DNA的半保留复制

DNA的复制

DNA的半保留复制DNA复制的起点和方式DNA聚合反应有关的酶DNA的半不连续复制DNA复制的过程

真核生物DNA的复制DNA的损伤和修复DNA的突变本章内容中心法则

①原核生物和真核生物在细胞周期的一定阶段整个染色体组都将发生精确的复制，随后以染色体为单位把复制的基因组分配到两个子代细胞中去。②染色体以外的遗传因子如细菌的质粒、真核生物的细胞器，它们的复制或是受染色体的控制或是不受染色体的控制。③

病毒是具有感染能力的生物因子，他们在侵入细胞后即能进行复制。34.1

DNA的复制

34.1.1

DNA的半保留复制Watson和Crick提出的DNA双螺旋复制模型

DNA的半保留复制实验1：1958年Meselson和Stahl利用氮的同位素15N标记大肠杆菌DNA，首先证明了DNA的半保留复制。E.coli，15NH4Cl为唯一氮源，培养12代，从而使所有E.coli

DNA标记上15N。15N-DNA比14N-DNA的密度大。氯化铯密度梯度离心DNA的半保留复制

亲代F1

15NDNA的半保留复制

F2

DNA的半保留复制DNA的半保留复制实验2：1963年Cairns用放射自显影（autoradiograph）的方法第一次观察到完整的正在复制的大肠杆菌染色体DNA.3H-dTTP标记大肠杆菌DNA，经过将近两代时间溶菌酶消化细胞壁放射自显影DNA的半保留复制

ABcDNA的半保留复制DNA的半保留复制Daughterstrand(H3+H3)Parentsstrand(H3+H)图像解读34.1.1

DNA复制的起点和方式基因组能进行复制的单位称为复制子（replicon）。每一个复制子都含有控制复制起始的起点（origin）,可能还有一个终止复制的终点（terminus）。复制叉（replicationfork）DNA复制的起点和方式真核生物DNA是多复制子(multireplicon)用遗传学和生物化学的方法可以确定大肠杆菌染色体DNA的复制起点在基因图谱上的位置。DNA复制的起点和方式DNA的不同复制方式Rollingcircle(φX174)DNA的不同复制方式34.1.3DNA聚合反应有关的酶多种DNA聚合酶(polymerase)和DNA连接酶(ligase)34.1.3.1DNA的聚合反应和聚合酶

DNA聚合酶催化的反应n1dATPdAMP+n2dGTPdGMP++DNA聚合酶-----DNA+(n1+n2+n3+n4)PPin3dCTPdCMP+n4dTTPdTMP链的延长链的延长DNA（RNA）的合成需要模板。切口（nick）缺口(gap)DNA聚合酶的反应可以利用双链作为模板和引物，也可利用单链DNA作为模板和引物。图34-12（自读）DNA聚合酶催化的反应DNA聚合酶的反应特点：①

以四种脱氧核糖核苷酸作为底物；②

反应需要接受模板的指导；③

反应需要有引物3'-羟基存在；④

DNA链的生长方向为5'-3';⑤

产物DNA的性质与模板相同。34.1.3.2大肠杆菌DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。DNA聚合酶Ⅰa.通过核苷酸聚合反应，使DNA链沿5‘→3’方向延伸(DNA聚合酶活性)；b.有3'端水解DNA链（3'→5'核酸外切酶活性）；c.有5‘端水解DNA链的活性（5’→3'核酸外切酶的活性）；d.有3'端使DNA链发生焦磷酸解；e.无机焦磷酸盐与脱氧核糖核苷酸磷酸之间的焦磷酸交换。N---核酸外切酶(5'→3')

核酸外切酶(3'→5')聚合酶----CDNA聚合酶Ⅰ*DNA聚合酶只允许底物与模板之间形成Watson-Crick类型的碱基配对.*错配的碱基由DNA聚合酶的3'-5'核酸外切酶活性切除单链DNA的3'末端核酸。校对作用可使掺入核苷酸的错误率降低100倍以上.(doublecheck)*DNA聚合酶Ⅰ速度太慢，持续合成能力低，许多基因突变都会影响DNA的复制，但都与它无关.DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅱ有聚合酶活性，3'-5'核酸外切酶活性，但无5'-3'核酸外切酶活力DNA聚合酶Ⅲ由多个亚基组成，是大肠杆菌内真正负责从新合成DNA的复制酶（replicase）.大肠杆菌DNA聚合酶大肠杆菌三种DNA聚合酶的性质比较

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ结构基因polApolBpolC不同种类亚基数1≥7≥10相对分子质量103000880008300003’→5’核酸外切酶活力+++5’→3’核酸外切酶活力+--功能切除引物，修复修复复制DNA聚合酶Ⅲ的结构：α：3’-5’聚合ε：3’-5’外切θ：组建DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ：1999年发现涉及DNA的错误倾向修复（errorpronerepair）34.1.1

DNA连接酶催化双链DNA切口处的5’-磷酸基和3’-羟基生成磷酸二酯键。34.1.1

DNA的半不连续复制

1968年冈崎等发现，DNA复制时，首先合成出来的是较短的DNA片段，接着出现较大的分子，最初出现的是长约1000个核苷酸左右的DNA片段，称为冈崎片段（Okazakifragment）。

DNA的半不连续复制前导链（leadingstrand）滞后链（laggingstrand）DNA聚合酶不能从头合成DNA引物合成酶（primase）：引物是在DNA模板的一定部位合成并互补于DNA链，合成方向也是5'→3',催化合成一段RNA,通常长几个到十个核苷酸。DNA的半不连续复制

DNA的半不连续复制gyrase

旋转酶（topoisomeraseⅡ）Helicase

解螺旋酶生物体为甚么要用如此复杂的机制来复制DNA？生物体如何保证复制的保真性？p41934.1.5DNA复制的拓扑性质拓扑学：是数学的一个分支，研究曲线或曲面的空间关系和内在数学性质，而不考虑它们的度量。DNA复制的拓扑性质真核生物的拓扑异构酶Ⅱ与复制有关，可引入负超螺旋，以消除复制叉前进时带来的扭曲张力。解螺旋酶（helicase）将DNA两条链解开。34.1.6

DNA复制的过程

大肠杆菌起点与复制有关的酶与辅助因子大肠杆菌复制体结构示意图

34.1.6

真核生物DNA的复制真核生物染色体有多个复制起点。真核生物染色体在全部复制完成之前不再从新开始复制。哺乳动物DNA聚合酶（表34-5）

真核生物DNA的复制端粒端粒酶真核生物的细胞周期

端粒和端粒酶1970年代ElizabethBlackburn和她的合作者发现了在染色体两段的端粒结构――重复的DNA序列，JackSzostak

和她合作，先是合成拥有端粒序列的染色体，然后注入酵母细胞，证明端粒的存在可以在酵母细胞分裂的过程中，保护染色体不会丢失，因此而发现了端粒的作用。这是在1982年，2年后她当时的博士生CarolGreider发现了细胞内合成端粒的端粒酶(telomerase)。今年(2009年)的诺贝尔生理医学奖就是颁给这3人。端粒和端粒酶端粒和端粒酶talomeraseMCB1204.MOV34.1

DNA的损伤修复DNA在复制时可能产生错配DNA重组、病毒基因的整合，破坏DNA的结构某些理化因子如紫外线、电离辐射、和化学诱变剂都能作用于DNA引起DNA结构与功能的破坏目前已知的修复系统错配修复（mismatchrepair）直接修复（directrepair）切除修复（excisionrepair）重组修复（recombinationrepair）易错修复（error-pronerepair）

DNA的损伤修复这个系统有区分底物链和新合成链的机制，细胞通过识别DNA链的甲基化状态来区分底物链和新合成的链。DNA的损伤修复-错配修复DNA的损伤修复-错配修复DNA的损伤修复-错配修复

DNA的损伤修复-直接修复

DNA的损伤修复-直接修复

DNA的损伤修复-切除修复

DNA的损伤修复-重组修复DNA的损伤修复-

应急反应（SOSresponse）和易错修复SOS是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的应激效应。☆避免差错的修复(errorfreerepair)☆易错修复（error-pronerepair）34.1

DNA的突变（mutation）34.3.1突变的类型碱基对的置换转换和颠换移码突变4.3.2诱变剂的作用能提高突变率的物理或化学因子称为诱变剂（mutagen)碱基类似物

5-溴尿嘧啶碱基的修饰剂