）雙向復(fù)制DNA的雙向和單向復(fù)制復(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1、原核生物只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)原核生物雙向復(fù)制——型復(fù)制。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)

真核生物雙向復(fù)制中兩個(gè)起始點(diǎn)之間的DNA片段為一個(gè)復(fù)制子。真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。2、真核生物有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’復(fù)制叉相遇匯合復(fù)制子復(fù)制子三、復(fù)制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′5′前導(dǎo)鏈滯后鏈DNA雙鏈復(fù)制時(shí)，順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱(chēng)為前導(dǎo)鏈或領(lǐng)頭鏈。另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱(chēng)為滯后鏈或隨從鏈。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。（一）前導(dǎo)鏈和滯后鏈由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開(kāi)的，因此，隨從鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時(shí)，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱(chēng)為岡崎片段。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。

（二）岡崎片段3’5’5’3’3’5’5’3’前導(dǎo)鏈：連續(xù)復(fù)制岡崎片段復(fù)制叉復(fù)制叉滯后：不連續(xù)復(fù)制3’5’5’3’四、復(fù)制的方向性DNA新鏈的合成具有方向性，5’→3’DNA復(fù)制時(shí)只能以核苷酸鏈的3’-OH與dNTP的5’-磷酸生成磷酸二酯鍵。復(fù)制是在酶催化下的核苷酸聚合過(guò)程，需要多種酶和蛋白因子的共同參與。DNA聚合酶又稱(chēng)DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶，是催化DNA復(fù)制的一系列酶中最重要的酶。該酶在DNA模板鏈的指導(dǎo)下，催化以三磷酸脫氧核苷dNTP為底物，按堿基配對(duì)原則，將三磷酸脫氧核苷逐個(gè)加到寡聚核苷酸的3’末端上，并催化核苷酸之間3’,5’-磷酸二酯鍵的形成，從而可沿著5’-3’方向聚合成為多核苷酸鏈。五、DNA復(fù)制的酶類(lèi)

1、原核生物DNA聚合酶在大腸桿菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有三種，分別命名為DNA聚合酶Ⅰ，DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復(fù)制的主要是DNA聚合酶Ⅲ和DNA聚合酶Ⅰ。（一）DNA聚合酶2、真核生物的DNA聚合酶

真核細(xì)胞中至少有5種DNA聚合酶，分別稱(chēng)為DNA-pol、DNA-pol、DNA-pol、DNA-pol和DNA-pol。它們的主要活性是催化dNTP的5’-3’聚合活性。真核細(xì)胞在DNA復(fù)制中其主要作用的是DNA-pol，主要負(fù)責(zé)染色體DNA的復(fù)制。DNA-pol的模板特異性是具有缺口的DNA分子，它被認(rèn)為與DNA修復(fù)有關(guān)。DNA-pol在線粒體DNA的復(fù)制中起作用。DNA-pol不但有5’-3’聚合活性，而且還具有3’-5’外切酶活性。

引物酶是一種特殊的RNA聚合酶，用于引物的合成

，催化以起始部位DNA為模板，合成短片段RNA作為引物，為DNA合成提供3’-OH末端。復(fù)制完成后引物被水解。（二）引物酶

1、拓?fù)洚悩?gòu)酶

能解開(kāi)DNA超螺旋，有內(nèi)切酶和連接酶功能。拓?fù)洚悩?gòu)酶有兩類(lèi)。（三）解旋和解鏈酶類(lèi)可切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。（1）拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ2、解鏈酶能使DNA互補(bǔ)雙鏈分離，每解開(kāi)一個(gè)堿基對(duì)，消耗2個(gè)ATP，可沿模板隨復(fù)制方向的伸展而移動(dòng)。3、單鏈結(jié)合蛋白（SSB）

與解開(kāi)的單鏈結(jié)合以穩(wěn)定單鏈：防止DNA重新形成雙螺旋，防止復(fù)制中單鏈模板被核酸酶水解，有激活DNA聚合酶的作用。

催化兩段DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈