原核生物与真核生物DNA复制的特点

1、原核生物与真核生物DNA复制的特点第四节第四节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物 DNADNA的复制特点的复制特点一、原核生物一、原核生物DNADNA的复制特点的复制特点二、真核生物二、真核生物DNADNA的复制特点的复制特点 三、三、DNADNA的复制的调控的复制的调控原核生物与真核生物DNA复制的特点一、原核生物一、原核生物DNADNA的复制特点的复制特点1 1、DNADNA双螺旋的解旋双螺旋的解旋2 2、冈崎片段与颁布连续复制、冈崎片段与颁布连续复制3 3、DNADNA复制的引发与终止复制的引发与终止4 4、DNADNA聚合酶聚合酶5 5、DNADNA连接酶连接酶原核生物与真核生物D

2、NA复制的特点1 1、DNADNA双螺旋的解旋双螺旋的解旋 DNADNA的复制有特定的起始位点，叫做的复制有特定的起始位点，叫做复制原点复制原点 ori(ori(或或o o），富含），富含A A、T T的区段。的区段。 从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复复 制子制子 复制时，解链酶等先将复制时，解链酶等先将DNADNA的一段双链解开，的一段双链解开， 形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子， 故称为故称为复制叉复制叉基本概念：原核生物与真核生物DNA复制的特点 DNA DNA 复制时，双链首先解开，形成复复制时

3、，双链首先解开，形成复制叉，复制叉的形成过程有多种酶和蛋白制叉，复制叉的形成过程有多种酶和蛋白质参与。将主要的酶和蛋白质介绍如下。质参与。将主要的酶和蛋白质介绍如下。原核生物与真核生物DNA复制的特点 SSB SSB 蛋白可牢固地结合在单链蛋白可牢固地结合在单链 DNA DNA 上，在上，在原核生物中表现出协同效应，如第一个原核生物中表现出协同效应，如第一个 SSB SSB 蛋白蛋白结合到结合到DNA DNA 上去的能力为上去的能力为 1 1 ，第二个，第二个 SSB SSB 蛋白蛋白结合能力则高达结合能力则高达 10103 3 。 SSB SSB 蛋白的蛋白的作用作用是保证是保证被解链酶解开

4、的单链在复制完成前能保持单链结被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，它以四聚体形式存在于复制叉处，待单链复构，它以四聚体形式存在于复制叉处，待单链复制后才掉下，重新循环。所以，制后才掉下，重新循环。所以， SSB SSB 蛋白只保持蛋白只保持单链的存在，并不起解链的作用。单链的存在，并不起解链的作用。1 1 ）单链结合蛋白（）单链结合蛋白（ SSB SSB 蛋白）蛋白）原核生物与真核生物DNA复制的特点2)DNA 2)DNA 解链酶（解链酶（ DNAhelicase DNAhelicase ） 用于把用于把 DNA DNA 双链解开形成单链。具双链解开形成单链。具有有 ATPase A

5、TPase 活性，活性，利用水解利用水解 ATP ATP 释放的释放的能量，催化双链能量，催化双链 DNA DNA 解链解链。原核生物与真核生物DNA复制的特点DNA DNA 的解链过程的解链过程首先是在拓扑异构酶首先是在拓扑异构酶 I I 的作用下解开负超螺旋，的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链解开双链。一旦局部解开双链，就必须有一旦局部解开双链，就必须有 SSB SSB 蛋白蛋白来稳定解来稳定解开的单链，以保证局部结构不会恢复成双链。开的单链，以保证局部结构不会恢复成双链。接着，由引发酶组成的引发体迅速作用于两条单接着，由引发酶组

6、成的引发体迅速作用于两条单链链 DNA DNA 上。不论是前导链还是滞后链，都需要一上。不论是前导链还是滞后链，都需要一段段 RNA RNA 引物以开始子链引物以开始子链 DNA DNA 的合成的合成 。原核生物与真核生物DNA复制的特点2 2、冈崎片段与半不连续复制、冈崎片段与半不连续复制 DNA DNA 的复制过程中，前导链是连续复制的，而滞的复制过程中，前导链是连续复制的，而滞后链是通过冈崎片段的连接来合成的，是不连续后链是通过冈崎片段的连接来合成的，是不连续的，称之为的，称之为 DNA DNA 的半不连续复制。的半不连续复制。所有所有DNA DNA 聚合聚合酶的方向都是酶的方向都是 5

7、 3 5 3 ，而不是，而不是 3 5 3 5 。为了解释为了解释 3 5 3 5 是如何合成滞后链的，冈崎是如何合成滞后链的，冈崎提出了提出了 DNA DNA 的半不连续复制。的半不连续复制。 现在已知，一般原核生物的冈崎片段要长些，真现在已知，一般原核生物的冈崎片段要长些，真核生物中的要短些。这种前导链的连续复制和滞核生物中的要短些。这种前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界是有普遍性的，因而后链的不连续复制在生物界是有普遍性的，因而称之为称之为 DNA DNA 的半不连续复制。的半不连续复制。 原核生物与真核生物DNA复制的特点3 3、DNADNA复制的引发与终止复制的引发与终止A

8、 A、旋转酶改变双螺旋的构象，解螺旋酶解开链。、旋转酶改变双螺旋的构象，解螺旋酶解开链。B B、SSB SSB 结合到解开的单链上。结合到解开的单链上。C C、引发体合成、引发体合成 RNA RNA 引物。引物。 D D、DNA DNA 聚合酶聚合酶作用下合成先导链。作用下合成先导链。E E、滞后链开始合成，形成第一个冈崎片段。、滞后链开始合成，形成第一个冈崎片段。F F、复制叉继续前进，前导链连续合成，滞后链上合、复制叉继续前进，前导链连续合成，滞后链上合 成新的成新的 RNA RNA 引物。引物。G G、第二个冈崎片段形成，、第二个冈崎片段形成， DNA DNA 聚合酶聚合酶切去引物，切去

9、引物， 并加上脱氧核苷三磷酸。并加上脱氧核苷三磷酸。H H、间隙被、间隙被 DNA DNA 连接酶封闭。连接酶封闭。 原核生物与真核生物DNA复制的特点4 4、DNADNA聚合酶聚合酶现已发现在大肠杆菌中存在现已发现在大肠杆菌中存在 DNA DNA 聚合酶聚合酶 I I 、 II II 、 III III 原核生物与真核生物DNA复制的特点原核生物与真核生物DNA复制的特点 DNADNA聚合酶聚合酶I I不是复制大肠杆菌染色体不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶，它有的主要聚合酶，它有5353核酸外切酶核酸外切酶活性，活性，保证了保证了DNADNA复制的准确性复制的准确性。它也可用。它也可用来除

10、去冈崎片段来除去冈崎片段55端端RNARNA引物，使冈崎片段引物，使冈崎片段间缺口消失，间缺口消失，保证连接酶将片段连接起来保证连接酶将片段连接起来。原核生物与真核生物DNA复制的特点 DNADNA聚合酶聚合酶IIII的活性很低，若以每分钟的活性很低，若以每分钟酶促核苷酸掺入酶促核苷酸掺入DNADNA的转化率计算，只有的转化率计算，只有DNADNA聚合酶聚合酶I I的的5%5%，所以也不是复制中主要，所以也不是复制中主要的酶。目前认为的酶。目前认为DNADNA聚合酶聚合酶IIII的生理功能主的生理功能主要是起要是起修复修复DNADNA的的作用。作用。原核生物与真核生物DNA复制的特点 DNAD

11、NA聚合酶聚合酶IIIIII包含有包含有7 7种不同的亚单位种不同的亚单位和和9 9个亚基，其生物活性形式为个亚基，其生物活性形式为二聚体二聚体。它。它的的聚合活性较强聚合活性较强，为，为DNADNA聚合酶聚合酶I I的的1515倍，倍，聚合酶聚合酶IIII的的300300倍。它能在引物的倍。它能在引物的3OH3OH上以每分钟约上以每分钟约5 5万个核苷酸的速率延长新生万个核苷酸的速率延长新生的的DNADNA链，是大肠杆菌链，是大肠杆菌DNADNA复制中链延长反复制中链延长反应的应的主导聚合酶主导聚合酶。原核生物与真核生物DNA复制的特点5 5、DNADNA连接酶连接酶连接各冈崎片段，最终形成

12、后随链。连接各冈崎片段，最终形成后随链。原核生物与真核生物DNA复制的特点二、真核生物二、真核生物DNADNA的复制特点的复制特点1 1、原核生物是单复制子，真核生物是多复制、原核生物是单复制子，真核生物是多复制 子（每条染色体上有多个复制起点）子（每条染色体上有多个复制起点）2 2、DNADNA全部复制完毕后才进入第二轮复制，全部复制完毕后才进入第二轮复制， 原核生物在第一轮复制末完就进行第二轮原核生物在第一轮复制末完就进行第二轮 复制。复制。3 3、真核生物、真核生物DNADNA的复制起点被称为自主复制的复制起点被称为自主复制 序列，含有几个复制起始必需的保护区。序列，含有几个复制起始必需

13、的保护区。4 4、真核生物有多种、真核生物有多种DNADNA聚合酶。聚合酶。5 5、端粒的复制。、端粒的复制。原核生物与真核生物DNA复制的特点三、三、DNADNA复制调控复制调控 原核细胞的生长和增殖速度取决于培养条件，但原核细胞的生长和增殖速度取决于培养条件，但在生长、增殖速度不同的细胞中，在生长、增殖速度不同的细胞中， DNA DNA 链延伸的链延伸的速度几乎是恒定的，只是复制叉的数量不同。速度几乎是恒定的，只是复制叉的数量不同。 迅速分裂的细胞具有较多复制叉，而分离缓慢的迅速分裂的细胞具有较多复制叉，而分离缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙。细胞内复制细胞复制叉较少并出现复制的间隙。

14、细胞内复制叉的多少决定了复制起始频率的高低，这可能是叉的多少决定了复制起始频率的高低，这可能是原核细胞复制的调控机制。复制起始频率的直接原核细胞复制的调控机制。复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和调控因子是蛋白质和 RNA RNA 。 原核生物与真核生物DNA复制的特点1 1、大肠杆菌染色体、大肠杆菌染色体 DNA DNA 的复制调控的复制调控 原核生物原核生物 DNA DNA 链的延伸速度是恒定的。与生长、链的延伸速度是恒定的。与生长、增殖相配合协调的增殖相配合协调的 DNA DNA 的合成，主要依靠复制叉的合成，主要依靠复制叉数量的不同。迅速分裂的细胞具有较多的复制叉，数量的不同。迅速分裂

15、的细胞具有较多的复制叉，分裂缓慢的细胞复制较细胞复制叉的多少取决于分裂缓慢的细胞复制较细胞复制叉的多少取决于复制起始的频率，这是原核细胞复制的调控点。复制起始的频率，这是原核细胞复制的调控点。复制子的调控由复制起始因子和起始位点两部分复制子的调控由复制起始因子和起始位点两部分组成。组成。 E.coli E.coli 的起始位点主要是的起始位点主要是 oriC oriC ，与蛋，与蛋白相互作用来启动复制。主要的起始因子有白相互作用来启动复制。主要的起始因子有 dnaA dnaA 、 dnaHdnaH等蛋白质，它们通过与始位点形成等蛋白质，它们通过与始位点形成复合物相互作用，确定复制的起始频率。复

16、合物相互作用，确定复制的起始频率。研究发研究发现：现： dnaA dnaA 对复制起正调控作用。对复制起正调控作用。 原核生物与真核生物DNA复制的特点2 2、ColE1 ColE1 质粒质粒 DNA DNA 的复制的复制 ColE1DNA ColE1DNA 复制不依赖于其本身编码的蛋白质，而复制不依赖于其本身编码的蛋白质，而完全依靠宿主完全依靠宿主 DNA DNA 聚合酶。质粒聚合酶。质粒 DNA DNA 编码两个编码两个负调控因子负调控因子 Rop Rop 蛋白和反义蛋白和反义 RNARNA（ RNA1 RNA1 ），它），它们控制了起始们控制了起始 DNA DNA 复制所必须的引物合成复

17、制所必须的引物合成 . . 细细胞内胞内 RNA1 RNA1 的浓度决定了的浓度决定了 ColE1 ColE1 质粒的复制起始质粒的复制起始频率。频率。 Rop Rop 蛋白能提高蛋白能提高 RNA1 RNA1 与引物前体的相互与引物前体的相互作用，从而加强了作用，从而加强了 RNA1 RNA1 的负调控作用。的负调控作用。 原核生物与真核生物DNA复制的特点3 3、真核细胞、真核细胞 DNA DNA 复制的调控复制的调控 真核细胞中真核细胞中 DNA DNA 复制有三个调控点：复制有三个调控点：细胞生活周期水平的调控：细胞生活周期水平的调控： 也称为限制点调控，即决定细胞停留在也称为限制点调控，即决定细胞停留在 G1 G1 还是进入还是进入 S S 期。许多外部因素和细胞因子参与限期。许多外部因素和细胞因子参与限制点调控。促细胞分裂剂、致癌剂、外科切除、制点调控。促细胞分裂剂、致癌剂、外科切除、细胞质因子等可诱发细胞质因子等可诱发 G1 G1 进入进入 S S 期。期。 染色体水平的调控：染色体水平的调控： 决定不同染色体或同一染色体不同部位的复决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序