第03章DNA的复制课件

DNA的复制第三章1/5/20231

DNA的复制第三章12/11/20221第一节DNA复制的基本过程和共同特点第二节原核生物DNA的复制第三节真核生物DNA的复制第四节某些病毒DNA的复制1/5/20232第一节DNA复制的基本过程和共同特点12/11/2022DNARibosometRNArRNAmRNAProtein中心法则（CentalDogma）1/5/20233DNARibosometRNArRNAmRNAProteinDNA的生物合成——复制（Replication）RNA的生物合成——转录(transcription)蛋白质的生物合成——翻译(Translation)中心法则（CentalDogma）1/5/20234DNA的生物合成——复制（Replication）中心法则1遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA分子复制亲代DNA子代DNA1/5/20235遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA分子复制亲代DNA子代D第一节DNA复制的基本过程和共同特点一、DNA复制需要的酶及其化学反应特点二、DNA复制的基本过程三、DNA复制的保真性1/5/20236第一节DNA复制的基本过程和共同特点一、DNA复制需要的酶一、DNA复制需要的酶及其化学反应特点复制需要的材料

●亲代DNA模板

●

4种脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）

●

多种酶和蛋白因子复制的化学反应(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi1/5/20237一、DNA复制需要的酶及其化学反应特点复制需要的材料复制的化二、DNA复制的基本过程

复制起点（originofreplication）

一个或多个位富含AT的短重复序列

复制叉（replicationfork）

复制起点解链后形成的叉状结构（一）DNA复制的起始

1/5/20238二、DNA复制的基本过程（一）DNA复制的起始12/11（二）DNA链的延伸过程复制起始位点识别

↓DNA双链解链

↓RNA引物合成1/5/20239（二）DNA链的延伸过程复制起始位点识别双向复制（bidirectionalreplication）DNA复制分别向相反的方向进行引发体（primosome）由多种酶和蛋白质分子组成=引发前体+引物酶前导链(leadingstrand)能连续合成DNA复制相关概念（1）1/5/202310双向复制（bidirectionalreplication

分段合成（不连续合成）半不连续复制一条链（前导链）连续合成，另一条链（随后链）不连续合成随后链（laggingstrand）冈崎片段（Okazakifragment）随后链的合成方向与复制叉移动方向相反，先合成许多不连续片段，称冈崎片段DNA复制相关概念（2）1/5/202311分段合成（不连续合成）半不连续复制一条链（前导链）连续合（三）复制的终止

●

RNA引物去除

●

冈崎片段连接

●

在特殊的终止结构区域停止

1/5/202312（三）复制的终止●RNA引物去除12/1三、DNA复制的保真性

●

DNA聚合酶对碱基配对的选择作用,保证严格的碱基配对规律

●DNA聚合酶对模板的识别作用

●DNA聚合酶3‘→5’外切活性的校正作用，复制出错时有即时的纠错功能1/5/202313三、DNA复制的保真性●DNA聚合酶对碱基配对的选择作用第二节原核生物DNA的复制一、复制过程的主要特点二、大肠杆菌DNA聚合酶三、大肠杆菌基因组DNA复制的起点、方向和方式四、原核基因组DNA复制的典型模式五、原核生物DNA复制的调节

1/5/202314第二节原核生物DNA的复制一、复制过程的主要特点12/

●只有一个复制起点

●从起点向两个相反方向复制

●复制的速度快，大约每秒延伸500bp

●

RNA引物和冈崎片段均较长

●

可以连续发动复制

一、复制过程的主要特点1/5/202315●只有一个复制起点一、复制过程的主要特点12/1二、大肠杆菌DNA聚合酶

εεθθββττββψψχχγγδδδ’δ’1958年，Kornberg在E.coli中发现1/5/202316二、大肠杆菌DNA聚合酶

εεθθββττββψψχχγ原核生物的DNA聚合酶特性DNA-polIDNA-polIIDNA-polIII5’3’聚合酶活性5’3’外切酶活性3’5’外切酶活性相对分子量（103）++--+++++10990>60040017-10010-20核苷酸数/酶分子.分钟6003030,000细胞内分子数缺口平移活性+--对dNTP亲和力低低高功能修复去除引物填补空缺修复复制1/5/202317原核生物的DNA聚合酶特性DNA-polIDNA-pol原核生物DNA聚合酶比较

亚基数目3′→5′外切酶活性5′→3′外切酶活性功能DNA聚合酶Ⅰ1++切除引物修复DNA聚合酶Ⅱ1+-修复DNA聚合酶Ⅲ≥10+-复制1/5/202318原核生物DNA聚合酶比较

亚基数目3′→5′外切酶活性5′名

称功能DnaA蛋白

辨认起始点DnaB蛋白（解螺旋酶）解开DNA双链

DnaC蛋白

协助解螺旋酶DnaG蛋白（引物酶）催化RNA引物生成SSB

稳定解开的单链DNA参与大肠杆菌DNA复制起始的主要蛋白分子

1/5/202319名

称功能DnaA蛋白

辨认起始点DnaB蛋白（解螺三、原核生物基因组DNA复制的起点、方向和方式

1.复制起点

●复制起点控制复制起始●只有一个复制起点2.复制方向●多数双向3.复制方式●θ型θ型复制1/5/202320三、原核生物基因组DNA复制的起点、方向和方式1.复制起原核生物基因组DNA复制的起始复合体1/5/202321原核生物基因组DNA复制的起始复合体12/11/202221一个起点，两个复制叉，双向复制DNA双向复制1/5/202322一个起点，两个复制叉，双向复制DNA双向复制12/11/20四、原核基因组DNA复制的典型模式1.θ型复制2．滚环复制或σ型复制3．成环滚动复制1/5/202323四、原核基因组DNA复制的典型模式1.θ型复制12/11/五、原核生物DNA复制的调节

生长条件好

↓合成代谢活跃复制起始因子的浓度快速积累

↓发动连续复制

↓高复制起始频率（1）复制起始频率1/5/202324五、原核生物DNA复制的调节（1）复制起始频率12/11/（2）保证复制频率与细胞分裂周期相适应的机制

甲基化抑制因子抑制子代DNA甲基化

↓

←细胞周期完成抑制因子脱离

↓GATC序列中的A甲基化

↓复制起点激活1/5/202325（2）保证复制频率与细胞分裂周期相适应的机制

甲基第三节真核生物DNA的复制

一、真核生物染色体DNA复制的共同特点二、真核生物染色体DNA复制过程三、线粒体DNA的复制四、真核生物DNA复制的调控1/5/202326第三节真核生物DNA的复制

一、真核生物染色体DNA复制的一、真核生物染色体DNA复制的共同特点●复制速度慢●

多点复制

●

RNA引物及冈崎片段的长度均小于原核生物

●组蛋白的合成在细胞周期的S期与DNA复制同步●复制完成以前不会发动新一轮复制1/5/202327一、真核生物染色体DNA复制的共同特点●复制速度慢12/11二、真核生物染色体DNA复制过程（一）真核生物DNA复制的DNA聚合酶与辅助因子1/5/202328二、真核生物染色体DNA复制过程（一）真核生物DNA复制的

亚基数目3´→5´外切酶活性5´→3´外切酶活性功能DNA聚合酶α4--引物合成DNA聚合酶β1--修复DNA聚合酶γ2+-线粒体DNA复制DNA聚合酶δ2+-核DNA复制DNA聚合酶ε5+-填补缺口、修复真核生物DNA聚合酶1/5/202329

亚基数目3´→5´外切酶活性5´→3´外切酶活性功能DNA名称结构特点活性在DNA复制中的作用PCNA

DNA聚合酶δ的辅助蛋白PCNA沿DNA滑动，使聚合酶δ不会从DNA上滑落RF-C

5个亚基

负责将PCNA套在DNA上RF-A

单链DNA结合蛋白维持DNA局部单链结构RNaseH1

核酸酶切除RNA引物，但在冈崎片段上保留一个核糖核苷酸FEN1

核酸内切酶切除冈崎片段上保留的一个核糖核苷酸真核生物DNA复制的辅助因子1/5/202330名称结构活性在DNA复制中的作用PCNA

DNA聚合酶δ的辅（二）真核生物DNA复制的起始和终止

●

与原核生物基本相似

●起始与终止了解较少1/5/202331（二）真核生物DNA复制的起始和终止12/11/2022（三）端粒结构和端粒酶在真核生物基因组

复制过程中的作用是位于真核生物染色体末端的、由DNA和蛋白质组成的一膨出结构。端粒DNA由短的高度重复序列组成，不同生物的重复序列不同端粒（telomere）端粒酶（telomerase）为反转录酶，由蛋白质和RNA共同组成，能以自身的RNA为模板反复延伸端粒的重复序列1/5/202332（三）端粒结构和端粒酶在真核生物基因组

复制端粒酶延伸的端粒序列1/5/202333端粒酶延伸的端粒序列12/11/202233（四）复制过程中核小体的装配1/5/202334（四）复制过程中核小体的装配12/11/202234三、线粒体DNA的复制线粒体DNA的D环复制1/5/202335三、线粒体DNA的复制线粒体DNA的D环复制12/11/20四、真核生物DNA复制的调控

1.细胞周期过程中的调控复制许可因子保证一个细胞周期内只进行一次基因组复制2.染色体水平的调控不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按先后顺序在S期的不同时间复制时间起始复制，其控制因素尚不清楚对复制的起始，包括复制起始复合物的形成和RNA引物的合成进行调控3.复制子水平的调控1/5/202336四、真核生物DNA复制的调控1.细胞周期过程第四节某些病毒DNA的复制

一、腺病毒DNA的复制二、逆转录病毒基因组的复制三、单链RNA病毒基因组的复制四、乙型肝炎病毒基因组复制1/5/202337第四节某些病毒DNA的复制一、腺病毒DNA的复制12/一、腺病毒DNA的复制腺病毒基因组结构

双链线性DNA两端有反向末端重复序列（invertedterminalrepeat，ITR）复制

需要6种蛋白

病毒基因编码：DNA结合蛋白，前末端蛋白，

DNA聚合酶pol宿主细胞提供：核因子I，II，III

1/5/202338一、腺病毒DNA的复制腺病毒基因组结构12/11/2022复制过程核因子I、III、DNA结合蛋白结合到复制起点

↓前末端蛋白（pTP）和聚合酶Pol形成的复合物与DNA结合

↓pTP上的dCMP-OH为引物起始DNA链的复制↓聚合酶Pol与pTP解离后结合到DBP分子上↓

pTP经过修饰变成TP留在新合成链的5'端1/5/202339复制过程12/11/202239二、逆转录病毒基因组的复制

结构特点

两端有长末端重复序列（LTR），在LTR中有转录和复制的起始信号及引物的结合位点1/5/202340二、逆转录病毒基因组的复制

结构特点12/11/202240复制过程正链RNA病毒

↓入侵细胞↓病毒的反转录酶将它反转录成DNA（原病毒）↓宿主细胞的转录酶转录出RNA（以原病毒DNA为模板）

1/5/202341复制过程12/11/202241三、单链RNA病毒基因组的复制结构特点

基因组较小只编码A蛋白、外壳蛋白和复制酶等分类

正链单链RNA病毒负链单链RNA病毒

1/5/202342三、单链RNA病毒基因组的复制结构特点12/11/20224复制特点★复制正链：只需要复制酶★复制负链：以正链为模板，需要复制酶和宿主核糖体蛋白S1、延伸因子EF-Tu和延伸因子EF-Ts结合成全酶。★复制酶全酶对负链的亲和力大于对正链的亲和力，得到的正链总比负链多★正、负链只在复制酶工作的位置上结成双链1/5/202343复制特点12/11/202243四、乙型肝炎病毒基因组复制

基因组结构特点

双链DNA负链DNA为长链，呈环状但不闭合正链是短链，长短不一

1/5/202344四、乙型肝炎病毒基因组复制

基因组结构特点12/11/202复制的特点病毒侵入细胞延伸正链DNA到全长，成为双链DNA↓以负链DNA为模板，转录出正链RNA↓以正链RNA为模板，反转录出负链DNA↓以负链DNA为模板，合成正链DNA↓正链DNA将负链DNA桥联成环1/5/202345复制的特点12/11/20224546写在最后成功的基础在于好的学习习惯Thefoundationofsuccessliesingoodhabits46写在最后成功的基础在于好的学习习惯谢谢大家荣幸这一路，与你同行It'SAnHonorToWalkWithYouAllTheWay讲师：XXXXXXXX年XX月XX日

谢谢大家讲师：XXXXXX

DNA的复制第三章1/5/202348

DNA的复制第三章12/11/20221第一节DNA复制的基本过程和共同特点第二节原核生物DNA的复制第三节真核生物DNA的复制第四节某些病毒DNA的复制1/5/202349第一节DNA复制的基本过程和共同特点12/11/2022DNARibosometRNArRNAmRNAProtein中心法则（CentalDogma）1/5/202350DNARibosometRNArRNAmRNAProteinDNA的生物合成——复制（Replication）RNA的生物合成——转录(transcription)蛋白质的生物合成——翻译(Translation)中心法则（CentalDogma）1/5/202351DNA的生物合成——复制（Replication）中心法则1遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA分子复制亲代DNA子代DNA1/5/202352遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA分子复制亲代DNA子代D第一节DNA复制的基本过程和共同特点一、DNA复制需要的酶及其化学反应特点二、DNA复制的基本过程三、DNA复制的保真性1/5/202353第一节DNA复制的基本过程和共同特点一、DNA复制需要的酶一、DNA复制需要的酶及其化学反应特点复制需要的材料

●亲代DNA模板

●

4种脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）

●

多种酶和蛋白因子复制的化学反应(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi1/5/202354一、DNA复制需要的酶及其化学反应特点复制需要的材料复制的化二、DNA复制的基本过程

复制起点（originofreplication）

一个或多个位富含AT的短重复序列

复制叉（replicationfork）

复制起点解链后形成的叉状结构（一）DNA复制的起始

1/5/202355二、DNA复制的基本过程（一）DNA复制的起始12/11（二）DNA链的延伸过程复制起始位点识别

↓DNA双链解链

↓RNA引物合成1/5/202356（二）DNA链的延伸过程复制起始位点识别双向复制（bidirectionalreplication）DNA复制分别向相反的方向进行引发体（primosome）由多种酶和蛋白质分子组成=引发前体+引物酶前导链(leadingstrand)能连续合成DNA复制相关概念（1）1/5/202357双向复制（bidirectionalreplication

分段合成（不连续合成）半不连续复制一条链（前导链）连续合成，另一条链（随后链）不连续合成随后链（laggingstrand）冈崎片段（Okazakifragment）随后链的合成方向与复制叉移动方向相反，先合成许多不连续片段，称冈崎片段DNA复制相关概念（2）1/5/202358分段合成（不连续合成）半不连续复制一条链（前导链）连续合（三）复制的终止

●

RNA引物去除

●

冈崎片段连接

●

在特殊的终止结构区域停止

1/5/202359（三）复制的终止●RNA引物去除12/1三、DNA复制的保真性

●

DNA聚合酶对碱基配对的选择作用,保证严格的碱基配对规律

●DNA聚合酶对模板的识别作用

●DNA聚合酶3‘→5’外切活性的校正作用，复制出错时有即时的纠错功能1/5/202360三、DNA复制的保真性●DNA聚合酶对碱基配对的选择作用第二节原核生物DNA的复制一、复制过程的主要特点二、大肠杆菌DNA聚合酶三、大肠杆菌基因组DNA复制的起点、方向和方式四、原核基因组DNA复制的典型模式五、原核生物DNA复制的调节

1/5/202361第二节原核生物DNA的复制一、复制过程的主要特点12/

●只有一个复制起点

●从起点向两个相反方向复制

●复制的速度快，大约每秒延伸500bp

●

RNA引物和冈崎片段均较长

●

可以连续发动复制

一、复制过程的主要特点1/5/202362●只有一个复制起点一、复制过程的主要特点12/1二、大肠杆菌DNA聚合酶

εεθθββττββψψχχγγδδδ’δ’1958年，Kornberg在E.coli中发现1/5/202363二、大肠杆菌DNA聚合酶

εεθθββττββψψχχγ原核生物的DNA聚合酶特性DNA-polIDNA-polIIDNA-polIII5’3’聚合酶活性5’3’外切酶活性3’5’外切酶活性相对分子量（103）++--+++++10990>60040017-10010-20核苷酸数/酶分子.分钟6003030,000细胞内分子数缺口平移活性+--对dNTP亲和力低低高功能修复去除引物填补空缺修复复制1/5/202364原核生物的DNA聚合酶特性DNA-polIDNA-pol原核生物DNA聚合酶比较

亚基数目3′→5′外切酶活性5′→3′外切酶活性功能DNA聚合酶Ⅰ1++切除引物修复DNA聚合酶Ⅱ1+-修复DNA聚合酶Ⅲ≥10+-复制1/5/202365原核生物DNA聚合酶比较

亚基数目3′→5′外切酶活性5′名

称功能DnaA蛋白

辨认起始点DnaB蛋白（解螺旋酶）解开DNA双链

DnaC蛋白

协助解螺旋酶DnaG蛋白（引物酶）催化RNA引物生成SSB

稳定解开的单链DNA参与大肠杆菌DNA复制起始的主要蛋白分子

1/5/202366名

称功能DnaA蛋白

辨认起始点DnaB蛋白（解螺三、原核生物基因组DNA复制的起点、方向和方式

1.复制起点

●复制起点控制复制起始●只有一个复制起点2.复制方向●多数双向3.复制方式●θ型θ型复制1/5/202367三、原核生物基因组DNA复制的起点、方向和方式1.复制起原核生物基因组DNA复制的起始复合体1/5/202368原核生物基因组DNA复制的起始复合体12/11/202221一个起点，两个复制叉，双向复制DNA双向复制1/5/202369一个起点，两个复制叉，双向复制DNA双向复制12/11/20四、原核基因组DNA复制的典型模式1.θ型复制2．滚环复制或σ型复制3．成环滚动复制1/5/202370四、原核基因组DNA复制的典型模式1.θ型复制12/11/五、原核生物DNA复制的调节

生长条件好

↓合成代谢活跃复制起始因子的浓度快速积累

↓发动连续复制

↓高复制起始频率（1）复制起始频率1/5/202371五、原核生物DNA复制的调节（1）复制起始频率12/11/（2）保证复制频率与细胞分裂周期相适应的机制

甲基化抑制因子抑制子代DNA甲基化

↓

←细胞周期完成抑制因子脱离

↓GATC序列中的A甲基化

↓复制起点激活1/5/202372（2）保证复制频率与细胞分裂周期相适应的机制

甲基第三节真核生物DNA的复制

一、真核生物染色体DNA复制的共同特点二、真核生物染色体DNA复制过程三、线粒体DNA的复制四、真核生物DNA复制的调控1/5/202373第三节真核生物DNA的复制

一、真核生物染色体DNA复制的一、真核生物染色体DNA复制的共同特点●复制速度慢●

多点复制

●

RNA引物及冈崎片段的长度均小于原核生物

●组蛋白的合成在细胞周期的S期与DNA复制同步●复制完成以前不会发动新一轮复制1/5/202374一、真核生物染色体DNA复制的共同特点●复制速度慢12/11二、真核生物染色体DNA复制过程（一）真核生物DNA复制的DNA聚合酶与辅助因子1/5/202375二、真核生物染色体DNA复制过程（一）真核生物DNA复制的

亚基数目3´→5´外切酶活性5´→3´外切酶活性功能DNA聚合酶α4--引物合成DNA聚合酶β1--修复DNA聚合酶γ2+-线粒体DNA复制DNA聚合酶δ2+-核DNA复制DNA聚合酶ε5+-填补缺口、修复真核生物DNA聚合酶1/5/202376

亚基数目3´→5´外切酶活性5´→3´外切酶活性功能DNA名称结构特点活性在DNA复制中的作用PCNA

DNA聚合酶δ的辅助蛋白PCNA沿DNA滑动，使聚合酶δ不会从DNA上滑落RF-C

5个亚基

负责将PCNA套在DNA上RF-A

单链DNA结合蛋白维持DNA局部单链结构RNaseH1

核酸酶切除RNA引物，但在冈崎片段上保留一个核糖核苷酸FEN1

核酸内切酶切除冈崎片段上保留的一个核糖核苷酸真核生物DNA复制的辅助因子1/5/202377名称结构活性在DNA复制中的作用PCNA

DNA聚合酶δ的辅（二）真核生物DNA复制的起始和终止

●

与原核生物基本相似

●起始与终止了解较少1/5/202378（二）真核生物DNA复制的起始和终止12/11/2022（三）端粒结构和端粒酶在真核生物基因组

复制过程中的作用是位于真核生物染色体末端的、由DNA和蛋白质组成的一膨出结构。端粒DNA由短的高度重复序列组成，不同生物的重复序列不同端粒（telomere）端粒酶（telomerase）为反转录酶，由蛋白质和RNA共同组成，能以自身的RNA为模板反复延伸端粒的重复序列1/5/202379（三）端粒结构和端粒酶在真核生物基因组

复制端粒酶延伸的端粒序列1/5/202380端粒酶延伸的端粒序列12/11/202233（四）复制过程中核小体的装配1/5/202381（四）复制过程中核小体的装配12/11/202234三、线粒体DNA的复制线粒体DNA的D环复制1/5/202382三、线粒体DNA的复制线粒体DNA的D环复制12/11/20四、真核生物DNA复制的调控

1.细胞周期过程中的调控复制许可因子保证一个细胞周期内只进行一次基因组复制2.染色体水平的调控不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按先后顺序在S期的不同时间复制时间起始复制，其控制因素尚不清楚对复制的起始，包括复制起始复合物的形成和RNA引物的合成进行调控3.复制子水平的调控1/5/202383四、真核生物DNA复制的调控1.细胞周期过程第四节某些病毒DNA的复制

一、腺病毒DNA的复制二、逆转录病毒基因组的复制三、单链RNA病毒基因组的复制四、乙型肝炎病毒基因组复制1/5/202384第四节某些病毒DNA的复制一、腺病毒DNA的复制12/一、腺病毒DNA的复制腺病毒基因组结构

双链线性DNA两端有反向末端重复序列（invertedterminalrepeat，ITR）复制

需要6种蛋白

病毒基因编码：DNA结合蛋白，前末端蛋白，

DNA聚合酶pol宿主细胞提供：核因子I，II，III

1/5/202385一、腺病毒DNA的复制腺病毒基因组结构12/11/2022复制过程核因子I、III、DNA结合蛋白结合到复制起点

↓前末端蛋白（pTP）和聚合酶Pol