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1、,DNA的复制,谭红军,1981年美国加利福尼亚大学柏克莱分校波纳教授海斯教授一枚琥珀切片4000万年前一只蚊子的细胞细胞结构惊人地完整,基因工程（重组DNA）相关技术及应用genetic engineering,基因诊断 疾病相关基因克隆、印迹技术、探针技术、PCR技术、DNA序列分析、生物芯片技术等基因治疗 生物制药 转基因动物和植物 SupermouseSuper tomato,地球上会出现吗？,土豆番茄烟,“鱼人”新人种,爱因斯坦,想象：是科学的翅膀！,教学重点,中心法则DNA复制的概念、特点参与复制的主要物质及其作用,一、中心法则 The Central Dogma,2. 中心法则(
2、The Central Dogma) 遗传与进化中的信息流,转 录,翻 译,逆转录,DNA,RNA,蛋白质,复 制,M. Temin,二、DNA的复制 DNA Replication,DNA双螺旋结构模型中的重要知识点？,方向相反碱基配对规则 （A=T GC）,1.复制(replication) 是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。即遗传物质的传代。,2.DNA复制的方式（特征） 半保留复制 半不连续复制,半保留复制,半不连续性复制（复制叉）,领头链( leading strand ),随从链 ( lagging strand ),冈崎片段（Okazaki fragment）,领头链
3、leading strand 合成方向与复制叉解链方向相同，并可连续合成的子链。随从链 lagging strand 合成方向与复制叉解链方向相反，并且是不连续合成的子链。 岡崎片段 okazaki fragment 在DNA复制过程中，随从链上初合成的不连续的DNA片段。半不连续性复制 在DNA复制过程中，领头链连续复制而随从链不连续复制。,1）模板(template)：解开成单链的DNA母链2）底物(substrate)或称原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP3）引物(primer)：复制需要一小段RNA作引物4）能源：需ATP供能，原料dNTP本身也是高能化合物5）酶和蛋白质因子
4、：DNA聚合酶(polymerase)等,3.参与DNA复制的物质及作用,复 制 过 程 动 画,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,（1）解链酶（helicase）,作用：利用ATP供能，解开DNA双链 消耗 2 ATP/解开 1 bp 可随复制叉的伸展向前移动,也称：解螺旋酶,（2）拓扑异构酶（topoisomerase，Topo）,Topo：拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持物体不变的性质作用：松驰DNA超螺旋，克服扭结现象,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,（2）拓扑异构酶（topois
5、omerase，Topo）,（3）单链DNA结合蛋白 (SSB)(single strand DNA binding protein),作用：能与DNA单链可逆的结合，其作用有二,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,也称：DNA结合蛋白（DNA binding protein，DBP),防止DNA复性防止DNA单链模板被水解,（4）引物酶（primase）,模板 以DNA单链为模板底物 NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）按碱基配对原则 （A = U G C）按5 3 方向,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,作用：复制起始时催化生成RNA引物本质：
6、是一种RNA聚合酶（可以使两个游离的NTP聚合，此不同于催化转录过程的RNA聚合酶）,（5）（6）DNA聚合酶,全称：依赖DNA的DNA聚合酶 ( DNA dependent DNA polymerase )简称：DNA pol （DDDP）,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,A. Kornberg试管内实验证实加有:模板、底物、引物该酶可催化新链DNA生成,（5）（6）DNA聚合酶,DNA pol （DDDP）主要作用：5 3的聚合活性,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,dTTP,3,（5）（6）DNA聚合酶,机理： 使核苷酸之间生成3，5磷酸二酯
7、键主要作用： 5 3的聚合活性 模板 以DNA单链为模板 底物 dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP） 引物 以小片段RNA为引物 注：引物的原料（ATP、GTP、CTP、UTP） 按碱基配对原则 （A=T GC） 按5 3 方向 在 RNA引物的 3 -OH末端上开始逐个添加dNTP,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,领头链( leading strand ),随从链 ( lagging strand ),冈崎片段（Okazaki fragment）,DNA聚合反应（新链生成）的特点,需要 模板,具方向性 新链的延长 5 3,需要 引物,（5）（6）DNA聚
8、合酶,E.coli大肠杆菌DNA聚合酶的作用,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,（7）DNA连接酶(DNA ligase),作用：消耗ATP，将随从链中相邻的两个DNA片段连接起来催化同一模板DNA链上的两个相邻DNA片段的3端与5端间形成磷酸二酯键，把相邻的两段DNA连成完整的链,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,起始:形成复制叉replication fork需解决两个问题DNA解开成单链，提供模板合成RNA引物，提供 3 -OH末端,4.DNA复制的过程,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,起始延长终止,Topo,引物酶,延
9、长:DNA-pol ( DDDP- )的5 3的聚合活性使核苷酸之间生成3，5磷酸二酯键模板 以DNA单链为模板底物 dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物 以小片段RNA为引物，在 RNA引物的 3 -OH末端上开始逐个添加dNTP 按碱基配对原则 （A = T G C）按5 3 方向,4.DNA复制的过程,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,起始延长终止,OH 3,3,目 录,4.DNA复制的过程,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶,起始延长终止,终止:随从链上不连续性片段的连接,解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-DDDP-连接酶
10、,起始延长终止,复 制 过 程 动 画,5.半保留复制的意义,保证了物种遗传的稳定性(高保真性、保守性)是物种稳定的分子基础，但不是绝对的。 按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的稳定性。,小结1：E.coli （原核生物）DNA复制,小结1：E.coli （原核生物）DNA复制,小结1：E.coli （原核生物）DNA复制,小结1：E.coli （原核生物）DNA复制,小结1：E.coli （原核生物）DNA复制,小结2：归纳与比较,小结2：归纳与比较,基因诊断在法医学上的应用：物证检验个体识别亲子鉴定荔枝DNA找到杀人者被害人：
11、12岁女孩，死者胃里发现咖啡色肉丝状物嫌疑人：家中发现一些荔枝壳和核植物DNA检验技术：进行DNA扩增检验，证明肉丝状物（果肉）和外壳呈现相同DNA谱带，而市场上随机购买的荔枝却与前两者的DNA谱带不同说明事实：两者DNA具有同源性（同一棵树上结的果实）,小结3：应用与思考,聚合酶链反应PCR（Polymerase Chain Reaction）是一种体外的特异DNA扩增技术。Kary Mullis于1985年发明，1987年完成自动化操作装置，1993年获诺贝尔化学奖理论上讲，只要存在一分子的DNA，就可最终进行基因检测实际工作中，一滴血、一根毛发或一个细胞已足以满足检测需要，但首先需进行DNA扩增，即PCR 根据DNA变性与复性及半保留复制的知识，请思考PCR反应体系应有哪些基本成分？,小结3：应用与思考,