染色体与DNA分子生物学精选课件

1、第二章 染色体与 DNA概述第一节 染色体第二节 DNA的结构第三节 DNA的复制第四节 DNA的修复12022/10/4第二章 染色体与 DNA概述12022/10/2肤色眼皮单双血型基因有遗传效应的DNA片段控制生物性状在染色体上呈线性排列基因的本质2肤色眼皮单双血型基因有遗传效应的DNA片段控制生物性状在染色 是DNA的主要载体，基因是有遗传效应的DNA序列；每个DNA分子含有很多个基因基因是决定生物性状的基本单位；基因在染色体上呈线性排列基因中碱基的排列顺序（或脱氧核苷酸的排列顺序）代表遗传信息；每个基因中含有许多个脱氧核苷酸 DNA（基因）的基本组成单位染色体、DNA、基因、脱氧核苷

2、酸的关系3基因是有遗传效应的DNA序列；每个DNA分子含有很多个基因1.谁生命活动的体现者？2.谁是“幕后导演”？3.为什么自然界选择了DNA（主要）作为遗传物质？4.蛋白质是怎么合成的？场所？5.DNA在细胞中的分布？蛋白质遗传物质（DNA）DNA可以自我复制DNA指导蛋白质的合成；细胞质中的核糖体上主要在细胞核中41.谁生命活动的体现者？蛋白质遗传物质（DNA）DNA可以自DNA主要在细胞核蛋白质的合成在细胞质进行指导通过信使RNA基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。5DNA主要在细胞核蛋白质的合成在细胞质进行指导通过信使RNA1条染色体DNA分子基因脱氧核苷酸1个许多成百上千四者的数

3、量关系61条染色体DNA分子基因脱氧核苷酸1个许多成百上千四者的数量 现代遗传学认为： 基因是具有遗传效应的DNA序列，这些序列是遗传信息的物质载体，可表达为一定的产物（如蛋白质或RNA）,传递着支配生命活动的指令。7 现代遗传学认为：7 DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。 生物界多样性的直接原因是蛋白质的多样性； 生物界多样性的根本原因是核酸序列的多样性。生物界多样性的原因是什么？8 DNA分子的多样性和特异性是生物 生物界多样性的直基因与疾病的关系 人的疾病和基因又有什么关联呢?人生病有各种各样的因素，但不外乎于内因和外因两类。内在的因素最根本的就是基因，现在医学

4、研究表明，所有的疾病或多或少都和基因有一些关联，主要是由于基因的改变、突变和表达的改变造成的。9基因与疾病的关系 人的疾病和基因又有什么关联呢?人生病一般来讲，人体内大约有3-4万个基因，但不是说每个基因都是正常的，有些是有缺陷的，而这些有缺陷的基因往往成为致病基因。目前，一般来说看上去正常的健康人，身上都带有5个至6个隐形致病基因，只不过身体内还有一套正常的基因代替致病基因在起作用，因而致病基因没有表现出来。10一般来讲，人体内大约有3-4万个基因，但不是说每个基因都是正基因通过复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲代相似的性状，储存着生命孕育、生长、凋亡过程的全部信息，通过复制、表达、

5、修复，突变，完成生命繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。生物体的生、长、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。它也是决定生命健康的内在因素。11基因通过复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲代相似的性基因图纸 人体的基因就如同工厂生产零件的图纸，这张图纸出错了，按照图纸生产的零件就可能是个次品甚至是废品。 如果我们的基因图纸一旦发生错误，而按照基因图纸生产的蛋白质或各种酶功能发生改变，依靠这些酶和蛋白质来完成的生理功能出现异常，降低甚至丧失了，导致疾病的发生。 12基因图纸 人体的基因就如同工厂生产零件的图纸，这张生命的奥秘蕴藏于 “四字天书”之中：腺嘌呤：鸟嘌呤：胸腺嘧啶：胞嘧啶A

6、TTAGCCGTAATCCCCGGGGTTTAAA13生命的奥秘蕴藏于 “四字天书”之中：腺嘌呤：鸟嘌呤基因序列差异导致人和人之间的区别1.ATCCTGTACCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCATCTCTATGGG.2.ATCCTGTTCCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCATCTCTATGGG3.ATCCTGTACCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCAGCTCTATGGG.123人与人之间基因序列99.9%相同，0.1%不同14基因序列差异导致人和人之间的区别1.ATCCTGTACCT父母通过基因将特征传递给后代，所以，基因决定着我们的各种特性，如肤色、

7、长相、寿命等，同时也影响着我们的性格、天赋，健康和疾病易感性等。基因决定着我们的各种特性15父母通过基因将特征传递给后代，所以，基因决定着我们的各种特性一、染色体的概述 染色体（chromosome） ：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构。染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。染色体是遗传物质的主要载体亲子代传递量的恒定第一节 染色体162022/10/4一、染色体的概述 染色体（chromosome 不同物种染色体数目存在较大差别，同一物种内每条染色体所带的DNA量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大。如人的X染色体带有1.

8、28亿个核苷酸对，而Y染色体只带有0.19亿个核苷酸对。172022/10/4 不同物种染色体数目存在较大差别，同一1真核生物染色体1、真核细胞结构2、染色体概况 DNA: 27%， 蛋白质: 66%， RNA: 6%每条染色体只有一个DNA分子182022/10/4真核生物染色体1、真核细胞结构182022/10/2非分裂期的染色质在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝 一般说来，染色体只有在细胞有丝分裂过程中，才可在光学显微镜下观察到。192022/10/4非分裂期的染色质在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝 真核细胞染色体的特征：染色体位于细胞核内。在细胞分裂间期，染色体以较细且松散的染色质形式存

9、在，只有在细胞分裂期，才可在光学显微镜下观察到棒状可染色的染色体。在染色体中，DNA与组蛋白和非组蛋白完全融合在一起。202022/10/4 真核细胞染色体的特征：染色体位于细胞核内。在细菌染色体组织 没有明显的核区域，DNA位于拟核中，是一条共价闭合双链DNA分子。212022/10/4细菌染色体组织212022/10/2 原核细胞染色体的特征: 染色体位于类似“核”的结构类核体(拟核）上；染色体很少或没有包裹非组蛋白，不含组蛋白；原核生物中一般只有一条染色体，且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因（如rRNA基因)是以多拷贝形式存在的；整个染色体几乎完全由功能基因和调控序列所组成；几乎每个基

10、因序列都与它所编码的蛋白质呈线性对应。222022/10/4 原核细胞染色体的特征: 染色体位于类似“核”二、真核细胞染色体的组成染色体的特征：（1）分子结构相对稳定；（2）能够自我复制，使亲子代间保持连续性；（3）能够指导蛋白质合成，控制整个生命过程；（4）能够产生可遗传的变异。232022/10/4二、真核细胞染色体的组成染色体的特征：232022/10/2组蛋白残基数分子量（kD）%精%赖种类H121523.0129连接蛋白H2A12914.0911核心蛋白H2B12513.8616核心蛋白H313515.31310核心蛋白H410211.31411核心蛋白 染色体上的蛋白质主要包括组蛋

11、白和非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体，是一类小的碱性蛋白。1、蛋白质242022/10/4组蛋白残基数分子量（kD）%精%赖种类H121523.012组蛋白的特征：1、进化上的极端保守（如H3、H4）；2、无组织特异性；3、肽链上氨基酸分布的不对称性（赖氨酸、精氨酸含量丰富）碱性氨基酸主要分布在氨基端；4、组蛋白的修饰作用（甲基化、乙酰化、磷酸化）；5、富含赖氨酸的组蛋白H5（H5的磷酸化可能在染色质的失活过程中起重要作用）。-鸟类、鱼类和两栖类红细胞252022/10/4组蛋白的特征：252022/10/2哺乳动物两栖动物鸟类昆虫线虫霉菌酵母细菌支原体 各个种类生物的

12、最小基因组与其复杂性正相关。2、DNA262022/10/4哺乳动物 各个种类生物的最小基因组与其复杂性正相开花植物鸟类哺乳动物爬行动物两栖类硬骨鱼软骨鱼棘皮动物甲壳类昆虫软体动物线虫霉菌藻类真菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌支原体各物种基因组大小比较 C-值（C-value）:一种生物单倍体基因组DNA的总量，用基因组的碱基对表示。 C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性，某些低等生物却具有较大的C值。272022/10/4开花植物线虫各物种基因组大小比较 C-值（C-v （1）、不重复序列（单一拷贝序列）在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列

13、。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。结构基因大多数属于不重复序列。 （2）、中度重复序列每个基因组中10104个拷贝。平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。可能在基因调控中起重要作用。常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。大多数高等生物的基因组都有10%40%的中度重复序列。rRNA、tRNA基因、组蛋白基因。真核细胞DNA的种类:282022/10/4 （1）、不重复序列（单一拷贝序列）在单倍体基因(3)、高度重复序列卫星DNA（satellite DNA） 重复104次以上，只存在于真核生物中，占基因组的10%60%，由610个碱基组成。

14、卫星DNA均位于染色体的着丝粒。292022/10/4(3)、高度重复序列卫星DNA（satellite DN3、染色质和核小体 染色质：是由许多核小体连成的念珠状结构。实验证据： 1）染色质中，H2A、H2B、H3、H4的数量大致相等，而H1的数量不超过它们的一半； 2）组蛋白组成直径约10nm的颗粒，由裸露的DNA连接； 3）DNA位于核小体的外侧；4）用小球菌核酸酶处理染色质，得到的DNA片段为200bp的整数倍；染 色 质小球菌核酸酶处理染色质302022/10/43、染色质和核小体 染色质：是由许多核小体连成的念 核小体是组成染色质的重复单位，每个核小体由约200（160250）bp

15、的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2个，以及一个H1组成。核小体中组蛋白聚合体组成312022/10/4 核小体是组成染色质的重复单位，每个核小体由约1）核心颗粒结构： 单个核小体继续消化可以把DNA进一步剪短，释放出H1；剩余的颗粒称为核心颗粒，由H2A、H2B、H3、H4组成；结合在核心颗粒而不被降解的DNA称为核心DNA（core DNA）；重复单位中除核心DNA以外的其它DNA称为连接DNA（linker DNA）。322022/10/41）核心颗粒结构：322022/10/22）组蛋白H1 DNA进入和离开组蛋白聚合体的位置十分接近，进出两端与H1结合形成。如没有H1，则DNA

16、进入和离开核心颗粒的位置是随机的。332022/10/42）组蛋白H1332022/10/2由核小体串联形成的10 nm 纤丝30 nm 纤丝3）、染色质的存在形式：342022/10/4由核小体串联形成的10 nm 纤丝30 nm 纤丝3）、染色 30 nm 纤丝由10 nm 纤维卷曲绕成圆筒形线圈，每圈约6个核小体，螺距11 nm（核小体直径）。这一结构需要H1 稳定。30 nm 纤丝的包装比为40 。352022/10/4 30 nm 纤丝由10 nm 纤维卷曲绕成圆 DNA和组蛋白构成核小体，核小体再绕成一个中空的螺线管状结构，这种螺线管状结构（有的部分就是珠状核小体结构）就成为染色质

17、丝。染色质丝再与许多非组蛋白结合形成染色体结构。染色体的包装过程DNA核小体7倍30 nm 纤丝6倍67nm10nm 每圈6个核小体中期染色质40倍5 倍染色体单体200 bp DNA362022/10/4 DNA和组蛋白构成核小体，核小体再绕成一个中真核生物基因组的结构特点：1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构。372022/10/4真核生物基因组的结构特点：1、基因组庞大；372022/10DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体

18、间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)和串联重复序列多态性(tandem repeats polymorphism)两类。382022/10/4DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列三、原核生物基因组及其特点1、原核生物的遗传物质 原核生物的遗传物质DNA只以裸露的核酸分子存在，且与少量的非组蛋白结合，但不形成染色体结构，习惯上把原核生物的核酸分子也称为染色体。392022/10/4三、原核生物基因组及其特点1、原核生物的遗传物质3920222、原核生物基因组的特点（1）结构简练 其DNA分子绝

19、大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是连续的；（2）存在转录单元 功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；（3）重叠基因和基因内基因 即同一段DNA序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。402022/10/42、原核生物基因组的特点402022/10/2核苷酸结构第二节 DNA的结构412022/10/4核苷酸结构第二节 DNA的结构412022/10/21、DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。422022/10/41、DNA的一级结构：是指4种核苷酸的

20、排列顺序，表示了该DN一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。1、核苷酸的连接方式： 3, 5磷酸二酯键2、核酸的基本结构形式：多核苷酸链信息量：4n末端： 5 端、 3端多核苷酸链的方向： 5端3端(由左至右)3、表示方法：结构式、线条式、文字缩写432022/10/4一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸的排DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸即：脱氧腺嘌呤核苷酸、脱氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸，通过3，5-磷酸二酯键连接起来的直线形或者环形多聚体。DNA的一级结构强调的是DNA分子中核苷酸

21、的碱基序列，DNA的碱基序列本身就是生命遗传信息的贮存形式。生物界物种的多样性取决于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合。442022/10/4DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核442022/1DNA分子的连接键3，5-磷酸二酯键一分子核苷酸的3-位羟基与另一分子核苷酸的5-位磷酸基通过脱水可形成3,5-磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。 452022/10/4DNA分子的连接键3，5-磷酸二酯键一分452022/462022/10/4462022/10/2534521核酸就是由许多核苷酸单位通过3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。核酸是具有方向性的

22、长链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为5-端，另一端称为3-端。472022/10/4534521核酸就是由许多核苷酸单位通过3,5482022/10/4482022/10/22、 DNA的二级结构：是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。DNA的二级结构右手螺旋左手螺旋A-DNAB-DNAZ-DNA492022/10/42、 DNA的二级结构：是指两条多核苷酸链反DNA的二级结构（一）DNA的二级结构（secondary structure）1、碱基组成规则(Chargaff规则)A=T，G=C； A+G=T+C(嘌呤与嘧啶的总数相等有种属特异性无组织、器官特异性不受年龄、营养、

23、性别及其他环境等影响 502022/10/4（一）DNA的二级结构（secondary structurJames Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA DNA双螺旋结构(double helix structure)是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。此项发现被誉为20世纪最伟大的自然科学发现之一，DNA双螺旋结构模型的建立为分子生物学的发展奠定了基础，对现代生命科学的发展同样产生深远的影响。512

24、022/10/4James Watson (L) and Francis CDNA分子由两条DNA单链组成DNA的双螺旋结构是分子中两条DNA单链之间基团相互识别和作用的结果。双螺旋结构是DNA二级结构的最基本形式。DNA双螺旋结构的特点double helix model522022/10/4DNA分子由两条DNA单链组成DNA双螺旋结构的特点doDNA双螺旋结构的要点（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5端3端，而另一条链的方向为3端5端。532022/10/4DNA双

25、螺旋结构的要点（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷（2）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90角。542022/10/4（2）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋（3）螺旋横截面的直径约为2nm，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34 nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈的高度）为3.4 nm。552022/10/4（3）螺旋横截面的直径约为2nm，每条链相邻两个碱基平面之间（4）维持两条DNA链相互结合的力是链间碱基对形成的氢键。碱基结合具有严格的配对规律:A与T结合，G与C

26、结合，这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。在DNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等562022/10/4（4）维持两条DNA链相互结合的力是链间碱基对形成的氢键。碱572022/10/4572022/10/2（5）螺旋表面形成大沟及小沟，彼此相间排列。小沟较浅；大沟较深，是蛋白质识别DNA碱基序列的基础。（6）氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。582022/10/4（5）螺旋表面形成大沟及小沟，彼此相间排列。小沟较浅；大沟较3、其他螺旋形式 Z-DNA（左手双螺旋） A-DNA592022/10/43、其他螺旋形式 Z-DN

27、A（左手双螺旋）592022/10DNA双螺旋结构的多态性602022/10/4DNA双螺旋结构的多态性602022/10/2 B-DNA（含水量92%）脱水后变形为A-DNA（含水75%），相邻磷酸间距缩小，每匝增为11 bp。总体变得宽而短；大沟变细、加深；小沟变得宽而浅。A-DNA 通常DNA在细胞中以B-DNA形式存在，但可能发生改变；DNA-RNA杂交分子, RNA-RNA都呈A型。612022/10/4 B-DNA（含水量92%）脱水后变形为A-DZ-DNA与B-DNA的比较 最大区别：Z-DNA为左旋！由部分碱基平面反转所致。 螺距4.5 nm，每对碱基上升0.37 nm，每匝1

28、2 bp。主链变的不平滑，从之字形。Z-DNA Z-DNA在邻近调控系统，抑制转录；在远离调控区，激活转录的起始。所以， Z-DNA可能与基因的调控有关。622022/10/4Z-DNA与B-DNA的比较Z-DNA Z-DNADNA BDNA ZDNA螺旋方向右右左每匝碱基数111012每碱基对上升距离0.26 nm0.34 nm0.37 nm螺距2.8 nm3.4 nm4.5 nm每碱基对在螺旋中旋转角度3336-60总尺寸短而宽较长而细长而细大沟细而深宽而中等深平伏于螺旋表面小沟宽而浅窄而中等深很窄很深三种DNA结构特性比较632022/10/4ADNA BDNA ZDNA螺旋方向3、DN

29、A的高级结构 DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。 1965 年首次发现绝大多数的原核生物DNA为共价闭合环状DNA（covalently closed circle，cccDNA），经进一步螺旋化，成为超螺旋结构。之后发现，几乎所有的DNA分子，包括线形分子，具超螺旋结构。642022/10/43、DNA的高级结构 DNA的高级结构是指DNA 正超螺旋（positive supercoil）：由于双链紧缠而引起的超螺旋。 负超螺旋（negaive supercoil）：由于双链松缠而引起的超螺旋。两种超螺旋的自由能均高于松弛状态。天然原核生物DNA都呈负超螺旋

30、；在体外可形成正超螺旋，如加入溴乙锭，可引入正超螺旋。DNA的几种超螺旋的状态：652022/10/4 正超螺旋（positive supercoi紧缠而引起正超螺旋右手螺旋的DNA顺时针方向旋转自由末端逆时针方向旋转自由末端松缠而引起负超螺旋逆时针方向旋转松缠而引起负超螺旋紧缠而引起正超螺旋顺时针方向旋转662022/10/4紧缠而引起正超螺旋右手螺旋的DNA顺时针方向旋转自由末端逆时质粒的松弛状态和超螺旋状态超螺旋分子的电泳迁移速率提高超螺旋对分子迁移的影响672022/10/4质粒的松弛状态和超螺旋分子的电泳超螺旋对分子迁移的影响672一、复制的概貌DNA复制的半保留性三种可能的方式：全

31、保留复制（conservative replication）半保留复制（semiconservative replication）弥散复制（dispersive replication）第三节 DNA的复制682022/10/4一、复制的概貌DNA复制的半保留性三种可能的方式：第三节 母链中的全部置换为 15N，然后让E. coli在仅含有 14N的培养基上进行复制。半保留复制：每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条则是新合成的，这种复制方式称为DNA的半保留复制（semiconservative replication)。692022/10/4 母链中的全部置换为 15N，然后让E. c

32、ol复制原点（origin）:DNA分子复制的特定起点。复制方向可以是单向或者双向二、复制的起点、方向和速度 对一个生物体而言，复制的起点是固定的，复制叉移动的方向和速度以双向等速为主。702022/10/4复制原点（origin）:复制方向可以是单向或者双向二、复制复制叉（replication fork）:正在进行复制的复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。复制眼（replication eye）:DNA复制的部分看上去象一只眼睛，称为复制眼。复制子（replicon）：生物体的复制单位称为复制子。712022/10/4复制叉（replication fork）:复制眼（repl三、DNA复

33、制的几种方式1、线性DNA双链的复制 所有已知的核酸聚合酶，无论是DNA聚合酶还是RNA聚合酶都只从5端向3 端移动，新链的合成方向与聚合酶移动方向一致，即是5 3 ； DNA的合成必需一段引物的存在，体内DNA复制时，由一段RNA引物起始DNA合成，起始后RNA引物必须切除。722022/10/4三、DNA复制的几种方式1、线性DNA双链的复制 2、环状DNA双链的复制（1） 型复制体如，大肠肝菌质粒DNA的复制。732022/10/42、环状DNA双链的复制（1） 型复制体如，大肠肝菌质粒D（2）滚环型复制如：X174（弗爱 器）在原点割切；共价延伸；切下被替换的单链。（3）D-环形742

34、022/10/4（2）滚环型复制在原点割切；（3）D-环形742022/10四、原核生物和真核生物DNA复制的特点1、大肠杆菌DNA复制原核生物每个DNA 分子只有一个复制原点。复制原点序列特征4个9 bp重复序列，3个13 bp重复序列，都富含A-T对。752022/10/4四、原核生物和真核生物DNA复制的特点1、大肠杆菌DNA复制（1）DNA双螺旋的解旋 DNA的解链过程，首先在拓扑异构酶I的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。一旦局部解开双链，就必须有单链结合蛋白(SSB)来稳定解开的单链，以保证核苷酸局部不会恢复成双链。接着由引发酶等组成的引发体迅速作用于两

35、条单链DNA上。762022/10/4（1）DNA双螺旋的解旋 DNA的解链过程，首a、DNA解链酶 DNA解链酶能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。 大部分解链酶沿后随链模板的53 方向并随着复制叉的前进而移动；772022/10/4a、DNA解链酶 DNA解链酶能通过水b、单链结合蛋白 SSB以四聚体的形式结合在单链DNA的复制叉处，其作用是保证被解链酶解开的单链在复制完成前保持单链结构。 SSB与DNA的结合能力在原核生物中表现协同效应，而在真核生物中则不表现协同效应。782022/10/4b、单链结合蛋白 SSB以四聚体的形式结c、DNA拓扑异构酶 天然状态下，DNA以负超螺旋的

36、形式存在，易形成部分单链结构，利于DNA与蛋白质的结合。 在DNA复制过程中形成正超螺旋，拓扑异构酶能够消除解链造成正超螺旋的堆积，消除阻碍解链进行的压力，使复制继续进行.792022/10/4c、DNA拓扑异构酶 天然状态下，DNA（2）、DNA复制的引发 DNA 复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3，端开始合成新的DNA链。 后随链的引发过程由引发体来完成，引发体由6种蛋白质n、n、 n ”、DnaB、C和I共同组成，6种蛋白质合在一起形成引发前体，引发前体与引发酶进一步组装成引发体才能发挥其功效。802022/10/4（2）、DNA

37、复制的引发 DNA 复制时，往往先由 引发酶是dnaG基因的产物，是在特定条件下发挥作用的RNA聚合酶，仅用于合成DNA复制所需的一小段RNA。 DNA聚合酶在RNA引物的3末端继续合成DNA链，一直至下一个引物或冈崎片段。由RNase H降解RNA引物并由DNA聚合酶将缺口补齐，再由DNA连接酶将两个冈崎片段连接在一起形成大分子DNA。812022/10/4 引发酶是dnaG基因的产物，是在特定条件下两股新合成链都是按53方向合成。（3）冈崎片段与半不连续复制822022/10/4两股新合成链都是按53方向合成。（3）冈崎片段与半不连前导链（leading strand）：随着亲本双链体的解

38、开而连续进行复制的链，称为前导链；后随链（lagging strand）：一段亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向、按照5 3方向合成一系列短DNA片段，然后再将它们连接成完整的链，称为后随链。后随链不连续合成形成的短DNA片段，称为冈崎片段（Okazaki fragment）。832022/10/4前导链（leading strand）：随着亲本双链体的解开冈崎片段的连接DNA Pol I，ligase842022/10/4冈崎片段的连接DNA Pol I，ligase842022/(4)、DNA复制的终止大肠杆菌DNA复制的终止 当复制叉遇到约22个碱基的重复性终止子序

39、列（Ter)时，Tus-Ter复合物能使DnaB不再将DNA解链，阻挡复制叉的继续前移，等到相反方向的复制叉达到后停止复制。852022/10/4(4)、DNA复制的终止大肠杆菌DNA复制的终止 （5）、DNA聚合酶DNA聚合酶 Iklenow片段（ 2/3的C端）DNA聚合酶活性3-5核酸外切酶活性N端： 5-3核酸外切酶活性切除嘧啶二聚体除去RNA引物862022/10/4（5）、DNA聚合酶DNA聚合酶 Iklenow片段（ 2/ DNA聚合酶 II（DNA Polymerase II, Pol II）具DNA聚合酶活性，但活力很低；具3-5核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主要生理功能

40、是修复DNA。 DNA聚合酶 III（DNA Polymerase III, Pol III）具DNA聚合酶活性，活力较强；具3-5核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。DNA聚合酶和主要在SOS修复过程中发挥作用。872022/10/4 DNA聚合酶 II（DNA Polymerase II,大肠杆菌DNA聚合酶 I、II 和 III 的性质比较性质聚合酶I聚合酶II聚合酶III3-5 外切5-3外切新生链合成生物学活性10.0515882022/10/4大肠杆菌DNA聚合酶 I、II 和 III 的性质比较性质聚1、 含多个复制原点，即含多个复制子2

41、、一般为双向移动3、各个复制子在完全完成复制之前，起始点上DNA的复制不能再开始。复制特点：2、真核生物DNA的复制892022/10/41、 含多个复制原点，即含多个复制子复制特点：2、真核生物D4、真核生物的复制子相对较小，其长度为40100 kb 自主性复制序列（autonomous replication sequence, ARS）：真核生物DNA的复制起始位点。 ARS的特点：具有一个A区，该区含有11个A-T碱基对的保守序列。 真核生物DNA复制的起始需要起始点识别复合物（ origin recognition complex, ORC)结合于ARS，ORC是由6种蛋白质组成的启

42、动复合物。902022/10/44、真核生物的复制子相对较小，其长度为40100 kb 自5、复制原点的平均距离（复制子平均大小）同一基因组内的差异很大。 Yeast / fly: 40 kb; animal: 100 kb6、复制平均速度：2,000 bp/min ( 对比E. coli: 50,000 bp/min )，还不到大肠肝菌的1/20。7、在任意时刻，通常只有少数（ 15% ）复制子工作，只有一部分用于起始复制，另有一部分有时使用。 复制子的长度不是固定不变的。912022/10/45、复制原点的平均距离（复制子平均大小）同一基因组内的差异很真核生物DNA聚合酶的比较性质DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶亚基数41223 1在细胞内分布核内核内线粒体