第三章 DNA的复制课件

第三章DNA的复制Chapter3DNA的复制DNAReplication第三章DNA的复制Watson&Crick:一种遗传物质，必须能行使两种功能，即自我复制和对细胞的高度特异性的影响。遗传物质的基本属性：基因的自我复制控制性状的表达第三章DNA的复制3.1基本概念DNA复制：亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分别以每单链DNA分子为模板，聚合与自身碱基可以互补配对的游离的dNTP,合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子的过程。第三章DNA的复制3.1.1复制机理的复杂性D.S.DNAS.S.DNA能量的供求超螺旋线状，开环状多种复制相关的蛋白是如何作用的？复制的准确性：修复、校正DNA复制速度：E.coli高速解旋112km/h?第三章DNA的复制3.1.2复制起点与方向

（replicationorigin&direction）

复制起点的特征richAT&palindromATrich第三章DNA的复制“呼吸现象”DNA复制原点处氢键迅速断裂与再生，导致两条DNA链不断解链与聚合，形成瞬间的单泡状结构的过程。在富含AT的区域内尤为明显。第三章DNA的复制

3.1.3复制的多模式

单起点、单方向多起点、单方向单起点、双方向多起点、双方向细菌一般单起点，哺乳动物50000-100000个复制起点第三章DNA的复制3.1.4子链DNA延伸方向

5’OHTCATCA

C5’OH3’pppOHC++ppi

DNApolymerasereactsonthe3’endonlyNewDNAelongationfrom5’to3’direction进化中保留的深刻的、选择与适应的、化学及功能的根源第三章DNA的复制如果DNA的延伸方向是3’→5’ATCG

+

5’pppOH3’

G

pppOH

GATCG

5’pppOH3’第三章DNA的复制ATCG

+

5’pppOH3’

G

pppOH

G

5’ppp因能量的需要，DNA的5’端必须带有PPP游离dNTP具有ppppppOH3’ATCG在0.2MNacl的生理环境中，磷酸基团间的强电负性，使dNTP难以聚合到DNA的5‘端，而且双链DNA的5’端碱基配对困难。第三章DNA的复制碱基发生错配后的校正……费时、费能、增加脱磷酸、加磷酸的能量消耗

ATCG

pppOH+

pppApOHTCGpppOHTCGTCGpppOH第三章DNA的复制3.1.5半保留复制

（Semi-conservativereplication）第三章DNA的复制半保留复制的证实MeselsonandStahl,1958Heavyisotope

15NNormal14NCsCl密度梯度离心第三章DNA的复制3.1.6半不连续复制

（Semi-discontinuousreplication）3’3’3’3’5’5’5’5’两端复制假说实验结果证明，DNA分子在任何时刻都只有不到5%处在单链状态。推翻了该假说。第三章DNA的复制冈崎片段（Okazakifragment）

5‘3’5’3‘5‘3’5’3‘AtleastonestrandofDNAreplicationinOkazakifragment1kbDNAreplicationinOkazakifragment1kb第三章DNA的复制3.1.7复制体（replisome）进化中形成了灵活的多酶复合体。组成TopI,TopII,SingleStrandBindingprotein(SSB)DnaB,DnaC,PrimaseDNAPolymeraseIIIDNAPolymeraseILigase

第三章DNA的复制3.2原核细胞的DNA复制DNA聚合酶Ⅰ由一条多肽链构成。并不是大肠杆菌DNA复制中主要的DNA合成酶，它的主要作用，是切除RNA引物、填补空缺和DNA损伤的修复。

DNA聚合酶Ⅱ由一条多肽链构成。此酶除具有聚合酶的活性外，还具有3′→5′外切酶活性。主要在DNA损伤修复中起作用。

DNA聚合酶Ⅲ此酶是一个多聚酶，由10种以上不同亚基组成的。全酶成不对称的二聚体，围绕着DNA双螺旋，每个单体都具有催化活性，一个作用于前导链，另一个作用于随从链，使DNA两股链在同一位置同一时间进行合成。

3.2.1主要复制酶类

第三章DNA的复制DNA聚合酶Ⅲ结构图第三章DNA的复制3.2.2复制叉的形成OriC复制起点序列DnaADnaB/CDnaB蛋白：解旋酶

（helicase）

DnaA蛋白：辨认复制起始点

DnaC蛋白：辅助DnaB在起始点上结合并打开双链第三章DNA的复制3.2.3复制的起始引发体：引物酶(Primase)第三章DNA的复制3.2.4DNA的促旋酶（Gyrase）GyraseDNA在解链的过程中，会增加链的正超螺旋，Gyrase（TypeIItopoisomerase）将解决该问题。第三章DNA的复制3.2.5复制的延伸第三章DNA的复制真实的延伸第三章DNA的复制真实的延伸第三章DNA的复制3.2.6滞后链的完整复制PolymeraseIIIholoenzyme(DNApolIII)DNApolI(5’3’exonulcleaseactivity)DNApolI(5’3’polymeraseactivity)DNAligase(NAD+)第三章DNA的复制3.2.7复制的终止与分离依赖于tus基因的产物第三章DNA的复制AttachmentofbacterialDNAtothemembranecouldprovideamechanismforsegregation

第三章DNA的复制3.2.8甲基化可以控制复制起始11copiesinOriC第三章DNA的复制Re-initiationofbacterialreplicationatneworigins

Ter(terminus)O(origin)第三章DNA的复制3.2.9滚环复制（特殊复制模型）D.S.DNA→

Nick→

leadingStrand→Elongation→

rolling第三章DNA的复制cyclingamplification5‘3‘3‘3‘第三章DNA的复制3.2.10复制的速度E.coli37℃0.5h105bp/minmammaliancell22-25hrs500-5000bp/min

140公里/小时第三章DNA的复制3.3真核DNA的复制DNAreplicationatphaseSofcellcycle

S6-8hs

M

1hG23-4hsG112hsG1preparingforDNAreplication(cellgrowth)SDNAreplicationG2ashortgapbeforemitosisMmitosisandcelldivision第三章DNA的复制3.3.1真核生物与原核生物复制子的比较第三章DNA的复制3.3.2真核细胞DNA复制的起始大约20-50串联复制子在S-phase同时起始复制。S-早期:常染色质复制S-后期:异染色质复制中心粒和端粒的最后复制第三章DNA的复制3.3.3DNA复制酶类DNA聚合α主要是引物合成DNA聚合δ主要负责ＤＮＡ复制的酶，参与先导链和滞后连的合成DNA聚合ε主要功能可能是在去掉ＲＮＡ引物后把缺口补全DNA聚合γ线粒体ＤＮＡ的复制DNA聚合β可能在DNA损伤的修复中起作用第三章DNA的复制3.3.4真核DNA复制酶的主要特点DNA聚合酶α合在RNA引物及一小段DNA

(intratorDNA，iDNA),形成RNA-DNA引物，然后DNA聚合酶α转换为DNA聚合酶δ，再由DNA聚合酶δ负责延伸前导链及冈崎片段。DNA聚合酶δ无合成引物功能，只能有效地延伸DNA引物，对RNA引物延伸功能很弱。

第三章DNA的复制3.3.5DNA复制过程中的组蛋白复制经过时，DNA从组蛋白上解离当复制叉通过以后，组蛋白立即结合上去DNA复制的同时，新的组蛋白也在合成第三章DNA的复制3.3.6端粒的复制

3’-OH?

3‘5‘5‘3‘3’-OH?

第三章DNA的复制四膜虫属的断粒酶作用第三章DNA的复制

GGhoogsteenbond

Tetraplexhelix

G链–T2G4-----TTGGGG

TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG

C链--A2C4-----G链–T2G4-----TTGGGG

ttggggttgC链--A2C4-----AACCCCAAggggttgggPrimaseAACCCCAACCCCAACCCCAACCCCAACCCDNApolor第三章DNA的复制5‘3‘TTTGGGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTTTGGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT真核生物染色体端粒DNA结构第三章DNA的复制结构特点LinkedbyHoogsteenBondingGGGG第三章DNA的复制Telomeraseactivityisrepressedinsomaticcellsofmulticelluarorganismsresultinginagradualshorteningofthechromosomewitheachcellg