高中生物竞赛辅导课件—DNA复制1.ppt

复制概况复制体系复制的起始、延伸与终止其他原核生物的复制体系其他形式的复制真核生物的复制过程,DNA复制,本讲内容提纲,1DNA复制的基本机理半保留复制2DNA复制的起点、方向和方式3DNA聚合酶和DNA聚合反应4复制的基本过程5DNA复制的半不连续性,第一组：复制概况,1、DNA复制的基本机理半保留复制半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一条链作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一条亲代DNA链。,全保留复制,半保留复制,混合复制,DNA半保留复制的实验依据：1958年Meselson2需要模板;3不能起始合成新的DNA链,需要引物;4合成方向53。,DNA聚合酶（DNApolymerase）,1DNA聚合酶,1.1大肠杆菌的DNA聚合酶1.2DNA聚合酶和复制的忠实性1.3其它生物的聚合酶1.4DNA聚合酶的引物,1.1大肠杆菌的DNA聚合酶,DNA聚合酶:主要参与损伤DNA的修复，同时在半保留复制中有辅助作用，DNA聚合酶II：主要参与DNA修复，DNA聚合酶III：DNA合成的主要复制酶。,1.1.1大肠杆菌DNA聚合酶DNApolymerase，DNApol1956年，ArthurKornberg,(1)理化性质：一条多肽链，103KD。含一个Zn2+400个分子/细胞，37催化约1000bp/min,（2）功能特点,1）53聚合功能2）35外切活性3）53外切活性4）53内切酶活性,切口移位反应,缺口平移标记DNA探针,枯草杆菌蛋白酶处理后，成两个片段，大片段68KD，称为Klenow片段。,1.1.2大肠杆菌DNA聚合酶(DNApol)：(1)理化性质：120KD，100个酶分子/细胞，活性只有DNApol的5%。,（2）功能特点：53聚合活性35外切活性，没有53外切活性不是复制的主要聚合酶,与DNA损伤修复有关。,1.1.3大肠杆菌DNA聚合酶(DNApol),理化性质：10-20个酶分子/细胞。活性是DNApolI的15倍,polII300倍。聚合反应需要ATP的存在。反应有很高的速度和高度的进行性。进行性：聚合酶结合于单链模板不解离的能力。,DNApol全酶有十种共18个亚基,（2）结构组成和功能特点,DNA聚合酶含有以下4个不同的功能组分：1）核心聚合酶:由、三种亚基组成。功能：亚基具有5-3方向合成DNA的催化活性。亚基具有3-5外切核酸酶的校对功能，亚基促进亚基的作用。,2）二聚体亚基以二聚体、环状的形式环绕着DNA并在DNA自由滑动，构成一个滑动钳。功能：滑动钳把全酶束缚在模板DNA上，保证高度的进行性。,3）复合物含有5种亚基：21111。功能:复合物是滑动钳的载体，帮助滑动钳结合到DNA上。复合物有依赖DNA的ATP酶活性。二聚体自己并不能组装到DNA上，通过复合物与ATP协同作用催化ATP的水解而组装到DNA上的。,4）二聚体功能：2将两个核心酶分子和一个复合物连接起来。亚基是一个依赖于DNA的ATP酶。,表E.coli中的三种DNA多聚酶,生物学活性核苷酸数min,1000,50,约50,000,0.05,15,1.2DNA聚合酶和复制的忠实性复制过程的忠实性是保证生物体遗传信息准确传递的一个必要条件，它取决于碱基配对的专一性。DNA聚合酶可以通过以下方式提高互补碱基选择的专一性。,1）碱基配对原则维持DNA复制的准确性：2）DNA聚合酶本身的校对作用DNApol的35外切酶活性可切除错配碱基，使得DNA复制错误的机会只有10-8-10-10。3)需要RNA引物起始DNA复制，DNApol只能从引物的3端延伸DNA碱基配对协同性使得最初几个碱基错配率高，而RNA引物最终被降解而避免错误。4）后随链的不连续合成因其有利于错配碱基的校正,1.3其他生物的聚合酶噬菌体也编码DNA聚合酶，它们是T4、T5、T7、SPIO1。这些酶都有5-3合成酶活性和3-5外切校正活性。真核生物中发现了5种不同的DNA聚合酶，分别为、。前四个位于细胞核中，而是线粒体酶。,1.4DNA聚合酶的引物(primer)DNA复制为什么需要引物？DNA聚合酶只能催化dNTP到已有核酸链的游离3-OH上，而不能从游离核苷酸起始DNA链的合成。DNA聚合酶需要引物来提供3-OH末端，然后在其上加入核苷酸来延伸DNA链。,DNA复制需要合成引物,通常细胞先在模板上合成一段RNA序列，然后通过DNA聚合酶延伸RNA链的3-OH。为什么需要一段RNA序列作为引物来进行DNA复制呢?这可能尽量减少DNA复制起始处的突变有关。,引物合成1）大部分生物利用模板上合成一段RNA序列作为引物；2）环状DNA在内部形成一个缺口产生引物末端，如滚环复制3）直接引发合成，特殊蛋白质把核苷酸直接引入到聚合酶的催化位点。如腺病毒。,2DNA连接酶（DNALigase）,1967年，世界上数个实验室几乎同时发现该酶。2.1基本性质：能将两段DNA拼接起来的酶，催化DNA相邻的5磷酸基团和3羟基末断之间形成磷酸二酯键，封闭DNA单链缺口。,1）EATPEAMPppi（动物细胞和噬菌体）ENADEAMPNMN（E.coli等细菌）2）E-AMP上的AMP转移到DNA的5-PO4上使其活化3）活化的5-PO4与相邻的3-OH作用形成35磷酸二酯键，并释放出AMP。,2.2功能特点：,3解旋酶(helicase),功能特点：解旋酶可以促使DNA在复制叉处打开双链，解开氢键，形成单链。利用ATP水解获得的能量来打断氢键二聚体或六聚体形式存在,4单链结合蛋白（SSBP）,功能特点：在E.coli中以四聚体存在177个aa组成74KDaSSBP与螺旋酶不一样，不具备酶的活性，不和ATP结合。SSBP可以重复使用，当新生的DNA链合成到某一位置时，该处的SSBP便会脱落，并被重复利用。,解旋酶,在原核中SSBP与DNA结合表现出协同效应:一个SSBP四聚体结合于单链DNA上可以促进其他SSBP结合到相邻的DNA上。,5DNA拓扑异构酶(DNATopoisomerase)DNA复制在复制叉向前移动时造成其前方DNA分子所产生的正超螺旋，必须由拓扑异构酶来解决。,5.1功能：在DNA复制时，复制叉前方DNA分子部分产生正超螺旋，拓扑酶可松驰超螺旋，有利于复制叉的前进及DNA的合成。DNA复制完成后，拓扑酶又可将DNA分子引入超螺旋，使DNA缠绕、折叠，压缩以形成染色质。,5.2类型1）拓扑异构酶I(Topo)：作用特点：作用于单链DNA不