原核生物DNA复制过程讲义

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生物化学讲义16-DNA的复制、修复和重组考研生物化学精编辅导讲义

第三部分、分子生物学－信息途径第十六节：DNA的复制、修复和重组中大历年考题：一、填空题1. DNA 复制时，引发前体和引发酶构成____________。

（0828）2. 端粒的简单串联重复DNA 合成由_________酶负责。

（0724）3. 基因组中能独立复制的单位称__________。

（0725）4. 现已发现大肠杆菌有五种不同的DNA 聚合酶，其中真正负责DNA 复制的是_________。

（0619）5. DNA 复制的两大特点是_________复制和_________复制。

（0501）6. 基因组中能够独立复制的单位称_________。

（0502）7. DNA 连接酶催化的连接反应需要能量供给，大肠杆菌以_________为能量来源，而动物细胞以_________为能量来源。

（0503）8. 大肠杆菌的三种DNA 聚合酶中有5’-3’外切酶活性的是_________。

（0504）9. 真核生物DNA 聚合酶中负责冈崎片段合成的是_________。

（0505）10. 端粒的简单串联重复DNA 合成由_________酶负责。

（0506）11. DNA 复制后最常见的修饰是某些碱基的___________，目的是自我识别，以免受到自身核酸内切酶的破坏。

（0524）12. 反向重复序列_________（05三7）13. 基因突变________（05三9）14. 复制体________（05三10）15. 基因家族_________（04三5）16. 复制子__________（04三8）二、判断题1. 生物物种随基因组增大，独特基因减少，家族基因增多。

（0820）2. 细胞器基因组都是环状DNA 分子。

（0828）3．小鼠基因组的中性位点的年替换率大于人类的基因组。

（0830）4. 原核生物和真核生物的聚合酶都是以dNTP 为底物。

（0719）5. 噬菌体的整合由整合酶引发，其功能相当于Ⅱ型拓扑异构酶。

dna的复制ppt课件

衰退和老年性疾病的产生。
针对DNA复制机制的研究有助于深入了解衰老的机制，并开发新的抗衰老治疗方法，延长人类
寿命和提高健康水平。
06
DNA复制的应用
基因克隆和基因组学
基因克隆
通过复制特定的DNA片断，科学家可以克隆出特定的基因，用于研究基因的功能、表达和调控机制。
基因组学
通过大规模复制DNA，科学家可以测定全部基因组的序列，从而研究基因组的组成、结构和功能，推动人类对生命本质的理解。
科学研究与应用
DNA复制是生物学、遗传学和分子生物学等领域的重要研究对象，对于理解生命本质、疾病治疗和生物技术应用等方面具有重要意义。
02
DNA复制的机制
DNA解旋酶
01
02
03
功能
DNA解旋酶能够解开 DNA双螺旋结构，暴露出单链的DNA模板，为复制进程做准备。
类型
DNA解旋酶分为原核生物和真核生物两种类型，它们在结构、功能和作用方式上有所不同。
胞膜上的受体结合，发挥调节作用。
DNA复制
02
在细胞生长和分裂进程中，DNA复制是一个重要的环节，它决
定了细胞的遗传信息和表型特征。
生长因子对DNA复制的调控
03
生长因子通过调节细胞内信号转导途径，影响DNA复制的起始
和进程，从而调控细胞的生长和分裂。
基因表达对DNA复制的调控
01
基因表达
基因表达是指基因经过转录和翻译，合成具有功能的蛋白质的进程，是基因发挥生物学效应的基础。
变积累。
DNA复制进程中出现特殊可能导致基因扩增、基因缺失或染色体特殊，从而促进肿瘤的产生和发
展。
针对DNA复制机制的靶向治疗是肿瘤治疗的新方向之一，旨在抑制肿瘤细胞的DNA复制或修复进程，从而抑制肿瘤的生长和扩散

【北大课件】原核生物DNA的复制总结

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。

DNA复制过程ppt课件

为1000-2000个（大肠杆菌）
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

DNA的复制-高一生物课件(人教版2019必修2)

常减数分裂，情况如图所示（以一对同源染色体为例）
复制
减Ⅰ
减Ⅱ
规律3.由于减数分裂过程中DNA只复制一次，细胞连续分裂两次，因此产生的子染色体都带有标记。
随堂练习
In-class practice
3.蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂到中期，其染色体的放
3.时间：有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期，随着染色体的复制而完成。
4.过程
（1）解旋 ①需要能量驱动 ②需要解旋酶解旋，双链解开。
4.过程
同时进行边解旋边复制
（2）合成子链 DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的4种
_脱__氧___核__苷__酸__为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。边解旋边延伸，合成子链。
3.3DNA的复制
问题探讨
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇短文的结尾处写道：”值
得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行
复制的一种可能机制。”
in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereochemicalarguments.
射性标记分布情况是( B )
A.每条染色体的两条单体都被标记 B.每条染色体中都只有一条单体被标记 C.只有半数的染色体中一条单体被标记 D.每条染色体的两条单体都不被标记

(完整word)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复制过程及异同点

原核生物与真核生物复制的过程及其异同点。

原核生物与真核生物复制的过程大体上均分为复制的起始、DNA链的延伸和复制的终止三个过程。

原核生物DNA的复制过程（以大肠杆菌为例）：复制起始：OriC起始位点由四个9个核苷酸（9-mer）的重复序列和三个13个核苷酸（13-mer）的重复序列组成。

DnaA蛋白结合到9-mer结构上，使DNA形成一个环。

结果，双链DNA在富含A-T碱基的13-mer区域分开成为单链。

随后，DnaB-DnaC复合体结合到复制起始点上，形成预引发复合物。

然后，DnaB利用其解旋酶的活性使解链部分延长，并激发DnaG引发酶，进而形成一段RNA引物，起始DNA的复制（DNA 聚合酶只能从3’羟基端起始复制）。

DNA链的延伸：DNA链一般形成两个复制叉进行双向复制。

DNA链的复制是半不连续复制，以3’-5’方向DNA链为模板合成的子链为前导链，另一条为后随链，后随链的合成以合成冈崎片段的方式进行。

延伸过程主要依靠DNA聚合酶III（核心酶由α、θ、ε构成），DNA聚合酶III靠其β夹钳牢固地结合在DNA链上并延DNA链移动。

冈崎片段一端的引物由DNA聚合酶I以切口平移的方式去除，然后由DNA连接酶连接为一体。

复制叉前进时由解旋酶依靠水解ATP的能量（一个ATP一个碱基）打开双链，单链与SSB结合并保持稳定。

DNA拓扑异构酶去除正超螺旋。

复制的终止：复制叉前行，当遇到22个碱基组成的重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus复合物使DnaB停止解链，复制叉前移停止，等相反方向复制叉到达后，由修复方式填补两个复制叉间的空缺。

随后，在DNA拓扑异构酶IV的作用下复制叉解体，释放子链DNA。

真核生物DNA的复制：真核生物DNA的复制过程与原核生物DNA的复制过程大体相同。

复制的起始：真核生物DNA复制从成百上千个起始位点上开始，形成多个复制叉。

真核生物DNA复制只发生在S期。

真核生物复制起始位点难以确定，酵母中称为自主复制序列（ARS）。

生物化学第三节原核生物DNA复制过程

第三节原核生物DNA复制过程2015-07-14 71107 0原核生物染色体DNA和质粒等都是共价环状闭合的DNA分子，复制过程具有共同的特点，但并非绝对相同，下面以大肠杆菌DNA复制为例，学习原核生物DNA复制的过程和特点。

一、复制的起始起始是复制中较为复杂的环节，在此过程中，各种酶和蛋白因子在复制起始点处装配引发体，形成复制叉并合成RNA引物。

（一）DNA的解链1．复制有固定起始点复制不是在基因组上的任何部位随机起始。

E．coli上有一个固定的复制起始点，称为oriC，跨度为245bp，碱基序列分析发现这段DNA上有3组串联重复序列和2对反向重复序列（图14-11）。

上游的串联重复序列称为识别区；下游的反向重复序列碱基组成以A、T为主，称为富含AT(ATrich)区。

DNA双链中，AT间的配对只有2个氢键维系，故富含AT 的部位容易发生解链。

图14-11 原核生物的复制起始部位及解链2．DNA解链需多种蛋白质参与DNA的解链过程由DnaA、DnaB、DnaC三种蛋白质共同参与完成。

DnaA蛋白是一同四聚体，负责辨认并结合于oriC的串联重复序列（AT区）上。

然后，几个DnaA蛋白互相靠近，形成DNA蛋白质复合体结构，促使AT区的DNA发生解链。

DnaB蛋白（解旋酶）在DnaC蛋白的协同下，结合并沿解链方向移动，使双链解开足够用于复制的长度，并且逐步置换出DnaA蛋白。

此时，复制叉已初步形成。

SSB（单链结合蛋白）此时结合到DNA单链上，在一定时间内使复制叉保持适当的长度，利于核苷酸依据模板掺入。

3．解链过程中需要DNA拓扑异构酶解链是一种高速的反向旋转，其下游势必发生打结现象。

拓扑异构酶Ⅱ通过切断、旋转和再连结的作用，实现DNA 超螺旋的转型，即把正超螺旋变为负超螺旋。

实验证明：负超螺旋DNA比正超螺旋有更好的模板作用。

从道理上也是可以理解的：扭得不那么紧的超螺旋当然比过度扭紧的更容易解开成单链。

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）：）

原核生物dna复制过程需要的酶和蛋白质

原核生物dna复制过程需要的酶和蛋白质以原核生物DNA复制过程需要的酶和蛋白质为标题，本文将详细介绍在原核生物中DNA复制的过程以及其中涉及到的关键酶和蛋白质。

DNA复制是细胞分裂过程中最为重要的一步，它确保了新生的细胞拥有与母细胞完全相同的遗传信息。

在原核生物中，DNA复制是一个复杂而精确的过程，需要多种酶和蛋白质的协同作用。

DNA复制的第一步是DNA的解旋，这由解旋酶（helicase）完成。

解旋酶能够结合到DNA的双链上，并将其解开，形成两条单链。

解旋酶在DNA复制过程中起到了“拆线员”的作用，为下一步的复制提供了单链DNA。

接下来，DNA复制酶（DNA polymerase）开始介入。

DNA复制酶是一类能够将新的DNA链合成到已有的DNA模板链上的酶。

在原核生物中，有多种类型的DNA复制酶参与DNA复制的不同阶段。

其中，DNA polymerase III是最主要的复制酶，它能够快速而准确地合成新的DNA链。

此外，DNA polymerase I在DNA复制的后期起到了修复和整理DNA的作用。

DNA复制的过程中还需要DNA结合蛋白（SSB），它们能够结合到DNA的单链上，防止DNA链的重新结合和降解。

DNA结合蛋白在DNA复制过程中起到了“保护者”的作用，确保了DNA的完整性和稳定性。

在DNA复制过程中，还有一种酶称为DNA拼接酶（DNA ligase）。

DNA拼接酶能够将DNA链中的断裂连接起来，使DNA形成一个完整的双链。

DNA拼接酶在DNA复制过程中起到了“粘合剂”的作用，保证了新合成的DNA链的连续性。

除了上述酶和蛋白质外，DNA复制还需要DNA引物（primer）和DNA引物合成酶（primase）。

DNA引物是一段短的RNA或DNA 链，它能够提供一个起始点，使DNA复制酶能够开始合成新的DNA链。

DNA引物合成酶能够合成DNA引物，为DNA复制提供必要的起始物质。

在DNA复制过程中，还有其他辅助蛋白质参与其中，如DNA修复酶、拓扑异构酶等。

3.DNA复制

底物：dNTP (dATP、dGTP 、 dCTP 、dTTP) ；模板(template)：解开成单链的DNA母链；
引物(primer)：提供3´-OH末端的寡核苷酸；
聚合酶(polymerase)
其他的酶和蛋白质因子
引物
DNA聚合酶只能利用已提供的核苷酸的3’-OH末端聚合dNMP，合成DNA链。即DNA复制的起始必须先期合成一段引物分子。这段引物分子是由引物酶（RNA聚合酶）合成的一段10个核苷酸左右的RNA分子。
三、DNA复制的终止四、 DNA复制的模式
3-4节
DNA双螺旋模型（1953）
半保留复制
DNA复制（p91）
DNA复制时亲代双链DNA分子在DNA聚合酶等相关酶的作用下，分别以每条单链DNA分子为模板，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。
E. coli 低剂量的3T-dTTP的培养基数分钟高剂量的3T-dTTP的培养基数分钟提取E.coli DNA E.coli DNA 放射自显影
实际观测结果 E.coli DNA 的复制是双向的对不同复制模式的预期结果
DNA复制的方向性
复制叉移动的方向性 DNA链延伸的方向性 5’ 3’ ? 3’ 5’ ?
Dna C：辅助解螺旋酶使其在起始点上
结合并打开双链。
解螺旋酶 (Dna B ) :
在双链DNA解旋解链的过程中，DnaA找到复制起点；
Dna B在Dna C的帮助下结合于解链区。Dna B借助水解ATP产生的能量，沿DNA链5‘->3’方向移动，解开 DNA的双链。
3. 单链DNA结合蛋白 (SSB) :

第一节原核生物与真核生物DNA的复制

生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。
3、真核生物有多种DNA聚合酶。
（五）真核生物中DNA的复制
1 复制概况
a、多个复制子，双向复制
b、复制子相对较小(13-900kb),
复制速度较慢，大约 500~5000bp/min （3000bp/min）冈崎片段100～200bp c、复制终止通过复制叉的相遇而终止
DNA 复制的主要聚合酶，还具有3’5‘ 外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性
6、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，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‘ 5‘ 3‘
OH
P
但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来 DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重
“多莉”的衰老
• 科学家们对多莉的染色体做了仔细的研究，发现其染色体末端，即端粒，比同龄的普通绵羊短。 • 科学家认为，端粒是决定细胞老化的主要因素，端粒越短的细胞越接近死亡。
• 研究端粒丢失的速率，预测人类的寿命。
• 研究端粒酶与肿瘤的关系。
列，在酵母染色体复制和质粒复制中均
发挥复制起点的功能。
ABF1
ARS1分为A,B,C三个功能区：

A、B起主要作用， C区作用微弱。
• A区：15bp，其中11个保守，称ACS ： 5′ATTTAT（T/C）TTTA 3′
• 有复制起始子的功能。
• B区：约80bp,含B1,B2,B3三个区。
• B3：ABF1（ARS-binding factor 1）结合区
5' 3'dGTP TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG AACCCCAACCCC AACCCCAAC 3' 5' 3'

DNA的复制课件

计算
数量
①子代DNA分子数
2n
复制一次
②含亲代DNA链的子代DNA分子数 2
③不含亲代链的子代DNA分子数 2n-2
④子代DNA分子中脱氧核苷酸链数 2n+1
⑤亲代脱氧核苷酸链数
2
⑥新合成的脱氧核苷酸链数
2n+1-2
⑦需要消耗腺嘌呤数量
m·(2n-1)
复制两次复制三次
⑧复制第n次所需腺嘌呤数量
m·2n-1
DNA的复制
一、DNA的复制概念
DNA分子的复制是指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程
半保留复制模型：DNA的双螺旋解开，氢键断裂，解开的两条单链为模板，游离的脱氧核苷酸结合到模板单链上，新形成的子代DNA分子都是一条链是母链，一条链是新形成的。
全保留复制模型：1个DNA分子形成2个DNA分子，其中一个是亲代，另一个是新形成。
复制n次 ·························
DNA复制是半保留复制
提出假说
子代DNA可能的情况及如何设计实验验证
通过实验进行验证
演绎推理假说演绎法
验证假说
—
得出结论
得出结论
在减数第一次分裂前的间期进行复制
有丝分裂在间期进行复制
组成子链（新链）
图中一、二、三表示DNA复制的过程
①一表示_解___旋__，这一过程中，DNA
分子在解旋酶的作用下，把两条螺旋的
双链__解__开__。 ②二表示以母链为模板进行碱基配对。每条母链在_D__N_A_聚_ _合__酶___等酶的作用下，游离的 _脱__氧__核__苷__酸__按照_碱__基__互__补__配__对__原则，各自合成与母链互补/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA