第三章 DNA的復(fù)制課件

第三章DNA的復(fù)制Chapter3DNA的復(fù)制DNAReplication第三章DNA的復(fù)制Watson&Crick:一種遺傳物質(zhì)，必須能行使兩種功能，即自我復(fù)制和對(duì)細(xì)胞的高度特異性的影響。遺傳物質(zhì)的基本屬性：基因的自我復(fù)制控制性狀的表達(dá)第三章DNA的復(fù)制3.1基本概念DNA復(fù)制：親代雙鏈DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分別以每單鏈DNA分子為模板，聚合與自身堿基可以互補(bǔ)配對(duì)的游離的dNTP,合成出兩條與親代DNA分子完全相同的子代DNA分子的過程。第三章DNA的復(fù)制3.1.1復(fù)制機(jī)理的復(fù)雜性D.S.DNAS.S.DNA能量的供求超螺旋線狀，開環(huán)狀多種復(fù)制相關(guān)的蛋白是如何作用的？復(fù)制的準(zhǔn)確性：修復(fù)、校正DNA復(fù)制速度：E.coli高速解旋112km/h?第三章DNA的復(fù)制3.1.2復(fù)制起點(diǎn)與方向

（replicationorigin&direction）

復(fù)制起點(diǎn)的特征richAT&palindromATrich第三章DNA的復(fù)制“呼吸現(xiàn)象”DNA復(fù)制原點(diǎn)處氫鍵迅速斷裂與再生，導(dǎo)致兩條DNA鏈不斷解鏈與聚合，形成瞬間的單泡狀結(jié)構(gòu)的過程。在富含AT的區(qū)域內(nèi)尤為明顯。第三章DNA的復(fù)制

3.1.3復(fù)制的多模式

單起點(diǎn)、單方向多起點(diǎn)、單方向單起點(diǎn)、雙方向多起點(diǎn)、雙方向細(xì)菌一般單起點(diǎn)，哺乳動(dòng)物50000-100000個(gè)復(fù)制起點(diǎn)第三章DNA的復(fù)制3.1.4子鏈DNA延伸方向

5’OHTCATCA

C5’OH3’pppOHC++ppi

DNApolymerasereactsonthe3’endonlyNewDNAelongationfrom5’to3’direction進(jìn)化中保留的深刻的、選擇與適應(yīng)的、化學(xué)及功能的根源第三章DNA的復(fù)制如果DNA的延伸方向是3’→5’ATCG

+

5’pppOH3’

G

pppOH

GATCG

5’pppOH3’第三章DNA的復(fù)制ATCG

+

5’pppOH3’

G

pppOH

G

5’ppp因能量的需要，DNA的5’端必須帶有PPP游離dNTP具有ppppppOH3’ATCG在0.2MNacl的生理環(huán)境中，磷酸基團(tuán)間的強(qiáng)電負(fù)性，使dNTP難以聚合到DNA的5‘端，而且雙鏈DNA的5’端堿基配對(duì)困難。第三章DNA的復(fù)制堿基發(fā)生錯(cuò)配后的校正……費(fèi)時(shí)、費(fèi)能、增加脫磷酸、加磷酸的能量消耗

ATCG

pppOH+

pppApOHTCGpppOHTCGTCGpppOH第三章DNA的復(fù)制3.1.5半保留復(fù)制

（Semi-conservativereplication）第三章DNA的復(fù)制半保留復(fù)制的證實(shí)MeselsonandStahl,1958Heavyisotope

15NNormal14NCsCl密度梯度離心第三章DNA的復(fù)制3.1.6半不連續(xù)復(fù)制

（Semi-discontinuousreplication）3’3’3’3’5’5’5’5’兩端復(fù)制假說實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，DNA分子在任何時(shí)刻都只有不到5%處在單鏈狀態(tài)。推翻了該假說。第三章DNA的復(fù)制岡崎片段（Okazakifragment）

5‘3’5’3‘5‘3’5’3‘AtleastonestrandofDNAreplicationinOkazakifragment1kbDNAreplicationinOkazakifragment1kb第三章DNA的復(fù)制3.1.7復(fù)制體（replisome）進(jìn)化中形成了靈活的多酶復(fù)合體。組成TopI,TopII,SingleStrandBindingprotein(SSB)DnaB,DnaC,PrimaseDNAPolymeraseIIIDNAPolymeraseILigase

第三章DNA的復(fù)制3.2原核細(xì)胞的DNA復(fù)制DNA聚合酶Ⅰ由一條多肽鏈構(gòu)成。并不是大腸桿菌DNA復(fù)制中主要的DNA合成酶，它的主要作用，是切除RNA引物、填補(bǔ)空缺和DNA損傷的修復(fù)。

DNA聚合酶Ⅱ由一條多肽鏈構(gòu)成。此酶除具有聚合酶的活性外，還具有3′→5′外切酶活性。主要在DNA損傷修復(fù)中起作用。

DNA聚合酶Ⅲ此酶是一個(gè)多聚酶，由10種以上不同亞基組成的。全酶成不對(duì)稱的二聚體，圍繞著DNA雙螺旋，每個(gè)單體都具有催化活性，一個(gè)作用于前導(dǎo)鏈，另一個(gè)作用于隨從鏈，使DNA兩股鏈在同一位置同一時(shí)間進(jìn)行合成。

3.2.1主要復(fù)制酶類

第三章DNA的復(fù)制DNA聚合酶Ⅲ結(jié)構(gòu)圖第三章DNA的復(fù)制3.2.2復(fù)制叉的形成OriC復(fù)制起點(diǎn)序列DnaADnaB/CDnaB蛋白：解旋酶

（helicase）

DnaA蛋白：辨認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)

DnaC蛋白：輔助DnaB在起始點(diǎn)上結(jié)合并打開雙鏈第三章DNA的復(fù)制3.2.3復(fù)制的起始引發(fā)體：引物酶(Primase)第三章DNA的復(fù)制3.2.4DNA的促旋酶（Gyrase）GyraseDNA在解鏈的過程中，會(huì)增加鏈的正超螺旋，Gyrase（TypeIItopoisomerase）將解決該問題。第三章DNA的復(fù)制3.2.5復(fù)制的延伸第三章DNA的復(fù)制真實(shí)的延伸第三章DNA的復(fù)制真實(shí)的延伸第三章DNA的復(fù)制3.2.6滯后鏈的完整復(fù)制PolymeraseIIIholoenzyme(DNApolIII)DNApolI(5’3’exonulcleaseactivity)DNApolI(5’3’polymeraseactivity)DNAligase(NAD+)第三章DNA的復(fù)制3.2.7復(fù)制的終止與分離依賴于tus基因的產(chǎn)物第三章DNA的復(fù)制AttachmentofbacterialDNAtothemembranecouldprovideamechanismforsegregation

第三章DNA的復(fù)制3.2.8甲基化可以控制復(fù)制起始11copiesinOriC第三章DNA的復(fù)制Re-initiationofbacterialreplicationatneworigins

Ter(terminus)O(origin)第三章DNA的復(fù)制3.2.9滾環(huán)復(fù)制（特殊復(fù)制模型）D.S.DNA→

Nick→

leadingStrand→Elongation→

rolling第三章DNA的復(fù)制cyclingamplification5‘3‘3‘3‘第三章DNA的復(fù)制3.2.10復(fù)制的速度E.coli37℃0.5h105bp/minmammaliancell22-25hrs500-5000bp/min

140公里/小時(shí)第三章DNA的復(fù)制3.3真核DNA的復(fù)制DNAreplicationatphaseSofcellcycle

S6-8hs

M

1hG23-4hsG112hsG1preparingforDNAreplication(cellgrowth)SDNAreplicationG2ashortgapbeforemitosisMmitosisandcelldivision第三章DNA的復(fù)制3.3.1真核生物與原核生物復(fù)制子的比較第三章DNA的復(fù)制3.3.2真核細(xì)胞DNA復(fù)制的起始大約20-50串聯(lián)復(fù)制子在S-phase同時(shí)起始復(fù)制。S-早期:常染色質(zhì)復(fù)制S-后期:異染色質(zhì)復(fù)制中心粒和端粒的最后復(fù)制第三章DNA的復(fù)制3.3.3DNA復(fù)制酶類DNA聚合α主要是引物合成DNA聚合δ主要負(fù)責(zé)ＤＮＡ復(fù)制的酶，參與先導(dǎo)鏈和滯后連的合成DNA聚合ε主要功能可能是在去掉ＲＮＡ引物后把缺口補(bǔ)全DNA聚合γ線粒體ＤＮＡ的復(fù)制DNA聚合β可能在DNA損傷的修復(fù)中起作用第三章DNA的復(fù)制3.3.4真核DNA復(fù)制酶的主要特點(diǎn)DNA聚合酶α合在RNA引物及一小段DNA

(intratorDNA，iDNA),形成RNA-DNA引物，然后DNA聚合酶α轉(zhuǎn)換為DNA聚合酶δ，再由DNA聚合酶δ負(fù)責(zé)延伸前導(dǎo)鏈及岡崎片段。DNA聚合酶δ無合成引物功能，只能有效地延伸DNA引物，對(duì)RNA引物延伸功能很弱。

第三章DNA的復(fù)制3.3.5DNA復(fù)制過程中的組蛋白復(fù)制經(jīng)過時(shí)，DNA從組蛋白上解離當(dāng)復(fù)制叉通過以后，組蛋白立即結(jié)合上去DNA復(fù)制的同時(shí)，新的組蛋白也在合成第三章DNA的復(fù)制3.3.6端粒的復(fù)制

3’-OH?

3‘5‘5‘3‘3’-OH?

第三章DNA的復(fù)制四膜蟲屬的斷粒酶作用第三章DNA的復(fù)制

GGhoogsteenbond

Tetraplexhelix

G鏈–T2G4-----TTGGGG

TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG

C鏈--A2C4-----G鏈–T2G4-----TTGGGG

ttggggttgC鏈--A2C4-----AACCCCAAggggttgggPrimaseAACCCCAACCCCAACCCCAACCCCAACCCDNApolor第三章DNA的復(fù)制5‘3‘TTTGGGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTTTGGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT真核生物染色體端粒DNA結(jié)構(gòu)第三章DNA的復(fù)制結(jié)構(gòu)特點(diǎn)LinkedbyHoogsteenBondingGGGG第三章DNA的復(fù)制Telomeraseactivityisrepressedinsomaticcellsofmulticelluarorganismsresultinginagradualshorteningofthechromosomewitheachcellg