SectionEDNA復制

1、SectionEDNA復制第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念第二節(jié)第二節(jié) 復制概況復制概況第三節(jié)第三節(jié) DNA復制的酶學復制的酶學 第四節(jié)第四節(jié) DNA復制的半不連續(xù)性復制的半不連續(xù)性第五節(jié)第五節(jié) DNA復制的過程復制的過程 DNA復制復制 親代雙鏈親代雙鏈DNADNA分子在分子在DNADNA聚合酶的作用下，分別以聚合酶的作用下，分別以 各單鏈各單鏈 DNADNA分子為模板，聚合與自身堿基可以互補分子為模板，聚合與自身堿基可以互補 配對的游離的配對的游離的dNTP,dNTP, 合成出兩條與親代合成出兩條與親代DNADNA分子完分子完 全相同的子代全相同的子代DNADNA分子的過程。分子的過程。 復

2、制子（復制子（RepliconReplicon）；又稱復制單位）；又稱復制單位 或復制元或復制元DNA中含有一定復制起點和復制終點的復制單位中含有一定復制起點和復制終點的復制單位 萬萬 90萬不等萬不等Prokaryotic genome: a single circular DNA = a single repliconEukaryotic genome: multiple linear chromosomes & multiple replicons on each chromosome 二、復制起點、方式和方向二、復制起點、方式和方向1、復制起點（、復制起點（origin 復制原

3、點）復制原點） 復制開始處復制開始處DNA分子的特定位置分子的特定位置原核生物（原核生物（Prokaryote）：單復制起點）：單復制起點 即整個染色體只有一個復制單位即整個染色體只有一個復制單位 真核生物（真核生物（Eukaryote） : 多復制起點多復制起點 即一個即一個genome中有多個復制單位中有多個復制單位Replication fork（2） 復制的多模式復制的多模式 單起點、單方向單起點、單方向（原核）（原核）多起點、單方向多起點、單方向（真核）（真核）單起點、雙方向（原核）單起點、雙方向（原核）多起點、雙方向（真核）多起點、雙方向（真核）Replication is Sem

4、i conservativeSemi-conservative is accomplished by separation of the strands of a parental duplex, each then acting as a template for synthesis of a complementary strand.半保留復制半保留復制新合成新合成 的鏈的鏈Semi-conservative15N labeling experimentunlabeled DNA15N labeled DNA15N labeling experimentunlabeled DNA15N l

5、abeled DNASemi-discontinuous replicationOkazaki fragments解鏈方向解鏈方向 半不連續(xù)性復制半不連續(xù)性復制（復制叉）（復制叉）3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 領頭鏈領頭鏈( leading strand )( leading strand ) 隨從鏈隨從鏈 ( lagging strand )( lagging strand )岡崎片段岡崎片段（Okazaki fragment）n領頭鏈領頭鏈 leading strand leading strand 合成方向與復制叉解鏈合成方向與復制叉解鏈方向方向相同相同，并可，并可連續(xù)連續(xù)合成

6、的子鏈。合成的子鏈。n隨從鏈隨從鏈 lagging strand lagging strand 合成方向與復制叉解鏈合成方向與復制叉解鏈方向方向相反相反，并且是，并且是不連續(xù)不連續(xù)合成的子鏈。合成的子鏈。 n岡崎片段岡崎片段 okazaki fragment okazaki fragment 在在DNA復制過程復制過程中，中，隨從鏈隨從鏈上上初合成初合成的不連續(xù)的的不連續(xù)的DNA片段。片段。n半不連續(xù)性復制半不連續(xù)性復制 在在DNA復制過程中，領頭鏈復制過程中，領頭鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制。連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制。 參與參與DNADNA復制的物質及作用復制的物質及作用 RNA prim

7、ingThe first few nucleotides at the 5-end of Okazaki fragments are ribonucleotides. Hence, DNA synthesis is primed by RNA that is then removed before fragments are joined. 解鏈酶（解鏈酶（helicasehelicase）作用：利用作用：利用ATPATP供能，解開供能，解開DNADNA雙鏈雙鏈 消耗消耗 2 2 ATPATP/ /解開解開 1 1 bpbp 可隨復制叉的伸展向前移動可隨復制叉的伸展向前移動拓撲異構酶（拓撲異構

8、酶（topoisomerasetopoisomerase，TopoTopo）TopoTopo：拓撲是指物體或圖像作彈性位移而又拓撲是指物體或圖像作彈性位移而又保持物體不變的性質保持物體不變的性質作用：作用：松馳松馳DNADNA超螺旋，克服扭結現(xiàn)象超螺旋，克服扭結現(xiàn)象拓撲異構酶（拓撲異構酶（topoisomerasetopoisomerase，TopoTopo）作用：能與作用：能與DNADNA單鏈可逆的結合，其作用有二單鏈可逆的結合，其作用有二也稱：也稱：DNADNA結合蛋白結合蛋白（DNA binding proteinDNA binding protein，DBP)DBP)防止防止DNADN

9、A復性復性防止防止DNADNA單鏈模板被水解單鏈模板被水解F模板模板 以以DNADNA單鏈為模板單鏈為模板F底物底物 NTPNTP（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP）F按堿基配對原則按堿基配對原則 （A = U G CA = U G C）F按按5 5 3 3 方向方向 作用：復制起始時催化生成作用：復制起始時催化生成RNARNA引物引物本質：本質：是一種是一種RNARNA聚合酶（可以使兩個游離的聚合酶（可以使兩個游離的NTPNTP聚聚合，此不同于催化轉錄過程的合，此不同于催化轉錄過程的RNARNA聚合酶）聚合酶） 555 dTTP33 A T G C A A T T G

10、C 5 | | | |5 T A C G ppi T解鏈方向解鏈方向3 5 3 5 3 3 3 領頭鏈領頭鏈( leading strand )( leading strand ) 隨從鏈隨從鏈 ( lagging strand )( lagging strand )岡崎片段（岡崎片段（Okazaki fragmentOkazaki fragment）5 3 5 3 5 3 DNADNA聚合反應（新鏈生成）的特點聚合反應（新鏈生成）的特點作用：作用：消耗消耗ATP，將隨從鏈中相鄰的兩個，將隨從鏈中相鄰的兩個DNA片段連接片段連接起來起來催化同一模板催化同一模板DNA鏈上的兩個相鄰鏈上的兩個相鄰

11、DNA片段的片段的3 3端與端與5 5端間形成磷酸二酯鍵，把相鄰的兩段端間形成磷酸二酯鍵，把相鄰的兩段DNA連成完整的鏈連成完整的鏈DNA連接酶連接酶ATPADPHO5POO-O-O353POO-O-O3553DNA replication initiation, unwinding, elongation, termination & segregation第三節(jié)第三節(jié) DNADNA復制過程復制過程( (起始、延長、終止）起始、延長、終止）Initiation All the proteins and other factors for its complete replicatio

12、nsoriC contains four 9 bp binding sites for the initiator protein DnaA. Synthesis of DnaA is coupled to growth rate so that initiation of replication is also coupled to growth rate.DnaA forms a complex of 30-40 molecules, facilitating melting of three 13 bp AT-rich repeat sequence for DnaB binding.

13、DnaB is a helicase that use the energy of DNA hydrolysis to further melt the double-stranded DNA .Ssb (single-stranded binding protein) coats the unwinded DNA.DNA primase(引物合成酶）引物合成酶） load to synthesizes a short RNA primer for synthesis of the leading strand.Primosome: （引發(fā)體）（引發(fā)體）DnaB helicase and DN

14、A primaseDNADNA復制的過程復制的過程解鏈酶解鏈酶拓撲異構酶拓撲異構酶SSBSSB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-連接酶連接酶起始起始延長延長終止終止Topo引物酶引物酶 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓撲異構酶拓撲異構酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引發(fā)體和引物引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA復制起始區(qū)域的復合結構稱為引發(fā)體。復制起始區(qū)域的復合結構稱為引發(fā)體。 Initiation 解旋酶解旋酶解鏈酶SSBSSB引發(fā)體引發(fā)體DNADNA復制的過程復制的過程解鏈酶解鏈酶拓撲異構酶拓撲異構酶SSBS

15、SB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-連接酶連接酶起始起始延長延長終止終止 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目目 錄錄領頭鏈的合成領頭鏈的合成目目 錄錄領頭鏈的合成領頭鏈的合成目目 錄錄目目 錄錄DNA polymerase III holoenzyme: a dimer complex, one half synthesizing the leading strand and the other lagging strand.Having two polymerases in a single

16、complex ensures that both strands are synthesized at the same rateBoth polymerases contain an a a-subunit-polymerasee e-subunit-35 proofreading exonuclease b b-subunit-clamp the polymerase to DNA other subunits are different.ReplisomeReplisome（復制體）（復制體）: in vivo, DNA polymerase holoenzyme dimer, pri

17、mosome (helicase) are physically associated in a large complex to synthesize DNA at a rate of 900 bp/sec.1. Removal of RNA primer, and gap filling with DNA pol I2. Ligation of Okazaki fragments are linked by DNA ligase.Other two enzymes during ElongationElongation: lagging strand replication Polymer

18、ase III holoenzyme(DNA pol III)DNA pol I (53 exonulclease activity)DNA pol I (53 polymerase activity)DNA ligaseTerminationDNADNA復制的過程復制的過程解鏈酶解鏈酶拓撲異構酶拓撲異構酶SSBSSB引物酶引物酶DDDP-DDDP-DDDP-DDDP-連接酶連接酶起始起始延長延長終止終止5 5 5 DNA-pol OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶n終止終止:隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接圖12-1

19、4逆轉錄和其他復制方式逆轉錄和其他復制方式病毒病毒RNARNA-DNA雜交鏈雜交鏈逆轉錄逆轉錄RNA鏈分解鏈分解DNA復制復制單鏈單鏈DNA雙鏈雙鏈DNA逆轉錄過程逆轉錄過程 滾環(huán)復制滾環(huán)復制(rolling circle replication)滾環(huán)復制和滾環(huán)復制和D環(huán)復制環(huán)復制 是某些低等生物的復制形式，如是某些低等生物的復制形式，如M13噬噬菌體等。菌體等。3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滾環(huán)復制滾環(huán)復制5 5 3 3 5 A蛋白蛋白 打開缺口打開缺口dNTPDNA-pol D環(huán)復制環(huán)復制(D-loop replication) 是線粒體是線粒體DNA (mitochon

20、drial DNA，mtDNA)的復制形式。的復制形式。D環(huán)復制的特點是復制起點不在雙鏈環(huán)復制的特點是復制起點不在雙鏈DNA同一同一位點，內、外環(huán)復制時有時序差別位點，內、外環(huán)復制時有時序差別 DNA損傷（突變）與修復損傷（突變）與修復DNA Damage (Mutation) and Repair遺傳物質的結構改變而引起的遺傳信息遺傳物質的結構改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。改變，均可稱為突變。在復制過程中發(fā)生的在復制過程中發(fā)生的DNA突變稱為突變稱為DNA損傷損傷(DNA damage)。從分子水平來看，突變就是從分子水平來看，突變就是DNA分子上分子上堿基的改變。堿基的改變。 一

21、、突變的意義一、突變的意義（一）突變是進化、分化的分子基礎（一）突變是進化、分化的分子基礎（二）突變導致基因型改變（二）突變導致基因型改變（三）突變導致死亡（三）突變導致死亡（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎二、引發(fā)突變的因素二、引發(fā)突變的因素1. 物理因素：紫外線物理因素：紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射、各種輻射 UV2. 化學因素化學因素常見的化學誘變劑常見的化學誘變劑化合物類別化合物類別作作 用用 點點分子改變分子改變堿基類似物堿基類似物如：如：5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羥胺類（羥胺類（NH2OH）T C-

22、T - A - C - G -亞硝酸鹽（亞硝酸鹽（NO2）C U- G - C - A - T -烷化劑烷化劑如：氮芥類，如：氮芥類，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G三、突變的分子改變類型三、突變的分子改變類型錯配錯配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)移碼移碼(frame-shift) DNA分子上的堿基錯配稱點突變分子上的堿基錯配稱點突變(point mutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 轉換轉換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。嘧啶或嘧啶變嘌呤。 2. 顛換顛換（一）錯配（一）錯配鐮形紅細胞貧血病人鐮形紅細胞貧血病人Hb (HbS) 亞基亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亞基亞基N-val his leu thr pr