【北大课件】原核生物DNA的复制总结
原核生物DNA复制的特点
DNA拓扑异构酶
定义：能够改变 DNA拓扑结构的 酶
功能：在DNA复 制过程中，负责 解开DNA双螺旋 和重新缠绕，确 保复制顺利进行
分类：分为DNA 拓扑异构酶I和 DNA拓扑异构酶 II，具有不同的 酶活性和作用方 式
作用机制：通过 识别和结合DNA， 利 用 AT P 水 解 产 生的能量，改变 DNA的拓扑结构
THANK YOU
汇报人：X，如细胞周期、环境因素等， 以确保DNA复制的时序性和准确性。
复制过程简单
原核生物DNA复制不需要引物，直接以DNA两条链为模板进行复制。
原核生物DNA复制过程中，DNA聚合酶的合成与复制同步进行，不需要额外的调控。
原核生物DNA复制速度较快，可以在短时间内完成大量DNA的合成。
复制终止点的位置： 原核生物DNA复制 的终止点通常位于 复制起始点附近
复制终止点的特征： 复制终止点通常具 有特定的DNA序列， 如 Tu s - Te r 复 合 物
复制终止点的调控： 原核生物通过一系 列复杂的调控机制 来控制复制终止点 的活性
复制终止点的作用： 复制终止点的确定 有助于确保DNA复 制的准确性和完整 性
复制方式为二分裂
复制方式：原核生物DNA复制方式为二分 裂，即DNA分子在分裂时形成两个子代 DNA分子。
复制特点：原核生物DNA复制速度快，且 具有高度的保真性，保证了遗传信息的稳 定传递。
复制机制：原核生物DNA复制过程中， DNA聚合酶催化DNA链的延长，同时与 DNA模板链相互作用，确保复制的准确性。
其他酶类
DNA聚合酶：催化DNA链的合成 解旋酶：解开DNA双螺旋结构 引物酶：合成RNA引物 拓扑异构酶：调节DNA拓扑结构
dna的复制ppt(共10篇)
dna的复制ppt(共10篇)dna的复制ppt（一）: DNA的复制过程在解旋酶的作用下DNA母链解开.分别以两条链为模版,游离的脱氧核苷酸连接到引物上,由3’端向5‘端延长,遵循碱基互补配对原则,分别合成两条DNA双链.dna的复制ppt（二）: 简述原核生物DNA的复制过程DNA的复制是一个边解旋边复制的过程.复制开始时,DNA分子首先利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开,这个过程叫解旋.然后,以解开的每一段母链为模板,以周围环境中的四种脱氧核苷酸为原料,按照碱基配对互补配对原则,在DNA聚合酶的作用下,各自合成与母链互补的一段子链.随着解旋过程的进行,新合成的子链也不断地延伸,同时,每条子链与其母链盘绕成双螺旋结构,从而各形成一个新的DNA分子.这样,复制结束后,一个DNA分子,通过细胞分裂分配到两个子细胞中去!dna的复制ppt（三）: 为了探究DNA的复制、转录等过程,为了探究DNA是复制.转录等过程,科学家做了如下系列实验：实验一：将大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加到具有足量的四种脱氧核苷酸的试管中.培养在适宜温度的条件下,一段时间后,测定其中的DNA含量.实验二：在上述试管中加入少量DNA和ATP,培养在适宜的温度条件下,一段时间后,测定其中的DNA含量.实验三：取四支试管,分别放入等量的四种脱氧核苷酸.等量的ATP和等量的DNA聚合酶,再在试管中分别放入等量的四钟DNA分子,它们分别是枯草杆菌.大肠杆菌.小牛胸腺细胞.T2噬菌体的DNA.在适宜的温度条件下培养一段时间,测定各试管中残留的每种脱氧核苷酸的量.分析以上实验,回答下列问题：1.实验一中————（“能”或“不能”）测定出DNA,原因是————————————————————————————————————————————————————————————————————2.实验二中————（“能”或“不能”）测定出DNA,加入ATP的作用是————————————————————————————3.实验三要探究的是————————————————————————,若结果发现残留的四种脱氧核苷酸的量不同,则说明————————————————————————————.1.不能,没有DNA模版,能量不能复制DNA2能,为DNA的复制供能3.不同生物的DNA组成是否相同不同生物的DNA所含4中核苷酸的量不同,既组成不同dna的复制ppt（四）: dna复制过程大致分为三个阶段*解旋提供准确模板：在ATP供能、解旋酶的作用下,DNA 分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂,于是部分双螺旋链解旋为二条平行双链,此过程叫解旋.解开的两条单链叫母链（模板链）.*合成互补子链：从上述解开的两条多脱氧核苷酸链为模板,在酶的作用下,以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,合成两条与母链互补的子链.*子母链结合形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下,随着解旋过程的进行,新合成的子链不断地延伸,同时每条子链与其对应的母链互相盘绕成螺旋结构,复制是半保留复制,解旋完即复制完,形成新的DNA分子,这样一个DNA分子就形成两个完全相同的DNA分子.【dna的复制ppt】dna的复制ppt（五）: DNA的复制方式是半保留复制,为什么生物不选择全保留的复制方式有一个层面上的意义在这：旧链一般会甲基化,而新链刚出来的时候还没有,所以在半保留复制产生的新DNA分子中,只有一条链是有甲基化的另一条没有,这样机体就可以区分那一条是旧的,哪一条是新的.如果出现错误配对的情况,比如说A和G配了,修复系统就知道旧链上那个就是对的,新链上那个才是错的,然后就把新链上的那个切掉重新安装如果是全保留复制的,产生的新DNA中有一个是由两个新链组成的,机体无法修复其中的错误dna的复制ppt（六）: DNA复制的步骤超螺旋结构解螺旋→双螺旋解链→形成复制叉→聚合酶与母链结合→游离碱基与模板通过碱基互补配对形成氢键→子链合成完成→聚合酶与母链脱离→DNA 复制完成dna的复制ppt（七）: DNA复制过程DNA复制是指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程,复制的结果是一条双链变成两条一样的双链（如果复制过程正常的话）,每条双链都与原来的双链一样.这个过程是通过名为半保留复制的机制来得以顺利完成的.DNA复制主要包括引发、延伸、终止三个阶段.DNA双螺旋的解旋DNA在复制时,其双链首先解开,形成复制叉,而复制叉的形成则是由多种蛋白质及酶参与的较复杂的复制过程DNA在复制前不仅是双螺旋而且处于超螺旋状态,而超螺旋状态的存在是解链前的必须结构状态,参与解链的除解链酶外还有一些特定蛋白质,如大肠杆菌中的Dna蛋白等.一旦DNA局部双链解开,就必须有ssbDNA蛋白以稳定解开的单链,保证此局部不会恢复成双链.两条单链DNA复制的引发过程有所差异,但是不论是前导链还是后随链,都需要一段RNA引物用于开始子链DNA的合成.因此前导链与后随链的差别在于前者从复制起始点开始按5’—3’持续的合成下去,不形成冈崎片段,后者则随着复制叉的出现,不断合成长约2—3kb的冈崎片段.dna的复制ppt（八）: DNA的复制过程有哪几步【dna的复制ppt】DNA复制过程以原核生物DNA复制过程予以简要说明 1．DNA双螺旋的解旋DNA在复制时,其双链首先解开,形成复制叉,而复制叉的形成则是由多种蛋白质及酶参与的较复杂的复制过程（1）单链DNA结合蛋白（single—stranded DNA binding protein,ssbDNA蛋白） ssbDNA蛋白是较牢固的结合在单链DNA上的蛋白质.原核生物ssbDNA蛋白与DNA结合时表现出协同效应：若第1个ssbDNA蛋白结合到DNA上去能力为1,第2个的结合能力可高达103；真核生物细胞中的ssbDNA蛋白与单链DNA结合时则不表现上述效应.ssbDNA蛋白的作用是保证解旋酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构,它以四聚体的形式存在于复制叉处,待单链复制后才脱下来,重新循环.所以,ssbDNA蛋白只保持单链的存在,不起解旋作用.（2）DNA解链酶（DNA helicase） DNA解链酶能通过水解ATP获得能量以解开双链DNA.这种解链酶分解ATP的活性依赖于单链DNA的存在.如果双链DNA中有单链末端或切口,则DNA解链酶可以首先结合在这一部分,然后逐步向双链方向移动.复制时,大部分DNA解旋酶可沿滞后模板的5’—〉3’方向并随着复制叉的前进而移动,只有个别解旋酶（Rep蛋白）是沿着3’—〉5’方向移动的.故推测Rep蛋白和特定DNA解链酶是分别在DNA的两条母链上协同作用以解开双链DNA.（3）DNA解链过程 DNA在复制前不仅是双螺旋而且处于超螺旋状态,而超螺旋状态的存在是解链前的必须结构状态,参与解链的除解链酶外还有一些特定蛋白质,如大肠杆菌中的Dna蛋白等.一旦DNA局部双链解开,就必须有ssbDNA蛋白以稳定解开的单链,保证此局部不会恢复成双链.两条单链DNA复制的引发过程有所差异,但是不论是前导链还是后随链,都需要一段RNA引物用于开始子链DNA的合成.因此前导链与后随链的差别在于前者从复制起始点开始按5’—3’持续的合成下去,不形成冈崎片段,后者则随着复制叉的出现,不断合成长约2—3kb的冈崎片段.dna的复制ppt（九）: DNA精确复制的基础是什么DNA精确的复制有以下几个原因：1：DNA双链解开时,为边解旋边复制,形成若干冈崎片段.2：复制时,以母链为模版,按照严格的碱基配对原则（A=T G三C）生成子链3：在复制过程中,以真核生物为例,是需要一种叫DNA聚合酶的参与的,这种酶具有校对,检查的功能,发现错误,会进行补救.4：在DNA复制完成后,是很多不连续的片段,叫冈崎片段.连接这些片段的叫DNA连接酶,同时这酶也有校对的功能、我知道的就这些了··dna的复制ppt（十）: DNA复制的特点．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).而以5"→3"方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的,这条链被称为随从链(lagging strand).DNA在复制时,由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment).冈崎片段的大小,在原核生物中约为1000～2023个核苷酸,而在真核生物中约为100个核苷酸.dna的复制ppt下载dna的复制ppt教学。
《DNA的复制》PPT课件
子代DNA:
母链（旧链） 组成
子链（新链）
边
半
解
保
旋
留
复
复
制பைடு நூலகம்
制
多
起
点
复
制
具有100个碱基对的1个DNA分子片断， 内含40个胸腺嘧啶，如果连续复制两次， 则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的数目为 （ 180 ）个。
某DNA分子共含有含氮碱基1400个，其中一 条链上A+T/C+G= 2:5，问该DNA分子连续复制 2次，共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是
7、准确复制原因 ①DNA双链提供精确的模板
②碱基互补配对原则
8、复制的生物学意义：P54
【智慧眼——寻找规律】
规律2：亲代DNA分子经 n 次复制后， 所需某种游离的脱氧核苷酸数为：
R ＝a (2 n－1) 其中 a 表示亲代DNA含有的某种
碱基数，n 表示复制的次数。
规律3：碱基总数＝失去H2O数＋2
来的科学研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖 直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对 照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后， 对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺 陷的实验鼠体重仍然保持正常。
没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有 肥胖表现。说明基因能控制生物的性状(功能单位)。
1三、概、念D：NA分子复制的过程（P54）
2、场所：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
3、时期：有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期
模板：DNA的两条母链
4、条件
原料：游离的脱氧核苷酸（A、G、C、T） 能量：ATP
酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等
DNA复制过程ppt课件
4）PolⅢ为不对称二聚体， 一个作用于前导链， 另一个作用于随从链(loop)。
5′ 3′
领头链 (leading strand)
顺着解链方向生成的子链，其复制是 连续进行的，得到一条连续的子链。
3'
5' 解 链 方 向 3 '
5'
3'
5'
随从链 (lagging strand)
参与原核生物复制起始的主要成分
DnaA蛋白
辨认起始点
DnaB蛋白(解螺旋酶) 解开DNA双链
DnaC蛋白
协助DnaB蛋白
DnaG蛋白(引物酶) 催化形成RNA引物
SSB
稳定解开的单链DNA
拓朴异构酶
理顺DNA链
oriC
大肠杆菌的复制起始点
2.复制的延长
1）在DNA聚合酶Ⅲ的作用下 2）前导链合成1000-2000个核苷酸后 3）随从链开始合成，岗崎片段的长度
PRA：复制蛋白A
2．RNA引物的合成
DNA聚合酶α能识别起始位点，并且以核 糖核苷三磷酸为底物（NTP），以解开的一 段DNA为模板，合成一个短链RNA（8～10 个核苷酸）引物。然后从引发酶的活性转变为 DNA 聚 合 酶 α 的 活 性 ， RNA 引 物 的 3’-OH 末端为合成新的DNA单链的起点，以dNTP 为原料，延长引物大约15-30个脱氧核苷酸。
DNA复制过程
（一）原核生物DNA复制过程 1.复制的起始
DNA复制的起始就是要解开双链和生成引物。 (1)DNA解成单链
由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶 解开双链，SSB结合到单链上使其稳定。
复制起始的解链需要多种蛋白质参与。这 些蛋白质与复制起始点的特有序列结合， 促使其邻近的D来自A解链。3.DNA链的延伸
原核细胞dna复制-课件
每个四联体含4个鸟嘌呤彼此通过氢键形成
平面结构。每个鸟嘌呤来自连续的TTAGGG
重复单位中的相应位点。一系列四联体可
按这种方式堆叠成螺旋状。
• 成环后3`端的3- OH 就像引物的3`端能引
起互补5`-CCCCAA-3`寡核苷酸的合成而使
5`端空缺填补, 并由连结酶将缺口连上,
合酶α
DNA聚合 DNA聚
酶δ
合酶β
DNA聚合 DNA聚合
酶γ
酶ε
DNA复
制：合
成后随
链
DNA复制：DNA修
合成先导 复
链
参与DNA
线粒体
DNA的复 的修补合
制
成
线性DNA末端复制过程
• 3`端的延伸
• 3`端回折成环
3`端回折成环：
• 四膜虫染色体DNA复制时, 5`端引物切除后, 由于
端粒DNA 有一段约50 个拷贝的5-TTGGGG-3寡核苷
senescence caused by muta ted Tetra-hymena te lom erase RNAs. Nature, 1990, 344%
126~ 132.
•
Griffith JD, Com eau L, Rosen field S, et a.l Mammalian telo-meres end in a large duplex
率较其他烷化剂为高约30%～60%，多发生于服
药3～4周后；抑制骨髓，对粒细胞的影响更明显；
对膀胱粘膜刺激可致血尿、蛋白尿；偶可影响肝
功能，导致黄疸；还致凝血酶原减少；久用可致
闭经或精子减少。
参考文献：
原核生物与真核生物DNA复制的特点课件
05
DNA复制的调控
启动子的调控
启动子是DNA复制的起始位点，对DNA复制的速度和方向起着关键作用。
原核生物的启动子通常包含一个或多个RNA聚合酶识别、结合和转录起 始的位点，而真核生物的启动子则包含一个主要和多个次要的RNA聚合
酶结合位点。
启动子的调控可以通过改变其序列、甲基化修饰或结合其他调控蛋白来 实现，从而影响DNA复制的起始。
04
DNA复制的生物学意义
遗传信息的传递
01
遗传信息是生命延续和物种繁衍 的基础，DNA复制确保遗传信息 从一代传递到下一代，保持物种 的遗传连续性。
02
DNA复制过程中，遗传信息从亲 代传递给子代，确保后代具备与 亲代相似的遗传特征。
保证遗传信息的稳定性
DNA复制是高度精确的过程，通过 一系列复杂的酶促反应和调控机制， 确保遗传信息在复制过程中不被篡改 或出错。
DNA复制过程中存在多种修复机制， 能够纠正复制过程中出现的错误，从 而保证遗传信息的稳定性。
细胞分裂与增殖的基础
DNA复制是细胞分裂与增殖的必要条 件，只有完成DNA复制，细胞才能进 行分裂和增殖，形成新的个体或组织。
DNA复制的精确性和稳定性对于维持 细胞正常的生长、发育和功能至关重 要，任何复制错误都可能导致细胞异 常或疾病的发生。
此外，原核生物的DNA复制过 程中没有真核生物的复杂调控 机制，因此复制速度较快。
不需要引物
原核生物的DNA复制不需要引物。
在复制过程中，DNA聚合酶可以直接以母链为模板，从头开始合成子链，避免了 引物合成和去除的步骤，提高了复制速度和效率。
02
真核生物DNA复制的特点
全保留复制
全保留复制是指真核生物在DNA复制过程中，新链的合成从DNA 链的末端开始，逐步向复制起始位点方向进行，最终保留原有的 DNA序列。这种复制方式可以确保遗传信息的完整性和稳定性。
原核生物DNA的复制
原核生物DNA的复制1．与复制有关的酶及蛋白质：（1）拓扑异构酶：通过切断并连接DNA双链中的一股或双股，改变DNA分子拓扑构象，避免DNA分子打结、缠绕、连环，在复制的全程中都起作用。
其种类有：拓扑异构酶I和拓扑异构酶II，拓扑异构酶I能切断DNA双链中一股并再连接断端，反应不需ATP供能；拓扑异构酶II能使DNA双链同时发生断裂和再连接，需ATP供能，并使DNA分子进入负超螺旋。
（2）解螺旋酶：DNA进行复制时，需亲代DNA的双链分别作模板来指导子代DNA分子的合成，解螺旋酶可以将DNA双链解开成为单链。
大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。
（3）单链结合蛋白（SSB）：在复制中模板需处于单链状态，SSB可以模板的单链状态并保护模板不受核酸酶的降解。
随着DNA双链的不断解开，SSB能不断的与之结合、解离。
（4）引物酶：是一种RNA聚合酶，在复制的起始点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。
DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP聚合反应，若没有引物就不能起始DNA合成。
引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA，并由这一小段RNA引物提供3’-OH，经DNA聚合酶催化链的延伸。
（5）DNA聚合酶：是依赖DNA的DNA聚合酶，简称为DNA pol，以DNA 为模板，dNTP为原料，催化脱氧核苷酸加到引物或DNA链的3’-OH末端，合成互补的DNA 新链，即5’→3’聚合活性。
原核生物的DNA聚合酶有DNA polI、DNA pol II和DNA pol III，DNA pol III是复制延长中真正起催化作用的，除具有5’→3’聚合活性，还有3’→5’核酸外切酶活性和碱基选择功能，能够识别错配的碱基并切除，起即时校读的作用；DNA pol I 具有5’→3’聚合活性、3’→5’和5’→3’核酸外切酶活性，5’→3’核酸外切酶活性可用于切除引物以及突变片段，起切除、修复作用。
原核生物DNA复制的特点.ppt
---《分子生物学》
主讲人：罗龙欣
以大肠杆菌为例
一.基因组简介 1.双链环状DNA分子 2.复制起始区位于其 遗传图的84min附近
大肠杆菌染色体的复制是朝两个方向进 行的，环形DNA复制时，DNA会形成类 似字母θ的形状，两个复制叉在距起始点 180ο处会合。
DNA聚合酶Ⅱ
DNA聚合酶Ⅲ
总结
• 归纳起来，在 复制叉处 DNA的合成 可以分为以下 几步：
• （1）首先由 解链蛋白和解 旋蛋白使 DNA双链解 引物酶和引
SSB
发体
DNA聚合 酶III
DNA聚 合酶I
RNA引物
3´ 5´ RNA引
物
3´ 5´
5´
3´
• （2）前导链的合 成是按5` → 3`方向 连续合成（复制叉
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2020/12/102020/12/102020/12/1012/10/2020 6:52:28 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2020/12/102020/12/102020/12/10Dec-2010-Dec-20 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2020/12/102020/12/102020/12/10Thursday, December 10, 2020 • 13、志不立，天下无可成之事。2020/12/102020/12/102020/12/102020/12/1012/10/2020
• 引发体可以沿模板链5’→ 3’方向移动,具有 识别合成起始位点的功能，移动到一定位 置上即可引发RNA引物的合成。
• 移动和引发均需要ATP提供能量， n’蛋白 具有ATP酶的活力。引发体的移动与复制 叉移动的方向相同，与冈崎片段的合成方 向相反。
原核生物dna复制特点
原核生物dna复制特点原核生物DNA复制的特点1.单起点复制：原核生物的DNA复制通常从一个特定的起点开始，形成一个复制泡。
这与真核生物的多起点复制不同。
2.快速复制：原核生物的DNA复制速度通常比真核生物要快得多。
这是因为原核生物的基因组较小，同时缺少真核生物DNA复制中需要处理复杂序列和结构的大量酶和蛋白质。
3.半保留复制：原核生物的DNA复制是半保留的，即在复制过程中，每个亲本DNA链作为模板，合成一个新的亲子链。
每个新合成的DNA双链分子都由一个亲源链和一个新合成的链组成。
4.无内切酶：原核生物缺少内切酶，因此无法通过内切酶修复DNA复制过程中产生的错误。
这就意味着原核生物的DNA 复制过程中出现的错误将会遗传到下一代。
5.缺少端保护酶：原核生物缺乏端保护酶，使得DNA链末端容易受到外界的侵害和损伤。
这可能导致DNA复制过程中的错误积累，从而影响基因组的稳定性和完整性。
6.缺乏DNA修复机制：与真核生物相比，原核生物的DNA修复机制较为简单。
原核生物缺乏复杂的DNA修复酶系统，因此对于DNA损伤的修复能力有限。
7.RNA引物：原核生物中的DNA复制是通过RNA引物启动的。
即在DNA复制过程中，RNA引物与DNA模板配对，作为DNA复制的起始点。
8.连续复制和间断复制：在原核生物的DNA复制过程中，有连续复制和间断复制两种模式。
连续复制是指DNA双链的两个亲源链在复制过程中，都持续地合成新的亲子链。
而间断复制则是一种半连续的复制方式，其中至少一个亲源链是通过断续式的合成来复制的。
以上是原核生物DNA复制的一些特点，这些特点决定了原核生物在复制过程中的机制和限制，对进一步研究原核生物的遗传和进化具有重要意义。
原核生物DNA的复制
原核生物DNA的复制1．与复制有关的酶及蛋白质：（1）拓扑异构酶：通过切断并连接DNA双链中的一股或双股，改变DNA分子拓扑构象，避免DNA分子打结、缠绕、连环，在复制的全程中都起作用。
其种类有：拓扑异构酶I和拓扑异构酶II，拓扑异构酶I能切断DNA双链中一股并再连接断端，反应不需ATP供能；拓扑异构酶II能使DNA双链同时发生断裂和再连接，需ATP供能，并使DNA分子进入负超螺旋。
（2）解螺旋酶：DNA进行复制时，需亲代DNA的双链分别作模板来指导子代DNA 分子的合成，解螺旋酶可以将DNA双链解开成为单链。
大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。
（3）单链结合蛋白（SSB）：在复制中模板需处于单链状态，SSB可以模板的单链状态并保护模板不受核酸酶的降解。
随着DNA双链的不断解开，SSB能不断的与之结合、解离。
（4）引物酶：是一种RNA聚合酶，在复制的起始点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。
DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP聚合反应，若没有引物就不能起始DNA合成。
引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA，并由这一小段RNA引物提供3’-OH，经DNA聚合酶催化链的延伸。
（5）DNA聚合酶：是依赖DNA的DNA聚合酶，简称为DNA pol，以DNA为模板，dNTP为原料，催化脱氧核苷酸加到引物或DNA链的3’-OH末端，合成互补的DNA新链，即5’→3’聚合活性。
原核生物的DNA聚合酶有DNA polI、DNA pol II和DNA pol III，DNA pol III是复制延长中真正起催化作用的，除具有5’→3’聚合活性，还有3’→ 5’ 核酸外切酶活性和碱基选择功能，能够识别错配的碱基并切除，起即时校读的作用；DNA pol I具有5’→3’聚合活性、3’→ 5’和5’→3’核酸外切酶活性，5’→3’核酸外切酶活性可用于切除引物以及突变片段，起切除、修复作用。
原核生物与真核生物DNA复制的特点课件
05 DNA复制的研究进展与 展望
DNA复制的分子机制研究
揭示DNA复制起始、延伸和终止 的分子机制，以及参与DNA复制 的酶和蛋白复合物的结构和功能。
深入研究DNA聚合酶和其他复制 相关蛋白的相互作用，以及它们
在复制过程中的动态变化。
探索DNA复制过程中DNA损伤 修复和细胞周期调控的分子机制， 以揭示DNA复制与细胞生长和发
真核生物的细胞分裂需要更多的准备和调节过程，这也增加了复制周期的时间。
需要引物
真核生物的DNA复制需要引物 来启动复制过程。
引物是在DNA聚合酶的作用下 合成的小段RNA或DNA，它与 DNA模板链结合并作为复制的 起始点。
引物为DNA聚合酶提供了结合 位点，并确保复制的准确性。
半不连续复制
真核生物的DNA复制是半不连续的， 即DNA链的合成方向是不对称的。
02
原核生物多为单细胞生物，细胞 分裂周期短，因此DNA复制周期 也相对较短。
不需要引物
原核生物的DNA聚合酶具有引物酶 活性，能够自我提供引物，因此不需 要额外提供引物。
不需要引物可以缩短复制时间，提高 复制效率。
半保留复制
原核生物的DNA复制采用半保留复制方式，即母链和子链各保留一条。
半保留复制能够保证遗传信息的稳定传递。
探索DNA复制的时空调控机制，以及 DNA复制与细胞分裂、分化、凋亡等
生物学过程的相互影响。
研究DNA复制与表观遗传学的关系， 以及表观遗传修饰如何影响DNA复制
和基因表达。
深入探究DNA复制过程中突变和重组 的机制，以及这些机制在生物进化中的
作用。
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领头链的合成速度较快，但错误率较 高；随从链的合成速度较慢，但错误 率较低。
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palm
DNA polymerase bound to a primer:template junction
Processivity (持续合成能力)
• Processivity is a characteristic of enzymes that operate on polymeric substrates. • For DNA polymerase, the degree of processivity is defined as the
DNA 复制的体系
• • • • 亲代DNA分子为模板 四种脱氧三磷酸核苷(dNTP)为底物 提供3’-OH末端的引物 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
DNA复制的基本过程
• 复制的起始 (initiation)
• DNA链的延伸 (elongation) • 复制的终止 (termination)
[3H] Thymidine pulse-chase labeling and alkaline sucrose gradient: discovery of semi-discontinous replication
1、用3H脱氧胸苷短时间标记后提取DNA， 得到不少平均长度为2-3kb DNA片段。
Substrates required for DNA synthesis
由大肠杆菌oriC复制起始点 处引发的DNA复制过程
大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下 与oriC处的4个9 bp保守序列相结合。 ↓ 在Hu蛋白和ATP的共同作用下， DnaA复制起始复合物使3x13 bp直接 重复序列变形，形成开链。 ↓ DnaB（解链酶）六体分别与单链 DNA相结合（需要DnaC的帮助）进 一步解开DNA双链。 ↓ 与引物结合，起始DNA复制。
RNAse H removes all of the RNA primer except the ribonucleotide directly linked to the DNA end. An exonuclease removes the final ribonucleotide. DNA polymerase fills the gap, leaving a a break in the backbone between the 3’OH and 5’ phosphate of the repaired strand. DNA ligase repaires this “nick”.
Action of topoisomerase at the replication fork Topoisomerase rapidly remove the positive supercoils accumulate in front of the replication fork.
DNA 聚 合 酶 只 能 延 长 已 存 在 的 DNA 链，而不能从头合成 DNA 链， 那么，新 DNA 的复制是怎样开始的 呢？
The “trombone” model for coordinating replication by two DNA polymerase at the E. coli replication fork
Steps in the synthesi of the lagging strand
Removal of RNA primers from newly synthesized DNA
1. DNA复制的起始
• 复制起始原点 • DNA双螺旋的解旋
• 复制的引发
大肠杆菌(E. coli)的 OriC 复制原点
大肠杆菌基因组的复制原点位于天冬酰胺合 酶和ATP合酶操纵子之间，全长245 bp, 称为 oriC。
参与DNA复制起始和引发的蛋白质
• DNA解旋酶(DNA helicase) 催化DNA双链的解链过程。 • 单链DNA结合蛋白(single strand DNA binding protein)： 以四聚体形式存在于复制叉处，只保持单链的存在， 并不能起解链作用。 • DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 消除DNA双链的超螺旋堆积。 • 引物酶(primase) 合成一小段RNA引物，为DNA新链的合成提供3’OH末端。
DNA polymerase requires a 3’-OH end to initiate replication
The 3’–OH end is called a primer.
A primer is a short sequence (often of RNA) that is paired with one strand of DNA and provides a free 3’ -OH end at which a DNA polymerase starts synthesis of a deoxyribonucleotide chain. The primase is a type of RNA polymerase that synthesizes short segments of RNA that will be used as primers for DNA replication.
半不连续复制 Semi-discontinuous replication 冈崎片段Okazaki fragment
Leading strand
Replication fork Lagging strand
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。
细菌染色体的复制是作为一个单位从唯一 的复制起点开始，双向进行的。
DNA聚合酶 大肠杆菌中主要有DNA聚合酶I、 II、III 、IV和V。
Arthur Kornberg
Discovered an enzyme in E. coli that could catalyse the synthesis of DNA • He called it DNA Polymerase • Now known as DNA polymerase I • 1959 - Nobel prize in Physiology or Medicine
What Cairns’ experiment (1963) showed:
• E. coli has a circular chromosome. • E. coli has a single origin of replication. • In E. coli, replication and unwinding are simultaneous.
What Cairns did not show:
• Is replication UNIdirectional or BIdirectional?
Bidirectional Replication(双向复制)
Bidirectional Replication (双向复制)
• 无论是原核生物还是真核生物，DNA的 复制主要是从固定的起始点以双向等速复 制方式进行的。 • 复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起 点，向两个方向等速生长前进。
DNA双螺旋的解旋
DNA helicases separate the two strands of the double helix
DNA双螺旋的解旋
Binding of SSB to DNA inhibits the formation of intramolecular base pairs
起始点
复制叉
复制叉
DNA Synthesis
• 由于DNA双螺旋的两条链 是反向平行的，因此两个 模板极性不同。
• 所有已知DNA聚合酶的合 成方向都是5’→3’，
为 了 解 释 DNA 的 等 速 复 制现象,日本学者冈崎 (Okazaki) 等提出了 DNA 的 半 不 连 续 复 制 模 型 (semidiscontinuous replication) .
DNA Polymerase II
DNA聚合酶II (coded by polB)的活性很 低，只有 DNA 聚合酶 I 的 5% ，所以也不 是复制中主要的酶。
average number of nucleotides added each time the enzyme binds a primer:template junction
(a few~50,000).
Structure of a sliding DNA clamp
Sliding DNA clamps encircle the newly replicated DNA produced by an associated DNA polymerase.
原核生物DNA的复制
Replication of the E. coli chromosome
In 1963, John Cairns’ Technique: • Grew E. coli in 3H thymidine • Waited till cells were in the middle of replication • Lysed the cells very very gently • Spread the lysate on an EM grid • Exposed the grid to X-ray film for TWO months.
2、用DNA连接酶温度敏感突变株进行实验，在 连接酶不起作用的温度下，有大量小片段累积， 说明复制过程中至少有一条链首先合成较短的片 段，然后再生成大分子DNA。
DNA的半不连续复制 （semi-discontinuous replication）