原核生物与真核生物DNA复制的特点.ppt

第四节 原核生物与真核生物 DNA的复制特点 一、原核生物DNA的复制特点 二、真核生物DNA的复制特点 三、DNA的复制的调控 一、原核生物DNA的复制特点 1、DNA双螺旋的解旋 2、冈崎片段与颁布连续复制 3、DNA复制的引发与终止 4、DNA聚合酶 5、DNA连接酶 1、DNA双螺旋的解旋 DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点 ori(或o），富含A、T的区段。 从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复 制子 复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开， 形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子， 故称为复制叉 基本概念： DNA 复制时，双链首先解开，形成复 制叉，复制叉的形成过程有多种酶和蛋白 质参与。将主要的酶和蛋白质介绍如下。 SSB 蛋白可牢固地结合在单链 DNA 上，在原 核生物中表现出协同效应，如第一个 SSB 蛋白结 合到DNA 上去的能力为 1 ，第二个 SSB 蛋白结 合能力则高达 103 。 SSB 蛋白的作用是保证被 解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构 ，它以四聚体形式存在于复制叉处，待单链复制 后才掉下，重新循环。所以， SSB 蛋白只保持单 链的存在，并不起解链的作用。 1 ）单链结合蛋白（ SSB 蛋白） 2)DNA 解链酶（ DNAhelicase ） 用于把 DNA 双链解开形成单链。具 有 ATPase 活性，利用水解 ATP 释放的能 量，催化双链 DNA 解链。 DNA 的解链过程 首先是在拓扑异构酶 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。 一旦局部解开双链，就必须有 SSB 蛋白来稳定解 开的单链，以保证局部结构不会恢复成双链。 接着，由引发酶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 。 2、冈崎片段与半不连续复制 DNA 的复制过程中，前导链是连续复制的，而滞 后链是通过冈崎片段的连接来合成的，是不连续 的，称之为 DNA 的半不连续复制。所有DNA 聚合 酶的方向都是 5 3 ，而不是 3 5 。 为了解释 3 5 是如何合成滞后链的，冈崎 提出了 DNA 的半不连续复制。 现在已知，一般原核生物的冈崎片段要长些，真 核生物中的要短些。这种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。 3、DNA复制的引发与终止 A、旋转酶改变双螺旋的构象，解螺旋酶解开链。 B、SSB 结合到解开的单链上。 C、引发体合成 RNA 引物。 D、DNA 聚合酶作用下合成先导链。 E、滞后链开始合成，形成第一个冈崎片段。 F、复制叉继续前进，前导链连续合成，滞后链上合 成新的 RNA 引物。 G、第二个冈崎片段形成， DNA 聚合酶切去引物， 并加上脱氧核苷三磷酸。 H、间隙被 DNA 连接酶封闭。 4、DNA聚合酶 现已发现在大肠杆菌中存在 DNA 聚合酶 I 、 II 、 III DNA聚合酶I不是复制大肠杆菌染色体 的主要聚合酶，它有53核酸外切酶 活性，保证了DNA复制的准确性。它也可用 来除去冈崎片段5端RNA引物，使冈崎片段 间缺口消失，保证连接酶将片段连接起来 。 DNA聚合酶II的活性很低，若以每分钟 酶促核苷酸掺入DNA的转化率计算，只有 DNA聚合酶I的5%，所以也不是复制中主要 的酶。目前认为DNA聚合酶II的生理功能主 要是起修复DNA的作用。 DNA聚合酶III包含有7种不同的亚单位 和9个亚基，其生物活性形式为二聚体。它 的聚合活性较强，为DNA聚合酶I的15倍， 聚合酶II的300倍。它能在引物的3OH 上以每分钟约5万个核苷酸的速率延长新生 的DNA链，是大肠杆菌DNA复制中链延长反 应的主导聚合酶。 5、DNA连接酶 连接各冈崎片段，最终形成后随链。 二、真核生物DNA的复制特点 1、原核生物是单复制子，真核生物是多复制 子（每条染色体上有多个复制起点） 2、DNA全部复制完毕后才进入第二轮复制， 原核生物在第一轮复制末完就进行第二轮 复制。 3、真核生物DNA的复制起点被称为自主复制 序列，含有几个复制起始必需的保护区。 4、真核生物有多种DNA聚合酶。 5、端粒的复制。 三、DNA复制调控 原核细胞的生长和增殖速度取决于培养条件，但 在生长、增殖速度不同的细胞中， DNA 链延伸的 速度几乎是恒定的，只是复制叉的数量不同。 迅速分裂的细胞具有较多复制叉，而分离缓慢的 细胞复制叉较少并出现复制的间隙。细胞内复制 叉的多少决定了复制起始频率的高低，这可能是 原核细胞复制的调控机制。复制起始频率的直接 调控因子是蛋白质和 RNA 。 1、大肠杆菌染色体 DNA 的复制调控 原核生物 DNA 链的延伸速度是恒定的。与生长、 增殖相配合协调的 DNA 的合成，主要依靠复制叉 数量的不同。迅速分裂的细胞具有较多的复制叉 ，分裂缓慢的细胞复制较细胞复制叉的多少取决 于复制起始的频率，这是原核细胞复制的调控点 。复制子的调控由复制起始因子和起始位点两部 分组成。 E.coli 的起始位点主要是 oriC ，与 蛋白相互作用来启动复制。主要的起始因子有 dnaA 、 dnaH等蛋白质，它们通过与始位点形成 复合物相互作用，确定复制的起始频率。研究发 现： dnaA 对复制起正调控作用。 2、ColE1 质粒 DNA 的复制 ColE1DNA 复制不依赖于其本身编码的蛋白质，而 完全依靠宿主 DNA 聚合酶。质粒 DNA 编码两个 负调控因子 Rop 蛋白和反义 RNA（ RNA1 ），它 们控制了起始 DNA 复制所必须的引物合成 . 细 胞内 RNA1 的浓度决定了 ColE1 质粒的复制起始 频率。 Rop 蛋白能提高 RNA1 与引物前体的相互 作用，从而加强了 RNA1 的负调控作用。 3、真核细胞 DNA 复制的调控 真核细胞中 DNA 复制有三个调控点： 细胞生活周期水平的调控： 也称为限制点调控，即决定细胞停留在 G1 还是进入 S 期。许多外部因素和细胞因子参与限 制点调控。促细胞分裂剂、致癌剂、外科切除、 细胞质因子等可诱发 G1 进入 S 期。 染色体水平的调控： 决定不同染色体或同一染色体不同部位的复 制子按