复制（21） ppt课件

一、DNA的复制,内容提要： DNA的半保留复制 与DNA复制有关的物质 DNA的复制过程(大肠杆菌为例) DNA复制的其它方式 真核生物中DNA的复制特点,1、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。,（一）DNA的半保留复制 （semi-conservative replication）,DNA复制模式假说,思考题,中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试： 请设计一个实验来证明DNA复制是以半保留方式进行的（8分）。,2、实验证据（1958 Meselson和Stahl ）：,Matthew Messelson Franklin Stahl,3、DNA半保留复制的生物学意义：,DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。,（二）与DNA复制有关的物质,1、原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、 dCTP、dTTP) 2、模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA 3、引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物 4、引物合成酶（引发酶）：以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物(Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。,5、 DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶 以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物 反应需要有模板的指导 反应需要有3-OH存在 DNA链的合成方向为5 3 ,: 主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。,：修复紫外光引起的DNA损伤, ：DNA 复制的主要聚合酶，还具有3-5外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性,原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌）, 定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核 3-5 外切 - - + + + 酶活性 功能,真核生物中的DNA聚合酶,6、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。 但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来 DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用,7、DNA 拓扑异构酶(DNA Topisomerase)： 拓扑异构酶：使DNA一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。 例：大肠杆菌中的蛋白 拓扑异构酶：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。同复制有关。 例：大肠杆菌中的DNA旋转酶,上海生化所1998年分子遗传学试题： 拓扑异构酶,通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。,rep蛋白沿35移动，而解螺旋酶I、II、III沿53移动,故推测它们协同以结合在母链分子上以解开双链结构。,8、DNA解螺旋酶/解链酶(DNA helicase),9、单链结合蛋白(SSBP, single-strand binding protein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。,（三）DNA复制过程（大肠杆菌为例）,双链的解开 RNA引物的合成 DNA链的延伸 切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段,1、双链的解开,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。,基本概念：,上海生化所1998年分子遗传学试题： 真核生物复制起始点的特征包括（ ） A富含GC区 B富含AT区 C Z-DNA D无明显特征,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,复制方向和速度：,单起点、双向等速,多起点、双向等速,双链解开、复制起始,大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp保守序列相结合,在HU蛋白和ATP的共同作用下,DnaA复制起始复合物使3个13bp直接重复序列变性,形成开链,DnaB解链酶六体分别与单链DNA相结合(需DnaC帮助),进一步解开DNA双链,2、RNA引物的合成,DnaB蛋白活化引物合成酶，引发RNA引物的合成。 引物长度约为几个至10个核苷酸，,基因组DNA复制时，先导链的引物是DNA，后随链的引物是RNA (-) 2002年上海生化与细胞所,DNA的半不连续复制（semi-discontinuous replication),DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。,在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。,3、DNA链的延伸,在DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成53 的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。,华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题 名词解释 ：冈崎片段（3分）,武汉大学2003年硕士研究生入学分子生物学试题： Replicon、 semi-conservative replication,华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题 原核DNA合成酶中（ ）的主要功能是合成前导链和冈崎片段 A、DNA聚合酶 B、DNA聚合酶 C、DNA聚合酶 D、引物酶,4、切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制终止）,在DNA聚合酶催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链,双链环状、型复制、双向等速,（1）模板链和新合成的链分开; （2）不需RNA引物，在正链3OH上延伸 （3）只有一个复制叉;,D环复制,单向复制的特殊方式 如：动物线粒体DNA,（五）真核生物中DNA的复制特点,1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子 2、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不再重新开始DNA复制；而在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的复制(多复制叉)。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。 3、真核生物有多种DNA聚合酶。,四、DNA的修复,扼要说明细胞中DNA修复系统有哪几种（8分） 中国科学院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题,1、错配修复,Dam甲基化酶使母链位于5GATC序列中腺苷酸甲基化 甲基化紧随在DNA复制之后进行 根据复制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子链上的错配碱基,发现错配碱基,在水解ATP的作用下，MutS， MutL与碱基错配点的DNA双链结合,MutS-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链,根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图,甲基化指导的错配修复示意图,错配碱基位于切口3下游端，,错配碱基位于切口5上游端，,2、碱基切除修复,一些碱基在自发或突变下会发生脱氨基，然后改变配对性质，造成碱基转换突变 腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对 胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对,胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶,如果复制发生就会产生一个突变,.糖苷水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点。,由AP磷酸内切酶将受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开,。 DNA连接酶连接,利用DNA聚合酶切除损伤部位，补上核苷酸,3、核苷酸切除修复,1）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位 2）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸 3） DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链 4）DNA连接酶将切口补平,识别损伤部位,损伤的两边切除几个核苷酸,DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链,DNA连接酶将切口补平,4 、DNA的直接修复,在DNA光解酶的作用下将环丁烷胸腺嘧啶二体和6-4光化物还原成为单体,甲基转移酶使O6-甲基鸟嘌呤脱甲基生成鸟嘌呤，防止G-T配对,上海生化所1998年分子遗传学试题： DNA修复系统的作用是保证DNA序列不发生任何变化（）,复习题,1、证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是：肺炎链球菌在老鼠体内的毒性和T2噬菌体感染大肠杆菌。这两个实验中主要的论点证据是：（ ） (a)从被感染的生物体内重新分离得到DNA，作为疾病的致病剂 (b)DNA突变导致毒性丧失 (c)生物体吸收的外源DNA（而并非蛋白质）改变了其遗传潜能 (d)DNA是不能在生物体间转移的，因此它一定是一种非常保守的分子,2、1953年Watson和Crick提出：（ ） （a）多核苷酸DNA链通过氢键连接成一个双螺旋 （b）DNA的复制是半保留的，常常形成亲本子代双螺旋杂合链 （c）三个连续的核苷酸代表一个遗传密码 （d）遗传物质通常是DNA 而非RNA,5、DNA的二级结构指：（ ）； （a）是指4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成； （b）是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构； （c）是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。,6、在原核生物复制子中以下哪种酶除去RNA引发体并加入脱氧核糖核甘酸： (A)DNA聚合酶 （B） DNA聚合酶 （C）DNA聚合酶(D)外切核酸酶MFl,7、DNA复制时不需要以下哪种酶？