SectionEDNA复制

1、SectionEDNA复制第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 复制概况复制概况第三节第三节 DNA复制的酶学复制的酶学 第四节第四节 DNA复制的半不连续性复制的半不连续性第五节第五节 DNA复制的过程复制的过程 DNA复制复制 亲代双链亲代双链DNADNA分子在分子在DNADNA聚合酶的作用下，分别以聚合酶的作用下，分别以 各单链各单链 DNADNA分子为模板，聚合与自身碱基可以互补分子为模板，聚合与自身碱基可以互补 配对的游离的配对的游离的dNTP,dNTP, 合成出两条与亲代合成出两条与亲代DNADNA分子完分子完 全相同的子代全相同的子代DNADNA分子的过程。分子的过程。 复

2、制子（复制子（RepliconReplicon）；又称复制单位）；又称复制单位 或复制元或复制元DNA中含有一定复制起点和复制终点的复制单位中含有一定复制起点和复制终点的复制单位 万万 90万不等万不等Prokaryotic genome: a single circular DNA = a single repliconEukaryotic genome: multiple linear chromosomes & multiple replicons on each chromosome 二、复制起点、方式和方向二、复制起点、方式和方向1、复制起点（、复制起点（origin 复制原

3、点）复制原点） 复制开始处复制开始处DNA分子的特定位置分子的特定位置原核生物（原核生物（Prokaryote）：单复制起点）：单复制起点 即整个染色体只有一个复制单位即整个染色体只有一个复制单位 真核生物（真核生物（Eukaryote） : 多复制起点多复制起点 即一个即一个genome中有多个复制单位中有多个复制单位Replication fork（2） 复制的多模式复制的多模式 单起点、单方向单起点、单方向（原核）（原核）多起点、单方向多起点、单方向（真核）（真核）单起点、双方向（原核）单起点、双方向（原核）多起点、双方向（真核）多起点、双方向（真核）Replication is Sem

4、i conservativeSemi-conservative is accomplished by separation of the strands of a parental duplex, each then acting as a template for synthesis of a complementary strand.半保留复制半保留复制新合成新合成 的链的链Semi-conservative15N labeling experimentunlabeled DNA15N labeled DNA15N labeling experimentunlabeled DNA15N l

5、abeled DNASemi-discontinuous replicationOkazaki fragments解链方向解链方向 半不连续性复制半不连续性复制（复制叉）（复制叉）3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 领头链领头链( leading strand )( leading strand ) 随从链随从链 ( lagging strand )( lagging strand )冈崎片段冈崎片段（Okazaki fragment）n领头链领头链 leading strand leading strand 合成方向与复制叉解链合成方向与复制叉解链方向方向相同相同，并可，并可连续连续合成

6、的子链。合成的子链。n随从链随从链 lagging strand lagging strand 合成方向与复制叉解链合成方向与复制叉解链方向方向相反相反，并且是，并且是不连续不连续合成的子链。合成的子链。 n岡崎片段岡崎片段 okazaki fragment okazaki fragment 在在DNA复制过程复制过程中，中，随从链随从链上上初合成初合成的不连续的的不连续的DNA片段。片段。n半不连续性复制半不连续性复制 在在DNA复制过程中，领头链复制过程中，领头链连续复制而随从链不连续复制。连续复制而随从链不连续复制。 参与参与DNADNA复制的物质及作用复制的物质及作用 RNA prim

7、ingThe first few nucleotides at the 5-end of Okazaki fragments are ribonucleotides. Hence, DNA synthesis is primed by RNA that is then removed before fragments are joined. 解链酶（解链酶（helicasehelicase）作用：利用作用：利用ATPATP供能，解开供能，解开DNADNA双链双链 消耗消耗 2 2 ATPATP/ /解开解开 1 1 bpbp 可随复制叉的伸展向前移动可随复制叉的伸展向前移动拓扑异构酶（拓扑异构

8、酶（topoisomerasetopoisomerase，TopoTopo）TopoTopo：拓扑是指物体或图像作弹性位移而又拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持物体不变的性质保持物体不变的性质作用：作用：松驰松驰DNADNA超螺旋，克服扭结现象超螺旋，克服扭结现象拓扑异构酶（拓扑异构酶（topoisomerasetopoisomerase，TopoTopo）作用：能与作用：能与DNADNA单链可逆的结合，其作用有二单链可逆的结合，其作用有二也称：也称：DNADNA结合蛋白结合蛋白（DNA binding proteinDNA binding protein，DBP)DBP)防止防止DNADN

9、A复性复性防止防止DNADNA单链模板被水解单链模板被水解F模板模板 以以DNADNA单链为模板单链为模板F底物底物 NTPNTP（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP）F按碱基配对原则按碱基配对原则 （A = U G CA = U G C）F按按5 5 3 3 方向方向 作用：复制起始时催化生成作用：复制起始时催化生成RNARNA引物引物本质：本质：是一种是一种RNARNA聚合酶（可以使两个游离的聚合酶（可以使两个游离的NTPNTP聚聚合，此不同于催化转录过程的合，此不同于催化转录过程的RNARNA聚合酶）聚合酶） 555 dTTP33 A T G C A A T T G

10、C 5 | | | |5 T A C G ppi T解链方向解链方向3 5 3 5 3 3 3 领头链领头链( leading strand )( leading strand ) 随从链随从链 ( lagging strand )( lagging strand )冈崎片段（冈崎片段（Okazaki fragmentOkazaki fragment）5 3 5 3 5 3 DNADNA聚合反应（新链生成）的特点聚合反应（新链生成）的特点作用：作用：消耗消耗ATP，将随从链中相邻的两个，将随从链中相邻的两个DNA片段连接片段连接起来起来催化同一模板催化同一模板DNA链上的两个相邻链上的两个相邻

11、DNA片段的片段的3 3端与端与5 5端间形成磷酸二酯键，把相邻的两段端间形成磷酸二酯键，把相邻的两段DNA连成完整的链连成完整的链DNA连接酶连接酶ATPADPHO5POO-O-O353POO-O-O3553DNA replication initiation, unwinding, elongation, termination & segregation第三节第三节 DNADNA复制过程复制过程( (起始、延长、终止）起始、延长、终止）Initiation All the proteins and other factors for its complete replicatio

12、nsoriC contains four 9 bp binding sites for the initiator protein DnaA. Synthesis of DnaA is coupled to growth rate so that initiation of replication is also coupled to growth rate.DnaA forms a complex of 30-40 molecules, facilitating melting of three 13 bp AT-rich repeat sequence for DnaB binding.

13、DnaB is a helicase that use the energy of DNA hydrolysis to further melt the double-stranded DNA .Ssb (single-stranded binding protein) coats the unwinded DNA.DNA primase(引物合成酶）引物合成酶） load to synthesizes a short RNA primer for synthesis of the leading strand.Primosome: （引发体）（引发体）DnaB helicase and DN

14、A primaseDNADNA复制的过程复制的过程解链酶解链酶拓扑异构酶拓扑异构酶SSBSSB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-连接酶连接酶起始起始延长延长终止终止Topo引物酶引物酶 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引发体和引物引发体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。复制起始区域的复合结构称为引发体。 Initiation 解旋酶解旋酶解链酶SSBSSB引发体引发体DNADNA复制的过程复制的过程解链酶解链酶拓扑异构酶拓扑异构酶SSBS

15、SB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-连接酶连接酶起始起始延长延长终止终止 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目目 录录领头链的合成领头链的合成目目 录录领头链的合成领头链的合成目目 录录目目 录录DNA polymerase III holoenzyme: a dimer complex, one half synthesizing the leading strand and the other lagging strand.Having two polymerases in a single

16、complex ensures that both strands are synthesized at the same rateBoth polymerases contain an a a-subunit-polymerasee e-subunit-35 proofreading exonuclease b b-subunit-clamp the polymerase to DNA other subunits are different.ReplisomeReplisome（复制体）（复制体）: in vivo, DNA polymerase holoenzyme dimer, pri

17、mosome (helicase) are physically associated in a large complex to synthesize DNA at a rate of 900 bp/sec.1. Removal of RNA primer, and gap filling with DNA pol I2. Ligation of Okazaki fragments are linked by DNA ligase.Other two enzymes during ElongationElongation: lagging strand replication Polymer

18、ase III holoenzyme(DNA pol III)DNA pol I (53 exonulclease activity)DNA pol I (53 polymerase activity)DNA ligaseTerminationDNADNA复制的过程复制的过程解链酶解链酶拓扑异构酶拓扑异构酶SSBSSB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-连接酶连接酶起始起始延长延长终止终止5 5 5 DNA-pol OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶n终止终止:随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接图12-1

19、4逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式病毒病毒RNARNA-DNA杂交链杂交链逆转录逆转录RNA链分解链分解DNA复制复制单链单链DNA双链双链DNA逆转录过程逆转录过程 滚环复制滚环复制(rolling circle replication)滚环复制和滚环复制和D环复制环复制 是某些低等生物的复制形式，如是某些低等生物的复制形式，如M13噬噬菌体等。菌体等。3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滚环复制滚环复制5 5 3 3 5 A蛋白蛋白 打开缺口打开缺口dNTPDNA-pol D环复制环复制(D-loop replication) 是线粒体是线粒体DNA (mitochon

20、drial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。D环复制的特点是复制起点不在双链环复制的特点是复制起点不在双链DNA同一同一位点，内、外环复制时有时序差别位点，内、外环复制时有时序差别 DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) and Repair遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。改变，均可称为突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNA分子上分子上碱基的改变。碱基的改变。 一

21、、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础二、引发突变的因素二、引发突变的因素1. 物理因素：紫外线物理因素：紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射、各种辐射 UV2. 化学因素化学因素常见的化学诱变剂常见的化学诱变剂化合物类别化合物类别作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羟胺类（羟胺类（NH2OH）T C-

22、T - A - C - G -亚硝酸盐（亚硝酸盐（NO2）C U- G - C - A - T -烷化剂烷化剂如：氮芥类，如：氮芥类，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G三、突变的分子改变类型三、突变的分子改变类型错配错配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)移码移码(frame-shift) DNA分子上的碱基错配称点突变分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。嘧啶或嘧啶变嘌呤。 2. 颠换颠换（一）错配（一）错配镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亚基亚基N-val his leu thr pr