真核生物DNA的复制
真核生物DNA复制过程
3个序列(B1、B2和B3)可以增加复制起点的效率， 其中B2的9个碱基与上述ARS共有序列相同
真核DNA复制叉主要蛋白质的功能
蛋白质
功能
RPA
单链DNA结合蛋白，激活DNA聚合酶，使解旋酶容易结合DNA
端粒酶（telomerase）是一种核糖核蛋白（RNP），由 RNA和蛋白质组成
端粒酶以自己的RNA组分作为模板，以染色体的3’端 ssDNA（后随链模板）为引物，将端粒序列添加于染色体 的3 端。这些新合成的DNA为单链
端粒酶催化作用的爬行和端粒的延长过程
五、真核生物染色体DNA在每个细胞周 期中只能复制一次
DNA连接酶Ⅰ 连接冈崎片段
DNA解旋酶 DNA双螺旋解链，参与组装引发体
TolⅠ和TolⅡ 拓扑异构酶，去除负超螺旋（使解旋酶容易解旋），去除复制叉前方产生的正 超螺旋
二、真核生物复制的延长发生DNA聚合酶转换
现在认为pol α主要催化合成引物，然后迅速被具 有连续合成能力的DNA pol δ和DNA pol ε所替 换，这一过程称为聚合酶转换。DNA pol δ负责 合成后随链，DNA pol ε负责合成前导链。
复制的起始需要DNA-pol α（引物酶活性）、 pol δ和pol ε参与。还需解螺旋酶活性、拓扑 酶和复制因子(replication factor, RF)
酵母复制起始点
酵母染色体含有多个复制起点。
酵母复制起点为自主复制序列（autonomously replicating sequences，ARS）：
3
5
+
5
3
3
第三章 DNA的复制
（1）端粒和端粒酶的发现
1978 年 ， Blackburn 发现四膜虫大核中 rDNA 小分 子 末 端 的 端 粒 结 构 为 370520bp 的 (GGGGTT)n 重复片段。
加尾实验 1984
加尾实验 1985
四膜虫抽提液
酵母 末端重复序列
端 粒 酶 的 鉴 定
1985
端粒酶的分离纯化
TA
母代DNA 子代DNA
半保留复制的意义
按半保留复制方式，亲代DNA所含的信 息以极高的准确度传递给子代DNA分子,子 代保留了亲代的全部遗传信息 ，体现了遗 传的保守性。
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基 础，但不是绝对的。
3.1.2 复制叉和复制体
复制叉：发生复制的 位点，或者称为生 长点。
后随链：背向复制叉，一段亲本DNA链先暴露 出来才能以相反方向合成DNA小片段，然后 这些小片段DNA连接形成完整的后随链。
冈崎的实验—脉冲标记实验
lig-突变体
冈崎的实验—脉冲追踪实验
3.1.5复制的起点、方向
复制起点（origin of replication，ori）
原核生物复制起始位点区特点
Dolly 1996-2003
端粒酶和永生
3.3 DNA复制的终止
ColE I
3.4 DNA复制的调控
质 粒 的 复 制 调 控
真核生物的DNA复制的调控
GLN1 GLN2 GLN3
cyclin
p34
MPF
cdc6,cdc8, cdc9,cdc21
3.2.2 多复制子复制的非一致性
每个复制子发动复制的先后时序有很大区别： 同一染色体上不同复制子之间 不同类型细胞之间
复制子的多少与DNA复制的速度有关 基因组的复制完成与细胞、组织及发育状态有 关。
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点
原核生物与真核生物DNA复制共同得特点：1底物成分：亲代DNA分子为模板，四种脱氧三磷酸核苷(dNTP)为底物，多种酶及蛋白质：DNA拓扑异构酶、DNA解链酶、单链结合蛋白、引物酶、DNA聚合酶、RNA酶以及DNA连接酶等；2过程：分为起始、延伸、终止三个过程；3聚合方向：5'→3'；4化学键： 3'，5'磷酸二酯键；5遵从碱基互补配对规律；6一般为双向复制、半保留复制、半不连续复制。
原核生物与真核生物DNA复制不同得特点：1真核生物为线性DNA,具有多个复制起始位点，形成多个复制叉，DNA聚合酶得移动速度较原核生物慢。
原核生物为一般为环形DNA，具有单一复制起始位点。
2真核生物DNA复制只发生在细胞周期得S期，一次复制开始后在完成前不再进行复制，原核生物多重复制同时进行。
3真核生物复制子大小不一且并不同步。
4原核生物有9-mer与13-mer得重复序列构成得复制起始位点，而真核生物得复制起始位点无固定形式。
5真核生物有五种DNA聚合酶，需要Mg+。
主要复制酶为DNA聚合酶δ（ε），引物由DNA聚合酶α合成。
原核生物只有三种，主要复制酶为DNA聚合酶III。
6真核生物末端靠端粒酶补齐，而原核生物以多联体得形式补齐。
7真核生物冈崎片段间得RNA引物由核酸外切酶MF1去除，而原核生物冈崎片段由DNA聚合酶I去除。
8真核生物DNA聚合酶γ负责线粒体DNA合成。
9真核生物DNA聚合酶δ得高前进能力来自于RF-C蛋白与PCNA 蛋白得互相作用。
原核生物DNA聚合酶III得前进能力来自与γ复合体（夹钳装载机）与β亚基二聚体（β夹钳）得相互作用。
10原核生物得聚合酶没有5→3外切酶活性，需要一种FEN1得蛋白切除5端引物，原核生物DNA聚合酶工具有5→3外切酶活性。
11原核得DNA Pol─Ⅱ复制时形成二聚体复合物，而真核生物得聚合酶保持分离状态。
原核生物与真核生物基因信息传递过程中得差异。
真核生物的DNA复制和修饰机制
真核生物的DNA复制和修饰机制当我们谈论细胞时，通常会谈到DNA的重要性。
DNA是遗传信息的存储库，它是构成所有生命最基本的单元。
DNA拥有许多重要功能，包括DNA复制和修饰。
本文将探讨真核生物的DNA复制和修饰机制。
DNA复制DNA复制是指DNA的双链解开并沿着两个单链模板制造新的双链。
这样的过程不可避免地带来了一些错误。
为了最小化错误的出现，真核生物细胞使用了复杂的机制来完成DNA复制。
DNA聚合酶是复制的主要酶，能够识别模板链，并以合成链。
DNA聚合酶只能在3'端开始合成链。
因此，DNA链只能在5' - 3'方向生长。
这意味着加入新碱基的位置与模板链之间仍有一小段未复制的单链DNA。
通过DNA聚合酶不断往前移动，DNA复制完成。
在细胞内，只有一段DNA链被复制，称为前行链。
另一条链称为滞后链。
滞后链上产生DNA片段，称为Okazaki片段。
他们在DNA聚合过程中由RNA聚合酶合成的RNA片段，该片段是DNA聚合酶通过向3'末端合成链来填充缺失的DNA段。
随后，RNA聚合酶通过3'-5'方向在RNA和DNA交替区域向5'端移动，将枚举RNA断裂并附着到刚合成的DNA链上。
DNA复制还需要一个工具——DNA螺旋酶。
这个酶能够在另一端解开双螺旋DNA。
然而，前行链的复制仅仅是DNA复制过程的一部分。
将DNA复制到整个染色体中的所有区域是一个十分庞大的任务。
在真核生物中，这个任务由数十个蛋白质组成的复合物完成，被称为复制起始复合物。
此外，其他细胞器也参与到DNA复制中。
DNA修饰DNA修饰是指改变化学结构和序列的生物学过程。
这个过程可以影响DNA复制，转录和包装。
DNA修饰在真核生物中发挥了重要的功能，例如遗传调控和表观遗传。
DNA修饰有许多种，其中最常见的是甲基化。
DNA甲基化是指添加一个甲基基团到DNA中。
这个基团可与其他化合物相结合，可能会影响基因转录。
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点原核生物和真核生物都有一个共同的目标，即通过DNA复制来传递遗传信息。
然而，它们之间的DNA复制过程在许多方面有很大的异同。
在原核生物中，例如细菌，DNA复制过程通常涉及三个主要步骤：初始化、复制和终止。
在初始化阶段，DNA双链被解旋，并有一个作为起始点的特定序列称为起始点。
在这个区域，DNA链被“解开”，形成两条单链。
然后，在复制阶段，DNA聚合酶酶按照单链的方向在DNA模板上滑动，并通过添加互补的核苷酸来合成新的DNA链。
在这个过程中，每一条互补链成为新的DNA链，利用原有的DNA作为模板进行复制。
最后，在终止阶段，DNA链与模板分离，并两个新合成的DNA被分隔开。
与之不同，真核生物的DNA复制需要更多的步骤和复杂的机制。
真核生物的DNA复制通常涉及以下几个关键过程：初始化、复制和终止。
在初始化阶段，一个复制起始点复合物被形成，这是由一些特定蛋白质组成的复合物，它们负责在DNA双链之间形成一个“开口”。
该起始点通常包含一些保守的序列和其他特征，以帮助DNA聚合酶酶能够选择正确的地方开始复制。
在复制阶段，DNA聚合酶复制酶与其他辅助蛋白一起在DNA模板上滑动，并沿着模板合成新的DNA链。
然而，与原核生物中的DNA聚合酶不同，真核生物中DNA聚合酶复制酶通常有多个亚单位，每个亚单位具有不同的功能，并需要一些配合的蛋白质来完成复制过程。
此外，真核生物的DNA复制过程还涉及DNA拳卷和解旋过程，以帮助DNA复制酶复制DNA链。
这些过程由一些拳卷和解旋酶负责，这些酶能够在复制过程中产生一个单链DNA模板，以便DNA复制酶复制新的DNA链。
在终止阶段，复制过程以类似于原核生物的方式结束。
新合成的DNA 链被分离，复制起始点复合物被解体，然后两个新合成的DNA分隔开。
总结来说1.异同点：原核生物的DNA复制通常涉及三个主要步骤，而真核生物的DNA复制需要更多的步骤和复杂的机制。
原核生物与真核生物DNA复制的特点(与“复制”有关的文档共20张)
第八页，共20页。
4、DNA聚合酶
现已发现在大肠杆菌中存在 DNA 聚合酶 I 、 II 、 III
第九页，共20页。
第十页，共20页。
DNA聚合酶I不是复制大肠杆菌染色体 的主要聚合酶，它有5’→3’核酸外切酶活性 ，保证了DNA复制的准确性。它也可用来除 去冈崎片段5'端RNA引物，使冈崎片段间缺 口消失，保证连接酶将片段连接起来。
第七页，共20页。
3、DNA复制的引发与终止
A、旋转酶改变双螺旋的构象，解螺旋酶解开链。
B、SSB 结合到解开的单链上。 DNA聚合酶II的活性很低，若以每分钟酶促核苷酸掺入DNA的转化率计算，只有DNA聚合酶I的5%，所以也不是复制中主要的酶。
子（每条染色体上有多个复制起点） 3、真核细胞 DNA 复制的调控
目前认为DNA聚合酶II的生理功能主要是起修复DNA的作用。
成新的 RNA 引物。 真核细胞中 DNA 复制有三个调控点：
这种前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界是有普遍性的，因而称之为 DNA 的半不连续复制。 DNA聚合酶III包含有7种不同的亚单位和9个亚基，其生物活性形式为二聚体。
G、第二个冈崎片段形成， DNA 聚合酶Ⅰ切去引物， 并加上脱氧核苷三磷酸。
C、引发体合成 RNA 引物。 coli 的起始位点主要是 oriC ，与蛋白相互作用来启动复制。
所有DNA 聚合酶的方向都是 5 '→ 3 '，而不是 3 '→ 5 '。 coli 的起始位点主要是 oriC ，与蛋白相互作用来启动复制。
D、DNA 聚合酶Ⅲ作用下合成先导链。 F、复制叉继续前进，前导链连续合成，滞后链上合
原核生物及真核生物DNA复制
真核生物DNA聚合酶及有关蛋白
表 真核生物五种DNA聚合酶
DNA聚合 酶
位置
功能α核 引发 Nhomakorabeaδ
核 合成
ε
核 修复
βγ
核 线粒体 修复 复制
相对活性 80% 分子量 300K
170-230K
250K
亚基
3’→5’ 外切
催化核心（180K） 催化核心
催化核
两个引物酶(60,50K) (125K)
心
一个未知
原核生物及真核生物DNA复制
9、单链结合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：稳定已被解开的DNA 单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶 降解。
原核生物及真核生物DNA复制
（三）DNA的复制过程（大肠杆菌为例）
双链的解开
RNA引物的合成
DNA链的延伸
切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的
5、 DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶 ●以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物 ●反应需要有模板的指导 ●反应需要有3-OH存在 ●DNA链的合成方向为5 3
原核生物及真核生物DNA复制
原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌）
性质
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶 Ⅲ
3' 5 '外切活性 +
+
+
5' 3 '外切活性 +
在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并 连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的 方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一 条完整的DNA链为原滞核生后物及链真核。生物DNA复制
在DNA复制过程中，前导链能连续合成， 而滞后链只能是断续的合成53 的多 个短片段，这些不连续的小片段称为冈 崎片段。
真核生物的DNA复制
第二部分：真核生物DNA复制
上节内容回顾
一、DNA复制的3大特性： 1、DNA的半保留复制 2、DNA的半不连续复制 3、DNA复制的方向性（5’ → 3’）
二、 DNA复制的过程及所涉及的酶
DNA复制的过程及参与的酶
拓扑异构酶 解旋酶 DNA结合蛋白 引物引发酶 RNA聚合酶 DNA聚合酶III DNA聚合酶I 连接酶
1. 复制起始因子（DnaA）的 浓度决定了复制起始频率。 同时DnaB，C对蛋白质复制 起正调控作用。
2. 质粒ColEⅠ：反义RNA对复制的调控
RNA-II mRNA
RNA-II RNase H
质粒ColEⅠ：反义RNA对复制的调控
RNase H
DNA链延伸
RNA-II的转录对DNA复制是一种正 控制的激活过程
特点3：参与DNA复制的DNA聚合酶及 蛋白质因子有区别
参与真核生物DNA复制的酶
真核生物DNA聚合酶（5种）：α、β、γ、δ、ε。
参与真核生物DNA复制的蛋白因子
1. 真核生物DNA复制的单链结合蛋白是RFA； 原核生物DNA复制的单链结合蛋白是SSB。
2. 真核生物DNA聚合酶polyδ需要一种辅助蛋 白（分裂细胞核抗原，PCNA），它可以促 进聚合酶的活性，增强酶的行进性。
RNAI可以与RNAII形成二聚体，
但RNase H仍可正常切割RNA-II
形成复制的引物。
ColE I质粒复制调控
• Rop蛋白对复制的调控是通过RNA-I/RNA-II 形成特异的二级结构而体现，而且这种调 控也只是在RNA-II转录的特定时刻才具有 效应。
3. 甲基化对复制的控制：
Dam甲基化酶—对GATC位点的甲基化 DnaA蛋白--识别全甲基化的复制起点
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点
原核生物与真核生物复制的过程及其异同点。
原核生物与真核生物复制的过程大体上均分为复制的起始、DNA链的延伸和复制的终止三个过程。
原核生物DNA的复制过程（以大肠杆菌为例）：复制起始：OriC起始位点由四个9个核苷酸（9-mer）的重复序列和三个13个核苷酸（13-mer）的重复序列组成。
DnaA蛋白结合到9-mer 结构上，使DNA形成一个环。
结果，双链DNA在富含A-T碱基的13-mer 区域分开成为单链。
随后，DnaB-DnaC复合体结合到复制起始点上，形成预引发复合物。
然后，DnaB利用其解旋酶的活性使解链部分延长，并激发DnaG引发酶，进而形成一段RNA引物，起始DNA的复制（DNA 聚合酶只能从3’羟基端起始复制）。
DNA链的延伸：DNA链一般形成两个复制叉进行双向复制。
DNA链的复制是半不连续复制，以3’-5’方向DNA链为模板合成的子链为前导链，另一条为后随链，后随链的合成以合成冈崎片段的方式进行。
延伸过程主要依靠DNA聚合酶III（核心酶由α、θ、ε构成），DNA聚合酶III靠其β夹钳牢固地结合在DNA链上并延DNA链移动。
冈崎片段一端的引物由DNA聚合酶I以切口平移的方式去除，然后由DNA连接酶连接为一体。
复制叉前进时由解旋酶依靠水解ATP的能量（一个ATP一个碱基）打开双链，单链与SSB结合并保持稳定。
DNA拓扑异构酶去除正超螺旋。
复制的终止：复制叉前行，当遇到22个碱基组成的重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus复合物使DnaB停止解链，复制叉前移停止，等相反方向复制叉到达后，由修复方式填补两个复制叉间的空缺。
随后，在DNA拓扑异构酶IV的作用下复制叉解体，释放子链DNA。
真核生物DNA的复制：真核生物DNA的复制过程与原核生物DNA的复制过程大体相同。
复制的起始：真核生物DNA复制从成百上千个起始位点上开始，形成多个复制叉。
真核生物DNA复制只发生在S期。
真核生物复制起始位点难以确定，酵母中称为自主复制序列（ARS）。
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点
1底物成分：亲代DNA分子为模板，四种脱氧三磷酸核苷(dNTP)为底物，多种酶及蛋白质：DNA拓扑异构酶、DNA解链酶、单链结合蛋白、引物酶、 DNA聚合酶、RNA酶以及DNA连接酶等；2过程：分为起始、延伸、终止三个过程；3聚合方向：5'→3'；4化学键： 3'，5'磷酸二酯键；5遵从碱基互补配对规律；6一般为双向复制、半保留复制、半不连续复制。
原核生物与真核生物DNA复制不同的特点：1真核生物为线性DNA,具有多个复制起始位点，形成多个复制叉，DNA 聚合酶的移动速度较原核生物慢。
原核生物为一般为环形DNA，具有单一复制起始位点。
2真核生物DNA复制只发生在细胞周期的S期，一次复制开始后在完成前不再进行复制，原核生物多重复制同时进行。
3真核生物复制子大小不一且并不同步。
4原核生物有9-mer和13-mer的重复序列构成的复制起始位点，而真核生物的复制起始位点无固定形式。
5真核生物有五种DNA聚合酶，需要Mg+。
主要复制酶为DNA聚合酶δ（ε），引物由DNA聚合酶α合成。
原核生物只有三种，主要复制酶为DNA聚合酶III。
6真核生物末端靠端粒酶补齐，而原核生物以多联体的形式补齐。
7真核生物冈崎片段间的RNA引物由核酸外切酶MF1去除，而原核生物冈崎片段由DNA聚合酶I去除。
8真核生物DNA聚合酶γ负责线粒体DNA合成。
9真核生物DNA聚合酶δ的高前进能力来自于RF-C蛋白与PCNA蛋白的互相作用。
原核生物DNA聚合酶III的前进能力来自与γ复合体（夹钳装载机）与β亚基二聚体（β夹钳）的相互作用。
10原核生物的聚合酶没有5→3外切酶活性，需要一种FEN1的蛋白切除5端引物，原核生物DNA聚合酶工具有5→3外切酶活性。
11原核的DNA Pol─Ⅱ复制时形成二聚体复合物，而真核生物的聚合酶保持分离状态。
原核生物与真核生物基因信息传递过程中的差异。
14.2.2真核生物DNA复制的过程
14.2.2 真核生物DNA 复制的过程复制的过程起始延长终止一、真核生物复制的起始真核生物的复制起始点要比原核生物短真核生物每个染色体有多个起始点,习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。
复制子多复制子复制。
复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。
一、真核生物复制的起始DNA-polδ（解螺旋酶活性）DNA-polα（引物酶活性）它与引发酶形成复合物，合成RNA引物，然后再利用其DNA聚合酶活性将引物延伸，产生起始的DNA，从而形成RNA-DNA引物。
拓扑酶复制因子C(replication factor C, RFC)增殖细胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen，PCNA）在复制起始和延长中起关键作用。
PCNA 为同源三聚体，具有与E.coli DNA聚合酶Ⅲ的β亚基相同的功能和相似的构象，即形成闭合环形的可滑动DNA夹子，在RFC的作用下PCNA结合于引物－模板链；并且PCNA使polδ获得持续合成能力。
二、真核生物复制的延长发生DNA聚合酶α/δ转换DNA-polδ和polα分别兼有解螺旋酶和引物酶活性。
在复制叉及引物生成后，DNA-polδ通过PCNA的协同作用，逐步取代polα，在RNA引物的3 -OH基础上连续合成领头链。
随从链引物也由polα催化合成。
然后由PCNA协同，polδ置换polα，继续合成DNA子链。
真核DNA聚合酶转换和后随链合成3'5'5'3'领头链3'5'3'5'亲代DNA后随链引物核小体三、真核生物DNA 合成后立即组装成核小体5’5’3’3’5’5’3’3’真核生物复制叉相遇，终止复制5’3’ori ori 5’3’ori ori真核生物染色体DNA 呈线状，复制在末端停止。
染色体两端DNA 子链上最后复制的RNA 引物，去除后留下空隙。
真核生物DNA的复制
counterpart, the dimeric sliding clamp.
真核生物DNA的复制
1. 真核与原核生物在复制过程上的相同之处： -半不连续复制； -具有相似的起始、延伸等过程。
真核生物DNA的复制
❖ 定义： 在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤
部分切除掉，并以完整链的一条链为模板，合成 切去的部分，使DNA恢复正常结构的过程。
❖ 包括：
碱基切除修复（base-excision repair） 核苷酸切除修复（nucleotide-excision repair）
真核生物DNA的 复制
两个pol分别催化前导 链和滞后链的合成
真核生物DNA的复制
1. 端粒（telomere）
真核生物线性染色体末端的特殊结构，由许 多成串短的重复顺序组成，具有稳定染色体末 端结构的功能。
四膜虫 TTGGGG(仅列一条链的序列)
人
TTAGGG
2. 端粒酶（telomerase）
含有RNA链的逆转录酶，它以所含RNA为模 板来合成 DNA端粒结构。
六、真核生物DNA的复制
（一）参与复制的酶及蛋白质因子
1. DNA聚合酶：pol 、、、 、
位置 亚基数目 3’→5’ 外切酶 引物合成酶 持续合成能力 准确性
α （I） 细胞核
4 + 中等 高
（IV） 细胞核
1 低 低
功能
引物合成 修复
γ （M） 线粒体
2 + 高 高 线粒体DNA 合成
δ （III） 细胞核
真核生物dna复制过程 题
真核生物dna复制过程题
真核生物的DNA复制过程涉及到多个关键步骤，以下为这些步骤的详细解释：
1. 复制起始：在真核细胞的DNA分子上，有几个特异的核苷酸序列是复制所必需的，包括复制起始点（replication origin）顺序。
复制起始点是DNA双螺旋链被解开的地方，从而在两条DNA单链上分别合成新的DNA 链。
这形成了一个个复制叉（replication forks），每个复制叉以复制起始点为中心沿两个相反的方向合成新的DNA链，直至相邻复制叉连在一起最终完成整个DNA分子的复制。
2. DNA解旋：细胞质内的DNA有两条脱氧核糖核酸长链。
通过DNA解旋酶将DNA的两条长链解开，分成两条母链，分别为A和B。
3. 合成子链：以A为母链合成A的子链A’，子链A’称为mRNA1；以B为母链合成B的子链B’，子链B’称为mRNA2。
4. 进入子细胞：A+A’=DNA1或A+mRNA1=DNA1进入子细胞；
B+B’=DNA2或B+mRNA2=DNA2进入子细胞。
总的来说，真核生物的DNA复制过程是一个高度精确和协调的过程，它保证了遗传信息的准确传递。
更多细节可以查阅分子生物学专业书籍或论文获取。
第一节 原核生物与真核生物DNA的复制
生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。
3、真核生物有多种DNA聚合酶。
（五）真核生物中DNA的复制
1 复制概况
a、多个复制子，双向复制
b、复制子相对较小(13-900kb),
复制速度较慢，大 约 500~5000bp/min （3000bp/min） 冈崎片段100～200bp c、复制终止通过复制叉的相遇而终止
DNA 复制的主要 聚合酶，还具有3’5‘ 外切酶的校对功能， 提高DNA复制的保真性
6、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切 口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，连接酶可催化 这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。
3‘ 5‘ 5‘ 3‘
OH
P
但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来 DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重
“多莉”的衰老
• 科学家们对多莉的染色体做了仔细的研究，发 现其染色体末端，即端粒，比同龄的普通绵羊 短。 • 科学家认为，端粒是决定细胞老化的主要因素， 端粒越短的细胞越接近死亡。
• 研究端粒丢失的速率，预测人类的寿命。
• 研究端粒酶与肿瘤的关系。
列，在酵母染色体复制和质粒复制中均
发挥复制起点的功能。
ABF1
ARS1分为A,B,C三个功能区：
A、B起主要作用， C区作用微弱。
• A区：15bp，其中11个保守，称ACS ： 5′ATTTAT（T/C）TTTA 3′
• 有复制起始子的功能。
• B区：约80bp,含B1,B2,B3三个区。
• B3：ABF1（ARS-binding factor 1）结合区
5' 3'dGTP TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG AACCCCAACCCC AACCCCAAC 3' 5' 3'
原核生物与真核生物DNA复制过程及异同点
原核生物与真核生物D N A 复制过程及异同点Prepared on 22 November 2020原核生物与真核生物复制的过程及其异同点。
原核生物与真核生物复制的过程大体上均分为复制的起始、DNA链的延伸和复制的终止三个过程。
原核生物DNA的复制过程（以大肠杆菌为例）：复制起始：OriC起始位点由四个9个核苷酸（9-mer）的重复序列和三个13个核苷酸（13-mer）的重复序列组成。
DnaA蛋白结合到9-mer结构上，使DNA形成一个环。
结果，双链DNA在富含A-T碱基的13-mer区域分开成为单链。
随后，DnaB-DnaC复合体结合到复制起始点上，形成预引发复合物。
然后，DnaB利用其解旋酶的活性使解链部分延长，并激发DnaG引发酶，进而形成一段RNA引物，起始DNA的复制（DNA聚合酶只能从3’羟基端起始复制）。
DNA链的延伸：DNA链一般形成两个复制叉进行双向复制。
DNA链的复制是半不连续复制，以3’-5’方向DNA链为模板合成的子链为前导链，另一条为后随链，后随链的合成以合成冈崎片段的方式进行。
延伸过程主要依靠DNA 聚合酶III（核心酶由α、θ、ε构成），DNA聚合酶III靠其β夹钳牢固地结合在DNA链上并延DNA链移动。
冈崎片段一端的引物由DNA聚合酶I以切口平移的方式去除，然后由DNA连接酶连接为一体。
复制叉前进时由解旋酶依靠水解ATP的能量（一个ATP一个碱基）打开双链，单链与SSB结合并保持稳定。
DNA拓扑异构酶去除正超螺旋。
复制的终止：复制叉前行，当遇到22个碱基组成的重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus复合物使DnaB停止解链，复制叉前移停止，等相反方向复制叉到达后，由修复方式填补两个复制叉间的空缺。
随后，在DNA拓扑异构酶IV 的作用下复制叉解体，释放子链DNA。
真核生物DNA的复制：真核生物DNA的复制过程与原核生物DNA的复制过程大体相同。
复制的起始：真核生物DNA复制从成百上千个起始位点上开始，形成多个复制叉。
真核生物与原核生物转录与复制的区别
不同点真核生物和原核生物复制的不同点：1.真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成2.原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。
真核生物中前导链的合成并不像原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。
3.真核生物DNA的合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物要短。
4.原核生物中有DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种聚合酶，并有DNA聚合酶Ⅲ同时控制两条链的合成。
真核生物中有α、β、γ、ε、δ五种聚合酶。
聚合酶α、δ是DNA 合成的主要酶，分别控制不连续的后随链以及前导链的生成。
聚合酶β可能与DNA修复有关，聚合酶γ则是线粒体中发现的唯一一种DNA 聚合酶.5.染色体端体的复制不同。
原核生物的染色体大多数为环状，而真核生物染色体为线状。
末端有特殊DNA序列组成的结构成为端体。
真核生物和原核生物转录的不同点：1.真核生物的转录在细胞核内进行，原核生物则在拟核区进行。
2.真核生物mRNA分子一般只编码一个基因，原核生物的一个mRNA分子通常含多个基因。
3.真核生物有三种不同的RNA聚合酶催化RNA合成，而在原核生物中只有一种RNA聚合酶催化所有RNA 的合成。
4.真核生物的RNA聚合酶不能独立转录RNA，三种聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录，其RNA聚合酶对转录启动子的识别也比原核生物要复杂得多。
原核生物的RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA。
真核生物和原核生物翻译的不同点：的活化：起始氨基酸是，真核是从生成-tRNAi开始的。
翻译的起始：原核的起始tRNA是fMet-tRNA(fMet上角标），30s首先与mRNA 模板相结合，再与fMet-tRNA(fMet上角标）结合，最后与50s结合。
真核中起始tRNA是 Met-tRNA(Met上角标），40s小亚基首先与Met-tRNA(Met上角标）相结合，再与模板mRNA结合，最后与60s大亚基结合生成。
真核生物DNA的复制
第八节真核生物的DNA复制在上一节中,已经从解决线形DNA复制终止问题的角度讲解了一种真核生物病毒一一腺病毒的DNA复制。
本节将要讲解真核生物的复制原点,复制元和复制元族;真核生物的DNA聚合酶和引发酶;作为真核生物DNA复制模型的SV40的复制原点和大T抗原以及复制过程;真核生物染色体末端的DNA的复制F真核生物复制过程中的核小体结构。
一、真核生物的复制原点,复制元和复制元族在E.coli中,DNA复制速度大约是105bp/分,而真核细胞的DNA聚合酶活性要低得多,复制速度大约为500bp/分~500Obp/分。
这样,如果按典型的哺乳动物染色体DNA(比E.coliDNA大50倍)来计算,则真核DNA的复制时间就会是E.Coli的1000倍即约一个月的时间。
事实上,真核生物DNA复制时间一般为几个小时。
这是通过从许多复制原点同时开始并双向复制而实现的。
用放射自显影方法在哺乳动物染色体上看到许多复制泡,每个复制泡都有固定的起点(复制原点),然后双向伸展,与相邻的复制泡会合。
这样一段段的DNA就称为复制单元,简称复制元（replion)。
复制元的大小是不均一的,从1.3万bp~90万bp不等。
不同生物的复制元大小当然不会相同；就是同一种生物在不同的生长条件下,复制元的大小也不同。
生长快的时候,复制元就小。
例如果蝇大约有5000个复制原点,每个复制元平均大小约3万bpz而在卵受精后,复制起点增加到大约5万个,仅需3分钟就可以将整个基因组复制完毕。
其调节机制目前毫无所知。
几个邻近的复制元可组成复制元族,每个复制元族少至两个复制元,多至250个复制元。
不同的复制元族在复制起始的时间上有先有后,而同一复制元族内各复制元基本上是同步的。
真核生物的复制原点的DNA序列并无固定的模式,但大多包含一个富含AT的序列,可能还有一个特异性蛋白质的结合位点。
二、真核生物的DNA聚合酶和引发酶与真核细胞中多起点复制相应的特点是细胞中DNA的聚合酶分子数目多。
真核生物DNA复制的特点
900nt/s
50nt/s
冈崎片段
1000-2000nt
100-200nt
参与的酶数量
少
多
复制周期
可重叠
不可重叠
端粒问题
不会缩短
端粒复制
3.DNA复制与核小体组装
4.原核生物和真核生物DNA复制 调控的比较
• （1）对于原核生物：环境是主要因素 • （2）对于真核生物：
a.细胞周期水平的调控 b.染色体水平的调控 c.复制子水平的调控
5.端粒DNA复制
• 5.1端粒 • 5.2端粒随复制缩短的机制 • 5.3端粒酶简介
5.1端粒
5.2端粒随复制缩短机制
5.3端粒酶
原核生物和真核生物dna复制的相同点?半保留复制?半不连续复制?解旋酶打开双螺旋由ssb同单链区结合?拓扑异构酶消除解螺旋形成的扭曲张力?需要rna引物2
13.3
真核生物DNA复制的特点
董慧 2012115004
• 1.原核生物和真核生物DNA复制的相同点 • 2.原核生物和真核生物DNA复制的差别 • 3.DNA复制与核小体组装 • 4.原核生物和真核生物DNA复制调控的比较 • 5.端粒DNA的复制
1.原核生物和真核生物DNA复 制的相同点
• 半保留复制 • 半不连续复制 • 解旋酶打开双螺旋，由SSB同单链区结合 • 拓扑异构酶消除解螺旋形成的扭曲张力 • 需要RNA引物
2.原核生物和真核生物DNA复制 不同点
原核生物
真核生物
复制方式
单起点，复制子大而少 多起点，复制子小而多
复制叉移动速度
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第八节真核生物的DNA复制在上一节中,已经从解决线形DNA复制终止问题的角度讲解了一种真核生物病毒一一腺病毒的DNA复制。
本节将要讲解真核生物的复制原点,复制元和复制元族;真核生物的DNA聚合酶和引发酶;作为真核生物DNA复制模型的SV40的复制原点和大T抗原以及复制过程;真核生物染色体末端的DNA的复制F真核生物复制过程中的核小体结构。
一、真核生物的复制原点,复制元和复制元族在E.coli中,DNA复制速度大约是105bp/分,而真核细胞的DNA聚合酶活性要低得多,复制速度大约为500bp/分~500Obp/分。
这样,如果按典型的哺乳动物染色体DNA(比E.coliDNA大50倍)来计算,则真核DNA的复制时间就会是E.Coli的1000倍即约一个月的时间。
事实上,真核生物DNA复制时间一般为几个小时。
这是通过从许多复制原点同时开始并双向复制而实现的。
用放射自显影方法在哺乳动物染色体上看到许多复制泡,每个复制泡都有固定的起点(复制原点),然后双向伸展,与相邻的复制泡会合。
这样一段段的DNA就称为复制单元,简称复制元（replion)。
复制元的大小是不均一的,从1.3万bp~90万bp不等。
不同生物的复制元大小当然不会相同；就是同一种生物在不同的生长条件下,复制元的大小也不同。
生长快的时候,复制元就小。
例如果蝇大约有5000个复制原点,每个复制元平均大小约3万bpz而在卵受精后,复制起点增加到大约5万个,仅需3分钟就可以将整个基因组复制完毕。
其调节机制目前毫无所知。
几个邻近的复制元可组成复制元族,每个复制元族少至两个复制元,多至250个复制元。
不同的复制元族在复制起始的时间上有先有后,而同一复制元族内各复制元基本上是同步的。
真核生物的复制原点的DNA序列并无固定的模式,但大多包含一个富含AT的序列,可能还有一个特异性蛋白质的结合位点。
二、真核生物的DNA聚合酶和引发酶与真核细胞中多起点复制相应的特点是细胞中DNA的聚合酶分子数目多。
在E.Coli中,只有pol Ⅲ10个~20个分子,而一个典型的动物细胞含有DNA聚合酶α2000个~60000个分子。
DNA聚合酶α可能是真核生物的主要的DNA聚合酶,此外还有DNA聚合酶α和β。
现将四种DNA聚合酶的性质总结于下表。
大多数真核生物DNA聚合酶都只有聚合活性,而不像细菌DNA聚合酶那样除了聚合活性外还有外切酶活性。
而新近发现的DNA聚合酶β不但有聚合酶活性,而且还有3'→5'外切酶活性。
DNA聚合酶α与DNA引发酶结合得相当紧密,甚至在用DNA聚合酶α的抗体进行亲和层析时,这个紧密的复合物也一同被吸附;但DNA引发酶可以被50%乙二醇(ethylene glycol)所洗脱。
因此前几年人们认为DNA聚合酶α兼具引发酶的活性是不恰当的。
实验表明,DNA聚合酶α和DNA引发酶的复合物是复制体系所必需的。
DNA聚合酶α和δ在体外都可以被一种霉菌的抗菌素aphidicolin所抑制,在体内该抗菌素则抑制细胞DNA的复制。
实验表明,在细胞DNA合成期(S期),DNA聚合酶α的含量急剧增加。
而对于DNA聚合酶δ,控制细胞周期的蛋白质cyclin则是它不可缺少的辅助成分(亚基?)。
据此,人们推测,真核生物的DNA复制是由DNA聚合酶α和δ协同进行的。
DNA聚合酶。
在细胞周期中含量变化不大,可能与损伤DNA的修复有关。
DNA聚合酶γ的功能主要是负责线粒体DNA的复制，而它在核内的功能还不清楚。
四种DNA聚合酶的性质前面,我们介绍了真核生物的DNA聚合酶。
现在,我们还必须了解真核生物DNA引发酶的性质。
引发酶分子量大约5OKDa-6OKD。
首先,正如上面所说,引发酶能够与DNA聚合酶α形成紧密的复合物。
这种复合物不但是复制所必需的,而且与结合于复制原点的特异性蛋白质构成了复制体.系的种族特异性。
例如,来自人类HeLa细胞的复制体系,如果用DNA聚合酶α抗体去除体系中的DNA聚合酶α和引发酶的复合物,则复制体系的其余组分不能支持SV40复制原点在体外的复制(在大T抗原存在时)。
如果加人人类HeLa细胞中的这种复合物或猴子COS细胞中的复合物,均能恢复复制能力。
而加入小鼠或牛的复合物以及E.coli DNA聚合酶I或聚合酶Ⅲ全酶均不能奏效。
这可能是该复合物与大T抗原之间的蛋白质-蛋白质的特异性作用有关。
其次,真核生物的DNA引发酶的引物合成方式较为特别。
它的作用是阵发式的,每次作用能拷贝6个-15个核苷酸。
当DNA聚合酶α缺少时,首次阵发性合成产物可以被下几次阵发性合成所延长成为很长的多聚核苷酸。
但是在有活性的DNA聚合酶α和足够的dNTP存在时,引物仅是第一次阵发性合成产物。
最后,DNA引发酶不但能利用rNTP为合成前体,而且还利用dNTP为合成前体。
在一次阵发性合成的引物中,第一个核苷酸总是rA；而以后的核苷酸要么都是核糖核苷酸,要么都是脱氧核糖核苷酸,而不能是二者都有。
由于引发酶能够合成少量的脱氧核糖核苷酸,因此精确确定DNA聚合酶α何时接替引发酶是很困难的。
然而,引物一般只有6个-15个核苷酸,对于SV40体外DNA复制情况的分析,发现它的引物仍然主要为6个-9个核苷酸的RNA。
三、真核生物染色体未端DNA的复制真核生物同样面临着线形DNA复制结束时所产生的5‵末端隐缩的问题。
这一问题的解决有赖于端粒的结构和能够识别或结合端粒的蛋白质和酶。
关于端粒蛋白质的研究正在进展之中,已发现的几种端粒蛋白质（见前述）。
Blackburn等人首先发现四膜虫端粒中存在一种端粒酶(telomerase),这种酶能够将四膜虫端粒结构中单链尾巴5'TTGGGG3'延长,延长的部分仍然是5'TTGGGG3'了。
事实上,各种端粒中这一富含G的序列总是突出12个－16个核昔酸。
后来又发现原生动物游仆虫〈euplotes〉和尖毛虫的端粒酶也能延长其富含G序列5'TTTTGGGG3'。
这种酶是一种核糖核蛋白,由RNA和蛋白质构成。
1990年,Blackburn等人又证明了端粒酶中的RNA是富含G序列的模板。
例如游仆虫的端粒酶RNA含有5'CAAAACCCCAAAACC3'这样的序列,对于拷贝出富含G序列所必需的部分为5'CAAAACCCCAAAA3'了。
这样,端粒酶实际上是一种逆转录酶,与还原病毒逆转录酶的差异只在于这个模板是在酶分子内。
端粒酶中的RNA可能还有别的作用。
这一富含G的单链尾巴的长度是如何控制的以及这一单链尾巴在复制中的功能都还不清楚。
这种单链尾巴可能弯转过来作为引物复制5'末端。
另一种可能性是某种端粒结合蛋白有可能像腺病毒pTP那样结合于最末端的单链重复序列,并作为蛋白质引物复制DNA的5'末端（右图）。
四、真核生物复制过程中的核小体结构真核生物细胞核的体积是很小的,而复制过程完全局限于核内进行,因此DNA必然是处于高度压缩状态下进行复制的。
而复制时必然涉及到核小体的转移与分配,因为DNA是半保留复制。
由于空间狭小,复制可能是分区进行的,这就是各复制元族不同步的原因。
现在人们已经用溴尿嘧啶脱氧核苷酸代替胸腺嘧啶核苷酸渗入到DNA,再用溴尿嘧啶脱氧核苷酸的抗体进行免疫杂交而证实了染色体的分区复制。
组蛋白八聚体是以全保守的方式传给子代分子的,这一结论的实验过程是：组蛋白的合成是在细胞核中与DNA复制同步进行的,因而细胞并不含有明显多余的组蛋白分子。
其精联的机制目前还不清楚。
这个事实对于我们证明组蛋白八聚体的解离与否却有很大的帮助。
老的八聚体是否解离以及如果解离又如何与新合成的组蛋白重组?将细胞置于轻培养基(12C,14N,l H)中生长很长时间。
然后将细胞转移到重培养基(14C, 15N,3H)中生长约1小时,分离组蛋白八聚体,在甲酸饱和的密度梯度中进行平衡离心。
如果是全保留装配的话,则得到一个高密度的放射性带p如果是随机的话,则得到一个高密度到低密度的弥散的放射性带;如果是半保留的话,则在中等密度处得一个单一的放射性带;结果表明,组蛋白八聚体的装配是全保守的。
这些老的八聚体和新的八聚体在两条子代DNA分子上是如何排列的呢?用上述密度梯度平衡离心的办法分析交联的相邻八聚体(16单体聚合物)同样可以证明半保留分布是正确的。
用蛋白质合成的抑制剂放线菌酮(cycloheximide〉可以得到同样的结论。
将这种抑制剂加到正在生长的细胞中,在此之前开始的一轮DNA复制将继续下去。
组蛋白是现用现造,在加人蛋白质合成的抑制剂后,就没有新生的组蛋白八聚体了。
这样在两个复制叉的两边,有一个分校的DNA是裸露的。
另一个分枝继承了亲代的组蛋白八聚体。
用电子显微镜可以看到这种现象。
这一结果表明,组蛋白八聚体在DNA复制时并不离开亲本DNA链。
最后的问题是,亲代的组蛋白八聚体到底与哪条链相结合? 迄今,人们只知道一种动物病毒SV40,它的老八聚体是与先导链相结合的(SV40也是有核小体结构的)。
如果一个复制单元从原点开始双向等速复制,则在子代分子的这一段序列上的组蛋白八聚体半截是老的,半截是新的(上图右)。