[农学]23和24 DNA的复制和特点.ppt

第二章、染色体与DNA 主要概念： DNA的复制 DNA的半保留复制 DNA的半不连续复制 复制叉 复制子 DNA的复制(DNA Replication) 由于DNA分子由两条多核苷酸链组成，两条链上的碱基——G只能与C相配对，A只能与T相配对，所以，两条链是互补的，一条链上的核苷酸排列顺序决定了另一条链上的核苷酸排列顺序。 DNA的半保留复制（semi-conservative replication） DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式被称为DNA的半保留复制。 DNA的半不连续复制（semi-discontinuous replication） 由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的DNA链一条是5→3方向，另一条是3→5方向，两个模板极性不同。而所有已知DNA聚合酶的合成方向都是5→3，两条链无法同时进行复制。为了解释DNA的等速复制现象，日本学者冈崎（Okazaki）等提出了DNA的半不连续复制模型。 半不连续复制Semi-discontinuous replication:冈崎片段Okazaki fragment 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。 2、用DNA连接酶温度敏感突变株进行实验，在连接酶不起作用的温度下，有大量小片段累积，说明复制过程中至少有一条链首先合成较短的片段，然后再生成大分子DNA。 3、前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界是有普遍性的，因而称之为DNA的半不连续复制。 复制的起点、方向和速度 复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行，所以，复制起点呈叉子形式，被称为复制叉(Replication fork)。 DNA的复制是由固定的起始点开始的。一般把生物体的复制单位称为复制子（replicon），一个复制子只含一个复制起点。 原核细胞DNA的半不连续复制过程 部分生物复制子的比较 细菌、病毒和线粒体的DNA分子都是作为单个复制子完成复制的； 真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制，也就是说它们的基因组包含有多个复制子。 2.3.3 复制的几种主要方式 线性DNA双链的复制 环状DNA双链的复制 (1) θ型 (2) 滚环型(rolling circle) (3) D-环型(D-loop) 环状DNA双链的复制-θ型 1968年Gilbert提出滚环复制模型: （1）共价延伸； （2）模板链和新合成的链分开； （3）不需RNA引物，在正链3－OH上 延伸； （4）只有一个复制叉； （5）形成多联体（concatemer）。 D-环型（D-loops） 2.4 原核生物和真核生物DNA的复制特点 大肠杆菌DNA复制起始点（OriC）保守序列分布图 DNA双螺旋的解旋 首先，在拓扑异构酶I的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。解链过程中必需有SSB蛋白来稳定已解开的单链，以保证该局部结构不会恢复成双链。 接着，由引发酶等组成的引发体迅速作用于两条单链DNA上。不论是前导链还是滞后链，都需要一段RNA引物以开始子链DNA的合成。 （1）DNA解链酶（DNA helicase） 大部分DNA解链酶都沿滞后链模板的5→3方向并随着复制叉的前进而移动，只有Rep蛋白沿前导链模板的3→5方向移动。因此，Rep蛋白和其他DNA解链酶分别在DNA的两条母链上协同作用，解开双链DNA。 (2)单链结合蛋白（SSB蛋白） 大部分原核SSB蛋白与DNA结合时表现出协同效应：如第一个SSB蛋白结合到DNA上去的能力为1，第二个SSB结合能力则可高达103。 SSB蛋白的作用是稳定单链DNA。 (3)DNA连接酶 (3)DNA连接酶 其作用机制是分三步进行： 1、E＋ATP→E-AMP＋ppi 在E.coli中， E＋NAD→E-AMP＋NMN（烟酰胺单核苷酸） 2、E-AMP上的AMP转移到DNA的5‘-PO4上使其 活化 3、活化的5-PO4与相邻的3-OH作用形成3-5 磷酸二酯键，并释放出AMP。 复制的引发和终止 DNA聚合酶只能延长已存在的DNA链，而不能从头合成DNA链，那么，新DNA的复制是怎样开始的呢？ 研究发现，DNA复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3’端开始合成新的DNA链。 滞后链的引