第三章-1DNA复制图

引发酶 (primase):
依赖DNA的RNA聚合酶 依赖DNA的RNA聚合酶 催化RNA引物的合成 催化RNA引物的合成 在大肠杆菌，引发酶是dna G基因的产物 在大肠杆菌，引发酶是dna G基因的产物
RNA引物： RNA引物： 引物
在DNA模板的复制起始部位由引发酶催 DNA模板的复制起始部位由引发酶催 NTP的聚合 形成短片段的RNA， 的聚合， 化NTP的聚合，形成短片段的RNA，为DNA 聚合提供3 OH末端 末端。 聚合提供3´-OH末端。
· · · ·
细胞生长在15N 标记培养基中 转入正常N源培养基中 转入正常 源培养基中 分离各代DNA 分离各代 分析各代DNA的浮力密度 分析各代 的浮力密度
复制起点： 复制起点：DNA复制由固定的起始点开始 复制由固定的起始点开始 富含AT & 发夹结构 富含 显 “呼吸作用”十分明 呼吸作用”
开链复合物
前引 发复 合物
复制体
前导链的合成随亲本链的解开而连续进行 复制 后随链的合成过程中，一段亲本DNA单链 后随链的合成过程中，一段亲本DNA单链 首先暴露， 首先暴露，然后以与复制叉移动相反的方 向合成一系列冈崎片段， 向合成一系列冈崎片段，最后再将其连接 成完整的后随链 这种前导链的连续复制和后随链的不连续 复制具有普遍性
动物线粒体 DNA的复制方式 的复制方式
第二节 原核生物DNA复制 原核生物DNA复制
DNA拓扑异构酶 DNA拓扑异构酶
既能水解， 既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键 拓扑酶Ⅰ 切断DNA双链中的一股 拓扑酶Ⅰ 切断DNA双链中的一股 拓扑酶Ⅱ 切断DNA双链 拓扑酶Ⅱ 切断DNA双链
解链酶
---TAGC-----ATCG---
② DNApol І ---TAGC-----A CG--Ligase ③
★核苷酸切除修复
• 复制前进行 • 不易出错 •UvrA, B, C gene 内切核酸酶 （Endonucleases） ） 外切核酸酶 （Exonuclease） ） • DNA pol І • DNA Ligase 核苷酸切除修复
聚合酶、 聚合酶、连接酶
★ SOS 修复机制
SOS 修复－－无模板指导的 修复－－无模板指导的DNA复制 －－无模板指导的 复制 大剂量的紫外线照射， 大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生
SOS系统诱导，错误潜伏的复 系统诱导， 系统诱导 制超越二聚体而进行
错误碱基
SOS修复原则： SOS修复原则：丧失某些信息而活总比死亡 修复原则 好些 SOS修复允许新生 SOS修复允许新生DNA链越过胸腺嘧啶二 修复允许新生DNA链越过胸腺嘧啶二 聚体继续复制，是一个错误潜伏 错误潜伏的过程 聚体继续复制，是一个错误潜伏的过程 SOS修复与切除修复不同 SOS修复与切除修复不同，切除修复系统的 修复与切除修复不同， 酶在正常细胞中已存在， SOS修复系统的 酶在正常细胞中已存在，而SOS修复系统的 酶只在细胞受损时出现 LexA阻遏蛋白 LexA阻遏蛋白， RecA蛋白酶活性 阻遏蛋白， 蛋白酶活性
DNA复制保持准确性的机制 复制保持准确性的机制: 复制保持准确性的机制 1、碱基互补配对 、 2、复制酶的校对机制 、 3、复制的起始具有引物： 3、复制的起始具有引物：避免由于最初几个核 苷酸的复制错误导致的致死突变!!! 苷酸的复制错误导致的致死突变 4、从5’到3’延伸 、 到 延伸 5、生物体的DNA修复机制 、生物体的 修复机制
ห้องสมุดไป่ตู้第三章 DNA复制 复制 (DNA Replication)
第一节 基本概念 第二节 原核生物 原核生物DNA复制（E.coli） 复制（ 复制 ） 真核生物DNA复制 第三节 真核生物 复制 第四节 DNA的修复 的修复
DNA 复制在细胞周期的 期 复制在细胞周期的S期
第一节 基本概念 一、DNA的半保留复制 的半保留复制 （Semi-Conservation Replication） ）
二聚体修复的机制： 二聚体修复的机制：
★ DNA的直接修复 的直接修复
• 复制前修复、不容易出错 复制前修复、 • 400 nm 蓝光、PR 酶 蓝光、 ----TT-------AA-------TT-------AA---可见光激活
(photo-reactivation enzyme) DNA光解酶（photolyase） 光解酶（ 光解酶 ）
★切除修复
碱基切除修复 核苷酸切除修复
★碱基切除修复
尿嘧啶糖苷水解酶 系统
修复尿嘧啶的来源： 修复尿嘧啶的来源：dUTP的渗入 的渗入 胞嘧啶的自发脱氨氧化
---TAGC-----ATCG---
---TAGC--AU CG
尿嘧啶糖 苷水解酶 ①
---TAGC-----AUCG---
U AP内切酶 内切酶 (Apurinase)
第四节 DNA修复 修复
♦ 错配修复 ♦ 切除修复 ♦ 直接修复 ♦ 重组修复 ♦ SOS修复 修复
★ 错配修复
DNA中的 中的GATC 中的 为m6A甲基化敏感位点 甲基化敏感位点 平均每2kb左右有一 左右有一GATC 平均每 左右有一
修复过程 MutL/MutS 扫描识别错配 碱基和邻近的GATC序列 碱基和邻近的 序列 切点－－甲基化GATC中 切点－－甲基化 中 G的5’侧 的 ’ 甲基化程度的差异 DNA helicase, SSB, exonuclease I去除包括错 去除包括错 配碱基的片段 DNA polymerase III 和 DNA ligase 填充缺口 昂贵的代价用于保证DNA的准确性 的准确性 昂贵的代价用于保证
若干GATC位点 位点 若干
复制起始
1、拓扑异构酶解开超螺旋。 、拓扑异构酶解开超螺旋。 2、Dna A蛋白识别并在 、 蛋白识别并在ATP存在 蛋白识别并在 存在 下结合于四个9bp的重复序列。 下结合于四个 的重复序列。 的重复序列
起始复合物
3、在HU蛋白和 、 蛋白和ATP参与下 Dna 参与下, 蛋白和 参与下 A蛋白变性 个bp的重复序列 形 蛋白变性13个 的重复序列 的重复序列,形 蛋白变性 成开链复合物。 成开链复合物。 4 、Dna B借助于水解 借助于水解ATP产生 产生 借助于水解 的能量在Dna C的帮助下沿 →3’ 的帮助下沿5’ 的能量在 的帮助下沿 方向移动，解开DNA双链，形成 双链， 方向移动，解开 双链 前引发复合物。 前引发复合物。 5、单链结合蛋白结合于单链。 、单链结合蛋白结合于单链。 6、引物合成酶（Dna G蛋白） 、引物合成酶（ 蛋白） 蛋白 开始合成RNA引物。 引物。 开始合成 引物
利用ATP解开 利用ATP解开DNA双链 解开DNA双链
单链DNA结合蛋白 SSB） 单链DNA结合蛋白（SSB） 结合蛋白（
维持模板处于单链状态 保护单链的完整
引发酶
是RNA聚合酶，合成一段RNA引物 RNA聚合酶 合成一段RNA引物 聚合酶，
复制的引发
前导链的引发： 前导链的引发：引发酶 滞后链的引发：引发前体＋引发酶+6种蛋白质 滞后链的引发：引发前体＋引发酶+6种蛋白质 构成引发体
----TT-------AA---PR
----TT-------AA----
重组修复（ ★重组修复（recombinative repair） ）
二聚体后起始 •复制后修复 ，容易出错 复制后修复 • RecA（催化 （催化DNA 分子间 的同源联会和交换单链） 的同源联会和交换单链） • DNA pol І • DNA ligase RecA
SOS 修复只是 修复只是SOS反应的一部分 反应的一部分 RecA在SOS反应 在 反应 反应中起核心作用 RecA与LexA组成 RecA与LexA组成 调控环路 DNA 损伤
引发体 (primosome):
是由Dna A、 是由Dna A、Dna B、Dna C以及其他复制 B、 C以及其他复制 因子一起形成复合体，再结合引发酶（ Dna G ） 因子一起形成复合体，再结合引发酶（ 形成较大的聚合体，结合到模板DNA上。 形成较大的聚合体，结合到模板DNA上
起始的过程
拓扑异构酶
打开DNA超螺链 打开 超螺链
解链酶
打开双螺旋
引发酶
合成
防止复螺旋
单链结合蛋白
引物复合体
oriC与 E.coli 复制的起始 与
OriC in E. coli chromosomal DNA
三个13bp的重复序列 ♦ 三个 的重复序列 四个9bp的重复序列 ♦ 四个 的重复序列 dnaA结合位点 结合位点
－－滑动钳 β二聚体 －－滑动钳
DNApolⅠ和 DNApol Ⅲ的主要特性和功能 Ⅰ
1、 、 DNA聚合酶活性：两者都有 聚合酶活性： 聚合酶活性 条件－－模板、 条件－－模板、引物 －－模板 DNApolⅠ－－主要用于 Ⅰ－－主要用于DNA 主要用于 的修复和RNA引物的替换 引物的替换 的修复和 能填充很大的缺口， 能填充很大的缺口，甚至整个互补链 DNApol Ⅲ－－DNA链的延长 －－ 链的延长 填充几个碱基的小缺口
（2）共价延伸方式（covalence ）共价延伸方式（ elongation）或滚环式复 ） 制（rolling circle replication） ）
由于复制时产生的滚环结 构形状象σ，又称 复制 构形状象 ，又称σ复制 病毒、 病毒、细菌因子
（3） 置换式 ） （Displacement form ） 又称 D 环复制
专一性终止蛋白 E.coli 中由 tus gene 编码 （terminus utilization substance） ）
通过抑制DNA解链酶而发挥终止作用 通过抑制 解链酶而发挥终止作用 解链酶 每次复制时只使用一个终止位点