分子生物学 中心法则课堂
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? 酶的催化方向： 5'→3' ，所以新生 DNA链的 延伸方向也是 5'→3' 。
? 两条链复制又同时进行。如何解决？一条链连续 合成，称为前导链；另一条链不连续合成，为滞 后链。冈崎片断：以 DNA 5' → 3' 链为模板 时合成的 不连续 的较短的 DNA 片断。
27
Leading strand synthesis
DNA合成需在RNA引物的基础上进行。
5′ 3′
5′
3′ 5′
RNA 引物
5′
16
解除DNA高级结构的酶与蛋白：
? DNA复制从起始点开始复制时，局部的 DNA双链必须打开，主要靠解螺旋酶 （helicase)的作用，打开后的单链还需 要单链结合蛋白与其结合，防止复性。
? 在复制叉向前移动时造成前方DNA分子 产生正超螺旋，必须由拓扑异构酶来解 决。
2
Reverse transcription
中心法则及补充
3
第19章 DNA 复制与修复
? （一）复制方式：半保留复制。 物质基础：双螺旋结构
4
氮标记技术证实了DNA的半保 留复制
? 以15NH4Cl为唯一氮源培养大肠杆菌，连 续培养12代，使所有DNA标记上15N；
? 在普通培养基（14N)培养一代后，所有 DNA密度介于14N ～15N之间；
临床上使用的某些抗肿瘤药（如喜树碱 等）是通过抑制Topo酶活性而杀死肿瘤细胞 的。
20
5、DNA 连接酶－连接 DNA 片断的酶
? 连接酶(ligase)的作用是催化相邻的DNA 片段以3' 、5' －磷酸二酯键相连接。 连接反应中的能量来自ATP(动物细胞或 噬菌体）或NAD＋（细菌)。
? 连接酶要求催化反应时缺口处有一条链 是连续的。不能将两条游离的DNA分子 连接起来。
? 培养两代后， 14N和14N ～15N杂合分子等 量出现。
? 继续培养， 14N分子增多。
5
含15N-DNA 的细菌 培养于普 通培养液
第一代 继续培养于 普通培养液
第二代
(深蓝: 15N) (粉红: 14N)
DNA半保留复制的证据
普通DNA 重DNA 中等密度DNA 普通DNA 中等密度DNA
? 1） 底物：dATP，dGTP，dCTP，dTTP， 总称为dNTP
? 2） DNA聚合酶，DNA-pol ? 3） 模板（template）：解开成单链的
DNA母链 ? 4） 引物（primer）：RNA引物 ? 5） 其他酶和蛋白质因子
10
1、DNA聚合酶－复制的基本 酶
? 作用特点：从引物 游离3'－OH开始 加入脱氧核苷酸， 需要底物，引物，
6
二）复制的方式和特点
7
8
第二节 原核生物DNA的复制
? DNA的复制实际上就是以DNA为模板在 DNA聚合酶作用下，将游离的四种脱氧 三核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,简写为 dNTP)聚合成DNA
? 这是一个非常复杂的酶促反应，需要许 多种酶和蛋白质参与。
9
一、DNA复制所需原料
超螺旋
拓扑异 构酶Ⅰ
复制前方形成 DNA双螺旋 正超螺旋
复制后形成 负超螺旋
19
作用方式：切割DNA链，使其松弛后再连接。
消除复制叉前方形成的正超螺旋，即
Topo Ⅱ:
引入负超螺旋。切割DNA双链，此时 不需ATP；尔后由ATP供能，连接切
口。
Topo Ⅰ:
不需ATP，切割百度文库链DNA中的一链 ，使DNA松弛后, 连接切口。
17
3、解螺旋酶 (helicase)
作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA 成单链 。
解螺旋酶 ATP
基因：dnaA 、B、C… 蛋白：DnaA 、B、C…
18
4、拓扑异构酶（topoisomerase,Topo）
一类能调节DNA分子超螺旋类型和水平的酶。 DNA正超螺旋与负超螺旋
酶Ⅱ， 引入负
21
连接酶的催化反应
22
二、DNA复制过程(544)
? 各种生物DNA的复制过程大同小异，大致包 括以下几个阶段。
1、起始－有固定的起点
? （1）识别起始位点 复制是从DNA分子上的特定部位开始的， 这一部位叫做复制起始点(original replication)常用ori或o表示。多双向、对 称等速复制。
23
大肠杆菌的ori C
? 大肠杆菌染色体DNA复制起始点ori C由 245bp组成，关键序列在于两组短的重复：三 个13bp和四个9bp组成的保守序列，是大肠 杆菌中DnaA蛋白识别的位置。
24
（2）DNA解旋，形成复制叉
? 解旋酶、拓扑异构酶与复制起点结合，解开 双螺旋成两条局部的单链， SSB也随即结合 上保护单链。
5'
3'
DNA-pol I 3′? 5′外切活性： 校读（proofread）功能
A
5'
3'
G
14
DNA pol I 的酶切片段
H B
J
大片段
小片段
（Klenow fragment ）
5 ‘ →3 ' 聚合功能， 3 ' →5 '外切酶活性
5 ' →3 '外切酶活性
15
引物酶(Primase )
? （3）RNA引物的合成
引物合成酶结合上去，形成结构复杂的 引发 体。引物合成酶 合成引物。
25
起始：
Ori C 开始， 形成复杂 的引发体， 合成RNA 引物
26
2、延伸－酶催化以高速度进行
? 在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，根据模板链 3'→ 5'的 核苷酸顺序，从引物游离 3'－OH开始加入脱氧核 苷酸，直至合成整个 DNA片断。
分子生物学－中心法则
生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA 的过程称为转录。根 据
mRNA 链上的遗传信 息合成蛋白质的过程， 被称为翻译或表达。 1958 年Crick 将生物 遗传信息的这种传递 方式称为 中心法则 。
1
? 在某些情况下，RNA也可是遗传信息的 携带者，如，RNA病毒能以自己的RNA 为模板自我复制。某些致癌RNA病毒通 过逆转录(reverse transcription)的方式 将遗传信息传递给DNA。
模板，能量，
Mg2+。 ? DNA聚合酶为
DNA指导的酶。
11
原核细胞DNA聚合酶539
DNA聚合酶 Ⅳ和Ⅴ：与突变存活有关的酶。 12
3'
5'
P
OH
5' 3'
DNA-pol
3'
5'
5'
3'
DNA-pol 的 5′? 3′聚合作用
13
DNA-pol I 5′? 3′外切活性 切除引物，切除突变片段
? 两条链复制又同时进行。如何解决？一条链连续 合成，称为前导链；另一条链不连续合成，为滞 后链。冈崎片断：以 DNA 5' → 3' 链为模板 时合成的 不连续 的较短的 DNA 片断。
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Leading strand synthesis
DNA合成需在RNA引物的基础上进行。
5′ 3′
5′
3′ 5′
RNA 引物
5′
16
解除DNA高级结构的酶与蛋白：
? DNA复制从起始点开始复制时，局部的 DNA双链必须打开，主要靠解螺旋酶 （helicase)的作用，打开后的单链还需 要单链结合蛋白与其结合，防止复性。
? 在复制叉向前移动时造成前方DNA分子 产生正超螺旋，必须由拓扑异构酶来解 决。
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Reverse transcription
中心法则及补充
3
第19章 DNA 复制与修复
? （一）复制方式：半保留复制。 物质基础：双螺旋结构
4
氮标记技术证实了DNA的半保 留复制
? 以15NH4Cl为唯一氮源培养大肠杆菌，连 续培养12代，使所有DNA标记上15N；
? 在普通培养基（14N)培养一代后，所有 DNA密度介于14N ～15N之间；
临床上使用的某些抗肿瘤药（如喜树碱 等）是通过抑制Topo酶活性而杀死肿瘤细胞 的。
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5、DNA 连接酶－连接 DNA 片断的酶
? 连接酶(ligase)的作用是催化相邻的DNA 片段以3' 、5' －磷酸二酯键相连接。 连接反应中的能量来自ATP(动物细胞或 噬菌体）或NAD＋（细菌)。
? 连接酶要求催化反应时缺口处有一条链 是连续的。不能将两条游离的DNA分子 连接起来。
? 培养两代后， 14N和14N ～15N杂合分子等 量出现。
? 继续培养， 14N分子增多。
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含15N-DNA 的细菌 培养于普 通培养液
第一代 继续培养于 普通培养液
第二代
(深蓝: 15N) (粉红: 14N)
DNA半保留复制的证据
普通DNA 重DNA 中等密度DNA 普通DNA 中等密度DNA
? 1） 底物：dATP，dGTP，dCTP，dTTP， 总称为dNTP
? 2） DNA聚合酶，DNA-pol ? 3） 模板（template）：解开成单链的
DNA母链 ? 4） 引物（primer）：RNA引物 ? 5） 其他酶和蛋白质因子
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1、DNA聚合酶－复制的基本 酶
? 作用特点：从引物 游离3'－OH开始 加入脱氧核苷酸， 需要底物，引物，
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二）复制的方式和特点
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第二节 原核生物DNA的复制
? DNA的复制实际上就是以DNA为模板在 DNA聚合酶作用下，将游离的四种脱氧 三核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,简写为 dNTP)聚合成DNA
? 这是一个非常复杂的酶促反应，需要许 多种酶和蛋白质参与。
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一、DNA复制所需原料
超螺旋
拓扑异 构酶Ⅰ
复制前方形成 DNA双螺旋 正超螺旋
复制后形成 负超螺旋
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作用方式：切割DNA链，使其松弛后再连接。
消除复制叉前方形成的正超螺旋，即
Topo Ⅱ:
引入负超螺旋。切割DNA双链，此时 不需ATP；尔后由ATP供能，连接切
口。
Topo Ⅰ:
不需ATP，切割百度文库链DNA中的一链 ，使DNA松弛后, 连接切口。
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3、解螺旋酶 (helicase)
作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA 成单链 。
解螺旋酶 ATP
基因：dnaA 、B、C… 蛋白：DnaA 、B、C…
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4、拓扑异构酶（topoisomerase,Topo）
一类能调节DNA分子超螺旋类型和水平的酶。 DNA正超螺旋与负超螺旋
酶Ⅱ， 引入负
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连接酶的催化反应
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二、DNA复制过程(544)
? 各种生物DNA的复制过程大同小异，大致包 括以下几个阶段。
1、起始－有固定的起点
? （1）识别起始位点 复制是从DNA分子上的特定部位开始的， 这一部位叫做复制起始点(original replication)常用ori或o表示。多双向、对 称等速复制。
23
大肠杆菌的ori C
? 大肠杆菌染色体DNA复制起始点ori C由 245bp组成，关键序列在于两组短的重复：三 个13bp和四个9bp组成的保守序列，是大肠 杆菌中DnaA蛋白识别的位置。
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（2）DNA解旋，形成复制叉
? 解旋酶、拓扑异构酶与复制起点结合，解开 双螺旋成两条局部的单链， SSB也随即结合 上保护单链。
5'
3'
DNA-pol I 3′? 5′外切活性： 校读（proofread）功能
A
5'
3'
G
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DNA pol I 的酶切片段
H B
J
大片段
小片段
（Klenow fragment ）
5 ‘ →3 ' 聚合功能， 3 ' →5 '外切酶活性
5 ' →3 '外切酶活性
15
引物酶(Primase )
? （3）RNA引物的合成
引物合成酶结合上去，形成结构复杂的 引发 体。引物合成酶 合成引物。
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起始：
Ori C 开始， 形成复杂 的引发体， 合成RNA 引物
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2、延伸－酶催化以高速度进行
? 在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，根据模板链 3'→ 5'的 核苷酸顺序，从引物游离 3'－OH开始加入脱氧核 苷酸，直至合成整个 DNA片断。
分子生物学－中心法则
生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA 的过程称为转录。根 据
mRNA 链上的遗传信 息合成蛋白质的过程， 被称为翻译或表达。 1958 年Crick 将生物 遗传信息的这种传递 方式称为 中心法则 。
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? 在某些情况下，RNA也可是遗传信息的 携带者，如，RNA病毒能以自己的RNA 为模板自我复制。某些致癌RNA病毒通 过逆转录(reverse transcription)的方式 将遗传信息传递给DNA。
模板，能量，
Mg2+。 ? DNA聚合酶为
DNA指导的酶。
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原核细胞DNA聚合酶539
DNA聚合酶 Ⅳ和Ⅴ：与突变存活有关的酶。 12
3'
5'
P
OH
5' 3'
DNA-pol
3'
5'
5'
3'
DNA-pol 的 5′? 3′聚合作用
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DNA-pol I 5′? 3′外切活性 切除引物，切除突变片段