臨本（查）第十四章 DNA的生物合成課件

臨本（查）第十四章DNA的生物合成課件我從哪里來(lái)？我從哪里來(lái)？次級(jí)卵母細(xì)胞完成第二次成熟分裂雌、雄原核形成雌、雄原核融合受精卵形成次級(jí)卵母細(xì)胞完成第二次成熟分裂雌、雄原核形成雌、雄原核融合受二細(xì)胞期四細(xì)胞期八細(xì)胞期桑椹胚早期胚泡晚期胚泡二細(xì)胞期四細(xì)胞期八細(xì)胞期滋養(yǎng)層內(nèi)細(xì)胞群胚泡腔植入滋養(yǎng)層內(nèi)細(xì)胞群胚泡腔植入胚外體腔子宮腔叢密絨毛膜平滑絨毛膜壁蛻膜包蛻膜底蛻膜臍帶羊膜腔絨毛分部胚外體腔子宮腔叢密絨毛膜平滑絨毛膜壁蛻膜包蛻膜底蛻膜臍帶羊膜2個(gè)月胚體各期的外形特征2個(gè)月胚體各期的外形特征3個(gè)月胚體各期的外形特征3個(gè)月胚體各期的外形特征4個(gè)月胚體各期的外形特征4個(gè)月胚體各期的外形特征5個(gè)月胚體各期的外形特征5個(gè)月胚體各期的外形特征6個(gè)月胚體各期的外形特征6個(gè)月胚體各期的外形特征8個(gè)月胚體各期的外形特征8個(gè)月胚體各期的外形特征臨本（查）第十四章DNA的生物合成課件遺傳信息的傳遞分子生物學(xué)遺傳信息的傳遞分子生物學(xué)臨本（查）第十四章DNA的生物合成課件

DNARNA蛋白質(zhì)遺傳信息傳遞的中心法則復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄執(zhí)行生物學(xué)功能（包括參與復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及翻譯等過(guò)程。遺傳信息傳遞的中心法則復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄執(zhí)行生物學(xué)功能（包括DNA

是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，生物機(jī)體的遺傳信息以密碼的形式編碼在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，并通過(guò)DNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA,然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。DNA是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，生物機(jī)DNA生物合成第十四章DNA生物合成第十四章本章內(nèi)容第一節(jié)DNA復(fù)制的基本特征（掌握）第二節(jié)DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化（熟悉）第三節(jié)原核生物DNA復(fù)制過(guò)程（掌握）第四節(jié)真核生物DNA復(fù)制過(guò)程（掌握）第五節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式（了解）本章內(nèi)容第一節(jié)DNA復(fù)制的基本特征（掌握）DNA復(fù)制的基本特征第一節(jié)DNA復(fù)制的基本特征第一節(jié)一、半保留復(fù)制二、雙向復(fù)制三、半不連續(xù)復(fù)制DNA復(fù)制的基本特征（掌握）一、半保留復(fù)制DNA復(fù)制的基本特征（掌握）DNA復(fù)制時(shí)，親代DNA雙螺旋解開(kāi)成為兩條單鏈，各自作模板，按照堿基配對(duì)規(guī)律合成一條與模板互補(bǔ)的新鏈，形成兩個(gè)子代DNA，每一個(gè)子代DNA分子中都保留有一條來(lái)自親代DNA的鏈，這種DNA復(fù)制的方式稱為DNA的半保留復(fù)制(semi-conservativereplication)。一、DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制DNA復(fù)制時(shí)，親代DNA雙螺旋解開(kāi)成為兩條單鏈，各自作模板，AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGG+母鏈DNA

復(fù)制過(guò)程中形成的復(fù)制叉子代DNA

目錄TCCATGACGGTGACCATCGATTAATA+母鏈DNA復(fù)制過(guò)程中形成的復(fù)制叉子子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式:

全保留式半保留式混合式子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式:全保留式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)。（一）DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證明DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，是在1958年由M.Mesel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)果半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和意義密度梯度實(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-D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，自然界還普遍存在變異現(xiàn)象。（二）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，即子二、DNA復(fù)制從起點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸

原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從復(fù)制起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。復(fù)制中的放射自顯影圖像二、DNA復(fù)制從起點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸復(fù)制中的放射自顯影圖像oriterABCA.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination,ter)DNA的雙向復(fù)制示意圖oriterAB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。習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子(replicon)

。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’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。習(xí)慣上把兩5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’復(fù)制起始點(diǎn)與復(fù)制子示意圖5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’復(fù)制叉起點(diǎn)復(fù)制叉延伸延伸起點(diǎn)領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨后鏈隨后鏈3’5’3’5’DNA的雙向復(fù)制復(fù)制叉起點(diǎn)復(fù)制叉延伸延伸起點(diǎn)領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨后鏈隨后鏈3’5’復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉（動(dòng)畫(huà)演示）復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉（動(dòng)畫(huà)演示）DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，即模板DNA鏈的方向必須是3'→5'。由于DNA分子中兩條鏈的走向相反，因此當(dāng)分別以兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時(shí)，子代鏈的聚合方向也是不同的。三、DNA的半不連續(xù)復(fù)制DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，即模板DN5’5’3’3’5’5’3’3’5’5’3’3’

前導(dǎo)鏈后隨鏈崗崎片段半不連續(xù)復(fù)制解鏈方向5’5’3’3’5’5’3’3’5’5’3’3’前導(dǎo)鏈后隨以3’→5’方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向?yàn)?’→3’，這一條鏈被稱為前導(dǎo)鏈(leadingstrand)。以5’→3’方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5’→3’，這條鏈被稱為后隨鏈(laggingstrand)。DNA復(fù)制時(shí)，前導(dǎo)鏈?zhǔn)沁B續(xù)的，而后隨鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的，這種模式稱半不連續(xù)復(fù)制。

以3’→5’方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)基本上是由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開(kāi)的，因此，后隨鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時(shí)，由后隨鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazakifragment)。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100~200個(gè)核苷酸，相當(dāng)于一個(gè)核小體DNA的大小。由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開(kāi)的，因此，后隨鏈的合成也

1.底物：四種脫氧三磷酸核苷（dATP、dGTP、

dCTP、dTTP)2.模板：以DNA的解開(kāi)兩條鏈為模板鏈3.引物：一小段RNA(或DNA）為引物，提供3’-OH作為新鏈延伸的起點(diǎn)。4.酶和蛋白因子：DNA聚合酶、解螺旋酶。。。第二節(jié)DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化1.底物：四種脫氧三磷酸核苷（dATP、dGTP、第二節(jié)一、DNA聚合酶(DNA-pol；DDDP):依賴DNA的DNA聚合酶。其催化反應(yīng)的特點(diǎn)

（1）反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)；（2）以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物:（3）反應(yīng)需要有3

-OH存在；（4）DNA鏈的合成方向?yàn)?

3

；（5）新生DNA鏈與模板鏈之間遵循堿基互補(bǔ)原則；一、DNA聚合酶(DNA-pol；DDDP):依賴DNA的DDNA聚合酶的催化活性1.5

3

的聚合活性2.3

5

核酸外切酶活性DNA聚合酶的催化活性1.53的聚合活性DNA聚合酶的催化活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+ppiMg2+DDDPN3’5’5’OOH

PPP-O-CH2OH

生物大分子合成：底物、酶、能量、模板5’→3’DNA聚合酶活性DNA聚合酶的催化活性(dNMP)n+dNTP5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′3

5

外切酶活性:5

3

外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。核酸外切酶活性:5′AGCTTCAG（一）原核生物有3種DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（一）原核生物有3種DNA聚合酶DNA-polⅠ功能：DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。功能：DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延功能：DNA-polⅠ（109kD）對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對(duì)復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。功能：DNA-polⅠ（109kD）對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校323個(gè)氨基酸小片段5

核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性

5

核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/KlDNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。DNA-polⅡ?qū)δ０宓奶禺愋圆桓?，即使在已發(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認(rèn)為，它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生原核生物的DNA聚合酶￠5有有有3→￠核酸外切酶活性催化復(fù)制合成應(yīng)急修復(fù)主要作用多亞基不對(duì)稱二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI有有有聚合酶活性￠3無(wú)無(wú)有5→￠核酸外切酶活性參與校對(duì)、修復(fù)多亞基不對(duì)稱二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI原核生物的DNA聚合酶￠5有有有3→￠核酸外切酶活性催化復(fù)制（二）常見(jiàn)的真核細(xì)胞DNA聚合酶有五種:DNA-polα引物酶DNA修復(fù)DNA-polβ線粒體DNA合成DNA-polγ前導(dǎo)鏈和后隨鏈合成，錯(cuò)配修復(fù)DNA-polδ錯(cuò)配修復(fù)DNA-polε（二）常見(jiàn)的真核細(xì)胞DNA聚合酶有五種:DNA-polα引2.在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種:DNA-polα起始引發(fā)，有引物酶活性。參與低保真度的復(fù)制。DNA-polβ在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-polγ延長(zhǎng)子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。DNA-polδ在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。DNA-polε2.在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種:DNA-po真核生物的DNA聚合酶真核生物的DNA聚合酶

為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復(fù)制必須具有高保真性。DNA復(fù)制時(shí)的保真性主要與下列因素有關(guān)：

1．遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；

2．DNA聚合酶在復(fù)制時(shí)對(duì)堿基的正確選擇—10-5；

3．對(duì)復(fù)制過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行校正—10-10。

二、復(fù)制的保真性--有序而精確為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復(fù)制必須具有高保真性。DNA復(fù)（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價(jià)（氫鍵）與共價(jià)（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型。與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對(duì)，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。

（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇DNA聚合酶靠其大分子結(jié)5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′3

5

外切酶活性:5

3

外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。（二）聚合酶中的核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)切除錯(cuò)配堿基并加以校正5′AGCTTCAGDNA-pol的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀A：DNA-pol的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合酶活性摻入正確配對(duì)的底物。B：堿基配對(duì)正確，DNA-pol不表現(xiàn)外切酶活性。DNA-pol的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀A：DNA-pol的(一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)三、復(fù)制中的解鏈伴有DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化(一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)三、復(fù)制中的解鏈伴有解螺旋酶（DnaB)(helicase)

，是將DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解除。每解開(kāi)一對(duì)堿基，需消耗2分子ATP。解螺旋酶（DnaB)

DnaB、DnaC3

5

3

5

解螺旋酶的作用

DnaAoriDnaB、DnaC3535解螺旋單鏈DNA結(jié)合蛋白（single–strandDNA-bindingprotein,SSB），是選擇性結(jié)合并覆蓋在單鏈DNA上的一類蛋白，以防止解開(kāi)的DNA單鏈被酶水解及重新結(jié)合成雙鏈。單鏈DNA結(jié)合蛋白

—穩(wěn)定并保護(hù)DNA單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白（single–strandDNA-3'HO5'3

5

3

5

單鏈結(jié)合蛋白（SSB)引物引物酶3'HO5'3535單鏈結(jié)合蛋白（SSB)引物引物108

局部解鏈后DNA復(fù)制過(guò)程中正超螺旋的形成108局部解鏈后DNA復(fù)制過(guò)程中正超螺旋的形成解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)人類拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ的分子結(jié)構(gòu)能夠松解DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的酶。（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)人類拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ的拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用特點(diǎn)：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ分類拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用特點(diǎn)：拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ分類拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ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。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ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)。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用機(jī)制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)臨本（查）第十四章DNA的生物合成課件拓?fù)涿窱I的作用方式：拓?fù)涿窱I的作用方式：臨本（查）第十四章DNA的生物合成課件DNA連接酶(DNAligase)

可連接DNA鏈的3’-OH末端和相鄰DNA鏈5’-P末端,使二者生成3’，5’-磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。四、DNA連接酶連接復(fù)制中產(chǎn)生的單鏈缺口DNA連接酶(DNAligase)四、DNA連接酶連接復(fù)制DNA連接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN++AMP）HO5’3’5’3’3’5’5’3’DNA連接酶的連接作用DNA連接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN++AMPDNA連接酶催化的條件是：①需一段DNA片段具有3'-OH，而另一段DNA片段具有5'-Pi基；②未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈?zhǔn)峭暾?；③需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。DNA連接酶催化的條件是：DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。是基因工程的重要工具酶之一。DNA連接酶的作用DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。DNA連接酶的作用提供核糖3

-OH提供5

-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長(zhǎng)中的新鏈游離dNTP去PPi(dNTP)n+1連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)→連續(xù)鏈拓?fù)涿盖袛?、整理后的兩鏈改變拓?fù)錉顟B(tài)DNA聚合酶，拓?fù)涿负瓦B接酶催化3

,5

-磷酸二酯鍵生成的比較

提供核糖3-OH提供5-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長(zhǎng)中的復(fù)制過(guò)程動(dòng)畫(huà)第三節(jié)原核生物

DNA復(fù)制過(guò)程-起始、延長(zhǎng)、終止復(fù)制過(guò)程動(dòng)畫(huà)第三節(jié)原核生一、復(fù)制的起始：DNA解鏈形成引發(fā)體準(zhǔn)備工作：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。一、復(fù)制的起始：準(zhǔn)備工作：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。1.復(fù)制有固定起始點(diǎn)

DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。常用ori(或o）表示。許多生物的復(fù)制原點(diǎn)都是富含A、T的區(qū)段。大腸桿菌染色體DNA以及真核生物的細(xì)胞器DNA為雙鏈環(huán)狀，只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，而真核生物染色體DNA是線性雙鏈分子，含有許多復(fù)制起點(diǎn)。（一）DNA的解鏈1.復(fù)制有固定起始點(diǎn)DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriC

GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···

11317293244

···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列5

3

5

3

復(fù)制有固定起始點(diǎn)E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriCGATTNTTTATTT2.

DNA解鏈需多種蛋白質(zhì)參與2.DNA解鏈需多種蛋白質(zhì)參與

DnaB、DnaC3

5

3

5

解螺旋酶的作用

DnaAori單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）四聚體結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。DnaB、DnaC3535解螺旋3.解鏈過(guò)程中需要DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶由拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開(kāi)，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。3.解鏈過(guò)程中需要DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（二）引物合成和引發(fā)體形成：由解螺旋酶(DnaB蛋白)、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA復(fù)制起始區(qū)域（TTATCCACA)形成引發(fā)體；在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。（二）引物合成和引發(fā)體形成：引物酶(primase)本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3’-OH，使子代DNA鏈能夠開(kāi)始聚合。引物酶(primase)本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶DnaADnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶SSB3’5’3’5’.引發(fā)體和引物含有解旋酶DnaB、DnaC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。

DnaADnaB、DnaCDNA3'HO5'3’5’3’5’引物酶催化合成短鏈RNA引物分子

引物引物酶3'HO5'3’5’3’5’引物酶催化合成短鏈RNA引物分二、DNA鏈的延長(zhǎng)復(fù)制中DNA鏈的延長(zhǎng)指在DNA聚合酶催化下，以3’→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5’→3’方向聚合子代DNA鏈。其化學(xué)本質(zhì)是dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，磷酸二酯鍵不斷生成。在原核生物中，參與DNA復(fù)制延長(zhǎng)的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中是DNA聚合酶δ。二、DNA鏈的延長(zhǎng)復(fù)制中DNA鏈的延長(zhǎng)指在DNA聚合酶催化5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-polDNA復(fù)制的延長(zhǎng)過(guò)程5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTP同一復(fù)制叉上前導(dǎo)鏈和后隨鏈由相同的DNA-polⅢ催化延長(zhǎng)同一復(fù)制叉上前導(dǎo)鏈和后隨鏈由相同的DNA-polⅢ催化延長(zhǎng)前導(dǎo)鏈的合成過(guò)程前導(dǎo)鏈的合成過(guò)程后隨鏈的合成過(guò)程后隨鏈的合成過(guò)程DNA聚合酶Ⅲ催化前導(dǎo)鏈和后隨鏈同時(shí)合成DNA聚合酶Ⅲ催化前導(dǎo)鏈和后隨鏈同時(shí)合成復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖目錄復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖目錄原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。oriterE.coli8232oriterSV40500三、復(fù)制的終止原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(三、復(fù)制的終止

在復(fù)制過(guò)程中形成的RNA引物，需由RNA酶來(lái)水解去除；RNA引物水解后遺留的缺口，由DNA聚合酶Ⅰ（原核生物）或DNA聚合酶

（真核生物）催化延長(zhǎng)缺口處的DNA，直到剩下最后一個(gè)磷酸酯鍵的缺口。切除引物，填補(bǔ)空缺和連接切口：三、復(fù)制的終止在復(fù)制過(guò)程中形成的RNA引物，需由RNA酶來(lái)在DNA連接酶的催化下，生成最后一個(gè)磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來(lái)，形成完整的DNA長(zhǎng)鏈。連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，生成最后一個(gè)磷酸酯鍵，將岡崎片段連接5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATP

ADP+Pi5

5

DNA連接酶

后隨鏈上不連續(xù)性片段的連接：切除引物填補(bǔ)空缺連接切口555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP5臨本（查）第十四章DNA的生物合成課件第四節(jié)真核生物DNA生物合成過(guò)程（一）DNA的復(fù)制速度慢、酶種類多（二）DNA復(fù)制過(guò)程涉及核小體分離與重新組裝（三）多個(gè)復(fù)制子（四）DNA的復(fù)制發(fā)生在S期、岡崎片段短。（五）端粒復(fù)制染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。第四節(jié)真核生物DNA生物合成過(guò)程（一）DNA的復(fù)制速度哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及M期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。蛋白激酶通過(guò)磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實(shí)施調(diào)控作用。哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DN真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動(dòng)。復(fù)制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）參與。還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子(replicationfactor,RF)。一、真核生物復(fù)制的起始：與原核生物基本相似真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時(shí)序性增殖細(xì)胞核抗原（proliferationcellnuclearantigen，PCNA）在復(fù)制起始和延長(zhǎng)中起關(guān)鍵作用。PCNA為同源三聚體，具有與E.coliDNA聚合酶Ⅲ的β亞基相同的功能和相似的構(gòu)象，即形成閉合環(huán)形的可滑動(dòng)DNA夾子，在RFC的作用下PCNA結(jié)合于引物－模板鏈；并且PCNA使polδ獲得持續(xù)合成能力。PCNA水平也是檢驗(yàn)細(xì)胞增殖的重要指標(biāo)。增殖細(xì)胞核抗原DNA-polδ和polα分別兼有解螺旋酶和引物酶活性。在復(fù)制叉及引物生成后，DNA-polδ通過(guò)增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）的協(xié)同作用，逐步取代polα，在RNA引物的3

-OH基礎(chǔ)上連續(xù)合成前導(dǎo)鏈。后隨鏈引物也由polα催化合成。然后由PCNA協(xié)同，polδ置換polα，繼續(xù)合成DNA子鏈。二、真核生物復(fù)制的延長(zhǎng)：

發(fā)生DNA聚合酶α/δ轉(zhuǎn)換DNA-polδ和polα分別兼有解螺旋酶和引物酶活性。臨本（查）第十四章DNA的生物合成課件3

5

5

3

前導(dǎo)鏈3

5

3

5

親代DNA后隨鏈引物核小體三、真核生物DNA合成后立即組裝成核小體3553前導(dǎo)鏈3535親代DNA后隨鏈引物核染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。四、端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問(wèn)題染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。四、端粒酶參與解決染色體線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，進(jìn)行延長(zhǎng)反應(yīng)。5

3

3

55

3

3

5+5

3

3

3

3

5

5

5

線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出現(xiàn)線性DNA復(fù)制的末端線性DNA復(fù)制的末端端粒（telomere）是指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常膨大成粒狀。端粒（telomere）是指真核生物染色體線性DNA分子末端端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)?由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。?末端DNA序列是多次重復(fù)的富含（TnGn）x重復(fù)序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)?由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。TTTT功能?維持染色體的穩(wěn)定性?維持DNA復(fù)制的完整性功能?維持染色體的穩(wěn)定性端粒酶(telomerase)端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它可以其RNA為模板，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程對(duì)末端DNA鏈進(jìn)行延長(zhǎng)。端粒酶的分子結(jié)構(gòu)端粒酶(telomerase)端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合人端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)人端粒酶協(xié)同蛋白1(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

端粒酶的組成人端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,端粒酶的爬行模型（動(dòng)畫(huà)演示）端粒酶的爬行模型（動(dòng)畫(huà)演示）DNA聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工DNA聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工五、真核生物染色體DNA在每個(gè)細(xì)胞周期中只能復(fù)制一次真核生物染色體DNA五、真核生物染色體DNA在每個(gè)細(xì)胞周期中只能復(fù)制一次真核生物細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及M期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。蛋白激酶通過(guò)磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實(shí)施調(diào)控作用。相關(guān)的激酶都有調(diào)節(jié)亞基即細(xì)胞周期蛋白(cyclin)，和催化亞基即細(xì)胞周期蛋白依賴激酶(cyclindependentkinase，CDK)。

細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及M期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。G1→S及GCDK相匹配的周期蛋白作用點(diǎn)CDK2CyclinD1,D2,D3G1期CyclinEG1→S期CyclinAS期CDK3和CDK4CyclinD1,D2,D3G2期CDK1（CDC2）CyclinA,BG2→M期哺乳類動(dòng)物的周期蛋白和CDKCDK相匹配的周期蛋白作用點(diǎn)CDK2CyclinD1,D哺乳類動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)還發(fā)現(xiàn)天然抑制CDK的蛋白質(zhì)，例如錨蛋白(ankynin)是CDK4的特異性抑制物，P21蛋白能抑制多種CDK。錨蛋白和P21蛋白的抑制/活化可使細(xì)胞周期開(kāi)放/關(guān)閉，因此被形容為細(xì)胞周期的檢查點(diǎn)(checkpoint)蛋白。哺乳類動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)還發(fā)現(xiàn)天然抑制CDK的蛋白質(zhì)，例如錨蛋白(a逆轉(zhuǎn)錄的定義：以RNA為模板合成雙鏈DNA的過(guò)程。一、逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄酶：依賴RNA的DNA聚合酶。RDDP逆轉(zhuǎn)錄酶是多功能酶，兼有3種酶的活性：催化三種反應(yīng)：RNA指導(dǎo)的DNA合成RNA水解DNA指導(dǎo)的DNA合成第五節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式逆轉(zhuǎn)錄的定義：以RNA為模板合成雙鏈DNA的過(guò)程。第五ASVRNARNA

DNA(-)DNA(-)DNA(-)DNA(+)1.RNA指導(dǎo)DNA合成2.RNA水解3.DNA指導(dǎo)DNA合成逆轉(zhuǎn)錄酶的作用ASVRNARNADNA(-)DNA(-)1.RNA指導(dǎo)逆轉(zhuǎn)錄病毒與宿主細(xì)胞基因整合過(guò)程示意圖RNA病毒粒子病毒RNARNA

DNA

逆轉(zhuǎn)錄酶DNA（前病毒）和宿主細(xì)胞DNA整合c-src