第四章+DNA的生物合成

第四章DNA的生物合成

DNA复制的特点

1、半保留复制

2、复制的起始，方向与速度

3、半不连续复制

4、DNA聚合酶催化，多种蛋白质参与

一、半保留复制P514

半保留复制——DNA在复制时，以亲代DNA的每一条链为模板，按碱基互补原则，分别合成新链，每个子代DNA中都含有一条亲代DNA链。

三种可能的DNA复制机制

二、复制的起始，方向与速度

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，即复制起始位点(origin) 。

复制起始位点序列特征：富含AT，具有复制起始蛋白识别的区域。

独立完成复制的功能单位称为复制子(replicon) 。

DNA复制的起始，必须以一段具有3’端自由羟基（3’-OH）的RNA作为引物(primer) ，RNA引物的序列与模板DNA的碱基顺序相配对。

DNA复制大多为双向等速复制。

三、半不连续复制

DNA聚合酶只能以5’→3’方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的前进方向必须是3’→5’。

复制时，1条链的前进方向与复制叉打开方向是一致的，可连续合成，称为先导链(leading strand)，另一条链的前进方向与复制叉打开方向相反，不能连续复制，称为滞后链(lagging strand)。所以DNA的复制是半不连续复制。

滞后链的复制过程: 先以片段的形式合成冈崎片段，多个冈崎片段再连接成完整的链。

四、DNA聚合酶催化，多种蛋白质参与

（一）、DNA聚合酶（DNA polymerase，DNA pol）

活性：1. 5→'3'的聚合酶活性

聚合反应：底物－－dNTP

2. 核酸外切酶活性

DNA聚合酶的核酸外切酶活性

3'→ 5'外切酶活性

能辨认错配的碱基对，并将其水解。

5'→ 3'外切酶活性

切除突变的DNA片段与冈崎片段中的引物。

DNA聚合酶的种类

在原核生物中，目前发现的DNA聚合酶有三种，DNA聚合酶Ⅰ（pol Ⅰ），DNA 聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ），DNA聚合酶Ⅲ（pol Ⅲ）。参与DNA复制的主要是pol Ⅲ和pol Ⅰ。

原核生物中的三种DNA聚合酶

pol Ⅰpol Ⅱpol Ⅲ

5'→

3'聚合酶活性+++

5'→3'外切酶活性+--3'→5'外切酶活性+++

生理功能填补缺口

修复损伤

校正错误

主要起修复作

用

复制先导链与冈崎片段

校正错误

pol Ⅰ可被特异的蛋白酶水解为两个片段，其中的大片段保留了两种酶活性,即5‘→3’聚合酶和3‘→5’外切酶活性，通常被称为Klenow 片段。

真核生物的DNA聚合酶

DNA-polαβγδε

分子量(kD)16.5 4.014.012.525.5

5'→3'聚合酶活性++?+++++++++

3'→5'外切酶活性--+++

生理功能起始引发

引物酶活

性

低保真度

复制

线粒体

DNA复制

延长子代链

的主要酶,

解螺旋酶活

性

填补缺口,

切除修复,

重组

（二）、单链DNA结合蛋白（SSB蛋白）

单链DNA结合蛋白是一些能够与单链DNA结合的蛋白质，以四聚体形式与单链DNA结合，起保持单链的存在的作用。

（三）、解链酶（helicase）

解链酶，又称解旋酶，解螺旋酶，是用于解开DNA双链的酶蛋白。

延模板链移动，每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。

（四）、DNA拓扑异构酶( topoisomerase)

能够松解DNA超螺旋结构的酶。

拓扑异构酶的作用特点

能水解连接磷酸二酯键

（五）、DNA连接酶

DNA连接酶(DNA ligase)可催化两段DNA片段之间磷酸二酯键的形成，把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。滞后链冈崎片段的连接。

第三节DNA的复制的过程

一、复制的起始

二、复制的延长

三、复制的终止

四、环状DNA的复制

五、端粒与端粒酶

一、复制的起始

DNA复制的起始由两步构成。

1．解旋解链，形成复制叉：

A. DnaA蛋白识别复制起始序列，由拓扑异构酶和解链酶作用，使DNA双螺旋结构解开，形成两条单链DNA。

B. 单链DNA结合蛋白（SSB）四聚体结合在两条单链DNA上，形成复制叉。

2．引发体组装和引物合成：

A. 由解链酶(DnaB蛋白) 等6个蛋白装配成引发前体，并与引发酶(DnaG蛋白) 形成引发体；

B. 在引发酶的催化下，以DNA为模板，合成一段短的RNA片段作为引物，从而获得3'端自由羟基（3'-OH）。

引发体的组装形成

含有解螺旋酶(DnaB蛋白)、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

二、复制的延长

复制的延长指在DNA聚合酶催化下，以亲代DNA链为模板，从5’→3’方向聚合形成子代DNA链。其化学本质是将dNMP逐个通过磷酸二酯键添加到子链3 ’末端羟基上。

在原核生物中，参与DNA复制延长的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中是DNA 聚合酶δ。

DNA延伸过程简图

三、复制的终止