原核细胞dna的复制
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生物化学·DNA的复制和修复-PPT文档资料
（某些噬菌体DNA复制方式）
（线粒体DNA的复制 方式）
Байду номын сангаас成一次复制的时间：
细菌DNA复制叉移动速度：50 000bp/min 真核生物1000～3000bp/min 例：某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，有 5.2×106个碱基对
三、原核生物DNA聚合反应有关的酶类
（一）DNA聚合酶(DNA polymetases) （二）引物酶(peimase)：启动RNA引 物链的合成。 (三） DNA连接酶（DNA ligase） p419（四）DNA的两条链解开后才能 作为模板，解开其双螺旋的结构是一 些酶和蛋白共同作用的结果，目前已 知的解旋、解链酶共3种，包括拓扑异 构酶(topoisomerase)、DNA解链酶 (DNA helicase)、DNA单链结合蛋白 (single-strand binding protein, SSB)。
反转录(reverse transcription)：
以RNA为模板将遗传信息 传给DNA的过程。
目
录
第一节 DNA的复制（DNA指导下的DNA合成） 第二节 DNA的损伤与修复
第三节 DNA突变
第一节 DNA的半保留复制
一、概念和实验依据
二、DNA复制的起始点和方式
三、 DNA聚合反应有关的酶类
DNA的半保留复制实验依据
1958年Meselson & stahl用同位素示踪标记和密度梯度 离心技术实验,证明了DNA是采取半保留的方式进行复制:
将E.Coli培养在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中生长； 提取其DNA；进行氯化铯密度梯度离心。再移至14N培养基 中生长、提取DNA、离心分析。
第十四章 DNA的复制和修复
DNA的生物合成(精)
第一节 DNA的生物合成
一. DNA的复制
复制部位：
真核生物：细胞核
原核生物：细胞质的核质区
(一) 复制的反应
一. DNA的复制
n1d ATP n2d CTP n3d GTP n4d TTP
DNA聚合酶 DNA模板
DNA +（n1+n2+n3+n4)PPi
PPi随即被焦磷酸酶水解，从 而推动聚合反应的进行。
做半保留复制（semiconservative replication）。
(二) 复制的方式 半保留复制
一. DNA的复制
(二) 复制的方式
一. DNA的复制
如何证明半保留复制
1958年，Meselson 证明：用，15NH4Cl唯一氮源
培养大肠杆菌，之后，用14NH4Cl培养，然后进行
CsCl2进行密度梯度离心。由于15NH4Cl密度大于
双螺旋DNA
3′5′ 带切开的3′ 端单链穿越 与另一条连 接封口 Tyr
一.DNA的复制
TopⅠ被解离 (-) (-)
P OH
2个负超螺旋 DNA-酶中间物
O R HN CH C NH R′ CH 2 Tyrosine N O O O 5′ H Oˉ H P O O P Oˉ (b) O O H H DNA链 N H N NH 2 N
② 随后链的合成
引物的合成：随后链的每个冈崎片段都需要合成
RNA引物。也是由引物酶催化。
冈崎片段的合成： DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的 3'末端使DNA链延伸，直至抵达其 下游的另一个冈崎片段的 RNA引物
的5'端。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
一. DNA的复制
复制部位：
真核生物：细胞核
原核生物：细胞质的核质区
(一) 复制的反应
一. DNA的复制
n1d ATP n2d CTP n3d GTP n4d TTP
DNA聚合酶 DNA模板
DNA +（n1+n2+n3+n4)PPi
PPi随即被焦磷酸酶水解，从 而推动聚合反应的进行。
做半保留复制（semiconservative replication）。
(二) 复制的方式 半保留复制
一. DNA的复制
(二) 复制的方式
一. DNA的复制
如何证明半保留复制
1958年，Meselson 证明：用，15NH4Cl唯一氮源
培养大肠杆菌，之后，用14NH4Cl培养，然后进行
CsCl2进行密度梯度离心。由于15NH4Cl密度大于
双螺旋DNA
3′5′ 带切开的3′ 端单链穿越 与另一条连 接封口 Tyr
一.DNA的复制
TopⅠ被解离 (-) (-)
P OH
2个负超螺旋 DNA-酶中间物
O R HN CH C NH R′ CH 2 Tyrosine N O O O 5′ H Oˉ H P O O P Oˉ (b) O O H H DNA链 N H N NH 2 N
② 随后链的合成
引物的合成：随后链的每个冈崎片段都需要合成
RNA引物。也是由引物酶催化。
冈崎片段的合成： DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的 3'末端使DNA链延伸，直至抵达其 下游的另一个冈崎片段的 RNA引物
的5'端。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
原核细胞生长过程中DNA复制和细胞周期的调控机制
原核细胞生长过程中DNA复制和细胞周期的调控机制原核细胞是指不具有真核细胞核膜的细胞，其所有的DNA和蛋白质都存在于细胞质中。
原核细胞的生长过程中，DNA复制和细胞周期是十分重要的，这些过程必须得到精细的调控，以确保细胞能够正常生长和繁殖。
DNA复制DNA复制是指细胞中DNA的双链被解开，原有双链分离成两个单链后，每个单链分别作为模板和引线，合成两个与原始DNA相同的新双链的过程。
在原核细胞中，DNA复制的开始位置是单个起始位点，在细胞周期的过程中，该起始位点被复制成两个，随后两个起始位点分别向两个方向扩展，形成两个生长点。
这种起始位点的复制方式被称为“单次复制模式”。
DNA复制需要复制酶、引导蛋白、单链结合蛋白等多种蛋白质协同作用，在复制前，该复制的起始位点被特定酶附着，附着的酶在复制过程中指导复制单元加入模板，形成复制产物，最终产生完整的双链DNA。
在复制过程中，需要不断补充核苷酸、引导蛋白等辅助物质，以支持复制的进行。
细胞周期的调控细胞周期是指生物体细胞从一个分裂后的离子到另一个离子的过程。
细胞在周期的不同阶段有不同的生化、形态和功能特征，整个周期被分为四个阶段：G1期、S期、G2期和M期。
G1期是细胞周期的第一个阶段，在此期间，细胞准备进入DNA复制的S期。
细胞中蛋白质的合成和新的细胞器的形成，都是在该期进行的。
在G1期末期，细胞质内会累积一小段的RNA和蛋白质，形成一个叫做“Restriction Point”的断点，细胞若要进入下一个阶段，必须通过这个细胞周期的关键点。
S期是DNA合成期，在该期间，细胞DNA复制，从而形成两个相同的DNA 子代，该期要经过两次“Event Point”（事件点），即起始位点复制以及所有核苷酸复制完成。
G2期是最后一个生长期，在该期间，细胞为接下来的分裂做好准备。
该期中分裂酶的合成开始增强，细胞内的各个分子和蛋白质都变得更加稳定。
M期是细胞分裂期，包括有丝分裂和无丝分裂两个阶段。
2.3和2.4 DNA的复制和特点
(DNA helicase)
(single-strand binding protein,SSB)
(peimase)
(DNA polymetases)
（DNA ligase） 自由草
16
自由草
17
自由草
18
自由草
(Replication fork)。
• DNA的复制是由固定的起始点开始的。一般把 生物体的复制单位称为复制子（replicon）， 一个复制子只含一个复制起点。
自由草
12
正在复制的 部分在电镜 下象只眼睛, 称复制眼 （泡）
自由草
13
原核细胞DNA的半不连续复制过程
自由草
24
2.4 原核生物和真核生物 DNA的复制特点
自由草
25
2.4.1 原核生物DNA的复制特点
大肠杆菌基因组以双链环状DNA分子的形式存在，其DNA复制的中间产物可形成一 个θ，复制从定点开始双向等速进行。复制起始后，两个复制叉在距起始点180°处会 合。
－(可切单链)
突 变 体
突变位点 突变表型
pol A 修复有缺陷
pol B 能修复
polC(dnaE), dnaN, dnaZX, dnaQ, dnaT 阻止复制
自由草
38
DNA聚合酶的共同点：
• 1、都以dNTP为底物。 • 2、都需要Mg2+激活。
• 3、聚合时必须有模板链和具有3‘-OH末端的引
35
链的终止需要Tus蛋白参与
• 当复制叉前移，遇到20bp重复性终止子序列 （Ter）时，Ter-Tus复合物能阻挡复制叉的继 续前移，等到相反方向的复制叉到达后在DNA
拓扑异构酶IV的作用下使复制叉解体，释放子
(single-strand binding protein,SSB)
(peimase)
(DNA polymetases)
（DNA ligase） 自由草
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(Replication fork)。
• DNA的复制是由固定的起始点开始的。一般把 生物体的复制单位称为复制子（replicon）， 一个复制子只含一个复制起点。
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正在复制的 部分在电镜 下象只眼睛, 称复制眼 （泡）
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原核细胞DNA的半不连续复制过程
自由草
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2.4 原核生物和真核生物 DNA的复制特点
自由草
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2.4.1 原核生物DNA的复制特点
大肠杆菌基因组以双链环状DNA分子的形式存在，其DNA复制的中间产物可形成一 个θ，复制从定点开始双向等速进行。复制起始后，两个复制叉在距起始点180°处会 合。
－(可切单链)
突 变 体
突变位点 突变表型
pol A 修复有缺陷
pol B 能修复
polC(dnaE), dnaN, dnaZX, dnaQ, dnaT 阻止复制
自由草
38
DNA聚合酶的共同点：
• 1、都以dNTP为底物。 • 2、都需要Mg2+激活。
• 3、聚合时必须有模板链和具有3‘-OH末端的引
35
链的终止需要Tus蛋白参与
• 当复制叉前移，遇到20bp重复性终止子序列 （Ter）时，Ter-Tus复合物能阻挡复制叉的继 续前移，等到相反方向的复制叉到达后在DNA
拓扑异构酶IV的作用下使复制叉解体，释放子
DNA分子的复制
皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取亲代及子 代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果， 下列叙述错误的是 ( )
A．子一代DNA应为② C．子三代DNA应为④
B．子二代DNA应为① D．亲代的DNA应为⑤
基础回顾 考点探究
解析
由题意可知，子一代的 DNA应为全中 (14N、 15N) ，即
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均
为15N－DNA(亲代)。 c．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续 繁殖两代 (Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同相对分子 质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
基础回顾
考点探究
实验预测：
(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：
只含14N的DNA分子为 2个，离心后一半位于中密度带，一半位于 低密度带，对应图中的e；复制3次后，产生8个DNA分子，其中含
15N、14N的DNA分子为2个，只含14N的DNA分子为6个，离心后少
部分位于中密度带，大部分位于低密度带，对应图中的f。
答案
A
基础回顾 考点探究
2．细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基
制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细 胞器，不能进行DNA分子的复制。
基础回顾
考点探究
2．若上图为核DNA复制过程，则图中刚形成的两个子 DNA 位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子
DNA将于何时分开？
提示 染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产
生的两个子DNA分子即位于两姐妹染色单体中，由着丝 点相连，其对应片段所含基因在无突变等特殊变异情况 下应完全相同，两子DNA分子将于有丝分裂后期或减数
A．子一代DNA应为② C．子三代DNA应为④
B．子二代DNA应为① D．亲代的DNA应为⑤
基础回顾 考点探究
解析
由题意可知，子一代的 DNA应为全中 (14N、 15N) ，即
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均
为15N－DNA(亲代)。 c．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续 繁殖两代 (Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同相对分子 质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
基础回顾
考点探究
实验预测：
(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：
只含14N的DNA分子为 2个，离心后一半位于中密度带，一半位于 低密度带，对应图中的e；复制3次后，产生8个DNA分子，其中含
15N、14N的DNA分子为2个，只含14N的DNA分子为6个，离心后少
部分位于中密度带，大部分位于低密度带，对应图中的f。
答案
A
基础回顾 考点探究
2．细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基
制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细 胞器，不能进行DNA分子的复制。
基础回顾
考点探究
2．若上图为核DNA复制过程，则图中刚形成的两个子 DNA 位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子
DNA将于何时分开？
提示 染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产
生的两个子DNA分子即位于两姐妹染色单体中，由着丝 点相连，其对应片段所含基因在无突变等特殊变异情况 下应完全相同，两子DNA分子将于有丝分裂后期或减数
DNA的复制转录
作用 5‘－3’聚合酶及外切酶作用，3‘－5’外切酶酶作用， 可校正/修复DNA链，还可切除引物 5‘－3’聚合酶及3‘－5’外切酶酶作用，可校正/修复 DNA链 与酶Ⅰ作用类似，酶活高，是主要的链延伸酶（聚合酶 replicase）
冈崎片段与半不连续复制（okazaki 1968年）
识别 解链
起始 延伸 终止
1. 起始位点的识别
σ识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分组成：-35序列提供 了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶的紧密结合位点（富含AT 碱基，利于双链打开）；第三部分是RNA合成的起始点。
保守序列：是指对具有同一功能的一系列序列进行比较，每一位置出 现频率最高的碱基序列。
大肠杆菌全部基因组(含4X106bp)只有一个复制原点。高等 生物体中DNA具有多个复制原点
2. DNA生物合成的基本问题
模板
引物 dNTP DNA聚合酶 Mg2＋ 在5’-3’方向延伸
二、原核细胞DNA的复制合成
1.原核DNA聚合酶 2.复制的复杂性
5’
3’ 5’
3’
酶 DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅱ DNA聚合酶Ⅲ
传信息从 DNA传递给 复制 mRNA的过程称为转录。根据 DNA mRNA链上的遗传信息合成蛋 转录 反转录 白质的过程，被称为翻译和 RNA 蛋白质 翻译 表达。1958年Crick将生物 复制 遗传信息的这种传递方式称为中心法则。
Reverse transcription
三、原核细胞RNA转录合成特点
不对称转录 “转录单位”（transcription unit）
以操纵子（operon）为转录的功能单位,结构上包括四 个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、 终止子和调节基因。
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较
亚基首先与mRNA模板相结合， 与Met-tRNA相结合，再与模板mRNA结
再与fMet-tRNA结合，最后与 合，最后与60s大亚基结合生成起始复
50s大亚基结合
合物
肽链的终止
三种释放因子RF1,RF2,RF3
eRF1和eRF3
真核生物和原核生物复制的不同点：
1. 真核生物DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则 在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成
真核生物
DNA与蛋白质结合形成， 储存于细胞核内，除配子细胞外，体 细胞内的基因组是双份的（即双倍体）
复制子 基因组较小，只有一个复制子
基因组较大，具有许多复制起点，而 每个复制子的长度较小。
顺反子
多顺反子，功能上相关的几个基因 单顺反子，一个结构基因经过转录和
往往在一起组成操纵子结构。
翻译生成一个mRNA分子和一条肽链。
2. 基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，而每 个复制子的长度较小。
3. 真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过转录和 翻译生成一个mRNA分子和一条肽链。原核生物基因转录产物为 多顺反子，功能上相关的几个基因往往在一起组成操纵子结构。
4. 真核基因组大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的， 称为断裂基因，需要进行转录后加工；原核基因组没有内含子 结构，不需进行转录后剪接加工。
一个mRNA分子通常含多个基因
一种
三种
可以直接起始转录合成RNA 不能独立转录RNA，三种聚合酶都必须
在蛋白质转录因子的协助下才能进行
翻译
原核生物
RNA的转录
真核生物
氨基酸的活化 起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸
从生成甲硫氨酰-tRNAi开始
第2章 DNA的复制
- 第四节 DNA的复制 真核生物复制的特点
1、复制叉移动速度大约只有50bp/s，不到大肠杆菌得1/20。 2、真核生物每条染色质上可以有多处复制起始点：人类DNA中 每间隔3万－30万个碱基就有一个复制起始点，而原核生物只有 一个起始点； 3、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，复制起始点上 可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个复制单元，但 可有多个复制叉。 4、真核生物DNA聚合酶的特性：5种DNA聚合酶 5、端粒酶保证染色体复制的完整性。
“多莉”的衰老 研究端粒丢失的速率，预测人类的寿命 研究推测端粒酶与肿瘤的关系
第五节 DNA复制的调控
原核细胞的生长和增殖速度取决于培养条件，在不同
生长和增殖速度的细胞中DNA链延伸的速度几乎是恒定的， 但复制叉的数量不同。迅速分裂的细胞具较多复制叉，而分 裂缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙。
第五节 DNA复制的调控
真核细胞的生活周期可分为4个时期：
（1）G1：复制预备期;
（2）S：复制期;
（3）G2：有丝分裂准备期； （4）M：有丝分裂期。
DNA复制只发生在S期。
第五节 DNA复制的调控
真核细胞中DNA复制有3个水平的调控：
1.细胞生活周期水平调控，也称为限制点调控，即决定细
胞停留在G1期， 还是进入S期。——复制起点点火
5’
5’ 3’
+
3’ 复制叉到达末 3’ 端后，一条单
5’ 链被置换出来
末端碱基配对
5’
形成双链体起
3’
始点
5’
以单链为模板
3’
5’ 的DNA合成
3: 腺病毒DNA的复制
DNA的复制
解旋酶 (helicase)
作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链
解螺旋酶 ATP
dnaA、B、C…
DnaA、B、C…
引物酶(primase)
合成RNA引物，又叫引物合成酶、引发酶。 它以单链DNA为模板，以ATP、GTP、CTP、UTP
为原料，从5→3方向合成出RNA片段，即引物。对
利福平不敏感。
原核生物DNA复制
DNA replication in Prokaryote
中心法则
复制 转录
少数病毒复制
Central Dogma
DNA
逆转录
RNA
翻译
翻译
蛋白质 （病毒）
蛋白质
第一节 复制的基本规律 第二节 原核生物DNA复制的酶学 第三节 原核生物DNA复制 拓扑学变化 第四节 原核生物的DNA生物合成
DNA聚合酶Ⅲ （复合物） 250，000 10-20 + + + 50 复制
5´-3 ´聚合酶作用
3´-5 ´核酸外切酶作用 5´-3 ´核酸外切酶作用
+
+ -
转化率 主要功能
活性（nt/min）
0 .05 不清 校读,修复 填补缺口 1000 50
100000
外切酶与内切酶作用图解
内切酶 5’ 外切酶 5´3´外切酶活性的功能
DNA复制的基本过程
一、复制的起始 (initiation) 二、DNA链的延伸 (elongation) 三、复制的终止 (termination)
一、复制的起始
起始：DNA解成复制叉，形成引发体及合成引物
复制从特定的位点开始，这一位置叫复制原点。 原核生物的DNA上一般只有一个复制原点，但在迅 速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起点处启 动第二轮复制；
DNA复制
DNA复制，即DNA生物合成，是以碱基互补为基础的一个严格的脱氧核苷酸分子逻辑组合的过程，对真核细胞来说，它发生在细胞周期的S期。
揭示DNA复制的奥秘，起初是从原核细胞开始的，从中积累了丰富的实验依据，发现DNA复制的规律。
随后的研究进一步证明，真核生物DNA复制的过程与原核生物基本相似。
因此，本节主要叙述的是原核生物DNA复制过程。
DNA复制基本上可分为解链、引发、延长及终止四个阶段。
一、DNA复制的一般特点1.DNA的双螺旋的两条链在局部需要解开,以利于每条链作模板。
2. DNA的局部解旋引起周围区域过度缠绕, 拓朴异构酶使超螺张力释放.3.DNA聚合酶以5`到3`方向合成。
DNA的两条链方向相反，因此，,一条链的合成是连续的，而另一条链的合成则是不连续的。
不连续链每个片段的合成都是独立进行的，然后各片段再连接起来。
4. DNA复制必须高度精确, DNA复制错误率大约是1/1010,校正机制保证新合成的NA的正确性。
5. DNA的合成必须非常迅速, 其合成速度与基因组的大小及细胞分裂速度有关。
6. 复制器本身不能复制线性DNA的末端,一种特殊的端粒酶参与端粒的复制。
二、复制的起始DNA复制的起始阶段，由下列两步构成。
（一）预引发：1．解旋解链，形成复制叉由拓扑异构酶和解链酶作用，使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链DNA。
单链DNA结合蛋白（SSB）结合在两条单链DNA上，形成复制叉。
图10-21 复制叉的三维作用结构（二）引发体组装：由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。
图10-22 引发体形成1.dnaA结合于复制起始点（oric）2.dnaA与DNA形成复合物引起DNA的解链3.dnaA在dnaC的辅助下推动DNA双链解开三、复制的延长（一）聚合子代DNA：1. 需要引物参与DNA复制的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(primer) ，才能开始聚合子代DNA链。
DNA复制
双螺旋DNA的复制 图 5-1 双螺旋 的复制
主要内容
1、半保留复制的含义与证据 、 2、DNA复制的一般过程 、 复制的一般过程 3、真核生物DNA复制的特点 、真核生物 复制的特点
1、DNA的半保留复制
Watson和Crick在提出 和 在提出DNA双螺旋结构 在提出 双螺旋结构 模型时即推测， 模型时即推测，DNA在复制时首先两条链 在复制时首先两条链 之间的氢键断裂使两条链分开，然后以每一 之间的氢键断裂使两条链分开， 条链分别做模板各自合成一条新的DNA链， 链 条链分别做模板各自合成一条新的 这样新合成的子代DNA分子中一条链来自 分子中一条链来自 这样新合成的子代 亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复 ，另一条链是新合成的， 亲代 制方式为半保留复制（ 制方式为半保留复制（图5-2和图5-3 ）。 半保留复制 和
图 5-9
DNA的两点单向复制 的两点单向复制
总之， 总之，DNA复制的起点及方向 复制的起点及方向 不仅原核细胞与真核细胞不同， 不仅原核细胞与真核细胞不同，就 是同属于原核生物和真核生物的不 同种属也有相当大的差异(图 同种属也有相当大的差异 图5-10)。 。
（1）DNA复制的起始点
复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部 分子上的特定部位开始的， 复制是从 分子上的特定部位开始的 位叫做复制起始点。细胞中的 位叫做复制起始点。细胞中的DNA复制一经开始就会 复制起始点 复制一经开始就会 连续复制下去，直至完成细胞中全部基因组 连续复制下去，直至完成细胞中全部基因组DNA的复 的复 制。DNA复制从起始点开始直到终点为止，每个这样 复制从起始点开始直到终点为止， 复制从起始点开始直到终点为止 单位称为复制子或复制单元 的DNA单位称为复制子或复制单元。在原核细胞中， 单位称为复制子或复制单元。在原核细胞中， 每个DNA分子只有一个复制起始点，因而只有一个复 分子只有一个复制起始点， 每个 分子只有一个复制起始点 制子，而在真核生物中， 的复制是从许多起始点 制子，而在真核生物中，DNA的复制是从许多起始点 真核生物中 的复制是从 同时开始的，所以每个 分子上有许多个复制子。 同时开始的，所以每个DNA分子上有许多个复制子。 分子上有许多个复制子
高中生物必修二 DNA的结构、复制、定义
解旋
ATP供能解旋 （解旋酶催化）
模板 同时进行
复 碱基互补配对原则延伸 制 （DNA聚合酶催化）
复旋：子链和母链螺旋 半保留复制
DNA复制 真核细胞：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体 的场所 原核细胞： 拟核、细胞质
时间 原则
DNA复制 的条件
DNA复制 的特点
DNA复制 的意义
有丝分裂间期、减数一次分裂间期
(4)一条链中 ＝0.4，互补链中的此值是多少？0.4
(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G
有多少个？ 1.5P
关于下图所示DNA分子的说法，正确的是( )
答案：C
A．限制酶作用于①部位，DNA连接酶作用于③部位 B．该DNA的特异性表现在碱基种类和(G＋C)/(A＋T)的比例 上 C．若该DNA中A为p个，占全部碱基的n/m(m>2n)，则G的个 数为pm/2n－p D．把该DNA放在含15N的培养液中复制两代，子代中含15N的 DNA占3/4
元素：
形成
物质：
形成
C、H、O、N、P
磷酸、脱氧核糖、 含氮碱基
脱氧核苷酸：4种碱基对应4种脱氧核苷酸，为DNA的基 形成 本单位
脱氧核苷酸链：4种脱氧核苷酸通过脱水缩合，以磷酸
形成
二酯键相连成脱氧核苷酸链
DNA： 两条脱氧核苷酸链反向平行形成双螺旋的 DNA
3号碳上的－OH与下一个脱氧核苷酸的磷酸脱水缩合 形成磷酸二酯键相连接 一个DNA一般有__2__个游离的磷酸，__2_个游离的羟基
即
则
某种碱基占双链DNA碱基总数的比等于相应碱基占相应单链 的比值的和的一半。即
A%=（A1%+A2%）/2
第34章 DNA的复制-1
Klenow fragment
起校正作用 起修复和切除引物作用
3′→5′核酸外切酶 核酸外切酶
校对（proofreading ） 校对（ 保证遗传信息忠实传递
5′→3′核酸外切酶 核酸外切酶
切去 端RNA引物并填满 切去5’端 切去 引物并填满 DNA修复（嘧啶二聚体） 修复（嘧啶二聚体） 修复
第34章 DNA复制
主要内容
DNA的复制 一、DNA的复制 复制的特征 DNA聚合酶 DNA聚合酶 复制的过程 PCR） 二、聚合酶链式反应 （PCR） DNA的修复 三、DNA的修复
中心法则
复制
DNA
转录
RNA
翻译
蛋白质
反转录
的复制(Replication) 一、DNA的复制 的复制
以原核生物大肠杆菌（ 以原核生物大肠杆菌（E．Co1i)为例 )
DNA聚合酶催化的反应： 聚合酶催化的反应： 聚合酶催化的反应
ndATP ndGTP ndCTP ndTTP
模板（ 模板（DNA） ） 引物（ 引物（RNA，DNA） ， ） DNA聚合酶 聚合酶
DNA ＋ 4nPPi
聚合反应机理： 聚合反应机理：
聚合反应机理： 聚合反应机理：
5’
3’
DNA聚合酶的种类 聚合酶的种类
环状DNA复制形成的 结构 复制形成的θ结构 环状 复制形成的
3 DNA的半不连续复制 的半不连续复制 （semidiscontinuous replication） ）
半不连续复制：在DNA复制时，一条链是连续的，另一条链 半不连续复制： 复制时， 复制时 一条链是连续的， 是不连续的。 是不连续的。
起始阶段（Initiation） ： ）
DNA的复制和修复(2)
SSB
RNA引物
3 滞后链 ´5
´5 3´ ´ 前一个冈崎片段 的RNA引物
复制叉移动方向
滞后链合成（DNA聚合酶III ）
(c)
2021/3/5
21
大肠杆菌复制 体结构示意图
-复合物
聚核合心酶酶III
-夹子
前导链
-聚体
-夹子 RNA引物
2021/3/5
拓扑异构酶II
解螺旋酶 引物合成酶 引发体 RNA引物
5 TTTTGGGGTTTTG
5´ TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT 3´
3´ AA ´
CCAAAACCCCAAAACCCCA 3´ AA
n
3´
5
整合和 ´
杂交
5 TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG
3´ AA ´
CCAAAACCCCAAAACCCCA
3´
5
´
移位和
酶活力百分比 外切酶活力
～80% 无
10 ～15% 无
2 ～15% 无-
10 ～25% 5-3 外切酶
2021/3/5
31
端粒酶（telomerase）
DNA复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可能通过正 常的机制在引物被降解后合成相应的片段.如果没有特殊的机 制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。 这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种 含RNA的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互 补于RNA模板的DNA片段的合成，使复制以后的线形DNA分 子的末端保持不变。
& 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
生物化学DNA复制、转录、翻译
前导链为连续的；后滞链为不连续的冈崎片段。
(6)切除引物，补齐缺口：由DNA聚合酶（主要是酶 Ⅰ）催化，切去RNA引物；按碱基互补原则，沿 5’→3’方向，补齐缺口。
(7)连接封口：由DNA连接酶催化，将补齐缺口的3’OH基与下一个冈崎片段的5’-P以磷酸二酯键连接起 来，最终形成完整的、与模板互补的DNA新链。
端粒、端粒酶意义
与细胞衰老、凋亡有关； 端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐 变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。 正常：体细胞端粒酶活性丧失，端粒的长度不断缩短。 异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖
抑制端粒酶活性可防治肿瘤。
第二节 RNA的生物合成 — 转录
种类 转录产物
Ⅰ 45S-rRNA
对鹅膏蕈碱
的反应
耐受
Ⅱ hnRNA
极敏感
Ⅲ 5S-rRNA
tRNA snRNA 中度敏感
（二）真核生物的RNA聚合酶
3种： Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
类型 部位
转录 产 物
对鹅膏蕈碱的敏感度
Ⅰ 核仁 5.8S\18S\28S rRNA
不敏感
Ⅱ 核质 mRNA, snRNA, hnRNA
均以DNA为模板； 都是生成3’，5’ —磷酸二酯键； 合成的方向都是5’ →3’； 遵从碱基配对规律。
复制和转录的区别
复制
转录
模板 两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
原料 dNTP
NTP
酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA-pol）
产物 子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA （半保留复制）
高度敏感
Ⅲ 核质 tRNA, 5SrRNA, 一种snRNA, 中度敏感
(6)切除引物，补齐缺口：由DNA聚合酶（主要是酶 Ⅰ）催化，切去RNA引物；按碱基互补原则，沿 5’→3’方向，补齐缺口。
(7)连接封口：由DNA连接酶催化，将补齐缺口的3’OH基与下一个冈崎片段的5’-P以磷酸二酯键连接起 来，最终形成完整的、与模板互补的DNA新链。
端粒、端粒酶意义
与细胞衰老、凋亡有关； 端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐 变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。 正常：体细胞端粒酶活性丧失，端粒的长度不断缩短。 异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖
抑制端粒酶活性可防治肿瘤。
第二节 RNA的生物合成 — 转录
种类 转录产物
Ⅰ 45S-rRNA
对鹅膏蕈碱
的反应
耐受
Ⅱ hnRNA
极敏感
Ⅲ 5S-rRNA
tRNA snRNA 中度敏感
（二）真核生物的RNA聚合酶
3种： Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
类型 部位
转录 产 物
对鹅膏蕈碱的敏感度
Ⅰ 核仁 5.8S\18S\28S rRNA
不敏感
Ⅱ 核质 mRNA, snRNA, hnRNA
均以DNA为模板； 都是生成3’，5’ —磷酸二酯键； 合成的方向都是5’ →3’； 遵从碱基配对规律。
复制和转录的区别
复制
转录
模板 两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
原料 dNTP
NTP
酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA-pol）
产物 子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA （半保留复制）
高度敏感
Ⅲ 核质 tRNA, 5SrRNA, 一种snRNA, 中度敏感
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切除及其空隙的填补
④内切酶活性：切掉不配对碱基
可编辑ppt
6
Pol Ⅱ
功能
① 5′→3′聚合酶活性； ② 3′→5′外切酶活性。
该酶无5′→3′外切酶活性；且活性很低，功能尚不清楚
可编辑ppt
7
Pol Ⅲ DNA 复制中起关键作用的酶 功能
①5′→3′聚合酶活性； ②3′→5′外切酶活性。 Pol Ⅲ是由十种亚基构成的不对称二聚体
DNA的复制可分为起始、延伸、终止三个 阶段。
可编辑ppt
3
和DNA复制有关的的概念
复制子：从复制起点到复制终点之间的一 个DNA复制单位称为复制子。
复制原点：原核生物DNA的复制是从DNA 分子上的特定位置开始的，这一位置复制 原点。
可编辑ppt
4
复制叉：DNA复制时双链解开，形成一个Y 形结构，称为复制叉。
大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶需要 NAD+提供能量；在高等生物和噬菌体中， 则要ATP提供能量。T4 DNA连接酶可连接 两个游离的DNA分子
可编辑ppt
12
原核细胞DNA复制的分子机制
半保留复制？
DNA复制方式？
全保留复制？
分散式复制？
可编辑ppt
13
半保留复制的实验证据
亲
1958年Meselson
， α、ε、θ构成核心酶
可编辑ppt
8
ε ε
' '
Pol Ⅲ
可编辑ppt
9
可编辑ppt
10
（二）DNA连接酶：
若双链DNA中一条链有切口，而且一端是3′OH，另一端是5′-磷酸基，连接酶可催化这两 端形成磷酸二酯键，而使切口连接。
3'
5'
3' 5'
OH P
可编辑ppt
11
DNA连接酶不能将两个游离的DNA分子 连接起来。
代
和Stahl用同位素15N标
记大肠杆菌DNA，首
先证明了DNA的半保
第
留复制。
一
代
第 二 代
可编辑ppt
半保留复制
14
双链解开
DNA旋转酶(拓扑异构酶Π)、 DNA解链酶、单链结 合蛋白协同作用
可编辑ppt
15
起始----RNA引物的合成
在DNA模板上先合成一段RNA引物，DNA 聚合酶从引物的3’-OH末端开始合成新的 DNA链。
可编辑ppt
17
可编辑ppt
18
终止
1、在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由 该酶催化合成一段DNA填补上；
2、在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链； 3、修复掺入DNA链的错配碱基；以修复方式填补终止区 50-100bp的空缺。
这样以两条亲代DNA链为模板，各自形成一条新的 DNA互补链，结果形成了两个DNA双股螺旋分子。
可编辑ppt
19
小结
可编辑ppt
20
原核细胞DNA的复制
林琳 科院6666班 （6666666666666）
可编辑ppt
1
什么是DNA复制 和DNA复制有关的的概念 和复制有关的酶 原核细胞DNA复制的分子机制
可编辑ppt
2
什么是DNA复制
所谓DNA的复制，即以亲代DNA分子为模 板合成与其完全相同的子代DNA的过程。
可编辑ppt
5
和复制有关的酶
（一）DNA聚合酶
polⅠ
功能
① 5′→3′聚合酶活性； 酶与模板结合后构象改变，识别碱基，正确配对后才发挥聚合
作②用3′。→ 5′外切酶活性； 主要是对新生DNA链进行校对，防止“错配”
③ 5′→3′外切酶活性； 主要是对DNA损伤的修复，以及在DNA复制时RNA引物 的
RNA引物的合成需要引物合成酶的催化。
可编辑ppt
16
延伸
在DNA聚合酶Ⅲ的作用下，活化的脱氧核苷酸加 到引物末端，同时脱掉一个焦磷酸。
前导链连续合成
后随链以一些列冈崎片段和方式不连续合成
冈崎片段：DNA复制过程中，两条新生链都只能 从5‘端向3’端延伸，前导链连续合成，滞后链分段 合成。这些分段合成的新生DNA片段称冈崎片段。
④内切酶活性：切掉不配对碱基
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6
Pol Ⅱ
功能
① 5′→3′聚合酶活性； ② 3′→5′外切酶活性。
该酶无5′→3′外切酶活性；且活性很低，功能尚不清楚
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7
Pol Ⅲ DNA 复制中起关键作用的酶 功能
①5′→3′聚合酶活性； ②3′→5′外切酶活性。 Pol Ⅲ是由十种亚基构成的不对称二聚体
DNA的复制可分为起始、延伸、终止三个 阶段。
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3
和DNA复制有关的的概念
复制子：从复制起点到复制终点之间的一 个DNA复制单位称为复制子。
复制原点：原核生物DNA的复制是从DNA 分子上的特定位置开始的，这一位置复制 原点。
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4
复制叉：DNA复制时双链解开，形成一个Y 形结构，称为复制叉。
大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶需要 NAD+提供能量；在高等生物和噬菌体中， 则要ATP提供能量。T4 DNA连接酶可连接 两个游离的DNA分子
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12
原核细胞DNA复制的分子机制
半保留复制？
DNA复制方式？
全保留复制？
分散式复制？
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13
半保留复制的实验证据
亲
1958年Meselson
， α、ε、θ构成核心酶
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8
ε ε
' '
Pol Ⅲ
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10
（二）DNA连接酶：
若双链DNA中一条链有切口，而且一端是3′OH，另一端是5′-磷酸基，连接酶可催化这两 端形成磷酸二酯键，而使切口连接。
3'
5'
3' 5'
OH P
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11
DNA连接酶不能将两个游离的DNA分子 连接起来。
代
和Stahl用同位素15N标
记大肠杆菌DNA，首
先证明了DNA的半保
第
留复制。
一
代
第 二 代
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半保留复制
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双链解开
DNA旋转酶(拓扑异构酶Π)、 DNA解链酶、单链结 合蛋白协同作用
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起始----RNA引物的合成
在DNA模板上先合成一段RNA引物，DNA 聚合酶从引物的3’-OH末端开始合成新的 DNA链。
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18
终止
1、在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由 该酶催化合成一段DNA填补上；
2、在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链； 3、修复掺入DNA链的错配碱基；以修复方式填补终止区 50-100bp的空缺。
这样以两条亲代DNA链为模板，各自形成一条新的 DNA互补链，结果形成了两个DNA双股螺旋分子。
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19
小结
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20
原核细胞DNA的复制
林琳 科院6666班 （6666666666666）
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1
什么是DNA复制 和DNA复制有关的的概念 和复制有关的酶 原核细胞DNA复制的分子机制
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什么是DNA复制
所谓DNA的复制，即以亲代DNA分子为模 板合成与其完全相同的子代DNA的过程。
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和复制有关的酶
（一）DNA聚合酶
polⅠ
功能
① 5′→3′聚合酶活性； 酶与模板结合后构象改变，识别碱基，正确配对后才发挥聚合
作②用3′。→ 5′外切酶活性； 主要是对新生DNA链进行校对，防止“错配”
③ 5′→3′外切酶活性； 主要是对DNA损伤的修复，以及在DNA复制时RNA引物 的
RNA引物的合成需要引物合成酶的催化。
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16
延伸
在DNA聚合酶Ⅲ的作用下，活化的脱氧核苷酸加 到引物末端，同时脱掉一个焦磷酸。
前导链连续合成
后随链以一些列冈崎片段和方式不连续合成
冈崎片段：DNA复制过程中，两条新生链都只能 从5‘端向3’端延伸，前导链连续合成，滞后链分段 合成。这些分段合成的新生DNA片段称冈崎片段。