DNA的复制特点(分子生物学)
分子生物学 第3章 DNA复制
DNA helicase (DNA解旋酶)
利用ATP供能，解开DNA双链, 可随复制叉 的伸展向前移动
大肠杆菌中解旋酶的种类
种 类
DnaA DnaB DnaC
功 能
辨认起始点，并结合到复制起始部位 解开DNA双链 运送和协同DnaB
single-stranded binding protein (SSB, 单链结合蛋白)
是一类调节DNA分子的超螺旋水平，可改变DNA拓扑性 质的酶。对DNA分子的作用是既能水解、又能连接磷酸 二酯键。 • 拓扑异构酶 I: 切开DNA双链中的一股，使DNA在解链旋 转中不打结，DNA变为松弛状态再封闭切口。 同转录有 关 • 拓扑异构酶 II: 能切断DNA双链，使螺旋松弛。在ATP参 与下，松弛的DNA进入负超螺旋，再连接断端。同复制
3´→5´外切酶活性： 切除错配的核苷酸
5'
3' C T T C A G G A G A A G T C C G G C G 5'
3'
DNA ligase
连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，形成磷 反应需要ATP。
酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成完整的链。
二、 DNA复制的过程
E. Coli DNA在15N-标记的营养液中生
长多代，使DNA双链充分标记
将15N-标记
细胞在
14N中
细胞在
14N中复
细胞在
14N中复
的E.Coli 加入14N 培 养液中
万有引力
复制1 次
制第2次
制第3次
单林娜 制作
11
DNA半保留复制的生物学意义：
DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，
分子生物学笔记
1.原核DNA复制特点1）复制起始在拓扑异构酶I的作用下解开DNA负超螺旋后，与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链，解链过程中SSB蛋白稳定被解开的单链保证局部不恢复回双链。
解链过程中需要ATP提供能量。
解链后，由引发酶直接在DNA前导链模板上合成引物；由蛋白n、n`、n``、DnaB、C、I共同组成引发体在后随链上合成引物RNA。
2）复制延伸延伸过程中，前导链连续延伸；后随链上，引发体延5`→3`方向前进并合成RNA引物，再由DNA聚合酶Ⅲ断断续续合成小的DNA片段。
小片段上RNA引物被RNase H降解，DNA片段被DNA聚合酶I连接成完整DNA链。
3）复制终止当复制叉遇到由22个碱基组成的Ter序列时，Ter-Tus复合物使DnaB停止DNA解链，阻挡复制叉前移。
在反方向复制叉到达后，停止复制，其间50-100bp 未被复制的片段由DNA修复机制补齐。
然后两条链分开，并在拓扑异构酶Ⅳ作用下使复制叉解体，释放子链。
2.原核RNA转录1）模板识别原核RNA聚合酶可直接与启动子区结合，完成转录起始2）转录起始RNA聚合酶先与启动子可逆结合，形成封闭复合物。
之后DNA双链构象发生变化，封闭复合物转为开放复合物，使RNA聚合酶结合的DNA序列中有一小段双链被解开。
解链后，开放复合物与最初两个NTP 结合形成磷酸二酯键并转变为RNA 聚合酶-DNA- 新生RNA 链三元复合物。
之后，转录起始后直到形成 9个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的 RNA链与 DNA模板链的结合不够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。
一旦RNA聚合酶成功地合成 9个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。
3）转录延伸当RNA聚合酶催化新生RNA链长度超过9-10个核苷酸时，σ因子脱离转录复合物，RNA聚合酶离开启动子，核心酶延模板移动使新生RNA链不断延伸。
4）转录终止RNA聚合酶碰到终止信号后，与模板脱离并释放新生RNA。
分子生物学的DNA复制和转录
分子生物学的DNA复制和转录DNA复制和转录是生物学中最基本的两个概念之一，也是分子生物学的核心内容。
DNA复制和转录是生物体内遗传信息转移和传递的过程，直接影响物种的进化和个体的遗传特性。
本文将从DNA复制和转录的概念、过程和方法等方面探讨分子生物学的这两个重要内容。
一、DNA复制DNA复制是指在有丝分裂或无丝分裂前，DNA聚合酶在双链DNA分子上，以单链DNA分子为模板合成新的双链DNA分子的过程。
DNA复制分为半保留复制和保留复制两种方式。
半保留复制半保留复制的过程是以单链DNA为模板，向外合成一条新的DNA链，这条新合成的DNA链是以原来的DNA链为模板的。
在这个过程中，每个DNA双链开口产生的“叉状结构”是DNA的复制起点，这些“叉状结构”一般是由某些特殊序列的序列单元所引起的。
在复制的过程中，每个DNA双链开口向两端扩散，每个开口形成两个Y形结构，称为复制泡，整个复制泡以复制酶为中心不断向两侧扩散，不断地新合成DNA链上粘在复制泡两端的两根单股DNA减少，最终短小，但是通过补原则来补充另一根DNA 的空位后得到了和原来相等的DNA量，这样就完成了一轮半保留复制的过程。
保留复制保留复制的过程是一条DNA链作为模板合成另一条链，仍然可以产生两条新的DNA分子。
这种方法是在某些原核生物中进行的。
保留复制主要分为两种类型：第一种，一个酶叫做RNA逆转录酶把RNA合成DNA。
这种方式是人类免疫缺陷病毒(HIV)等某些病毒所使用的复制方式。
第二种，DNA链可以在两个方面同时合成。
在这种情况下，哪条链是模板就由一个蛋白质专门指导并控制。
这就是我们所说的DNA复制。
二、转录转录是细胞内由DNA模板合成RNA的过程。
RNA是一种单链核酸，可以携带的DNA信息并互补配对。
因此，RNA合成的过程可以复制DNA的遗传信息，并将其转移到其他生物体内的新细胞中。
转录一般分为三个步骤：启动、延伸和终止。
1. 启动启动时，RNA聚合酶的一条链与DNA的启动序列粘合在一起，催化RNA的合成。
dna复制的特点与规则
引物指导DNA聚合酶合成子链 。
错配修复规则
当DNA聚合酶合成子链时，如 出现碱基错配，DNA聚合酶会 暂停合成并释放已合成的部分 。
DNA错配修复酶识别并切除已 合成的错误部分。
DNA聚合酶重新开始合成子链 ，使用正确的碱基配对。
04 DNA复制的调控
原核生物的调控
启动子
原核生物通过启动子来控制DNA 复制的起始，启动子是DNA分子 上的一个区域，可以识别和结合 到DnaA蛋白上，从而启动DNA
DNA复制的意义
• DNA复制的意义在于保持生物的遗传稳定性，确保后代 能够继承母体的遗传信息。
02 DNA复制的特点
半保留复制
半保留复制是指DNA复制时，母链DNA解开为两股单链，一股单链作为模板，根据碱基互补配对原则合成子链。最终每个子 代DNA保留一股母链DNA，另一股则是新合成的子链。这种复制方式确保了遗传信息的准确传递。
DNA修复机制。
DNA复制的研究前景
06
分子生物学的发展
分子生物学的发展对于理解DNA复制 的机制和过程具有重要意义。
随着分子生物学技术的不断发展，我们 可以更深入地研究DNA复制的细节和
调控机制。
基于分子生物学的研究，我们可以更好 地理解生物体的生长发育和疾病发生机 制，为疾病治疗和预防提供新的思路和
转录和翻译
真核生物的DNA复制和转录、翻 译过程相互影响，它们之间的协 调控制可以影响细胞周期的进程 。
细胞周期的调控
01
G1期
在G1期，细胞会进行DNA修复和合成RNA，同时也会 进行DNA复制的准备工作，如合成引物等。
02
S期
S期是DNA复制的主要阶段，在此期间，DNA双链被解 开，并且合成新的DNA链。
分子生物学-名词解释中文
第十章DNA的生物合成一、遗传学的中心法则和反中心法则：DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。
DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。
但在少数RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA中。
因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。
二、DNA复制的特点：1．半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semiconservative replication)。
DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和F. Stahl 所完成的实验所证明。
2．有一定的复制起始点：DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点（复制子）。
在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。
3．需要引物(primer)：DNA聚合酶必须以一段具有3'端自由羟基（3'-OH）的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链。
RNA引物的大小，在原核生物中通常为50～100个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷酸。
4．双向复制：DNA复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制。
但在低等生物中，也可进行单向复制。
5．半不连续复制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA链，因此两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。
以3'→5'方向的亲代DNA链作模板的子代链在聚合时基本上是连续进行的，这一条链被称为领头链(leading strand)。
分子生物学中的DNA复制研究
分子生物学中的DNA复制研究DNA复制是细胞分裂过程中至关重要的步骤之一。
在DNA复制过程中，细胞将DNA分子复制成两份，以便将这些DNA分子传递给后代细胞。
分子生物学家一直对DNA复制的机制进行研究，希望更好地理解这个过程，从而揭示DNA复制与细胞生理、疾病、环境等各个方面的关系。
DNA复制的基本原理DNA复制是一种酶催化的过程。
在复制开始之前，DNA双链被解开成两条单链，即互补链。
这些单链成为模板链，用于创建新的DNA链。
创建新的DNA链的过程需要DNA聚合酶酶，这种酶能够将单个核苷酸与DNA链上已有的一端相连，从而延伸DNA链。
在DNA复制过程中，DNA聚合酶只能在3’-5’方向上工作，因此，DNA链被逆向地合成。
DNA聚合酶在模板上读取核酸碱基信息，并使其与反向合成的新链上的碱基配对。
这种核苷酸配对是非常精确的，A始终与T配对，而G总是与C配对。
这种特异性是由DNA碱基对之间的氢键相互作用所决定的。
DNA复制的细节研究DNA复制这一复杂的过程还有很多细节需要细致地研究。
有科学家注意到，在DNA复制的早期阶段，复制酶不能很好地与模板链结合，从而导致复制的失败。
同时，复制酶在复制过程中也可能被暂停，这种暂停与另一种酶——topoisomerase紧密相关。
DNA复制还受到一些可变因素的影响。
例如，DNA复制过程中的错误可以导致细胞的突变和遗传性疾病。
此外，复制的速度也会因细胞类型和外部环境等因素而改变。
对于分子生物学家来说，研究这些的因素的影响对于理解DNA复制的机制以及其与健康、疾病、环境等方面的关系非常重要。
DNA复制的实际应用DNA复制的研究不仅为我们更好地理解细胞生物学提供了很多帮助，而且还有很多实际应用。
许多药物的研发都与DNA复制有关。
例如，即使目前已有许多治疗癌症的药物，在癌细胞的遗传物质中引起DNA复制错误仍然是一种基本治疗方式。
此外，研究DNA复制也有助于诊断和治疗其他疾病，例如帕金森病、阿尔茨海默病等。
分子生物学-复习提纲-02.DNA复制
■ 复制的起始需要 起始原点识别复合物(ORC) 参与。
■ 复制叉的移动速度慢得多。
■ 在真核细胞中主要有5种DNA聚合酶，聚合酶α、β、γ、δ和ε
均以dNTP为底物，需Mg2＋激活，聚合时必须有模板链和具有3'-OH末端的引物链。
–DNA聚合酶α 引物合成
–DNA聚合酶β DNA损伤的修复
■ 线性DNA双链的复制：复制叉生长方式有：单一起点的单向、双向；多个起点的双向
■ 环状、多个起始点的双向复制
–环状双向复制 θ结构
–多个起始点的双向复制
━原核生物和真核生物DNA的复制特点
★原核生物DNA的复制——大肠杆菌为例
双链环状DNA分子、中间产物θ结构、双向、复制叉在距起始点180°处会合
━复制子：一般把生物体的复制单位称为复制子。
■ 细菌、病毒和线粒体的DNA分子——单个复制子
■ 真核生物基因组——多个复制起点、多个复制子
★复制起点为固定的序列，这个固定的序列被参与复制起始的特殊蛋白质所识别。
★复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起点，向两个方向等生长前进。
━复制的几种主要方式
–DNA聚合酶δ 先导链和滞后链的合成
–DNA聚合酶ε 补全去掉RNA引物后的缺口。
★原核与真核DNA复制特点比较
真核 原核
DNA聚合酶 无外切酶活性 有
引物切除 RNA酶 DNA聚合酶I
起始位点 多个 1个
■ 起始 RNA引物
– 起始复合体与4×9bp结合
– 在Ⅱ型拓扑异构酶的作用下，3×13bp 区域松弛
– DNA解旋酶作用下，发生解链
– 单链结合蛋白覆盖复制泡，以免断裂和再复性
生物选考 关于DNA复制的几个问题
关于DNA复制的几个问题DNA复制是指从一个亲代DNA分子产生两个相同子代DNA分子的生物学过程。
DNA 的复制是传递遗传信息所必需的。
DNA复制主要包括引发、延伸、终止三个阶段。
一．DNA复制特点--半保留复制关于DNA复制的特点，在沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型时就提出：DNA新链的合成遵循A-T、G-C碱基配对原则，分开的两条亲本链各自作为模板合成一条与之互补的新链，即半保留复制。
但是半保留复制并不是唯一可能的方式，另外一种可能是全保留复制，即两条亲本链结合一起，两条新链互补形成双螺旋。
还有一种可能是随机散布式复制，即亲代双链切割成不同片段，复制完成后，新链和亲本链片段同时存在于同一条链中，此种复制方式可以避免两条DNA链解旋时产生的缠绕问题，上述三种方式如图1所示。
1958年，Matthew Meselson和Franklin Stahl通过一个经典实验对DNA复制的方式进行了鉴别和验证。
他们在生长大肠杆菌的培养基中添加氮同位素让其DNA带上15N标记，其密度比14N的普通DNA大。
然后将含15N的大肠杆菌转接到14N培养基中培养不同时间，最后通过CsCl密度梯度超速离心来判断DNA密度。
按照上述三种不同的复制机制，DNA复制一轮、二轮后的预期结果及经过密度梯度离心后在离心管的位置预期如图2。
（H表示含15N的重链，L表示含14N的轻链）经过一代复制后，全保留复制预期会产生数量相同的两种不同密度的DNA，而半保留复制及散布式复制模式预期会出现一种密度DNA分子，密度在H/H和L/L之间。
因此一代复制的离心结果可以排除全保留复制的可能性。
经过二代复制后，按照半保留复制会产生数量相同的两种不同DNA分子（L/L和L/H），按照散布式复制则应产生单一密度条带（25%H 和75%L），由此通过两代复制的DNA密度梯度离心可以证实DNA复制的方式。
Matthew Meselson和Franklin Stahl通过CsCl密度梯度超速离心，然后在离心机旋转的情况下通过转子上的窗口观察离心管在紫外光照射下的图像，结果如图3（a），根据1.0代和1.9代的离心结果确定为半保留复制。
分子生物学中的DNA复制
分子生物学中的DNA复制DNA复制是分子生物学中一个非常重要的过程，因为DNA是生命体的遗传物质，能够指导细胞进行生长、发育以及维持其正常功能。
因此，DNA复制过程的准确性和高效性对维持生命的正常运转至关重要。
本文将从DNA复制的基本原理、DNA复制的调控、DNA复制的误差纠正、DNA复制的特殊情况等几个方面对DNA复制进行深入的分析和探讨。
DNA复制的基本原理DNA分子是由四种碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）组成的，其中A和T互补，G和C互补。
DNA复制是指在细胞分裂时，原有的DNA分子在未分裂之前将自身完全复制一遍，以保证两个子细胞中都有完整的DNA分子。
DNA分子复制时，需要在两条互补的模板链上形成两个新的DNA 分子，涉及到以下步骤：（1）双链DNA分子需要先解旋，以便单链DNA作为模板合成新的DNA链。
（2）在每个单链DNA上，由一种叫做DNA聚合酶的酶在模板上合成新的DNA串，并按照AT和GC的配对法则，拼接成新的双链DNA分子。
（3）DNA分子复制是有方向的，因此在双链分子上总是有核苷酸链的3'和5'端区别。
在DNA链的5'端，聚合反应只能继续进行，而在3’端，则连续聚合反应已无法进行，因为DNA分子的聚合是在3'-OH基团和5'-磷酸基团之间的磷酸酯键上发生的。
也就是说，合成新的DNA串的酶只能向5'到3'端链合成，而基本不可能向3'到5'链合成。
（4）因此，在复制双链DNA的过程中，一个模板链上的DNA酶串行向前复制，但另一模板链由于具有相反的方向，因此复制反向进行。
这样就会产生双链复制的“前线”，即在DNA分子上的一个复制决口。
随着双链模板DNA解旋和复制的进展，决口将向前移动。
最终，整个双链DNA将完全复制成两个新的双链DNA分子。
DNA复制的调控DNA复制不是一件简单的事情，也不是随心所欲的进行的。
dna复制的一般特点
dna复制的一般特点
DNA复制是指在细胞分裂过程中，DNA分子通过一系列生物化学反应，将自身完全复制一份，从而使得每个新生细胞都含有与母细胞相同的遗传信息。
DNA复制是生物体生长、发育和繁殖的基础，也是维持基因稳定性和进化的重要机制之一。
下面将从复制机制、复制精度以及调控因素等方面解释DNA复制的一般特点。
DNA复制的一般特点是半保留复制。
这意味着在DNA复制过程中，原DNA分子的两条链分别作为模板，每一条链都合成一条新的互补链。
具体而言，DNA复制发生在DNA双螺旋结构中的两条链分离后，由DNA聚合酶沿着模板链逐个加入互补的核苷酸，最终形成两个完全互补的DNA分子。
这种半保留复制机制确保了每个新生细胞都包含着与母细胞完全相同的遗传信息。
DNA复制的过程是高度精确的。
DNA是细胞中最重要的遗传物质，因此复制过程必须保证高度的准确性。
为了确保复制的正确进行，细胞通过多种机制来提高复制的精度。
首先，DNA聚合酶具有高度的拼接准确性，能够几乎完全避免错误的碱基配对。
DNA复制的过程受到多种调控因素的影响。
首先，复制起始位点的选择是复制过程的关键调控步骤。
细胞会通过一系列复制起始蛋白的结合和调控，选择合适的起始位点进行复制。
其次，细胞通过调节DNA聚合酶的活性和招募，控制复制速度和复制的时机。
DNA复制具有半保留复制、高度精确和受调控等一般特点。
这些特点保证了DNA复制的准确性和高效性，为细胞的正常功能和遗传信息的传递提供了基础。
对于生物体的生长、发育和繁殖来说，DNA 复制是不可或缺的过程，其特点及调控机制对于细胞和生物体的正常运作至关重要。
分子生物学第三章DNA的复制知识总结
第三章DNA的复制知识总结3.1 DNA复制的基本特征：DNA复制的定义：NA复制是亲代双链DNA分子在DNA聚合酶等相关酶的作用下，分别于每条单链DNA为模版，聚合与模板链碱基可以互补配对的游离的三磷酸脱氧核糖核酸dNTP，合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代双链DNA分子的过程定义：一母链为模版进行碱基配对DNA的半保留复制：条件：能量原料模板酶复制按5’→3’延伸方向: 聚合酶都不能自己首先发动DNA的复制过程，只能利用引物分子提供的3’—OH末端聚dNTP，所以新生单链DNA分子的延伸方向只能是5’→3’DNA的半不连续复制: 前导链以连续复制的方式完成子代DNA的合成，而后随链以不连续的方式完成冈曲片段的合成单起点、单方向；单起点、双方向DNA复制的起点、方向:多起点、单方向；多起点、双方向DNA复制的引物及转录激活: 引物一般为十个核苷酸左右的RNA分子；通过转录步骤导致起始处DNA结构发生变化、局部解链,以利引发酶的结合,合成RNA引物,这种作用称为转录激活。
新起始方式或复制叉式：以此复制方式如：真核生物现状DNA的复制滾环式或共价延伸式：如真核rDNA的扩增DNA复制的模式及结构和回环模型：置换式或D环式：叶绿体的复制复制体：解旋酶、引发酶和DNA pol Ⅲ全酶回环模型：前导链上DNA pol Ⅲ的移动方向和复制叉移动方向相同，而在后滞链上其移动方向相反避免5’短缩的方式：T7噬菌体腺病毒-2、痘病毒微小病毒3.2真核生物DNA的特点染色体DNA为多复制点：每条染色体均为多复制子，即有多个复制起点染色体多复制子复制的非一致性：很多独立的复制子看似在“同一起跑线上”其实每个复制子发动复制的先后时序有很大的差别。
复制关子的多少与DNA复制的速度有关，而完成全基因组的复制与细胞，组织及发育状态有关，表现了多复制子复制启动的非一致性。
真核生物避免5’端短缩的机制及端粒酶：3.3 DNA复制的终止：在单方向复制的环形分子中,复制终点也就是它的复制原点。
DNA的复制特点(分子生物学)
在存在dUTPase的情况下，仍有dUTP分子以1/1200的
概
率掺入到DNA分子中，当细胞中没有了
dUTPase
时，这一概率将会加大。
a
19
• UNG酶缺陷型突变体不能合成尿嘧啶-N-糖苷酶，
a
20
a
11
dUMP片段
•dUMP掺入到DNA分子中的机制：
1、细胞内存在dUMP和dTTP两种类似物，而DNA 而我聚合酶Ⅲ又不能区分这两者，故会错将U当成T加入到合 而我成的DNA新链中；
2、新合成的链中会有C因氧化脱氨而成为U；
a
12
dUMP片段
•细胞内的第一道防线： DNA复制的底物为:dNTP（即dATP,dTTP,dGTP,dCTP)； dUMP与dTTP类似，在错配的情况下可以掺入DNA中； 由dut基因编码的dUTP酶能有效地将dUTP,dUDP分解为
a
8
DNA的半不连续复制
脉冲标记实验：被3H-T标记的
新
航打金农民太热空工业可以看见法合成的DNA片段
任何额外刚刚过热而二个如果戈伟几乎都为10~20s，
是公司公司如果我国俄国人给我而即均1000~2000
核酸大小
核酸大小
冈崎实验
脉冲追踪实验：小片段已被连接 成 豆腐乳热热太热越狱兔突然虎头70~120s的大片 段
自 的银密度高；
显 影
•如果：单向复制，则密度为：高低 双向复制，密度为：中间低，两侧高
a
16
a
17
• 结束
• 谢谢倾听
a
18
由dut基因编码的dUTP酶能有效地将dUTP,dUDP分解为
dUMP，从而避免了dUTP作为底物而掺入UTP酶，故不能分解细 胞中的dUTP。
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复 第四节原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
二、真核生物DNA的复制特点 1．真核细胞的每条染色体含有多个复制起始点。复制子的大小 变化很大，约5-300kbp。复制可以在几个复制起始点上同时进行，复 制起始点不是一成不变的。在发育过程中，活化的细胞有更多的复制 起始点。例如，果蝇在胚胎发育早期，其最大染色体上有6000个复制 叉，大约每10 kbp就有一个。 2．真核生物染色体在全部复制完成之前，各个复制起始点不能 开始新一轮的复制。而原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的 复制事件，表现为一个复制子内套叠有多个复制叉。 3 ． 真 核 生 物 DNA 的 复 制 子 被 称 为 自 主 复 制 序 列 （ ARS）， 长 约 150bp左右，含有几个复制起始必须的保守区。并且其复制起始需起 点识别复合物（ORC）参与，并需ATP。真核生物复制叉的移动速度大 约 只 有 5 0 bp/s， 还 不 到 大 肠 杆 菌 的 1 / 2 0 。 因 此 ， 人 类 DNA 中 每隔 3x104~3x105就有一个复制起始位点。
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
4．真核生物有多种DNA聚合酶，分别为在真核细胞中主要有5种 DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶α、β、γ、δ和ε，真核细胞的 DNA聚合酶和细菌DNA聚合酶基本性质相同，均以dNTP为底物，需Mg2+ 激活，聚合时必须有模板链和具有3´–OH末端的引物链，链的延伸方 向为5´→3´。但真核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶活性， 推测一定有另外的酶在DNA复制中起校对作用。DNA聚合酶α的功能主 要是引物合成。DNA聚合酶β活性水平稳定，可能主要在DNA损伤的修 复中起作用。DNA聚合酶δ是主要负责DNA复制的酶，参与先导链和滞 后链的合成。而DNA聚合酶ε的主要功能可能是在去掉RNA引物后把缺 口补全。
第二章 DNA的复制-分子生物学
25
错配碱基
切除错配 核苷酸
正确 核苷酸
复制方向
3´ 5´ 3´ 3´ 5´
DNA聚合酶Ⅰ的校对功能(3’-5’ 外切酶活性)
26
5’－3‘外切酶活性： ♦ 从5’-P端依次切除，可 连续切除多个核苷酸； ♦ 只切配对的5’-P末端核 苷酸； ♦ 既可切除脱氧核苷酸 也可切除核苷酸； ♦ 对只有5’末端的切口也 有活性。
Pol C: polymerase
Dimerizing Units
Sliding Clamp the clamp loader
32
33
34
35
B 真核生物聚合酶
五种 • DNA聚合酶α • DNA聚合酶δ • DNA聚合酶γ
• DNA聚合酶β、ε
功能： • 参与随从链的合成 • 参与前导链的合成 • 参与线粒体DNA的合成 • 参与DNA的修复
21
4）DNA聚合酶（DNA Polymerase）： • 以dNTP为前体催化合成DNA • 需要模板和引物的存在 • 不能起始合成新的DNA链
• 催化dNTP加到生长中的DNA链的3’-OH末端
• 催化DNA合成的方向是5'→3'
22
A 原核生物聚合酶 • DNA聚合酶有5种
• 具有多种酶活性的多功能酶 • 参与DNA复制的主要是polⅢ和polⅠ。 DNA聚合酶Ⅰ（DNA PolymeraseⅠ， PolⅠ） • Kornberg酶（1956年）
连续的小片段的链称为随从链。
（复制方向与解链方向相反)
61
♦ 冈崎片段（Okazaki）： DNA复制时，一股以5’ 3’方向的母链作为模板， 指导新合成的链沿5’ 3’合成1000—2000个核苷酸不连
分子生物学课件DNA的复制
DNA聚合酶VIII：负责 复制DNA链，参与 DNA复制
DNA聚合酶X：负责复 制DNA链，参与DNA
复制
DNA聚合酶I：负责修 复DNA损伤，参与 DNA复制
DNA聚合酶III：负责 复制DNA链，参与 DNA复制
DNA聚合酶V：负责复 制DNA链，参与DNA
复制
DNA聚合酶VII：负责 复制DNA链，参与 DNA复制
全过程
调控机制：细胞周期与DNA复 制的调控机制主要包括细胞周 期蛋白依赖性激酶（CDK）和
细胞周期蛋白（Cyclin）
细胞周期蛋白（Cyclin）：与 CDK结合形成复合物，调控细
胞周期进程
DNA复制的启动和终止
启 动 ： 需 要 特 定 的 启 动 子 序 列 ， 如 TATA 盒 和 C A AT 盒 终 止 ： 需 要 特 定 的 终 止 子 序 列 ， 如 T TA G G 和 TA A G G 调控机制：包括正调控和负调控，如转录因子、DNA结合蛋白等 复制过程：包括DNA解旋、引物合成、DNA聚合酶作用等步骤
复制速度：通过复制速率调控因子控制复制速度 复制方向：通过复制方向调控因子控制复制方向
复制保真性：通过复制保真性调控因子控制复制保真性 复制调控网络：通过复制调控网络调控DNA复制的各个
环节
Part Five
DNA复制的异常与 疾病
DNA复制异常的原因
基因突变：DNA复制过程中发生错误，导致基因突变 染色体异常：染色体数目或结构异常，影响DNA复制 环境因素：辐射、化学物质等环境因素影响DNA复制 遗传因素：家族遗传性疾病，影响DNA复制
分子生物学课件DNA的 复制
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目录
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ01 添 加 目 录 项 标 题
分子生物学 总结---DNA复制
★目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链，而不能从头合成DNA链。
★凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶,凡能从多核苷酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。
而能识别特定的核苷酸顺序,并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶(限制酶）。
★起始位点：真核生物每条染色体上面可以有多处，而原核生物已有一个起始点。
真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上DNA的复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个起始位点，但有多个复制叉。
★DNA半保留复制：（semiconservative replication）DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。
这样新形成的两个DNA分子与原来的DNA分子的碱基顺序是完全一样的。
因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式即为semiconservation replication。
由Watson and Crick 提出，由Meselson and Stahl通过经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA实验得以验证，★DNA半不连续复制：（semi-discontinuous replication）：DNA复制过程中，前导链的复制是连续的，而后随链的复制是中断的、不连续的。
★冈崎片段（Okazaki fragment）：是DNA半不连续复制中产生的长度为1000~2000个碱基的短的DNA片段，能被连接形成一条完整的DNA链。
★复制子（replicon）：单独复制的一个DNA单元被称为一个复制子，它是一个可移动的单元。
一个复制子在任何细胞周期只复制一次。
★复制叉（replication fork）：复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行DNA结合，所以，复制起点呈叉子形状，被称为复制叉。
★引发酶（primase）：是依赖于DNA的RNA聚合酶，其功能是在DNA复制过程中合成RNA引物。
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UNG酶缺陷型突变体不能合成尿嘧啶-N-糖苷酶，
dUMP片段
• dUMP掺入到DNA分子中的机制：
1、细胞内存在dUMP和dTTP两种类似物，而DNA 而我聚合酶Ⅲ又不能区分这两者，故会错将U当成T加入到合 而我成的DNA新链中； 2、新合成的链中会有C因氧化脱氨而成为U；
dUMP片段
• 细胞内的第一道防线：
DNA复制的底物为:dNTP（即dATP,dTTP,dGTP,dCTP)； dUMP与dTTP类似，在错配的情况下可以掺入DNA中； 由dut基因编码的dUTP酶能有效地将dUTP,dUDP分解为 多dUMP，从而避免了dUTP作为底物而掺入到DNA分子中。
DNA的半不连续复制
脉冲标记实验：被3H-T标记的新 航打金农民太热空工业可以看见法合成的DNA片段 任何额外刚刚过热而二个如果戈伟几乎都为10~20s， 是公司公司如果我国俄国人给我而即均1000~2000 核酸大小 核酸大小 冈崎实验 脉冲追踪实验：小片段已被连接成 豆腐乳热热太热越狱兔突然虎头70~120s的大片段
• 结束
• 谢谢倾听
由dut基因编码的dUTP酶能有效地将dUTP,dUDP分解
为dUMP，从而避免了dUTP作为底物而掺入到DNA分子中。 dUTP酶缺陷型突变体不能合成dUTP酶，故不能分解细 胞中的dUTP。 在存在dUTPase的情况下，仍有dUTP分子以1/1200的 概 率掺入到DNA分子中，当细胞中没有了dUTPase 时，这一概率将会加大。
冈崎片段
DNA聚合酶Ⅰ 具有5 →3 外切酶活 性，它可以及时切除复制起始合成的RNA 引物，并填补切除引物的裂隙。
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dUMP片段
• 形成原因： 1、dUMP会掺入到DNA分子中去； 2、细胞通过两道防线阻止了dUMP掺入 到DNA分子的过程； 3、第二道防线中的“尿嘧啶-N-糖苷酶” 和“Ap内切酶”会将新合成的DNA链酶切成 片段。
蒋尚蓉
DNA复制的特点
1.半保留复制
Meselson和Stahl的重氮实验
DNA按5’→3’方向延伸
• 三个磷酸基团的强 大斥力是dNTP难 以靠近带有三个磷 酸基团的5’端 • 空间位阻，带有三 个磷酸基团的5’端 不能与模板配对
• 在出现错配时就要修复,如果是从3’ → 5’,切 除错配的核苷酸后就剩下的5端就是单磷酸 腺苷,就必须再加两个磷酸基团上去,成为三 磷酸腺苷,这样就浪费了能量
但仍有dUTP分子约以1/1200的概 率逃逸分解掺入到DNA分子中
细胞内的第二道防线：
形成一个无嘌呤或碱基的Ap位点
Ap内切酶进一步将Ap位点酶解成缺口
dUMP片段
• dUTP有1/1200的概率掺入到DNA中，则约1200个核苷 酸就有一个dUMP被剪切的可能，被剪切后则会与冈崎片 段相似大小的1000~2000核苷酸的片段。 • dut (dUTP酶缺陷型)突变体 由于dUMP掺入的概率增加，dUMP片段将变短。
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·
ung (UNG酶缺陷型)突变体
-
由于以掺入dUMP被切除的概率降低， dUMP片段将变长。
DNA复制的起点
放 射 自 显 影
• 复制开始时，用低放射-脱氧胸苷标记· ，将来感光 还原的银密度低； • 再转移到含高放射-脱氧胸苷培养基，则继续合成 区的银密度高；
• 如果：单向复制，则密度为：高低 双向复制，密度为：中间低，两侧高