生物化学DNA复制RNA转录DNA复制

松驰环 解链环
超螺旋
连环数（L）
一、DNA聚合酶★ （一）催化的反应特点★
以四种dNTP为原料 需要模板 需要引物 催化反应方向为5’-3’ 产物性质与模板链相同
（二）大肠杆菌三种DNA聚合酶比较
比较项目
DNA
DNA
DNA
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶
分子量
109，000 120，000 400，000
每个细胞的分子统计数
400
100
DNA的超螺旋结构（原核）
二级结构为闭环双螺旋；三级结构为超螺旋
①连环数（linking number , L）
DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数
②扭转数（twisting number , T）
DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示
③超螺旋数（缠绕数 , writhing number , W） L=T+W
几个相关概念： 1. 复制起始点 (origin, ori)
原核生物只有一个复制起始点； 真核生物染色体DNA有多个复制起始
点，同时形成多个复制单位， 两个起始点 之间的DNA片段称为复制子(replicon)。
2. 复制叉 (replication fork)
复制时双链打开，分开成两股，新链 沿
聚合作用 3’ → 5’外切酶的校对功能
组建核心酶 使核心酶二聚化 依赖DNA的ATP酶，形成γ复合
物 与β亚基结合，形成γ复合物
形成γ复合物 形成γ复合物 形成γ复合物 两个β亚基形成滑动夹子，以提
Arthur Kornberg 1S9t1a8nford University Stanford, CA, USA
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959
"for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid"
5´
第二节 参与DNA复制的酶与蛋白质★
复制相关蛋白的基因：dna A、dna B、 dna C… …dna X
相应的表达产物蛋白质：Dna A、Dna B、 Dna C … …Dna X
Dna A：辨认复制起始位点 Dna B：解螺旋酶 Dna C：辅助解螺旋酶使其在起始点上 结 合并打开双链。
二、解旋酶（解超螺旋，也叫拓扑异构酶、 DnaB蛋白）
拓扑异构酶： 催化DNA的拓扑连环数发生变化的酶， 在DNA重组修复和其它转变方面起重要 作用。
拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再 连接。作用是松解负超螺旋，反应不需要能 量。主要集中在活性转录区，同转录有关。
拓扑异构酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连 接。当引入负超螺旋时需要由ATP提供能量， 同复制有关。
B C
A
B
A
C
环状DNA的复制
四、复制特点 半不连续复制 半保留复制
复制特点
复制叉的 Hale Waihona Puke Baidu´
3´
移动方向
DNA的半不连续复制
复制过程
SSB
解旋酶 解链酶 引发体
RNA引物
复制的起始
DNA聚合 酶III
DNA链的延长
DNA聚
合酶I 3´
前导链
3´
DNA链终止
3´ 5´ RNA引物
随后链
3´
10-20
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 功能
1 切除引物
修复
0 .05 修复
50 复制
1999年发现聚合酶 和 ，它们涉及DNA的错误倾向
修复（errooune repair）
DNA聚合酶 I
（1）5 3 聚合酶功能（但持续合成DNA的能力差）； （2）3 5’外切酶活性（在正常聚合条件下，此活性 不能作用于生长链，只作用于生长中不配对的单链，校对 功能。）； （3）还具有5 3’外切酶活性（双链有效）；
5 3 聚合酶功能
(dNMP)n + dNTP → (dNMP)n+1 + PPi
聚合反应机理： P
5'
O
引物 3'
5'
P 5' O
3' P PP
3'
OH 5' O
3'
OH
GC 模 3' 板
AT 链 5'
TT A
DNA聚合酶3´- 5´外切酶活力 DNA聚合酶的3´- 5´外切酶水解位点
5´
第十章 DNA的复制和修复
第一节 第二节 第三节 第四节
半保留复制 参与DNA复制的酶与蛋白质 复制过程 DNA损伤及修复
一、概念
以亲代DNA双链 为模板以碱基互补 方式合成子代DNA， 这样新形成的子代 DNA中，一条链来 自亲代DNA，而另 一条链则是新合成 的，这种复制方式 叫半保留复制。
着张开的模板生成，复制中形成的这种5'Y
字形的结构称为复制叉。
3'
3'
5'
5'
3'
5'
复制方向
3'
二、实验依据
三、DNA复制的起点和方向
未复制DNA
起始点
单向复制
起始点
双向复制
起始点
复制叉
复制叉
复制叉
起始点 复制叉 的推进
环状 DNA复制时 所形成的Q结构
复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图 (Caims实验)
α 132000 2 ε 27000 2 θ 10000 2 τ 71000 2 γ 52000 2 δ 35000 1
δ’ 33000 1
χ 15000 1 Ψ 12000 1 β 37000 4
基因
亚基功能
dnaE dnaQ holE dnaX dadX＊ holA holB holC holD dnaN
用的工具酶。
DNA-pol III:
• 由10种亚基组成的不对称聚合体 • 催化效率最高
φ
ε
ε
引物的结 合和识别
核心酶
校对
促使核心 酶二聚化
延长因子
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ 全酶的结构和功能
DNA聚合酶Ⅲ异二聚体
DNA聚合酶Ⅲ 两个 亚基夹住DNA
DNA聚合酶Ⅲ全酶的亚基组成
亚 相对分 亚基 基 子量 数目
切除引物、 切除突变的片段
3´- 5´核酸外切 3´ 酶水解位点
DNA聚合酶5´- 3´外切酶活力
5´ 单链缺口
5´- 3´核酸外切 酶水解位点
切除错配的核苷酸
DNA-pol I:
曾被称为复制酶(replicase) 含量最多 可被水解成两个片段
小片段(N端)：具有5´→3´外切酶活性； 大片段(C端)：具有聚合活性和3´→5´ 外切酶活性，也称为Klenow片段，是常