第三章DNA的生物合成与重组精要.ppt

第三章 1953年当Watson 和Crick提出DNA双螺旋结构模型时，他们就意识到碱基配对原则可能对遗传信息的传递具有重要的意义。这一设想已经得到证实。 各种生物通过其自身基因组核酸准确、完整的复制将其中蕴藏的生物遗传信息忠实地传给子代，以保证物种的连续性。 因此，遗传信息的传递实际上就是基因组全部核酸序列的复制。 第一节 复制 （一）DNA双链的解旋 （二）复制的方式 ——半保留复制(semi-conservative replication) （三）复制叉和半不连续复制(semi-discontinuous replication) （四）复制的基本过程：起始、链的延长、终止。 一、DNA复制的基本特点 Watson 和Crick在提出DNA双螺旋结构时指出，双螺旋的每一条DNA链都可以作为模板合成一条与其互补的DNA链，从而形成两条与其完全相同的子链。 但是有两个问题他们在当时尚无法回答： ①在复制过程中DNA双螺旋如何解旋将双链打开； ②在复制过程中DNA的两条链是否同时作为模板复制子链。 1958年Matthew Meselson和Franklin Stahl通过实验对后一个问题给予了一个满意的解答，而人们对第一个问题的真正了解却是在拓扑异构酶的发现之后。 那末，在复制过程中DNA双螺旋如何解旋将双链打开？按照每10个碱基一个螺旋推测，仅仅一条人的染色体DNA就有几百万甚至几千万次螺旋。很难想象在DNA进行复制时这些螺旋如何打开。为此人们在最初甚至对DNA双螺旋的模型发生质疑。 1954年Delbrück首次提出“断裂-连接”模型（breakage-and-reunion model），试图解释DNA双螺旋的解旋过程。但是直到20世纪70年代末拓扑异构酶被发现之后，人们才对这一过程具有了真正的了解。目前已知参与松弛螺旋及解链的酶与蛋白质主要有拓扑异构酶、解链酶及DNA单链结合蛋白。 1、DNA拓扑异构酶 DNA具有拓扑性质。拓扑性质是指物体或图象作弹性移动而又保持物体不变的性质。碱基顺序相同但连环数/拓扑环绕数不同的两个双链DNA分子称为拓扑异构体。 能催化DNA拓扑异构体互变的一类酶称为拓扑异构酶（topoisomerase, topo）。 拓扑异构酶可分为两类，一类是拓扑异构酶I（Topo I），另一类是拓扑异构酶II（Topo II）。 2、解链酶(helicase)　——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。 解链酶有多种，包括大肠杆菌解链酶II、III， 大肠杆菌Rep蛋白等。 复制时大部分解链酶可以沿着随从链的模板以5?3方向随复制叉的前进而移动，并连续地解开DNA双链。只有Rep蛋白是沿着前导链的模板以3?5移动。 Rep蛋白在初发现时被称为复制蛋白Rep， 后来发现它在有ATP存在时能解开DNA双链，每解开1对碱基，需消耗2分子ATP，因而又定名为解链蛋白。 在DNA复制时，Rep蛋白与某种解链蛋白分别在两条DNA亲链上协同作用，使DNA双链得以解开。 3、单链DNA结合蛋白 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，以利于其发挥模板作用。 。 SSB还能与复制新生的DNA单链结合，以保护其免被核酸酶水解。SSB在复制过程中，可以循环利用，发挥其保护单链DNA的作用。 （二）半保留复制：是DNA复制的基本特征 在DNA双螺旋结构模型提出以后，关于DNA复制方式有几种不同的推测。 1、混合性复制：是在 “断裂-连接”模型的基础之上提出的。Delbrück在试图解释DNA双螺旋的解旋过程时提出了这一模型。但是根据这一模型推测出的DNA复制方式，得到一种非常复杂的结果：DNA的每一条子链的一部分由新合成的DNA组成，而另一部分由模板链组成。 2、全保留复制（conservative replication）： 以亲代的每一条链为模板合成一条新链，但在组成两个子代分子时，一个子代分子完全是亲代的两条旧链组成，而另一个子代分子则由新合成的两条新链组成。 DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。 子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。 两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。 （三）复制叉和半不连续复制 当DNA进行复制时双螺旋链打开，新链沿着张开的模板生成，形成一种Y字形的结构，称为复制叉（replication fork）。 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个