第三节DNA的复制

1,第二章染色体与DNA,2,DNA的复制(DNAReplication),由于DNA分子由两条多核苷酸链组成，两条链上的碱基G只能与C相配对，A只能与T相配对，所以，两条链是互补的，一条链上的核苷酸排列顺序决定了另一条链上的核苷酸排列顺序。,3,DNA的复制特点DNA的半保留复制DNA的半不连续复制复制的起点、方向和速度复制的几种主要方式,4,2.3.1DNA的半保留复制（semi-conservativereplication）,DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式被称为DNA的半保留复制。,5,DNA的半保留复制Semi-conservativemechanism,15Nlabelingexperiment,1958年，Meselson和Stahl研究了经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA，首次证明了DNA的半保留复制。,DNA的半保留复制保证了DNA在代谢上的稳定性，与DNA的遗传功能相符合。,6,DNA的半不连续复制（semi-discontinuousreplication）,由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的DNA链一条是53方向，另一条是35方向，两个模板极性不同。而所有已知DNA聚合酶的合成方向都是53，两条链无法同时进行复制。为了解释DNA的等速复制现象，日本学者冈崎（Okazaki）等提出了DNA的半不连续复制模型。,7,半不连续复制Semi-discontinuousreplication:冈崎片段Okazakifragment,3HThymidinepulse-chaselabelingandalkalinesucrosegradient:discoveryofsemi-discontinousreplication,8,1、用3H脱氧胸苷短时间标记后提取DNA，得到不少平均长度为2-3kbDNA片段。2、用DNA连接酶温度敏感突变株进行实验，在连接酶不起作用的温度下，有大量小片段累积，说明复制过程中至少有一条链首先合成较短的片段，然后再生成大分子DNA。3、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。,9,半不连续复制,生物化学教学课件,10,半不连续复制,冈崎片段：间断的后随链片段,11,2.3.2复制的起点、方向和速度,复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行，所以，复制起点呈叉子形式，被称为复制叉(Replicationfork)。DNA的复制是由固定的起始点开始的。一般把生物体的复制单位称为复制子（replicon），一个复制子只含一个复制起点。,12,Replicon（复制子）isaunitofthegenomeinwhichDNAisreplicated;containsanoriginforinitiationofreplication.Replicationfork（复制叉）isthepointatwhichstrandsofparentalduplexDNAareseparatedsothatreplicationcanproceed.,13,正在复制的部分在电镜下象只眼睛,称复制眼（泡）,14,原核细胞DNA的半不连续复制过程,复制过程可分为：,15,16,参与原核生物DNA复制的有关酶类,17,18,19,20,DNA连接酶,21,DNA的复制过程所需的酶和蛋白质酶和蛋白质作用拓扑异构酶帮助解开复制叉前后的超螺旋结构DNA解螺旋酶解开超螺旋Rep蛋白帮助解开双螺旋引物合成酶合成RNA引物单链结合蛋白稳定单连区DNA聚事酶III合成DNADNA聚合酶I消除引物，填满裂隙DNA连接酶连接DNA末端,22,细菌、病毒和线粒体的DNA分子都是作为单个复制子完成复制的；真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制，也就是说它们的基因组包含有多个复制子。,部分生物复制子的比较,23,复制子,解旋,分子,复制泡,真核生物的多重复制子,24,实验结果表明，无论是原核生物还是真核生物，DNA的复制主要是从固定的起始点以双向等速复制方式进行的。复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起点，向两个方向等速生长前进。,放射自显影技术表明染色体复制子为双向复制。,25,A.DNA仅用3H胸腺嘧啶标记10min即压X光片；B.DNA在3H标记10min后又继续非标记合成10min，导致X光片上的复制叉变长，银颗粒分布广而稀少。,放射性标记实验证明DNA的复制是从固定的起始点双向等速进行的,26,2.3.3复制的几种主要方式,2.3.3.1线性DNA双链的复制2.3.3.2环状DNA双链的复制(1)型(2)滚环型(rollingcircle)(3)D-环型(D-loop),27,环状DNA双链的复制-型,大肠杆菌质粒DNA双向复制的模式与实验验证。上：形复制模式图；下：3H标记质粒DNA合成图。,28,1968年Gilbert提出滚环复制模型:,（1）共价延伸；（2）模板链和新合成的链分开；（3）不需RNA引物，在正链3OH上延伸；（4）只有一个复制叉；（5）形成多联体（concatemer）。,29,双链环状DNA,复制起始于某一条DNA链上,新生DNA链延伸，不断取代母链,复制一圈，产生单位长度的线性DNA链,若复制继续进行，可产生多单元线性DNA链,环状DNA可以通过滚环式复制产生多单元单链DNA,30,Arollingcircleappearsasacircularmoleculewithalineartailbyelectronmicroscopy,滚环复制的电镜照片,31,哪些DNA进行滚环复制?,真核rDNA的扩增,F因子DNA的转移,裂解途经的复制,X174,M13.G4等单链环状DNA噬菌体第二阶段复