《生物化学原理》之DNA复制

第十一章 DNA的复制、修复及重组 DNA的复制 DNA的损伤和修复 遗传重组 ? ? ? ? ? ? RNA ? ? ? ? ? ? 一、DNA的复制：指亲代DNA链双螺旋解开，分别作为模版， 指导子代DNA合成的过程。 半保留复制：DNA复制后产生的新链中，一条来自亲代的 DNA，另一条是新合成的新链。 复制的起始：DNA复制开始于特定的位置，即DNA的复制 有特定的复制起始点（replication origin）。在起始位点处， DNA双螺旋打开，以两条DNA单链为模版，向两端开始复 制。 双向复制 ? ? ? 复制叉：DNA复制过程中，亲代的DNA双链从复制起点开 始逐步解链，形成一个分叉状结构，称为复制叉。 DNA聚合酶：参与DNA复制的主要酶，它催化四种dNTP 合成DNA双链。 DNA聚合酶的作用特点： 1.以四种dNTP为底物 2.反应必须接受模板的指导 3.反应必须有3-OH的存在 4.反应必须有二价金属Mg2+的存在 5.DNA链的合成方向是从53 DNA ? ? ? ? 大肠杆菌DNA聚合酶：主要有三种 （1）DNA聚合酶：1956年，由kornberg首先发现 具有DNA聚合酶活性 具有53核酸外切酶活性：从5末端开始水解DNA 具有35核酸外切酶性：从3末端开始水解DNA DNA聚合酶 活性位点 35核酸外切酶 活性位点 DNA聚合酶的35核酸 外切酶活性在DNA复制过 程中起重要的校对作用。 DNA聚合酶的53核酸 外切酶活性一般作用于双 链DNA的配对碱基，从5 端开始水解DNA链。DNA 聚合酶的53核酸外切 酶活性在DNA复制和修复 中起着重要的作用。 ? ? DNA聚合酶的结构：单链多肽。用枯草杆菌蛋白酶进行有 限水解，可以得到两个大小不同的片段。 （2）DNA聚合酶：多亚基聚合酶，含有DNA聚合酶活性 和35核酸外切酶活性，不具有53核酸外切酶活性。反 应中需要有NH4+的激活。是一种主要起修复作用的酶。 （3）DNA聚合酶：多亚基聚合酶，包含有10个亚基。其中 、亚基构成核心酶。DNA聚合酶被认为是大肠杆菌细 胞内真正负责DNA复制的聚合酶。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 亚基具有DNA聚合酶活 性，当和其他亚基构成全酶 的时候，聚合效率可达到 1000bp/秒。 亚基具有35核酸外切酶 活性，起校对作用。 不具有53核酸外切酶活 性。 大肠杆菌DNA聚合酶亚基DNA结合示意图 大肠杆菌DNA聚合酶亚基DNA结合示意图 DNA的半不连续复制：DNA分子内双链是反向平行的，而 体内所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是53。 冈崎片段 DNA的复制需要有RNA引物：所有已知的DNA聚合酶都不 能从头合成新链；RNA聚合酶则可在DNA模版的基础上， 合成新的RNA。DNA合成需要引物，RNA合成不需要引物。 DNA复制起始的RNA引物是在DNA模版链的一定部位合 成的，由引物合成酶催化，一般长为几个至10几个核苷 酸。 DNA复制完成后，RNA引物的消除和缺口的填补是由 DNA聚合酶来完成的。 DNA复制的高保真性： 利用DNA聚合酶反应的保真机制 利用DNA聚合酶35核酸外切酶性 利用体内的各种修复系统 DNA复制体：指与DNA复制相关的30多种蛋白质和酶组成 的高效的、高精度复制的完整复合物。 解旋酶helicase：利用ATP水解释放的能量解开双链DNA 的负超螺旋。 单链结合蛋白SSB：结合在单链DNA上，维持单链DNA 的完整性和稳定性。 拓扑异构酶：通过改变DNA的超螺旋状态，降低复制 叉前进时带入的扭曲张力，促进双链的解开。 引物酶：合成DNA复制过程中需要的RNA引物。 DNA连接酶：连接DNA片段。 DNA聚合酶：合成新的DNA链。 二、DNA的复制过程 复制的起始：DnaA，DnaB，DnaC ? ? ? ?3?1?3?1 5?5? ?3?3? 15?15? ? 链的延伸 前导链 前导链上的 DNA聚合酶 DNA解旋酶 滞后链 滞后链上的DNA聚合酶 单链结合蛋白 RNA引物 引物酶 ? ? ? 滞后链RNA引物的切除和连接 DNA聚合酶负责RNA 引物的切除并合成新 的DNA片段 DNA连接酶连接最后 的缺口 DNA复制的终止 真核生物DNA的复制 真核生物DNA有核小体结构 真核生物基因组庞大 真核生物DNA上有多个复制子 真核生物DNA在每个细胞周期仅复制一次 三、DNA的损伤和修复 直接修复：指经过酶促反应进行修复的过程，包括光修复 和单个酶的直接修复作用。 ? ? ? ? ? ? ? 光修复 切除修复：指在一系列酶的催化下，将DNA分子中受损的 部分切除，并以完整的那条单链为模板，合成切除部分的 过程。 错配修复：修复在复制过程中错配且没有被校正的碱基。 SOS反应和易错修复：SOS反应是指细胞DNA受到大面积 损伤或者DNA复制系统受到抑制