《DNA分子的复制过程》课件.pptVIP

*************************************滑动钳的作用结构特点滑动钳是一类环形蛋白质，在原核生物中是β钳（β-clamp），由两个相同亚基组成二聚体；在真核生物中是PCNA（增殖细胞核抗原），由三个相同亚基组成三聚体。尽管组成不同，两者的整体结构都呈环状，中央孔道直径约为3.5纳米，足以容纳双链DNA通过。滑动钳内表面带正电荷，有利于与带负电荷的DNA磷酸骨架相互作用；外表面则含有与多种蛋白质结合的位点，特别是与DNA聚合酶的相互作用区域。这种结构使滑动钳能够环绕DNA并同时与复制蛋白质相连。功能机制滑动钳的主要功能是增加DNA聚合酶的稳定性和处理能力。通过将聚合酶锚定在模板上，滑动钳防止聚合酶在合成过程中脱落，大大提高了酶的稳定性（processivity）。在没有滑动钳的情况下，聚合酶通常只能合成约10-20个核苷酸就会脱落；而有滑动钳辅助时，可以连续合成数千个核苷酸。滑动钳不仅辅助DNA复制，还参与DNA修复、细胞周期控制和染色质重塑等过程。它通过与不同蛋白质的相互作用，协调这些过程，确保基因组的稳定性和完整性。滑动钳的加载和卸载受到严格调控，是复制过程中的关键控制点。复制终止特定终止序列复制叉相遇自然障碍物其他机制DNA复制的终止方式因生物类型而异。在原核生物中，复制通常在特定的终止序列（ter位点）处结束。这些位点位于复制起始点的对侧，可以结合特殊的终止蛋白（如大肠杆菌的Tus蛋白）。当复制叉遇到与其移动方向相对的ter-Tus复合物时会被阻滞，而反方向的复制叉则可以穿过，这确保了两个复制叉在合适的位置相遇。相比之下，真核生物的复制终止主要由两个复制叉的相遇自然完成，没有明确的终止位点。当两个相向移动的复制叉相遇时，复制自然结束。此外，特定的染色体结构如着丝粒和端粒等也可以作为复制障碍或终止点。在某些情况下，复制叉也可能在遇到难以复制的DNA序列或结构时停滞。无论哪种方式，复制终止后都需要解决拓扑问题和连接末端，确保新复制的染色体完整性，这通常需要拓扑异构酶和连接酶的参与。端粒问题1端粒结构端粒是真核生物线性染色体的末端结构，由高度重复的短序列组成。人类端粒主要由TTAGGG序列重复数千次构成，末端形成特殊的T-loop结构。端粒不包含编码基因，而是作为染色体的保护帽，防止染色体末端被识别为DNA损伤并发生不当修复或降解。2端粒复制问题线性染色体在复制过程中面临特殊的挑战：当最后一个RNA引物被去除后，留下的空缺无法通过常规DNA复制机制填补，因为没有可用的3-OH端供DNA聚合酶延长。这一现象被称为端粒复制问题或末端复制问题，导致每次复制后染色体略微缩短。3细胞老化端粒长度的持续缩短与细胞老化密切相关。当端粒缩短到临界长度时，细胞通常会停止分裂，进入衰老状态或凋亡。这一机制可能是生物体自然老化的原因之一，也是限制细胞无限分裂的自然屏障，防止癌症发生。4端粒酶的解决方案多细胞生物体发展出端粒酶系统来解决端粒复制问题。端粒酶是一种特殊的反转录酶，能够以自身携带的RNA为模板，向染色体末端添加重复序列，弥补复制过程中的损失。然而，大多数体细胞中端粒酶不活跃，只有在生殖细胞、干细胞和癌细胞中才有高活性。端粒酶端粒酶的结构端粒酶是一种特殊的核糖核蛋白复合物，主要由两个核心成分组成：TERT（端粒酶反转录酶）和TERC（端粒酶RNA组分）。TERT是蛋白质成分，含有反转录酶活性；TERC是RNA成分，含有作为模板的序列，指导新端粒DNA的合成。此外，端粒酶复合物还包括多种辅助蛋白，参与其组装、调控和稳定。端粒酶的作用机制端粒酶通过独特的机制延长染色体末端。首先，TERC中的模板区与染色体端粒序列互补配对；然后，TERT利用TERC的模板序列和染色体3末端作为起点，合成新的DNA；接着，酶复合物转移到新合成的DNA末端，进行下一轮合成。这种结合-延长-转移的循环过程可以多次重复，在单次结合事件中添加多个重复单元。端粒酶与疾病端粒酶活性与多种疾病相关。约85-90%的人类癌症显示异常激活的端粒酶活性，使癌细胞获得复制永生性，能够无限分裂。相反，端粒酶功能不足可导致端粒过早缩短，与一系列衰老相关疾病和端粒病（如先天性发育不良性贫血、肺纤维化等）有关。因此，端粒酶被视为潜在的癌症治疗靶点和抗衰老研究的焦点。DNA复制的准确性1错配修复复制后识别并修复错误2聚合酶校对3→5外切酶活性纠正错误3碱基配对准确性氢键的特异性识别DNA复制是一个极其精确的过程，整体错误率低于10^-9（每10亿个碱基对中不到一个错误）。这种惊人的准确性是通过多层保障机