细胞生物学教程课件

agentparticipatesinthreemajoractivities :1.information storing2. replication3. accumulation mutations，第4章复制DNA，信息开发Therevisedcentraldogma、Accumulatingmutations、Replication、DNA的复制(Replication )是指以原来的DNA分子为模板合成相同的DNA分子的过程。 遗传信息通过父代的DNA分子的复制传递给子代。 DNA复制在保持生物物种遗传稳定性中起着重要作用。 由Watson和Crick构造DNA结构的双螺旋模型产生了DNA复制的轮廓。 “ithashostonesscappdortothepecificaingwhehavepostitsdimedmetelsygusigstoposicongmecingmesmi”nowourmodelfordeoxyribonucleing apairoftemplates， eachofwhichiscomplementarytothether.weimaginethatpriroductionthehydrogenbondsarebroken andetthowchainsunwindandseparate.each ttefortheformationontoitselfofanewcompanionhain sothateventualwesthallhavetwopairsofchains，wheelrewirenlyhadonebefore.moreover， theschenteofthephipsofbasilhaveenduplicatedexactly .DNA复制与细胞周期的关系： DNA复制是细胞周期的决定因素，在DNA复制完成之前，细胞不分裂。 DNA复制的完成是细胞分裂的触发因素，复制的基因组平均分布在两个子细胞中。 细胞周期调控基因调控DNA的复制，诱发细胞分裂。 第1节DNA复制概况1、DNA复制机制DNA分子的碱基互补原则是DNA分子结构的基础，该原则在DNA复制过程中也起着重要的指导作用。 理论上，DNA复制可以采用半保存复制、全保存复制和混合复制(散布型)这3种方式。半保存复制机制的证明Meselson-Stahl实验1958年，MatthewMeselson和FranklinStahl设计了巧妙的实验，证明DNA复制采用了半保存复制机制。 两个子代的DNA分子通过细胞分裂被平均分配给两个子代细胞。 在每个子细胞中，只有一半遗传物质来源于亲细胞，另一半新合成，因此这种复制方式被称为半iconservevereplication。 半保留复制是双链DNA的普遍复制机制。 即使是单链DNA分子，在其复制过程中也必须形成双链的复制形态。 半保留复制机制显示了DNA的代谢稳定性。 半保留复制是一个复杂的过程，需要多种细胞成分的参与。 为了保持遗传的稳定性，必须要有很高的忠诚度。 二、作为DNA复制起点、方向和方式DNA复制起点的原核生物DNA的复制从DNA分子的特定部位开始，该部位称为复制起点，通常用ori表示。 原核生物的染色体只有一个复制起点，复制从起点开始，一直到终点，完成染色体DNA分子整体的复制。 另外，克隆源自起点的DNA序列和源自起点的DNA分子，如果源自起点的DNA片段包含复制起点所需的序列，则支持与其连接的DNA序列的复制。 这样就可以鉴定出发点的DNA序列。 细菌、酵母及叶绿体、线粒体的DNA复制起点已经克隆，核酸序列也已确定，它们的共同特点是富含A-T序列。 真核生物DNA的复制也从特定部位开始，以双向延伸到终点的方式进行。 因为真核生物DNA的复制是从多个部位开始的，所以在真核生物的DNA分子中，多个复制单位同时进行DNA的复制。 复制因子(replicon )是基因组中可以独立复制的单位。 每个复制副本都有控制复制开始的复制开始点(origin )和结束复制的结束点(terminus )。 任何起点和终点之间的序列都作为复制因子的一部分参加复制。 在一个细胞周期中，复制因子只启动一次。 原核生物细胞的基因组只有一个复制因子。 细菌内的质粒是自主复制的环状DNA基因组，构成了独立的复制因子。真核生物的DNA分子有多个复制因子。 另外，参与复制的DNA分子有两个区域，未复制的区域由母DNA组成，复制的区域由两个子链组成。 发生复制的部分称为“复制叉”或“增长点”。 DNA复制的方向复制可以是单向的，也可以是双向的。 这取决于起点处是一个还是两个复制叉。 DNA复制的方式，几乎所有生物体内DNA的复制都是以双向等速方式进行的。 但枯草杆菌的两个复制叉的移动是不对称的。 质粒ColEI的复制完全单向进行。 大部分生物体内DNA复制是对称进行的，DNA分子的两个链同时被复制。 然而，在某些情况下，DNA只能在一段时间内被复制。 例如线粒体的d环复制和细菌噬菌体的卷环复制方式。 复制方式Replicationmodes，Replicationeyesreplication，型复制，Rollingcirclereplication，滚动复制，d-looppreparationd循环复制，Rollingcirclereplication -forcirculardsDNA原核生物的染色体和质粒，真核生物的细胞DNA均为环状双链分子，replicationforsthepoittawhicstrandsofprovendaaaaresepreddsothatreplicationcana 、rolllingcircleplerepliation， 1968年Gilbert提出了滚动复制模型：(2)模板链和新合成的链分开，(3)不需要RNA引物，在正链3-OH上延长，(4)只有一个复制叉，(5)形成连接体)， Rolling-CircleReplication，滚动转印的电子显微镜照片，arolingcircleappearsasacircularmoleculewithalineartyelectronmicroscopepy . 哪个DNA被滚转，噬菌体X174DNA，噬菌体复制后期，非洲蟾蜍卵母细胞中rRNA基因的扩增，f因子DNA的转移，D-loopreplication，DNA2链的复制起点不在同一位置，DNA2链一条链先复制，另一条链替换为单链thedloompminitintansanonimmalianmitochondrialdna，whichhasseparate，originsforthereplicationofeach 线粒体DNA叶绿体DNA、三、DNA聚合酶和DNA聚合反应DNA的复制由DNA聚合酶(DNApolymerase )负责，具有按照模板指示在模板链上催化合成新DNA链的活性。 DNA聚合酶是模板指导的聚合酶，产物DNA与模板的碱基组成相同。 说明了DNA聚合酶可以复制DNA的双链。 在适量的DNA和镁离子的存在下，DNA聚合酶催化4种脱氧核苷酸合成DNA，每次在DNA的3oh末端加入核苷酸，DNA链就从5向3方向延长，同时释放无机焦磷酸。 四、复制的基本过程DNA的复制包括开始、延长和结束三个步骤。 复制控制主要发生在开始阶段，复制因子的增殖与开始过程的开始点发生的相互作用有关。 一般拷贝开始后，将一直进行到整个基因组被拷贝为止。 五、DNA复制的半不连续性在复制交叉进行时，用两个暴露的母链进行子链的合成。 但是，DNA分子的两条链相反平行，且已知的DNA聚合酶的合成方向均为53，即新生链的方向只有53。 DNA在复制时如何作为模板合成互补链？ In1968，riigiokazkiconcludedthatdnareplicationine.coli (andinotherorganism ) issemidiscontinuous.one strand the other (语言标准) isreplicationdddiscontinuouslyas1-2kkokazkifragmentsintheppositiondirection.thisallowsbothstrandstocbereplatedinthe 5- 3- direction 复制体系的鉴定人们一般通过突变体表型的变化来考察基因的功能，如果某基因突变导致细胞DNA无法复制，则可以说该基因与DNA复制有关。 利用大肠杆菌的温敏突变体鉴定了一系列dna基因座。二、DNA聚合酶1大肠杆菌的DNA聚合酶大肠杆菌中发现了DNA聚合酶I、DNA聚合酶ii、DNA聚合酶iii三种DNA聚合酶。 DNA聚合酶I参与损伤DNA的修复，在半保留复制中起到切除RNA引物的作用。 DNA聚合酶也参与修复。 DNA聚合酶是多亚基蛋白，是合成DNA新链的主要复制酶。 DNA聚合酶大肠杆菌DNA聚合酶是最初鉴定的DNA聚合酶，是用polA基因编码的103kDa单链多肽。 当基质和模板存在时，DNA聚合酶I可以将脱氧核糖核苷酸依次加入到具有3oh末端的多核苷酸链中。 该催化剂需要存在引物链(DNA和RNA )。 DNA聚合酶I是一种多功能酶，能催化1，DNA链从53方向的延伸(DNA聚合酶活性)。 从2，3端水解DNA链(35外核酸酶活性)。 从3，5端水解DNA链(53外核酸酶活性)。 用蛋白水解酶有限水解DNA聚合酶I，得到分子量68kDa和36Kda两个片段。 大片段(68KDa，也称Klenow片段)在体外催化合成反应。 Klenow片段的c侧的2/3片段具有聚合酶活性，而n侧的1/3片段具有35外切核酸酶活性。 两个活性部位的距离为3nm，显示碱的添加和去除功能在空间上相距很远。 小片段(35KDa )具有53的外切核酸酶活性，可切除少量核苷酸。 该酶片段在切除紫外线照射形成的嘧啶二聚体中起着重要作用。 在DNA的半不连续合成中，冈崎片段5端RNA引物的切除也可能依赖于该外切酶活性。 小片段外切酶活性与大片段聚合校准功能协同作用，使DNA聚合酶I具有从切口开始复制的独特功能。 在双链DNA的磷酸二酯键断裂(nick )中，DNA聚合酶I延伸到3末端，合成新的DNA片段后，置换双链中存在的同源链(切口位移)。 体外切口转移(nicktranslation )是向DNA分子导入放射性标记核苷酸的重要技术。 DNA聚合酶DNA聚合酶是分子量为120，000的多肽链。 该酶活性低，只有DNA聚合酶I的5%。 DNA聚合酶也以4种脱氧核糖核苷酸为基质，从5- 3方向合成DNA。 DNA聚合酶具有35外切核酸酶活性，但无53外切酶活性。 DNA聚合酶在DNA修复中起一定作用。 DNA聚合酶DNA聚合酶是真正大肠杆菌胞内合成DNA的复制酶。 DNA聚合酶是由多亚基组成的蛋白质。 DNA聚合酶全酶由、和10种不同亚基组成。 DNA聚合酶至少含有3种重要的酶活性。 即53DNA聚合酶活性、35外切核酸酶活性和依赖DNA的ATP酶活性。 DNA聚合酶不具有53外切核酸酶活性。 DNA聚合酶在全酶细胞中的含量较少，每个细胞只有10-20拷贝的全酶。 DNA聚合酶包括以下4个不同的功能成分：1)核聚合酶(corepolymerase )核聚合酶由、3种亚基组成。 亚基具有在53方向合成DNA的催化活性。 亚基具有35外切核酸酶的校准功能，控制复制的保真度。 亚基与亚基形成密切的11复合体，发挥协同作用。 亚基促进亚基的作用。 2)二聚体亚基作为二聚体存在。 二聚体呈环状，围绕DNA在DNA中自由滑动，构成滑钳。 切片机将全酶限制在模型DNA中，保证高度进行性。 钳子的存在对于大肠杆菌的有效复制是必要的。3)复合体复合体含有5种不同的亚基，在化学计量上形成21111的结构。 复合物是滑动钳子的载体，帮助滑动钳子与DNA结合。 复合体有依赖于DNA的ATP酶活性。二聚体本身不能嵌入DNA，通过复合体和ATP的协同作用催化ATP的水解嵌入DNA。 4)二聚体连接蛋白(2 )能与两个核酶分子结合一个复合体。 亚基是依赖于DNA的ATP酶，二聚体结合两个核酶，每亚基结合一个核酶。 一个分子结构中存在两个聚合酶，复制性聚合酶成对作用，协同复制双螺旋