第十章 染色体结构与DNA复制

第三部分分子生物学第十章染色体结构与DNA复制1、本章简介2、掌握内容讲述3、要点回顾4、本章习题第十章染色体结构与DNA复制本章介绍了原核/真核生物染色体的结构、生物体内DNA的复制过程、DNA的突变、损伤与修复、重组。重点掌握DNA复制的过程与机制。第十章染色体结构与DNA复制

10.1

原核生物染色体结构

10.2染色质结构

10.3

真核生物染色体结构

10.4DNA复制一、半保留半不连续复制机制二、DNA聚合酶三、DNA突变、损伤与修复四、重组第十章染色体结构与DNA复制

所有细菌的主要基因都位于单一的环状双链染色体DNA上，染色体DNA编码着1000～5000个蛋白质大肠杆菌染色体结构染色体环中蛋白质与DNA结合，对DNA起着保护、固定和压缩的作用细菌还可能含有质粒组蛋白与DNA的结合真核生物染色体DNA组装的不同层次的结构DNA核小体链纤丝突环玫瑰花结螺旋圈染色体遗传信息传递的中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA遗传信息流即由DNA复制把亲代的遗传信息忠实地传递给子代。在子代这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质。基因表达是指DNA经过转录产生RNA，RNA经过翻译产生蛋白质。1、DNA的半保留复制2、DNA复制的起点与方向3、DNA的半不连续复制4、DNA复制的分子基础5、DNA复制的过程6、DNA复制的忠实性7、真核生物复制（端粒酶）DNA的复制DNA的半保留复制DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。DNA复制的起始、方向（5′→3′)环状DNA复制时所形成的θ结构起始点复制叉的推进复制叉起始点起始点起始点复制叉复制叉未复制DNA单向复制双向复制

真核细胞DNA多个起点复制（5′→3′)起点起点起点起点起点起点复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）以3′→5′方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为5′→3′，这一条链被称为前导链(leadingstrand)。以5′→3′方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是不连续的，其链的聚合方向也是5′→3′，这条链被称为后随/滞后链(laggingstrand)。前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的半不连续性。

DNA的半不连续复制两条子链的合成方向都是5′→3′由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此，后随链的合成也是一段一段的。DNA在复制时，由后随链所形成的一些子代DNA短片段称为冈崎片段(Okazakifragment)。冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000～2000个核苷酸，而在真核生物中约为100个核苷酸。DNA的半不连续复制3

5

3

5

3´5´3´5´解链方向前导链(leadingstrand)后随/滞后链(laggingstrand)DNA的半不连续复制3´5´冈崎片段(okazakifragment)DNA复制的分子基础1.底物

dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.有关的酶

拓扑异构酶、解链酶、引物酶、聚合酶（DNA聚合酶I、II、III）、DNA连接酶3.模板单链的DNA母链4.引物寡核苷酸引物（RNA)5.其他蛋白质因子单链结合蛋白（SSB——维持模板处于单链状态，保护单链的完整）

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPiDNA拓扑异构酶(解旋酶）既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键在引发体前引入负超螺旋,以抵消复制过程产生的正螺旋——打开超螺旋DNA解链酶解开双螺旋引物酶是RNA聚合酶，合成一段RNA引物解链酶、引物酶形成移动的引发体大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA聚合酶Ⅱ分子量每个细胞的分子统计数5´-3´聚合酶作用3´-5´核酸外切酶作用5´-3´核酸外切酶作用转化率DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅲ（复合物）109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比较项目

原核生物中的三种DNA聚合酶

DNA聚合酶的活性

5′至3′的聚合活性5′→3′方向——链的延伸核酸外切酶活性

5′→3′外切酶活性——切除引物

3′→5′外切酶活性——校对功能参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3′端自由羟基（3′-OH）的RNA作为引物(primer)

，才能开始聚合子代DNA链。RNA引物的大小，在原核生物中通常为50~100个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷酸。RNA引物的碱基顺序，与其模板DNA的碱基顺序相配对。需要引物

5′至3′的聚合活性（5′→3′）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的外切酶活性3′→5′切除错配碱基；并用其聚合酶活性5′→3′掺入正确配对的底物B：碱基配对正确，DNA-pol不表现外切酶活性。3′→5′外切酶活性——校对功能DNA聚合酶的校对功能聚合酶错配碱基复制方向正确核苷酸5´5´5´3´3´3´切除错配核苷酸连接酶连接缺口Mg2+连接酶ATP或NAD＋PPi或NMNATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板链模板链DNA的复制过程

（一）复制的起始

（二）复制的延伸

（三）复制的终止

起始的过程打开DNA超螺链打开双螺旋防止复螺旋单链结合蛋白解链酶引发体/引物复合体引物酶拓扑异构酶合成DNA复制起始过程拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物DNA双链′5′3′5′3拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物DNA复制起始的过程拓扑异构酶与DNA双链结合，松弛超螺旋。′5′3′5′3拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物DNA复制起始过程解链酶解开DNA双螺旋′5′3′5′3拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物单链结合蛋白防止复螺旋′5′3′5′3DNA复制起始的过程拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物(RNA)DNA复制起始过程引物酶合成引物′5′3′5′3(二)DNA复制的延伸——DNA聚合酶Ⅲ1.DNA聚合酶Ⅲ把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3′—OH上，开始新生链的合成过程AG

T

AC

TA

A

T

DNA聚合酶ⅢACGACGTT引物AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGTTTT

组成

DNA的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3′,5′-磷酸二酯键引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTGTTAA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物AG

T

AC

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A

T

GCGCGGTTAATAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATC引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板链DNA新链引物2.半不连续复制与冈崎片段前导链滞后链冈崎片段5′3′′5′32.半不连续复制与冈崎片段前导链、后随链/滞后链、半不连续复制、冈崎片段。DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅰ(三)复制的终止遇到终止子停止复制DNA聚合酶Ⅰ利用

5′→3′外切酶活性水解引物DNA聚合酶Ⅰ聚合活性填补缺口DNA连接酶连接缺口。3