DNA的生物合成

二.双向复制
原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向 两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制 叉，称为双向复制。
多复制子的复制
复制子是独立完成复制的功能单位
三、复制的半不连续性
3
领头链 (leading strand)
5 解链方向
3
随从链 (lagging strand)
岗崎片段
5
第二节
DNA复制的酶学和拓扑学
The Enzymology of DNA Replication
•参与DNA复制的物质
底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP（ dNTPs ） 模板(template) : 解开成单链的DNA母链 引物(primer): 提供3-OH末端 DNA聚合酶: 其他的酶和蛋白质因子：解螺旋酶、拓扑异构酶、
250 多亚基不对称
二聚体
20 无 可能
DNA-pol Ⅰ （109kD）
功能：切除引物，对复制中的错误进行校读，对 复制和修复中出现的空隙进行填补。
• 核酸外切酶活性
• 5 3外切酶活性 1) 引物的切除 2) 突变的 DNA片段的切除(首先由特异的核酸
内切酶识别并切断受损的DNA链)。
• 核酸外切酶活性
（二）DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase)
正超螺旋：向紧缠的方向额外再旋转几圈，然后使 之环化，所形成的超螺旋。——对于DNA来说，为 左手螺旋。 负超螺旋：向松缠的方向旋转几圈，然后使之环化， 所形成的超螺旋。——对于DNA来说，为右手螺旋。 超螺旋总是要向着抵消初级螺旋改变的方向发展。
第十二章
DNA的生物合成 (复制)
DNA Biosynthesis，Replication
什么是DNA的复制？
是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板 合成子链DNA的过程。
复制
亲代DNA
子代DNA
生物的遗传现象，与遗传物质的复制有关， 多数生物的遗传物质为DNA 。
第一节：复制的基本规律
❖ 半保留(semi-conservative ） ❖ 双向复制 (bidirectional replication) ❖ 半不连续复制 （semi-discontinuous replication) ❖ 高保真性 (high fidelity)
(二). *DNA复制的保真性
•严格地遵守碱基配对规律：A与T、G与C • DNA-pol III 的ε亚基在复制延长中对碱 基的选择功能 • 复制出错时DNA-pol I 有及时的校读功能
三、复制中的分子解链及DNA 分子 拓扑学变化
DNA分子的碱基埋 在双螺旋内部，只有把 DNA解成单链，它才能 起模板作用。
（一）原核生物的DNA聚合酶
DNA-pol Ⅰ DNA-pol Ⅱ DNA-pol Ⅲ
（一）原核生物的DNA聚合酶
分子量(kD) 组成
分子数/细胞 5→3核酸外切酶活性 基因突变后的致死性
DNA-pol I 109
单肽链
400 有 可能
DNA-pol II DNA-pol III
120 ？
？ 无 不可能
（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白
原核生物复制起始的相关蛋白质
蛋白质（基因）
通用名
DnaA (dnaA) DnaB (dnaB) DnaC (dnaC)
解螺旋酶
DnaG (dnaG)
引物酶
SSB
单链DNA
结合蛋白
源自文库
拓扑异构酶 (gyrA, B)
功能 辨认起始点 解开DNA双链 运送和协同DnaB 催化RNA引物生成 稳定已解开的单链
5´ A G C T T C A G G A T A
3´
? | | | | | | | | | | |
3´ T C G A A G T C C T A G C G A C 5´
• 3 5外切酶活性 能辨认错配的碱基对，并将其水解。
Protease cleavage
35 kDa
68 kDa
DNA polymerase I has three enzymatic activities in a single polypeptide chain, which can be cleaved into two functional parts by mild protease treatment.
一、半保留复制
•半保留复制的概念
1、DNA生物合成时，母链DNA局部 解开形成两股单链，各自作为模板 (template)按碱基配对规律，合成与模 板互补的子链。
2、子代细胞的DNA，一股单链从亲 代完整地接受过来，另一股单链则完 全重新合成。两个子细胞的DNA都和 亲代DNA碱基序列一致。
半保留复制的 实验证据
引物酶、DNA连接酶、 单链DNA结合蛋白等。
• 聚合反应的特点
DNA 新链生成需引物和模板； 新链的延长只可沿5 → 3方向进行 。
DNA聚合酶
全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNAdependent DNA polymerase)
简称：DNA-pol
活性：1. 53 聚合酶的活性 2. 核酸外切酶活性
理顺DNA链
• 解螺旋酶(helicase) ——利用ATP供能， 作用于氢键，使DNA 双链解开成为两条单链
• 引物酶(primase) ——复制起始时催化生成RNA引物的酶
• 单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) ——在复制中维持模板处于单链状态并保护单 链的完整
DNA-pol Ⅱ（120kD）
• DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活 • 推测它参与DNA损伤的应急状态修复。
DNA-pol Ⅲ (250kD) 功能 是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
二，复制保真性的酶学依据
(一)核酸外切酶活性：校读功能
DNA-pol I： 5’ 3’外切酶活性 3’ 5’外切酶活性 5’ 3’聚合酶活性
The hypothesis of semiconservative replication proposed by Watson and Crick in 1953.
Radioisotope labeling and density gradient centrifugation clearly distinguishes replications of semiconservative