高二生物DNA的复制

DNA的复制谭红军1981年

美国加利福尼亚大学柏克莱分校

波纳教授

海斯教授

一枚琥珀切片

4000万年前

一只蚊子的细胞

细胞结构惊人地完整

基因工程（重组DNA）相关技术及应用

geneticengineering基因诊断

疾病相关基因克隆、印迹技术、探针技术、PCR技术、DNA序列分析、生物芯片技术等基因治疗

生物制药转基因动物和植物

SupermouseSupertomato

地球上会出现吗？土豆番茄烟“鱼人”新人种爱因斯坦想象：是科学的翅膀！教学重点

中心法则DNA复制的概念、特点参与复制的主要物质及其作用一、中心法则

TheCentralDogma2.中心法则(TheCentralDogma)

——

遗传与进化中的信息流转录翻译逆转录DNARNA蛋白质复制M.Temin

二、DNA的复制

DNAReplication

DNA双螺旋结构模型中的重要知识点？方向相反

碱基配对规则

（A=TG≡C）1.复制(replication)

是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。即遗传物质的传代。复制亲代DNA子代DNA2.DNA复制的方式（特征）

半保留复制半不连续复制AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

半保留复制解链方向半不连续性复制（复制叉）3

5

3

5

3´5´3´5´3´5´

领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)冈崎片段（Okazakifragment）领头链leadingstrand

——合成方向与复制叉解链方向相同，并可连续合成的子链。随从链laggingstrand——合成方向与复制叉解链方向相反，并且是不连续合成的子链。

岡崎片段okazakifragment——在DNA复制过程中，随从链上初合成的不连续的DNA片段。半不连续性复制——在DNA复制过程中，领头链连续复制而随从链不连续复制。

1）模板(template)：解开成单链的DNA母链2）底物(substrate)或称原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP3）引物(primer)：复制需要一小段RNA作引物4）能源：需ATP供能，原料dNTP本身也是高能化合物5）酶和蛋白质因子：DNA聚合酶(polymerase)等3.参与DNA复制的物质及作用复制过程动画解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶（1）解链酶（helicase）作用：利用ATP供能，解开DNA双链消耗2ATP/解开1bp可随复制叉的伸展向前移动也称：解螺旋酶（2）拓扑异构酶

（topoisomerase，Topo）Topo：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作用：松驰DNA超螺旋，克服扭结现象解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶（2）拓扑异构酶（topoisomerase，Topo）（3）单链DNA结合蛋白(SSB)

(singlestrandDNAbindingprotein)作用：能与DNA单链可逆的结合，其作用有二解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶也称：DNA结合蛋白（DNAbindingprotein，DBP)①防止DNA复性②防止DNA单链模板被水解（4）引物酶（primase）模板以DNA单链为模板底物NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）按碱基配对原则（A=UG≡C）按5→3

方向

解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶作用：复制起始时催化生成RNA引物本质：是一种RNA聚合酶（可以使两个游离的NTP聚合，此不同于催化转录过程的RNA聚合酶）

（5）（6）DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶

(DNAdependentDNApolymerase)简称：DNApol（DDDP）解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶A.Kornberg试管内实验证实加有:模板、底物、引物该酶可催化新链DNA生成（5）（6）DNA聚合酶DNApol（DDDP）主要作用：5→3

的聚合活性解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶dTTP3'3'

ATGCAATTGC5'||||5

TACGppiT（5）（6）DNA聚合酶机理：

使核苷酸之间生成3

，5

磷酸二酯键主要作用：5→3

的聚合活性模板以DNA单链为模板底物dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物以小片段RNA为引物注：引物的原料（ATP、GTP、CTP、UTP）按碱基配对原则（A=TG≡C）按5→3

方向在RNA引物的

3

-OH末端上开始逐个添加dNTP解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶解链方向3

5

3

5

3´3´3´

领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)冈崎片段（Okazakifragment）5´3´5´3´5´3´DNA聚合反应（新链生成）的特点需要模板

具方向性新链的延长5→3

需要引物（5）（6）DNA聚合酶E.coli大肠杆菌DNA聚合酶的作用解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ分子数/细胞4004020聚合的核苷酸数/分钟100050150,000（2500bp/s）5

→3

的聚合√√√3

→5

的外切√√√5

→3

的外切√××主要作用切除引物填补空隙校读损伤修复校读损伤修复DNA复制校读（7）DNA连接酶(DNAligase)作用：消耗ATP，将随从链中相邻的两个DNA片段连接起来催化同一模板DNA链上的两个相邻DNA片段的3＇端与5＇端间形成磷酸二酯键，把相邻的两段DNA连成完整的链解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶DNA连接酶ATPADPHO5’3’5’3’3’5’5’3’起始:形成复制叉replicationfork需解决两个问题DNA解开成单链，提供模板合成RNA引物，提供

3

-OH末端4.DNA复制的过程解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶起始延长终止Topo引物酶延长:DNA-polⅢ(DDDP-Ⅲ)的5→3

的聚合活性使核苷酸之间生成3

，5

磷酸二酯键模板以DNA单链为模板底物

dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物

以小片段RNA为引物，在RNA引物的

3

-OH末端上开始逐个添加dNTP按碱基配对原则

（A=TG≡C）按5→3

方向

4.DNA复制的过程解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶起始延长终止

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-polⅢ目录4.DNA复制的过程解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶起始延长终止5

5

5

DNA-polⅠOHP5

DNA-pol

ⅠdNTP5

5

PATP

ADP+Pi5

5

DNA连接酶终止:随从链上不连续性片段的连接解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶起始延长终止复制过程动画5.半保留复制的意义保证了物种遗传的稳定性(高保真性、保守性)是物种稳定的分子基础，但不是绝对的。按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的稳定性。过程

酶和蛋白作用复制的条件小结1：E.coli（原核生物）DNA复制

过程酶和蛋白作用复制的条件起始延长终止小结1：E.coli（原核生物）DNA复制

过程酶和蛋白作用复制的条件起始解链酶拓扑异构酶SSB(DBP)引物酶延长DNA-polⅢ终止DNA-polⅠDNA连接酶小结1：E.coli（原核生物）DNA复制

过程酶和蛋白作用复制的条件起始解链酶解开DNA双链拓扑异构酶松驰超螺旋SSB(DBP)①防止复性②防止被水解引物酶合成RNA引物延长DNA-polⅢDNA链的延伸、校读终止DNA-polⅠ切除引物,填补空隙,校读DNA连接酶连接DNA片段

小结1：E.coli（原核生物）DNA复制

过程酶和蛋白作用复制的条件起始解链酶解开DNA双链模板拓扑异构酶松驰超螺旋SSB(DBP)①防止复性②防止被水解引物酶合成RNA引物RNA引物延长DNA-polⅢDNA链的延伸、校读底物dNTP终止DNA-polⅠ切除引物,填补空隙,校读DNA连接酶连接DNA片段

能源ATP酶和蛋白小结1：E.coli（原核生物）DNA复制

过程复制

逆转录转录翻译概念部位底物主要酶方向过程（模型）意义特点小结2：归纳与比较

过程复制逆转录转录翻译概念DNA→DNA部位核、线底物dNTP主要酶DDDP方向5→3

过程（模型）复制叉意义DNA连接酶特点半保留半不连续小结2：归纳与比较

基因诊断在法医学上的应用：物证检验个体识别亲子鉴定荔枝DNA找到杀人者被害人：12岁女孩，死者胃里发现咖啡色肉丝状物嫌疑人：家中发现一些荔枝壳和核植物DNA检验技术：进行DNA扩增检验，证明肉丝状物（果肉）和外壳呈现相同DNA谱带，而市场上随机购买的荔枝却与前两者的DNA谱带不同说明事实：两者DNA具有同源性（同一棵树上结的果实）小结3：应用与思考聚合酶链反应PCR（PolymeraseChainReaction）是一种体外的特异DNA扩增技术。KaryMullis于1985年发明，1987年完成自动化操作装置，1993年获诺贝尔化学奖理论上讲，只要存在一分子的DNA，就可最终进行基因检测实际工作中，一滴血、一根毛发或一个细胞已足以满足检测需要，但首先需进行DNA扩增，即PCR根据DNA变性与复性及半保留复制的知识，请思考PCR反应体系应有哪些基本成分？小结3：应用与思考电子元件/电子元件nih27qfi安无事了？雅思琦想了壹夜也没有想明白，因此今天早上醒来的时候，头还昏沉沉地。刚要回壹神儿，红莲就冲了进来：“福晋，不好了，秦公公刚刚传话，爷要来咱们霞光苑用早膳。”“你怎么这么没有规矩，什么叫‘不好了’，爷来用早膳能是‘不好了’？我看你是皮痒了。”“回福晋，奴婢知错了。可是，爷马上就到了，您还是得赶快……”雅思琦心里何尝不急？她不但心急如焚，她还迷惑不解呢。爷壹大清早地就大驾光临霞光苑，简直令她丈二和尚摸不到头脑，直到壹众人等手忙脚乱地将爷迎了进来，她才知道爷这葫芦里到底卖的是什么药：“福晋，爷有壹件事情需要福晋做壹下。”“爷怎么这么客气了？”“昨天，年氏目中无爷，冲撞十三弟，失礼至极，有损王府颜面，实属大逆不道！鉴于这是后院的事情，请福晋根据府里的规矩，予以处治！”“爷！”“怎么？”“这是