高二生物DNA的復制

DNA的復制譚紅軍1981年

美國加利福尼亞大學柏克萊分校

波納教授

海斯教授

一枚琥珀切片

4000萬年前

一只蚊子的細胞

細胞結構驚人地完整

基因工程（重組DNA）相關技術及應用

geneticengineering基因診斷

疾病相關基因克隆、印跡技術、探針技術、PCR技術、DNA序列分析、生物芯片技術等基因治療

生物制藥轉基因動物和植物

SupermouseSupertomato

地球上會出現(xiàn)嗎？土豆番茄煙“魚人”新人種愛因斯坦想象：是科學的翅膀！教學重點

中心法則DNA復制的概念、特點參與復制的主要物質及其作用一、中心法則

TheCentralDogma2.中心法則(TheCentralDogma)

——

遺傳與進化中的信息流轉錄翻譯逆轉錄DNARNA蛋白質復制M.Temin

二、DNA的復制

DNAReplication

DNA雙螺旋結構模型中的重要知識點？方向相反

堿基配對規(guī)則

（A=TG≡C）1.復制(replication)

是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。即遺傳物質的傳代。復制親代DNA子代DNA2.DNA復制的方式（特征）

半保留復制半不連續(xù)復制AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復制過程中形成的復制叉子代DNA

半保留復制解鏈方向半不連續(xù)性復制（復制叉）3

5

3

5

3′5′3′5′3′5′

領頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段（Okazakifragment）領頭鏈leadingstrand

——合成方向與復制叉解鏈方向相同，并可連續(xù)合成的子鏈。隨從鏈laggingstrand——合成方向與復制叉解鏈方向相反，并且是不連續(xù)合成的子鏈。

岡崎片段okazakifragment——在DNA復制過程中，隨從鏈上初合成的不連續(xù)的DNA片段。半不連續(xù)性復制——在DNA復制過程中，領頭鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制。

1）模板(template)：解開成單鏈的DNA母鏈2）底物(substrate)或稱原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP3）引物(primer)：復制需要一小段RNA作引物4）能源：需ATP供能，原料dNTP本身也是高能化合物5）酶和蛋白質因子：DNA聚合酶(polymerase)等3.參與DNA復制的物質及作用復制過程動畫解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶（1）解鏈酶（helicase）作用：利用ATP供能，解開DNA雙鏈消耗2ATP/解開1bp可隨復制叉的伸展向前移動也稱：解螺旋酶（2）拓撲異構酶

（topoisomerase，Topo）Topo：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作用：松馳DNA超螺旋，克服扭結現(xiàn)象解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶（2）拓撲異構酶（topoisomerase，Topo）（3）單鏈DNA結合蛋白(SSB)

(singlestrandDNAbindingprotein)作用：能與DNA單鏈可逆的結合，其作用有二解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶也稱：DNA結合蛋白（DNAbindingprotein，DBP)①防止DNA復性②防止DNA單鏈模板被水解（4）引物酶（primase）模板以DNA單鏈為模板底物NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）按堿基配對原則（A=UG≡C）按5→3

方向

解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶作用：復制起始時催化生成RNA引物本質：是一種RNA聚合酶（可以使兩個游離的NTP聚合，此不同于催化轉錄過程的RNA聚合酶）

（5）（6）DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶

(DNAdependentDNApolymerase)簡稱：DNApol（DDDP）解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶A.Kornberg試管內實驗證實加有:模板、底物、引物該酶可催化新鏈DNA生成（5）（6）DNA聚合酶DNApol（DDDP）主要作用：5→3

的聚合活性解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶dTTP3'3'

ATGCAATTGC5'||||5

TACGppiT（5）（6）DNA聚合酶機理：

使核苷酸之間生成3

，5

磷酸二酯鍵主要作用：5→3

的聚合活性模板以DNA單鏈為模板底物dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物以小片段RNA為引物注：引物的原料（ATP、GTP、CTP、UTP）按堿基配對原則（A=TG≡C）按5→3

方向在RNA引物的

3

-OH末端上開始逐個添加dNTP解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶解鏈方向3

5

3

5

3′3′3′

領頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段（Okazakifragment）5′3′5′3′5′3′DNA聚合反應（新鏈生成）的特點需要模板

具方向性新鏈的延長5→3

需要引物（5）（6）DNA聚合酶E.coli大腸桿菌DNA聚合酶的作用解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ分子數(shù)/細胞4004020聚合的核苷酸數(shù)/分鐘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補空隙校讀損傷修復校讀損傷修復DNA復制校讀（7）DNA連接酶(DNAligase)作用：消耗ATP，將隨從鏈中相鄰的兩個DNA片段連接起來催化同一模板DNA鏈上的兩個相鄰DNA片段的3＇端與5＇端間形成磷酸二酯鍵，把相鄰的兩段DNA連成完整的鏈解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶DNA連接酶ATPADPHO5’3’5’3’3’5’5’3’起始:形成復制叉replicationfork需解決兩個問題DNA解開成單鏈，提供模板合成RNA引物，提供

3

-OH末端4.DNA復制的過程解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶起始延長終止Topo引物酶延長:DNA-polⅢ(DDDP-Ⅲ)的5→3

的聚合活性使核苷酸之間生成3

，5

磷酸二酯鍵模板以DNA單鏈為模板底物

dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物

以小片段RNA為引物，在RNA引物的

3

-OH末端上開始逐個添加dNTP按堿基配對原則

（A=TG≡C）按5→3

方向

4.DNA復制的過程解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶起始延長終止

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-polⅢ目錄4.DNA復制的過程解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶起始延長終止5

5

5

DNA-polⅠOHP5

DNA-pol

ⅠdNTP5

5

PATP

ADP+Pi5

5

DNA連接酶終止:隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接解鏈酶拓撲異構酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶起始延長終止復制過程動畫5.半保留復制的意義保證了物種遺傳的穩(wěn)定性(高保真性、保守性)是物種穩(wěn)定的分子基礎，但不是絕對的。按半保留復制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的穩(wěn)定性。過程

酶和蛋白作用復制的條件小結1：E.coli（原核生物）DNA復制

過程酶和蛋白作用復制的條件起始延長終止小結1：E.coli（原核生物）DNA復制

過程酶和蛋白作用復制的條件起始解鏈酶拓撲異構酶SSB(DBP)引物酶延長DNA-polⅢ終止DNA-polⅠDNA連接酶小結1：E.coli（原核生物）DNA復制

過程酶和蛋白作用復制的條件起始解鏈酶解開DNA雙鏈拓撲異構酶松馳超螺旋SSB(DBP)①防止復性②防止被水解引物酶合成RNA引物延長DNA-polⅢDNA鏈的延伸、校讀終止DNA-polⅠ切除引物,填補空隙,校讀DNA連接酶連接DNA片段

小結1：E.coli（原核生物）DNA復制

過程酶和蛋白作用復制的條件起始解鏈酶解開DNA雙鏈模板拓撲異構酶松馳超螺旋SSB(DBP)①防止復性②防止被水解引物酶合成RNA引物RNA引物延長DNA-polⅢDNA鏈的延伸、校讀底物dNTP終止DNA-polⅠ切除引物,填補空隙,校讀DNA連接酶連接DNA片段

能源ATP酶和蛋白小結1：E.coli（原核生物）DNA復制

過程復制

逆轉錄轉錄翻譯概念部位底物主要酶方向過程（模型）意義特點小結2：歸納與比較

過程復制逆轉錄轉錄翻譯概念DNA→DNA部位核、線底物dNTP主要酶DDDP方向5→3

過程（模型）復制叉意義DNA連接酶特點半保留半不連續(xù)小結2：歸納與比較

基因診斷在法醫(yī)學上的應用：物證檢驗個體識別親子鑒定荔枝DNA找到殺人者被害人：12歲女孩，死者胃里發(fā)現(xiàn)咖啡色肉絲狀物嫌疑人：家中發(fā)現(xiàn)一些荔枝殼和核植物DNA檢驗技術：進行DNA擴增檢驗，證明肉絲狀物（果肉）和外殼呈現(xiàn)相同DNA譜帶，而市場上隨機購買的荔枝卻與前兩者的DNA譜帶不同說明事實：兩者DNA具有同源性（同一棵樹上結的果實）小結3：應用與思考聚合酶鏈反應PCR（PolymeraseChainReaction）是一種體外的特異DNA擴增技術。KaryMullis于1985年發(fā)明，1987年完成自動化操作裝置，1993年獲諾貝爾化學獎理論上講，只要存在一分子的DNA，就可最終進行基因檢測實際工作中，一滴血、一根毛發(fā)或一個細胞已足以滿足檢測需要，但首先需進行DNA擴增，即PCR根據(jù)DNA變性與復性及半保留復制的知識，請思考PCR反應體系應有哪些基本成分？小結3：應用與思考電子元件/電子元件nih27qfi安無事了？雅思琦想了壹夜也沒有想明白，因此今天早上醒來的時候，頭還昏沉沉地。剛要回壹神兒，紅蓮就沖了進來：“福晉，不好了，秦公公剛剛傳話，爺要來咱們霞光苑用早膳?！薄澳阍趺催@么沒有規(guī)矩，什么叫‘不好了’，爺來用早膳能是‘不好了’？我看你是皮癢了?！薄盎馗x，奴婢知錯了?？墒?，爺馬上就到了，您還是得趕快……”雅思琦心里何嘗不急？她不但心急如焚，她還迷惑不解呢。爺壹大清早地就大駕光臨霞光苑，簡直令她丈二和尚摸不到頭腦，直到壹眾人等手忙腳亂地將爺迎了進來，她才知道爺這葫蘆里到底賣的是什么藥：“福晉，爺有壹件事情需要福晉做壹下。”“爺怎么這么客氣了？”“昨天，年氏目中無爺，沖撞十三弟，失禮至極，有損王府顏面，實屬大逆不道！鑒于這是后院的事情，請福晉根據(jù)府里的規(guī)矩，予以處治！”“爺！”“怎么？”“這是