13 DNA的生物合成

切口(nick) 3、DNA连接 酶
3'
连接酶
Mg2+
ATP或NAD＋ AMP+PPi或NMN+AMP
5'
模板链
A G A A C C T T G T C T T G G A A C
5' P P P P P P P P P 3'
4、解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白
原核生物复制起始的相关蛋白质
蛋白质（基因）
• 解螺旋酶(helicase) ——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链 解开成为两条单链 • 引物酶(primase) ——复制起始时催化生成RNA引物的酶 • 单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) ——在复制中维持模板处于单链状态并保护单 链的完整
5 3
串联重复序列 反向重复序列
3 5
· · · TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖TTATCCACA 58 66 166 174 201 209 237
245
E.coli复制起始点 oriC
2. 引发体和引物
Dna B、 Dna C Dna A 5 3 DNA拓扑异构酶 SSB 5 3
阶段一
阶段二
阶段三
阶段四
大肠杆菌复制 体结构示意图
拓扑异构酶II 解链酶 引物合成酶 引发体 RNA引物
单链结合蛋白 （SSB）
-复合物
聚合酶III 核心酶
聚合酶III 核心酶
-夹子 -聚体 -夹子 RNA引物
滞后链
聚合酶I
前导链
复 制 过 程 简 图
12.3.4 复制的终止
• 原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制 片段在复制的终止点(ter)处汇合。
3' 5'
DNA-pol
OH 3'
5' 3'
dCTP
dGTP dAT P
dTTP
dAT P dGTP
dCTP
dTTP
3
5 3
领头链 (leading strand)
解链方向
随从链 (lagging strand)
5
• 顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为
前导链（leading strand）。 • 另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方 向 连 续 延 长 ， 这 股 不 连 续 复 制 的 链 称 为 后 随 链 (lagging strand)。复制中的不连续片段以发现者的名字命名为冈崎片
DnaA (dnaA ) DnaB (dnaB ) DnaC (dnaC ) DnaG (dnaG ) SSB 拓扑异构酶 (gyrA , B) 引物酶 单链DNA 结合蛋白 解螺旋酶
通用名
功能
辨认起始点
解开DNA双链
运送和协同DnaB
催化RNA 引物生成 稳定已解开的单链
理顺DNA链
E. Coli 基因图
3´
5´
错配碱基
5´ 3´- 5´核酸外切 酶水解位点 3´
DNA聚合酶5´- 3´外切酶活力
5´ 单链缺口 5´- 3´核酸外切 酶水解位点
核心酶 引物的结 合和识别





校对

促使核心 酶二聚化
DNA聚合酶Ⅲ异二聚体
延长因子
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ 全酶的结构和功能
DNA聚合酶Ⅲ 两个 亚基夹住DNA
[15N] DNA
DNA半保留复 制实验依据
[14N- 15N] DNA
1958年Meselson & stahl用同位素示踪 标记加密度梯度离 心技术实验,证明了 DNA是采取半保留的 方式进行复制.
[14N- 15N] DNA
[14N] DNA
DNA的半保留复制的生物学意义：

稳定性 准确性 DNA的半保留复制表明DNA在代谢上 的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地 传递给后代。 遗传的保守性，是物种稳定性的分 子基础，但不是绝对的。
段（okazaki fragment）。
• 前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的半不连续 性。 在DNA复制时，前导链是连续合成的,而后随链的合成是不连 续的，这种复制方式称为半不连续复制(semidiscontinuous replication)。
领头链的合成
随从链的合成
DNA的半不连续复制
中，则要求ATP提供能量。T4噬菌体的DNA连接酶不仅能在模板链上连接 DNA和DNA链之间的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链DNA。
DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用
3'
5'
模板链
A G A A C C T T G T C T T G G A A C
5' P P P P P OH P P P P 3'
1（大肠杆菌）DNA聚合酶Ⅰ( polⅠ)
（2）3` → 5`外切反应
A – C – T – G – A – T – （引物）- T – G – A – CTP——抑制此酶活 性，否则就被此酶水解。 （3）5` → 3`外切反应

DNA聚合酶Ⅰ的生物学功能： DNA聚合酶在DNA的生物合成中，主要是起 延长新链，保证复制的准确性的作用。 进行局部复制。



原核生物：单个复制起点 真核生物：多个复制起点 复制子(replicon) ：基因组中能独立进行复 制的单位称~。 质粒、细菌染色体和噬菌体等通常只有一 个复制起始点，因而其DNA分子就构成一 个复制子；真核生物染色体有多个复制起 始点，因而含有多个复制子。 复制大多是双向进行的。
DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的 生长点(growth point)，叫复制叉。在复制叉上分 布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的 复合物称为复制体（replisome） 复制原点由DnaA蛋白识别， 在原点由DnaB蛋白 （解链酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模 板，合成其互补链(DNA双链的解开还需DNA拓扑异构 酶Π 、 SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复制 眼或复制泡。环形DNA复制时，DNA会形成类似字母 θ的形状，故称作θ形复制。

方向为5` → 3`
条件：四种脱氧核苷三磷酸作底物；DNA模板； Mg++；引物。
(dNMP)n(引物) + dNTP → (dNMP)n+1+ PPi

…… A – G – T – C – G – T …… （引物-OH）T – C – A – G – C – A …… 称此酶为DNA指导下的DNA聚合酶(DNAdependent DNA polymerase)
本章重点介绍遗传中心法则和 DNA的半 保留复制、RNA的合成以及逆转录的过程 和机理，对 DNA的损伤和修复、突变和重 组作一般介绍。
DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体，继1953
年Watson & Crick提出DNA双螺旋结构模型后，1958
年， Crick 提出了“中心法则” (Central dogma) 揭示 了遗传信息的传递规律。
拓扑异 构酶Ⅱ
切断DNA分子两股链，断端通过 切口旋转使超螺旋松弛。 利用ATP供能，连接断端， DNA 分子进入负超螺旋状态。
13.2.2 大肠杆菌DNA复制的起始
需要解决两个问题： 1. DNA解开成单链，提供模板。 2. 合成引物，提供3-OH末端。
1. DNA解链
1 13 17 29 32 44 GATTNTTTATTT · · · GATCTNTTNTATT · · · GATCTCTTATTAG · · ·
120，000 400，000 100 + + 10-20 +
+
+
+
DNA 复制的主要 聚合酶，还具有 3’ 复制 -5’ 外切酶 的校对功能，提 高DNA复制的保真 性
功能
主要是对DNA损 伤的修复；以及 修复紫外 光引起的 在DNA复制时切 DNA损伤 除RNA引物并填 补其留下的空隙。
DNபைடு நூலகம்聚合酶的3´- 5´外切酶水解位点
3´ 5´
RNA引 物
3´
5´
13.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和 蛋白质


原核生物的DNA聚合酶 DNA-pol Ⅰ DNA-pol Ⅱ DNA-pol Ⅲ
13.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质 1（大肠杆菌）DNA聚合酶Ⅰ(DNA polymerase Ⅰ)
（1）聚合反应：一切DNA聚合酶的主要反应
13.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质
5´ 3´
解旋酶 解链酶 引物酶和引 发体
原料：四种脱氧核苷
三磷酸（dATP、dGTP 、dCTP、dTTP)
SSB
模板：以DNA的两条链
为模板链，合成子代 DNA。
RNA引物
DNA聚合 酶III DNA聚合 酶I
引物：一小段RNA(或
DNA）为引物，在大 肠杆菌中，DNA的合 成需要一段RNA链作 为引物。

13.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质 2（大肠杆菌）DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ

与DNA聚合酶Ⅰ的相同点 ：
（1）它们催化聚合反应的条件相同
（2）也是按5` → 3`方向生成互补新链
（3）都具有3` → 5`外切活力，保证复制的 准确性（忠实性）
13.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质
13.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质