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'
聚合
DNA 模板和 DNA 引物配对
5'
Greider和Blackburn (1989)，
5' 3' dGTP
以 RNA 为模板在
TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGG DNA 引物 3'端 AACCCCAACCCC AACCCCAAC 直接加核苷酸 3' 5' 3 ' 5'
d. 不同的发育时期，真核的复制起始点和 复制子的大小会变化。
• 有些复制起点在不同的发育阶段就不再 发挥作用。 • 如果蝇受精后复制原点从五千个上升到 五万个。 • 发育早期，每个复制子长7.9Kb， • 成体时，每个复制子长40Kb，很多Ori 区不再起作用。
真核生物DNA聚合酶及有关蛋白
表
binding protein)：稳定已被解开的DNA
单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶
降解。
（三）DNA的复制过程（大肠杆菌为例）
• 双链的解开 • RNA引物的合成 • DNA链的延伸 • 切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的 DNA片段
1、双链的解开
基本概念：
DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。
4、引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成
一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。
实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。
5、 DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶
●以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物
●反应需要有模板的指导
●反应需要有3-OH存在
●DNA链的合成方向为5 3
要作用
7、DNA 解螺旋酶 /解链酶（DNA helicase)
通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。 E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺 旋酶I、II、III。
rep蛋白沿3 ’5’移动，而解螺旋酶I、II、III 沿5 ’ 3’移动。
9、单链结合蛋白(SSBP-single-strand
在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并 连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的
方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一
条完整的DNA链为滞后链。
在DNA复制过程中，前导链能连续合成， 而滞后链只能是断续的合成53 的多 个短片段，这些不连续的小片段称为冈
崎片段。
4、切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片 （复制终止）
4 真核生物DNA末端的复制
(1) 端粒DNA
TTGGGG(T2G4)序列高度重复的末端
5’ TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG 3’ (富含 G 链) 3’ AACCCC AACCCC AACCCC 5’ (富含 C 链)
（2）端粒酶：
• 首先在四膜虫中发现
• 端粒酶：特殊的反转录酶，由蛋白质和RNA组成。
DNA聚合酶 位置 功能 相对活性 分子量 亚基 α 核 引发 80% 300K 催化核心（180K） 两个引物酶(60,50K) 一个未知 不影响 170-230K 250K
真核生物五种DNA聚合酶
δ 核 合成 ε 核 修复 β 核 修复
10-15%
γ 线粒体 复制 2-15% 180-300K 催化
ori(或o）、富含A、T的区段。
从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫 复制子
复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复 制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉
复制叉
复制叉
复制方向和速度：
单起点、双向等速
多起点、双向等速
双链解开、复制起始
大约20个DnaA 蛋白在ATP的作 用下与oriC处的 4个9bp保守序 列相结合
原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌） 性质 3' 5' 5 '外切活性 3 '外切活性 新生链合成 聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶Ⅲ + + + 中 修复紫外光 引起的DNA 损伤
+ + 很低 -
+ + 很高 +
5' 3 '聚合活性
主要是对DNA损伤的修复； 以及在DNA复制时切除RNA 引物并填补其留下的空隙。
单链结合 维持DNA的拓扑结构
2 SV40复制
双链环状DNA，具有核小体，全长5243bp
2.1 复制起始区：具有2个位点 位点2包括以下： • 10bp的前期区， • 27bp的T抗原结合位点，含GAGGC • 17bp的A-T丰富区。
真核生物DNA复制叉结构示意图
3 酵母的自主复制区
• ARS(autonomously replicating sequence)序
在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空 隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在 DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链
双链环状、θ 型复制、双向等速
（五）真核生物中DNA的复制特点
1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子 2、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不 再重新开始DNA复制；而在快速生长的原核生物中， 复制起点可以连续开始新的复制(多复制叉)。真核
40K
催化核心(125K) 催化核心 催化 一个未知(25K) 一个未知 + 不影响 + 弱 抑制
不影响
3’→5’ 外切 双脱氧T
+ 抑制
蚜黄素
抑制
抑制
抑制
不影响
表 蛋白
真核复制需要的酶和蛋白 亚基 4 2 1 3 3 引物合成 DNA合成 延伸（滑动钳作用）
延伸（载体作用）
功能
DNA聚合酶α /引发酶 DNA聚合酶δ PCNA 复制因子RF-C 复制因子RF-A 拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ
第一节 原核生物与真核生物 DNA的复制
RNA 复制 复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
内容提要： ● DNA的半保留复制 ●与DNA复制有关的物质 ● DNA的复制过程（大肠杆菌为例） ● DNA复制的其它方式 ●真核生物中DNA的复制特点
（一）DNA的半保留复制（semi-conservative replication）
1、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新 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，这种复制方式称半 保留复制。
（二）与DNA复制有关的物质 1、原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、 dCTP、dTTP)
2、模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA
3、引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物
5' TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG 3' AACCCC GGGGTTGGGG
图 11-68 端粒 3'延伸，末端回折形成发夹结构
研究表明：人体细胞通过监测失去的端粒的重复数 而计数细胞分裂次数，当端粒长度下降到某一临 界值时，细胞终止分裂－－－衰老、死亡 • 多细胞有机体中端粒酶活性受到抑制，导致细胞 分裂过程中染色体逐渐缩短，当端粒缩短到一定 程度时，细胞开始衰老并最终死亡。
2、RNA引物的合成
DnaB蛋白活化引物合成酶，引发RNA引物的合成。 引物长度约为几个至10个核苷酸，
3、DNA链的延伸
DNA的半不连续复制（semi-discontinuous replication) DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一 条子链的合' 3 ' 延着 RNA 模板 TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG DNA3'延伸 AACCCCAACCCC AACCCCAAC 3' 5' 3 ' 5'
移位 酶向引物的新 3 '端移动
5'
3' TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG AACCCCAACCCC AACCCCAAC 3' 5' 3' 5'
• 端粒酶以自身携带的150bp的RNA为模板，在随 从链模板DNA的3′OH末端延长DNA，再以这种延 长的DNA为模板，继续合成随从链。
结合
（3） 补齐过程
1）端粒酶与端粒DNA结合，端 粒酶中的RNA与凸出的3’ 引物配对； 2）以RNA为模板，在3’端上从 头合成六个Nt ； 3）合成一个重复单位后，端粒酶 向DNA模板新合成的3’移 动，引物再和模板配对，就 这样循环往复，周而复始。 4）最后延伸的3’端再回折，以 G· G配对的方式形成发夹结 构，产生端粒。