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1、第二章第二章 遗传信息的传递遗传信息的传递第一节第一节 中心法则中心法则克里克克里克克里克克里克(F.Crick)(F.Crick)于于于于19581958年提出的阐明遗传信息传递年提出的阐明遗传信息传递年提出的阐明遗传信息传递年提出的阐明遗传信息传递方向的法则，是指遗传信息从方向的法则，是指遗传信息从方向的法则，是指遗传信息从方向的法则，是指遗传信息从DNADNA传递给传递给传递给传递给RNARNA，再，再，再，再从从从从RNARNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的传递给蛋白质，即完成遗传信息的传递给蛋白质，即完成遗传信息的传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录转录转录转录和和和和翻翻翻翻译译译译
2、的过程。也可以从的过程。也可以从的过程。也可以从的过程。也可以从DNADNA传递给传递给传递给传递给DNADNA，即完成，即完成，即完成，即完成DNADNA的的的的复制复制复制复制过程。过程。过程。过程。这是所有具有细胞结构的生物所遵循这是所有具有细胞结构的生物所遵循这是所有具有细胞结构的生物所遵循这是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则。的法则。的法则。的法则。在某些病毒中的在某些病毒中的在某些病毒中的在某些病毒中的RNARNA自我复制自我复制自我复制自我复制（如（如（如（如烟草花叶病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以等）和在某些病毒中能以等）和在某些病毒中能以等）和
3、在某些病毒中能以RNARNA为模板为模板为模板为模板逆转录逆转录逆转录逆转录成成成成DNADNA的过程（某些的过程（某些的过程（某些的过程（某些致癌病毒致癌病毒致癌病毒致癌病毒）是对中心法则的补充。）是对中心法则的补充。）是对中心法则的补充。）是对中心法则的补充。即即即即遗遗遗遗传传传传信信信信息息息息从从从从DNADNA传传传传递递递递至至至至RNARNA，再再再再传传传传递递递递至至至至多多多多肽肽肽肽。DNADNA同同同同RNARNA之之之之间间间间遗遗遗遗传传传传信信信信息息息息的的的的传传传传递递递递是是是是双双双双向向向向的的的的，而而而而遗遗遗遗传传传传信信信信息息息息只只只只是
4、是是是单单单单向向向向地地地地从从从从核核核核酸酸酸酸流流流流向向向向蛋蛋蛋蛋白质。白质。白质。白质。第二节第二节DNA生物合成生物合成包括：包括：包括：包括：DNADNA指导下的指导下的指导下的指导下的DNADNA复制复制复制复制和和和和RNARNA指导下指导下指导下指导下的的的的反转录反转录反转录反转录两种方式。两种方式。两种方式。两种方式。一、一、DNA复制复制的方式的方式的半保留复制的半保留复制2.DNA复制属性复制属性原核生物只有一个复制原核生物只有一个复制原核生物只有一个复制原核生物只有一个复制原点；真核生物染色体原点；真核生物染色体原点；真核生物染色体原点；真核生物染色体DNAD
5、NA有有有有多个复制多个复制多个复制多个复制原点；原点；原点；原点；复制原点复制原点复制原点复制原点（originoriginoriori或或或或 oo复制起点）：指复制开复制起点）：指复制开复制起点）：指复制开复制起点）：指复制开始处始处始处始处DNADNA分子的特定位置，富含分子的特定位置，富含分子的特定位置，富含分子的特定位置，富含A-TA-T碱基对。碱基对。碱基对。碱基对。复制子复制子复制子复制子(repliconreplicon)：指能进行独立复制的单位。：指能进行独立复制的单位。：指能进行独立复制的单位。：指能进行独立复制的单位。一个复制子只含一个一个复制子只含一个一个复制子只含一
6、个一个复制子只含一个oriori，故，故，故，故原核生物只原核生物只原核生物只原核生物只形成形成形成形成一个复制一个复制一个复制一个复制子子子子；真核生物染色体；真核生物染色体；真核生物染色体；真核生物染色体DNADNA可可可可形成多个复制子形成多个复制子形成多个复制子形成多个复制子。真核生物染色体真核生物染色体真核生物染色体真核生物染色体DNADNA有多个复制起始点有多个复制起始点有多个复制起始点有多个复制起始点，两个起，两个起，两个起，两个起始点之间的始点之间的始点之间的始点之间的DNADNA片段片段片段片段就是一个复制子。就是一个复制子。就是一个复制子。就是一个复制子。大肠杆菌的复制起点
7、为大肠杆菌的复制起点为oriC，是由，是由245个碱基对组成，这些序列在大多数细菌个碱基对组成，这些序列在大多数细菌中是高度保守的，中是高度保守的，关键序列是三个关键序列是三个13bp和四个和四个9bp的重复序列。的重复序列。四个四个9bp的重复序列的重复序列 dnaA结合位点结合位点 三个三个13bp的重复序列的重复序列 复制叉复制叉 (replication fork)(replication fork)复制时双链打开，分开成两股，新链沿复制时双链打开，分开成两股，新链沿着张开的模板生成，复制中形成的这种着张开的模板生成，复制中形成的这种Y Y字形的结构称为字形的结构称为复制叉复制叉或生长
8、点或生长点。单向复制单向复制双向复制双向复制DNA复制起始点和复制叉复制起始点和复制叉 双向复制形成两个复制叉或生长点；单向复制只形双向复制形成两个复制叉或生长点；单向复制只形双向复制形成两个复制叉或生长点；单向复制只形双向复制形成两个复制叉或生长点；单向复制只形成一个复制叉或生长点。成一个复制叉或生长点。成一个复制叉或生长点。成一个复制叉或生长点。复制眼（复制眼（replicationeye）：）：电子显微镜下观电子显微镜下观电子显微镜下观电子显微镜下观察正在复制的察正在复制的察正在复制的察正在复制的DNADNA，复制的区域形如一只眼睛。，复制的区域形如一只眼睛。，复制的区域形如一只眼睛。，
9、复制的区域形如一只眼睛。真核生物的多复制子真核生物的多复制子真核生物的多复制子真核生物的多复制子 多个复制眼多个复制眼多个复制眼多个复制眼复制的多模式复制的多模式：单单起点、起点、单单方向方向（原核）（原核）多多起点、起点、单单方向方向（真核）（真核）单单起点、起点、双双方向（原核）方向（原核）多多起点、起点、双双方向（真核）方向（真核）DNA复制的体系：复制的体系：1.底物：底物：dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)；2.模板模板(template)：解开成单链的：解开成单链的DNA母链；母链；3.引物引物(primer)：提供：提供3-OH末端的寡核苷酸；末端的寡核苷酸；4.
10、聚合酶聚合酶(polymerase)：依赖：依赖DNA的的DNA聚合酶，聚合酶，简写为简写为DNA-pol；5.其它的酶和蛋白质因子其它的酶和蛋白质因子二、二、DNA复制的酶学基础复制的酶学基础（1）DNA聚合酶聚合酶(DNApolymetases)（2 2）引物酶引物酶(peimase)(peimase)和和引发体引发体(primosome)(primosome)：启动：启动RNARNA引物链的合成。引物链的合成。(3(3）DNADNA连接酶连接酶（DNA ligaseDNA ligase）（4 4）DNADNA解螺旋酶解螺旋酶(DNA helicase)(DNA helicase)(5(5
11、）单链结合蛋白单链结合蛋白(single-strand(single-strand binding protein,binding protein,SSBSSB)：结合在解开的：结合在解开的DNADNA单链上，防止重新形成双螺旋。单链上，防止重新形成双螺旋。(6(6）拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase):(topoisomerase):兼具兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将内切酶和连接酶活力，能迅速将DNADNA超螺超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。于解链。解旋酶解旋酶DNA聚聚合酶合酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物酶和引物酶和引
12、发体引发体DNA聚聚合酶合酶ISSB335355RNA引物引物 DNA聚合酶聚合酶 催化催化dNTP聚合到核酸链上的酶。是聚合到核酸链上的酶。是DNA复制的主要酶。复制的主要酶。全称叫全称叫依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶（DNAdependentDNApolymerase）或）或DNA指指导的导的DNA聚合酶（聚合酶（DNA-directedDNApolymerase），均缩写为），均缩写为DDDP。DNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应1.5至至3的聚合活性的聚合活性催化四种催化四种催化四种催化四种脱氧核苷三磷酸（脱氧核苷三磷酸（脱氧核苷三磷酸（脱氧核苷三磷酸（dNTPdNTP）一个一
13、个地一个一个地一个一个地一个一个地接到接到接到接到DNADNA链末端链末端链末端链末端3-3-羟基上，羟基上，羟基上，羟基上，形成形成形成形成33，5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键，同时脱氧核苷三磷酸脱下焦磷酸。焦磷酸水解放出同时脱氧核苷三磷酸脱下焦磷酸。焦磷酸水解放出同时脱氧核苷三磷酸脱下焦磷酸。焦磷酸水解放出同时脱氧核苷三磷酸脱下焦磷酸。焦磷酸水解放出能量，促进能量，促进能量，促进能量，促进DNADNA复制反应的进行。复制反应的进行。复制反应的进行。复制反应的进行。(dNMP)dNMP)n n+dNTPdNTP(dNMP)(dNMP)n+1n+1+PPiPPi 聚合反应机理
14、聚合反应机理：聚合反应的特点：聚合反应的特点：(1)以单链以单链DNA为模板为模板(2)以以dNTP为原料为原料(3)引物提供引物提供3-OH(4)聚合方向为聚合方向为53 2.2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性3535外切酶活性：外切酶活性：切除错配的核苷酸切除错配的核苷酸5353外切酶活性：外切酶活性：切除引物切除引物 切除突变的片段切除突变的片段 DNADNA聚合酶的种类聚合酶的种类1.1.原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶pol-Ipol-Ipol-IIpol-IIpol-IIIpol-III5353聚合酶活性聚合酶活性+3535外切酶活性外切酶活性+5353外切酶活性外切酶活性+功
15、功 能能切除引物切除引物填补空隙填补空隙修复合成修复合成修复修复复制的复制的主要酶主要酶 DNA-polI:单一肽链的大分子单一肽链的大分子含量最多含量最多可被水解成可被水解成两个片段两个片段小片段小片段(N端端)：具有：具有53外切酶活性；外切酶活性；大片段大片段(C端端)：具有聚合活性和：具有聚合活性和35外切酶活性，也称为外切酶活性，也称为Klenow片段片段，是常用，是常用的工具酶。的工具酶。DNA-polIII:由由10种亚基组成的不对称聚合体种亚基组成的不对称聚合体催化效率最高催化效率最高大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶中的亚基中的亚基亚基亚基 全酶中的亚基数全酶中的亚基数 分子
16、量分子量213200227000210000271000252000135000133000115000112000437000核核心心酶酶（连接蛋白）（连接蛋白）（滑动钳）（滑动钳）复合物复合物DNApol和和DNApol的主要特性和功能比较的主要特性和功能比较1 1、DNADNA聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性：两者都有。：两者都有。：两者都有。：两者都有。条件条件条件条件模板、引物模板、引物模板、引物模板、引物DNApolDNApol主要用于主要用于主要用于主要用于DNADNA的修复和的修复和的修复和的修复和RNARNA引物的替换引物的替换引物的替换引物的替换DNApolDNAp
17、olDNADNA链的延长链的延长链的延长链的延长聚合方向：聚合方向：聚合方向：聚合方向：55332 2、子链子链子链子链DNADNA延伸方向只能是延伸方向只能是延伸方向只能是延伸方向只能是5533：两者都有。两者都有。两者都有。两者都有。已知的已知的已知的已知的DNADNA聚合酶只能使链按聚合酶只能使链按聚合酶只能使链按聚合酶只能使链按5533方向生长方向生长方向生长方向生长5OHTCATCAC5OH3pppOHC+ppi3、35外切核酸酶活性：外切核酸酶活性：两者都有。两者都有。校对功能校对功能(proofreading)4 4、5533外切核酸酶活性：外切核酸酶活性：外切核酸酶活性：外切核
18、酸酶活性：只有只有只有只有DNApolDNApol具有。具有。具有。具有。DNApolDNApol的的的的5533外切活性有以下三个特点：外切活性有以下三个特点：外切活性有以下三个特点：外切活性有以下三个特点：必必必必须须须须有有有有55磷酸末端磷酸末端磷酸末端磷酸末端被除去的核苷酸必被除去的核苷酸必被除去的核苷酸必被除去的核苷酸必须须须须是已是已是已是已经经经经配配配配对对对对的的的的被除去的可以是脱氧核糖核苷酸，也可以是核糖被除去的可以是脱氧核糖核苷酸，也可以是核糖被除去的可以是脱氧核糖核苷酸，也可以是核糖被除去的可以是脱氧核糖核苷酸，也可以是核糖核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸 2.2.真核生物
19、的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol 复制中合成引物及其后复制中合成引物及其后4-54-5个寡个寡 聚脱氧核糖核苷酸的合成聚脱氧核糖核苷酸的合成DNA-pol DNA-pol 没有其他没有其他polpol时才起作用时才起作用DNA-pol DNA-pol 催化线粒体催化线粒体DNADNA的复制的复制DNA-pol DNA-pol 复制中延长复制中延长前导链（依赖前导链（依赖PCNAPCNA）DNA-pol DNA-pol 校对、修复和填补缺口校对、修复和填补缺口主要功能酶是主要功能酶是 和和。增殖细增殖细胞核抗胞核抗原原（PCNA）解旋解链酶类解旋解链酶类解开并理
20、顺解开并理顺DNA双链，维持双链，维持DNA 处于单链状态。主要有处于单链状态。主要有解螺旋酶解螺旋酶、DNA拓扑异构酶拓扑异构酶和和单链单链DNA结合蛋白结合蛋白。u解螺旋酶解螺旋酶(helicase):模板对复制的指导作用在于碱基的准确模板对复制的指导作用在于碱基的准确配对，而碱基却埋在双螺旋的内部。只有把配对，而碱基却埋在双螺旋的内部。只有把DNA解开成单链，它才能起模板作用。解开成单链，它才能起模板作用。解螺旋酶是最早发现的与复制有关的蛋解螺旋酶是最早发现的与复制有关的蛋 白质，当时称为白质，当时称为rep蛋白。作用是蛋白。作用是利用利用ATP供供 能，解开能，解开DNA双链双链。u单
21、链单链DNA结合蛋白结合蛋白(SSB):在大肠杆菌，它是由在大肠杆菌，它是由177个氨基酸残基组个氨基酸残基组成的同四聚体，结合单链成的同四聚体，结合单链DNA的跨度约的跨度约32个核个核苷苷 酸单位。酸单位。SSB与解开的与解开的DNA单链紧密结合，防止单链紧密结合，防止 重新形成双链，并免受核酸酶降解。重新形成双链，并免受核酸酶降解。在复制在复制 中维持模板处于单链状态。中维持模板处于单链状态。uuDNA拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase):拓扑拓扑：是指物体或图像作弹性移位而又保：是指物体或图像作弹性移位而又保持物体不变的性质。持物体不变的性质。拓扑异构酶拓扑异构酶：是一类
22、可改变：是一类可改变DNA拓扑性质拓扑性质的酶。对的酶。对DNA分子的作用是既能水解、又分子的作用是既能水解、又能连接磷酸二酯键。能连接磷酸二酯键。松弛松弛DNA超螺旋超螺旋，有利，有利于于DNA解链。解链。DNADNA双螺旋本身进一步盘绕称双螺旋本身进一步盘绕称双螺旋本身进一步盘绕称双螺旋本身进一步盘绕称超螺旋超螺旋超螺旋超螺旋。超螺旋有正超。超螺旋有正超。超螺旋有正超。超螺旋有正超螺旋和负超螺旋两种。螺旋和负超螺旋两种。螺旋和负超螺旋两种。螺旋和负超螺旋两种。负超螺旋的存在对于转录和复负超螺旋的存在对于转录和复负超螺旋的存在对于转录和复负超螺旋的存在对于转录和复制都是必要的。制都是必要的。
23、制都是必要的。制都是必要的。正超螺旋：正超螺旋：正超螺旋：正超螺旋：两股以右旋方向缠绕的螺旋，在外力往紧两股以右旋方向缠绕的螺旋，在外力往紧两股以右旋方向缠绕的螺旋，在外力往紧两股以右旋方向缠绕的螺旋，在外力往紧缠的方向捻转时，会产生一个缠的方向捻转时，会产生一个缠的方向捻转时，会产生一个缠的方向捻转时，会产生一个左旋左旋左旋左旋的超螺旋，以解除的超螺旋，以解除的超螺旋，以解除的超螺旋，以解除外力捻转造成的胁变。这样形成的螺旋为正超螺旋。外力捻转造成的胁变。这样形成的螺旋为正超螺旋。外力捻转造成的胁变。这样形成的螺旋为正超螺旋。外力捻转造成的胁变。这样形成的螺旋为正超螺旋。负超螺旋：负超螺旋：
24、负超螺旋：负超螺旋：两股以右旋方向缠绕的螺旋在外力向松缠两股以右旋方向缠绕的螺旋在外力向松缠两股以右旋方向缠绕的螺旋在外力向松缠两股以右旋方向缠绕的螺旋在外力向松缠的方向捻转时，产生一个的方向捻转时，产生一个的方向捻转时，产生一个的方向捻转时，产生一个右旋右旋右旋右旋的超螺旋以解除外力捻的超螺旋以解除外力捻的超螺旋以解除外力捻的超螺旋以解除外力捻转造成的胁迫。这样形成的超螺旋为负超螺旋。转造成的胁迫。这样形成的超螺旋为负超螺旋。转造成的胁迫。这样形成的超螺旋为负超螺旋。转造成的胁迫。这样形成的超螺旋为负超螺旋。正超螺旋正超螺旋 正超螺旋为双螺旋旋正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整转过度，通过
25、分子整体的左旋来解去过度体的左旋来解去过度的螺旋。的螺旋。正超螺旋正超螺旋正超螺旋正超螺旋（左旋左旋左旋左旋）分子整体右旋一圈来分子整体右旋一圈来补双螺旋上的一圈补双螺旋上的一圈不足不足。负超螺旋负超螺旋负超螺旋负超螺旋 （右旋右旋右旋右旋）拓扑异构酶拓扑异构酶I（topoI）:主要作用是切开主要作用是切开DNA双链中的一股，双链中的一股，使使DNA解链旋转中不打结，解链旋转中不打结，DNA变为松弛变为松弛状态再封闭切口。状态再封闭切口。原核拓扑异构酶原核拓扑异构酶原核拓扑异构酶原核拓扑异构酶作作作作用机制：用机制：用机制：用机制：酶与酶与酶与酶与DNADNA结合使双链结合使双链结合使双链结合
26、使双链解旋；解旋；解旋；解旋；使使使使一条链一条链一条链一条链切开，但酶切开，但酶切开，但酶切开，但酶与切口的两端结合阻止与切口的两端结合阻止与切口的两端结合阻止与切口的两端结合阻止了螺旋的旋转；了螺旋的旋转；了螺旋的旋转；了螺旋的旋转；酶使另一条链经过缺酶使另一条链经过缺酶使另一条链经过缺酶使另一条链经过缺口，然后再将两断端连口，然后再将两断端连口，然后再将两断端连口，然后再将两断端连接起来；接起来；接起来；接起来；酶从酶从酶从酶从DNADNA上脱落，两上脱落，两上脱落，两上脱落，两条链复原条链复原条链复原条链复原。拓扑异构酶拓扑异构酶II（topoII）:在原核生物又叫旋转酶在原核生物又叫
27、旋转酶(gyrase)。能切断能切断DNA双链双链，使螺旋松弛。在，使螺旋松弛。在ATP参参与下，松弛的与下，松弛的DNA进入负超螺旋，再连接进入负超螺旋，再连接断端。断端。正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋Replication machineryreplicationPositive supercoilBreak DNATopoisomerase IIpass DNA through the breaknegative supercoil 引物酶和引发体引物酶和引发体引物酶引物酶(primase):依赖依赖DNA的的RNA聚合酶。聚合酶。催化催化RNA引物的合成。引物的合成。RNA引物引物：
28、在在DNA模板的复制起始部位由引物酶催模板的复制起始部位由引物酶催化化NTP的聚合，形成短片段的的聚合，形成短片段的RNA，为，为DNA聚合提供聚合提供3-OH末端。末端。引发体引发体(primosome):是由是由DnaB、DnaA、DnaC以及其他复制以及其他复制因子一起形成复合体，再结合引物酶形成因子一起形成复合体，再结合引物酶形成较大的聚合体，结合到模板较大的聚合体，结合到模板DNA上。上。复制开始时，在引发体的下游解开双链，复制开始时，在引发体的下游解开双链，再由引物酶催化引物的合成。再由引物酶催化引物的合成。复制相关蛋白质：复制相关蛋白质：DnaA、DnaB、DnaCDnaXDna
29、A：辨认复制起始位点：辨认复制起始位点DnaB：解螺旋酶：解螺旋酶DnaC：辅助解螺旋酶使其在起始点上：辅助解螺旋酶使其在起始点上结结合并打开双链。合并打开双链。DNA连接酶连接酶（DNAligase）连接连接DNA链链3-OH末端和相邻末端和相邻DNA链链5-P末端，形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的末端，形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成完整的链。反应需要链连接成完整的链。反应需要ATP。所需条件：所需条件：a、切刻的切刻的3OH和和5P相邻相邻b、切刻各自碱基处于配对状态切刻各自碱基处于配对状态c、需要能量：需要能量：原核（原核（ATP、NAD）真核（真核（ATP）在复制中的用
30、途：在复制中的用途：DNA链合成后引物被链合成后引物被切除，并被切除，并被DNA替代。此时替代。此时DNA链上仍存链上仍存在缺口，在缺口，DNA连接酶会催化形成磷酸二酯连接酶会催化形成磷酸二酯键，将断裂的缺口连上，形成完整的键，将断裂的缺口连上，形成完整的DNA链。链。连连接接酶酶连连接接切切口口Mg2+连接酶连接酶ATP或或NADPPi或或NMNATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口33555533模板链模板链模板链模板链 DNA连接酶在连接酶在复制、复制、DNA修复、修复、重组、剪接重组、剪接中均起中均起缝合缺口
31、缝合缺口作用。作用。是重要的是重要的工具酶工具酶之一。之一。1.1.DNADNA复制的起始复制的起始：就是要解开双链和生：就是要解开双链和生成成引物。引物。DNADNA解成单链解成单链 由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶 解开双链，解开双链，SSBSSB结合到单链上使其稳定。结合到单链上使其稳定。三、三、DNA复制过程复制过程引发体（引物酶的作用下）在原点处合成一小段引发体（引物酶的作用下）在原点处合成一小段引发体（引物酶的作用下）在原点处合成一小段引发体（引物酶的作用下）在原点处合成一小段RNARNA引物（引物（引物（引物（10-6010-60个碱基个碱基个碱基
32、个碱基不等不等不等不等）。引物的合成方向引物的合成方向引物的合成方向引物的合成方向也是也是也是也是5353方向方向方向方向 ，然后由，然后由，然后由，然后由DNADNA聚合酶合成聚合酶合成聚合酶合成聚合酶合成DNADNA链。链。链。链。前导链合成一个引物，滞后链断续合成多个引物。前导链合成一个引物，滞后链断续合成多个引物。前导链合成一个引物，滞后链断续合成多个引物。前导链合成一个引物，滞后链断续合成多个引物。引物合成引物合成 2.2.复制的延长复制的延长 在在DNADNA聚合酶催化下，以解开的聚合酶催化下，以解开的 单链为模板，以四种单链为模板，以四种dNTPdNTP为原料，进为原料，进 行聚
33、合作用。即新进入的行聚合作用。即新进入的 dNTP dNTP 与引与引物物 3 3 OHOH形成磷酸二酯键，由形成磷酸二酯键，由553 3 方方向延长子链。向延长子链。在在DNA复制中，复制中，DNA新链的合成是沿新链的合成是沿53的方向进行的。由于的方向进行的。由于DNA分子的两条分子的两条链是反向平行的，所以分别以两条链为模板链是反向平行的，所以分别以两条链为模板的的DNA链的复制方式是不同的。一条连续链的复制方式是不同的。一条连续合成，另一条不连续合成。合成，另一条不连续合成。半不连续复制半不连续复制：DNA的一条链复制以的一条链复制以35DNA母链为模板，母链为模板，DNA链的复制是沿
34、链的复制是沿53的方向连续进行的，的方向连续进行的，称为称为前导链前导链。另一条以另一条以53DNA母链为模板，母链为模板，DNA链的链的复制不能连续进行，称为复制不能连续进行，称为后随链后随链，后随链的，后随链的合成方向与前导链相反。合成方向与前导链相反。前导链前导链(leading strand)(leading strand)顺着解链方向生成的子链，其复制是顺着解链方向生成的子链，其复制是连续进行的，得到一条连续的子链。连续进行的，得到一条连续的子链。后后随链随链(lagging strand)(lagging strand)复制方向与解链方向相反，须等解开复制方向与解链方向相反，须等解
35、开足够长度的模板链才能继续复制，得到足够长度的模板链才能继续复制，得到的子链由不连续的片段所组成。的子链由不连续的片段所组成。:k:z:ki:,.ukz:ki:当双链当双链DNA解链后，前导链与后随链解链后，前导链与后随链分别被分别被同一个同一个DNA聚合酶聚合酶的不对称二聚的不对称二聚体所合成，为保证二者聚合的方向相同，体所合成，为保证二者聚合的方向相同，后随链必须绕成一个后随链必须绕成一个突环突环。一分子的一分子的DNApolIII.协同合成前导链和后随链协同合成前导链和后随链 DNA复制的半不连续模型图复制的半不连续模型图3.3.复制的终止复制的终止在细菌环状在细菌环状在细菌环状在细菌环
36、状DNADNA复制的最后，会遇到复制的最后，会遇到复制的最后，会遇到复制的最后，会遇到起终止起终止起终止起终止作用的特殊的核苷酸序列作用的特殊的核苷酸序列作用的特殊的核苷酸序列作用的特殊的核苷酸序列，这时，这时，这时，这时DNADNA的复制就终的复制就终的复制就终的复制就终止。止。止。止。如果复制是双向复制，哪个方向的复制叉先遇如果复制是双向复制，哪个方向的复制叉先遇如果复制是双向复制，哪个方向的复制叉先遇如果复制是双向复制，哪个方向的复制叉先遇到终止序列，哪个复制叉就停止复制。到终止序列，哪个复制叉就停止复制。到终止序列，哪个复制叉就停止复制。到终止序列，哪个复制叉就停止复制。不连续片段的连
37、接不连续片段的连接DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶原核细胞原核细胞DNADNA的半不连续复的半不连续复制过程制过程复制叉的复制叉的移动方向移动方向拓扑异构酶拓扑异构酶DNA聚合聚合酶酶III解螺旋酶解螺旋酶RNA引物引物DNA聚聚合酶合酶ISSB335前导链前导链后随链后随链35复制的起始复制的起始DNADNA链的合链的合成与延长成与延长DNADNA链合成链合成的终止的终止5RNA引物引物33DNA连连接酶接酶复制忠实性的保证复制忠实性的保证1 1、复制中的即时校读功能复制中的即时校读功能复制中的即时校读功能复制中的即时校读功能:DNApolDNApol
38、的的的的3355外切酶活性外切酶活性外切酶活性外切酶活性；2 2、引物引物引物引物RNARNA的作用的作用的作用的作用:DNApolDNApol只能从引物的只能从引物的只能从引物的只能从引物的33 端延伸端延伸端延伸端延伸DNADNA；碱基配对协同性导致最初几个碱基错配率高，且不易校正；碱基配对协同性导致最初几个碱基错配率高，且不易校正；碱基配对协同性导致最初几个碱基错配率高，且不易校正；碱基配对协同性导致最初几个碱基错配率高，且不易校正；RNARNA引物最终被降解而避免错误；引物最终被降解而避免错误；引物最终被降解而避免错误；引物最终被降解而避免错误；3 3、后随链的不连续合成：、后随链的不
39、连续合成：、后随链的不连续合成：、后随链的不连续合成：因其有利于错配碱基的校正；因其有利于错配碱基的校正；因其有利于错配碱基的校正；因其有利于错配碱基的校正；4 4、遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；在大肠杆菌在大肠杆菌在大肠杆菌在大肠杆菌DNADNA的复制中，每聚合的复制中，每聚合的复制中，每聚合的复制中，每聚合10109 9到到到到10101010个碱基才出现一个碱基才出现一个碱基才出现一个碱基才出现一个错误，个错误，个错误，个错误，至少依赖四种机制：至少依赖四种机制：至少依赖四种机制：至少依赖四种机制：四、原核生物四、原核生物
40、DNA的复制与调控的复制与调控控制控制复制起始的两个基本元件：复制起始的两个基本元件：复制起始的两个基本元件：复制起始的两个基本元件：复制原点和起始子复制原点和起始子复制原点和起始子复制原点和起始子复制原点复制原点复制原点复制原点：能够指导能够指导能够指导能够指导DNADNA复制起始的整套顺式作用序复制起始的整套顺式作用序复制起始的整套顺式作用序复制起始的整套顺式作用序列。列。列。列。复制起始子：复制起始子：复制起始子：复制起始子：是特异性识别复制原点中一个是特异性识别复制原点中一个是特异性识别复制原点中一个是特异性识别复制原点中一个DNADNA元件元件元件元件并激活复制起始的一些并激活复制起
41、始的一些并激活复制起始的一些并激活复制起始的一些蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质。为保证一个细胞周期内只发生一次为保证一个细胞周期内只发生一次为保证一个细胞周期内只发生一次为保证一个细胞周期内只发生一次DNADNA复制，复制，复制，复制，细胞内存在严格的复制调控机制来协调染色体复制细胞内存在严格的复制调控机制来协调染色体复制细胞内存在严格的复制调控机制来协调染色体复制细胞内存在严格的复制调控机制来协调染色体复制和细胞分裂的关系。和细胞分裂的关系。和细胞分裂的关系。和细胞分裂的关系。DNADNA复制唯一可以受调节的阶复制唯一可以受调节的阶复制唯一可以受调节的阶复制唯一可以受调节的阶段是：段是：段是：段是
42、：起始阶段起始阶段起始阶段起始阶段1.1.通过调控复制叉数量通过调控复制叉数量通过调控复制叉数量通过调控复制叉数量来保证细胞分裂与染色体复制之来保证细胞分裂与染色体复制之来保证细胞分裂与染色体复制之来保证细胞分裂与染色体复制之间保持同步。间保持同步。间保持同步。间保持同步。2.2.通过复制原点与复制调节蛋白相互作用启动复制。通过复制原点与复制调节蛋白相互作用启动复制。通过复制原点与复制调节蛋白相互作用启动复制。通过复制原点与复制调节蛋白相互作用启动复制。甲基化及与质膜之间的相互作用影响复制启动。甲基化及与质膜之间的相互作用影响复制启动。甲基化及与质膜之间的相互作用影响复制启动。甲基化及与质膜之
43、间的相互作用影响复制启动。只有经只有经只有经只有经DamDam甲基化酶在回文序列甲基化酶在回文序列甲基化酶在回文序列甲基化酶在回文序列GATCGATC中中中中A A的的的的N N6 6位位位位上发生甲基化反应后才能启动复制。上发生甲基化反应后才能启动复制。上发生甲基化反应后才能启动复制。上发生甲基化反应后才能启动复制。而半甲基化的而半甲基化的而半甲基化的而半甲基化的orioriC C（大肠杆菌复制原点）与细胞膜（大肠杆菌复制原点）与细胞膜（大肠杆菌复制原点）与细胞膜（大肠杆菌复制原点）与细胞膜的结合抑制了它与的结合抑制了它与的结合抑制了它与的结合抑制了它与DnaADnaA蛋白的结合。蛋白的结合
44、。蛋白的结合。蛋白的结合。四个四个9bp的重复序列的重复序列DnaA结合位点结合位点 三个三个13bp的重复序列的重复序列若干若干GATC位点位点l腺嘌呤腺嘌呤AdenineA A11copiesinoriC 复制复制Dam甲基化酶甲基化酶甲基化的甲基化的DNA半甲基化的半甲基化的DNA细胞膜抑制物与半甲细胞膜抑制物与半甲基化基化DNADNA的结合的结合DNADNA的再甲基化，并释的再甲基化，并释放细胞膜抑制物放细胞膜抑制物DnaA蛋白结合到蛋白结合到oriC4.4.质粒质粒质粒质粒ColE1ColE1的复制与复制引物的复制与复制引物的复制与复制引物的复制与复制引物RNARNA量的调控有关。量
45、的调控有关。量的调控有关。量的调控有关。ColE1ColE1质粒质粒质粒质粒DNADNA的复制，是从一个特定的复制起点的复制，是从一个特定的复制起点的复制，是从一个特定的复制起点的复制，是从一个特定的复制起点（oriori）开始，并沿着环）开始，并沿着环）开始，并沿着环）开始，并沿着环DNADNA分子单向性地进行。分子单向性地进行。分子单向性地进行。分子单向性地进行。控制此种质粒控制此种质粒控制此种质粒控制此种质粒DNADNA复制启动的两种关键因素复制启动的两种关键因素复制启动的两种关键因素复制启动的两种关键因素RNARNA1 1和和和和RNARNA2 2两种两种两种两种RNARNA分子分子分
46、子分子，都是由，都是由，都是由，都是由ColE1DNAColE1DNA转转转转录产生的。其中录产生的。其中录产生的。其中录产生的。其中RNARNA2 2是复制引物前体。是复制引物前体。是复制引物前体。是复制引物前体。RNARNA2 2分子分子分子分子在转录起点附近同互补的模板在转录起点附近同互补的模板在转录起点附近同互补的模板在转录起点附近同互补的模板DNADNA形成一种杂交分形成一种杂交分形成一种杂交分形成一种杂交分子，被子，被子，被子，被RNaseHRNaseH酶所切割，从而释放出酶所切割，从而释放出酶所切割，从而释放出酶所切割，从而释放出3-OH3-OH末端，末端，末端，末端，作为供作为
47、供作为供作为供DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶合成合成合成合成DNADNA的引物。的引物。的引物。的引物。RNARNA1 1可以可以可以可以通过同通过同通过同通过同RNARNA2 2结合，以阻止其与模板结合，以阻止其与模板结合，以阻止其与模板结合，以阻止其与模板DNADNA发生杂交发生杂交发生杂交发生杂交作用。作用。作用。作用。五、真核生物五、真核生物DNADNA的复制与调控的复制与调控1.真核生物真核生物DNA复制特点复制特点l l存在多复制子存在多复制子存在多复制子存在多复制子l l复制叉移动速度慢复制叉移动速度慢复制叉移动速度慢复制叉移动速度慢 仅为原核生物的仅为原核生物的仅为原核生
48、物的仅为原核生物的1/201/201/201/20（约（约（约（约50nt/50nt/50nt/50nt/秒）。可能原因秒）。可能原因秒）。可能原因秒）。可能原因是真核生物的是真核生物的是真核生物的是真核生物的DNADNADNADNA与组蛋白构成核小体，对复制叉的与组蛋白构成核小体，对复制叉的与组蛋白构成核小体，对复制叉的与组蛋白构成核小体，对复制叉的前进造成阻碍。前进造成阻碍。前进造成阻碍。前进造成阻碍。人类的复制叉每秒约前进人类的复制叉每秒约前进人类的复制叉每秒约前进人类的复制叉每秒约前进100bp100bp100bp100bp，复制整个基因，复制整个基因，复制整个基因，复制整个基因组需组
49、需组需组需8h.8h.8h.8h.核小体核小体l l真核生物的复制原点在全部染色体完成复制之前，真核生物的复制原点在全部染色体完成复制之前，真核生物的复制原点在全部染色体完成复制之前，真核生物的复制原点在全部染色体完成复制之前，不能开始新的复制。不能开始新的复制。不能开始新的复制。不能开始新的复制。复制终止是通过复制叉的相遇而终止。复制终止是通过复制叉的相遇而终止。复制终止是通过复制叉的相遇而终止。复制终止是通过复制叉的相遇而终止。存在端粒的复制存在端粒的复制存在端粒的复制存在端粒的复制 线形线形线形线形DNADNA的末端为端粒，是在端粒的末端为端粒，是在端粒的末端为端粒，是在端粒的末端为端粒
50、，是在端粒酶的作用下完成的。端粒酶是一种逆转录酶。酶的作用下完成的。端粒酶是一种逆转录酶。酶的作用下完成的。端粒酶是一种逆转录酶。酶的作用下完成的。端粒酶是一种逆转录酶。1）DNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶：缺乏：缺乏：缺乏：缺乏3-53-5的外切酶活性，其功能是的外切酶活性，其功能是的外切酶活性，其功能是的外切酶活性，其功能是参与参与参与参与RNARNA引物及其后引物及其后引物及其后引物及其后4545个寡聚脱氧核糖核苷酸个寡聚脱氧核糖核苷酸个寡聚脱氧核糖核苷酸个寡聚脱氧核糖核苷酸（initiatorinitiatorDNA,DNA,iDNAiDNA,起始起始起始起始DN