第四章：DNA的复制

1、1第四章第四章 DNA的复制的复制2第一节、DNA复制的机理第二节、DNA复制的过程第三节、DNA复制的几种主要方式第四节、DNA复制的调控第五节、DNA的损伤与修复3 掌握复制的机理及一般过程（重点）；掌握复制的机理及一般过程（重点）； 掌握复制过程各阶段的主要生物学事件；前导链掌握复制过程各阶段的主要生物学事件；前导链和后随链合成的异同及复制过程中不同蛋白质因子和后随链合成的异同及复制过程中不同蛋白质因子的作用顺序（重点）；的作用顺序（重点）； 了解不同的复制方式，掌握真核生物线形了解不同的复制方式，掌握真核生物线形DNADNA复制复制方式；方式； 了解复制的调控方式；了解复制的调控方式；

2、 掌握掌握DNADNA的修复方式。的修复方式。4第一节、DNA复制的机理DNA的半保留复制 （semi-conservative replicationsemi-conservative replication）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当时并无实验证据证明这一推理，而且也无法排除还有：全保留复制（conservative replication）随机分散复制（random replicat

3、ion）。671958年Meselson和Stahl利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制。 意义：意义：可保证亲代的遗传特征完整无误的传递给子代，体现了遗传的保守性。89DNA的半不连续复制 semi-discontinuous replicationsemi-discontinuous replication复制叉（Replication fork）：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。 概念10前导链（Leading Strand）：以复制叉移动的方向为基准，一条模板链是35，以此为模板而进行的新生DNA链的合成沿53方向连续

4、进行，这条链称之为前导链。11滞后链（Lagging Strand）：另一条模板链的方向是53，以此为模板的DNA也是沿53方向进行，但与复制叉前进的方向相反，而且是分段的，不连续合成的，合成的片段即冈崎片段（Okazaki Fragment）。12日本学者冈崎（Okazaki）等提出了DNA的半不连续复制模型（semi-discontinuous replication）：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DNADNA的半不连续复制。13 半不连续复制的实验证据： 脉冲标记实验 以E.coli为材料，在培养时，培养基中加入同位素3H标记的dTTP，经30秒后

5、，DNA刚开始复制，分离DNA，然后在碱中沉淀，变性，让新合成的单链和模板链分开，再用CsCl密度梯度离心，以沉降的快慢来确定片段的大小，再检测放射标记，结果表明被3H标记的片段，也就是新合成的片段，沉淀系数为20S左右，即都是长10002000Nt的DNA片段，而亲本链要比它大2050倍。 14 脉冲追逐实验（pulse-chase experiment） 先进行标记培养30秒，以后除去同位素继续培养几分钟，再分离DNA，在碱中沉淀，检测结果。先合成的（带标记）的DNA不再是短片段，而和总DNA的情况相似，沉淀系数为70S120S较长的片段，这意味着刚开始合成的片段都是短片段，以后再连接成长

6、片段。 15脉冲实验结果似乎表明两条新生单链DNA分子均是不连续复制。而进一步研究表明：这是由dUTP渗入到DNA新生链或新生链中C氧化脱氨转换为U的突变修复造成的。1617 大肠杆菌阻止dUTP掺入到DNA分子中的机制 dUTP或或dUDPdUTPase dUMP (不能作为底物不能作为底物掺入到掺入到DNA分子中分子中) 少数逃脱少数逃脱dUTPase降解的降解的dUTP掺入到掺入到DNA链中，链中，而尿嘧啶而尿嘧啶-N-糖苷酶（糖苷酶（ungase-由由ung基因编码）可基因编码）可以迅速将已掺入到以迅速将已掺入到DNA链中的链中的dUMP切除，形成一切除，形成一个无嘌呤或嘧啶的个无嘌呤

7、或嘧啶的AP位点，再由位点，再由AP内切酶进一步内切酶进一步将将AP位点酶解成缺口，以与其对应的亲代链为模位点酶解成缺口，以与其对应的亲代链为模板重新聚合和连接，完成切除修补过程。板重新聚合和连接，完成切除修补过程。18在前导链中，约在前导链中，约12001200个核苷酸就有一个个核苷酸就有一个dUMPdUMP被切除的可能，在被切除的可能，在APAP内切酶未完全作用前提内切酶未完全作用前提取取DNADNA并进行变性分析，就会得到与冈崎片并进行变性分析，就会得到与冈崎片段相似大小的段相似大小的1000100020002000核苷酸对片段，这核苷酸对片段，这种片段也称为种片段也称为dUMPdUMP

8、片段。片段。19在在dut-（dut编码编码dUTPase）突变体的）突变体的脉冲标记实验中，由于脉冲标记实验中，由于dUMP掺入的概掺入的概率增加，率增加，dUMP片段变短。片段变短。 验证验证dUMPdUMP片段的突变体片段的突变体20在在ung-（ ung基因编码尿嘧啶基因编码尿嘧啶-N-糖苷酶）糖苷酶）突变体的脉冲标记实验中，由于已掺入突变体的脉冲标记实验中，由于已掺入的的dUMP被切除的概率降低，被切除的概率降低，dUMP片片段变长。段变长。21在在lig-（lig编码连接酶）突变体的脉冲编码连接酶）突变体的脉冲标记实验中，冈崎片段与标记实验中，冈崎片段与dUMP片段不片段不能被连接

9、成大片段。能被连接成大片段。22DNADNA复制按复制按5353延伸方向延伸方向 如果如果DNADNA复制从复制从33向向55延伸，强烈的负电延伸，强烈的负电荷之间的静电斥力将阻止荷之间的静电斥力将阻止DNADNA的聚合。的聚合。游离dNTP具有PPP因能量的需要，DNA的5端必须带有pppA T C G + 5 ppp OH 3 G ppp OH G 5 pppppp OH 3A T C G23如果DNA复制从3向5延伸，将不利于对复制错误的校正。对错误碱基切除后，还需要动用其它酶系统添加两个磷酸基团，形成三磷酸末端后，才能保证下一次聚合反应的进行。+OHPTCGPPPOHAOHPPPATC

10、GOHPPPTCGPP研究表明，所有核酸分子的复制均是从研究表明，所有核酸分子的复制均是从55向向33进行进行的。的。24第二节、复制的过程第二节、复制的过程DNADNA复制的起始阶段（复制的起始阶段（Initiation）复制起始点（复制起始点（Origin of replication）常用常用oriori或者或者O O表示，其共同特点是表示，其共同特点是富含富含ATAT。25 复制子或复制单元：复制子或复制单元：DNADNA从复制起点开从复制起点开始直到终点为止，每个这样的始直到终点为止，每个这样的DNADNA单位单位称为复制子。称为复制子。26原核生物真核生物起始点一个多个复制子长短长

11、短运动速度快慢每个复制子在一个细胞周期中只能被激活一次。每个复制子在一个细胞周期中只能被激活一次。27大多数原核生物大多数原核生物DNADNA复制复制是一个起点，双方向进是一个起点，双方向进行的。真核生物行的。真核生物DNADNA复制复制也是双方向进行的，但也是双方向进行的，但在一条染色体上有多个在一条染色体上有多个复制起点，即表现为多复制起点，即表现为多复制子。复制子。28复制的引发（复制的引发（PrimingPriming） 复制的引发阶段包括复制的引发阶段包括DNADNA复制起点双链解开复制起点双链解开RNARNA引物的合成引物的合成DNADNA聚合酶将第一个脱氧核苷酸加到聚合酶将第一个

12、脱氧核苷酸加到引物引物RNARNA的的3-OH3-OH末端末端29转录激活（转录激活（transcription activationtranscription activation）：）： RNARNA聚合酶可以使双链聚合酶可以使双链DNADNA分子局部开链，再合分子局部开链，再合成成10101212个核苷酸对个核苷酸对RNARNA片段，之后再由片段，之后再由DNADNA聚合聚合酶完成前导链酶完成前导链DNADNA的合成，在完成近的合成，在完成近1000100020002000个核苷酸对个核苷酸对DNADNA片段后，后随链才在引发酶的作片段后，后随链才在引发酶的作用下开始启动冈崎片段的引物用

13、下开始启动冈崎片段的引物RNARNA的合成，所以的合成，所以这一过程也称为这一过程也称为DNADNA复制的转录激活。复制的转录激活。30 DNADNA复制起始引发体的形成及所参与的酶和复制起始引发体的形成及所参与的酶和蛋白质：蛋白质： l 解链酶（解链酶（helicasehelicase）-催化催化DNADNA复制起始复制起始点处双链的解开，需要点处双链的解开，需要ATPATP分解供给能量，分解供给能量，其作用是打开其作用是打开DNADNA双链之间的氢键。双链之间的氢键。31DNA helicases separate the two strands of double helix.32l 单

14、链结合蛋白（单链结合蛋白（single strand binding proteins，SSBP） 与解开的单链与解开的单链DNADNA结合，使其稳定不会再结合，使其稳定不会再度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链DNADNA的水解，保证了单链的水解，保证了单链DNADNA做为模板时的伸做为模板时的伸展状态，展状态，SSBPSSBP可以重复利用。可以重复利用。3334 引物酶（引物酶（primaseprimase）一种特殊的一种特殊的RNARNA聚合酶，可催化短片段聚合酶，可催化短片段RNARNA的合成。这种短的合成。这种短RNARNA片段一般十几个至数片段一般十几个

15、至数十个核苷酸不等，它们在十个核苷酸不等，它们在DNADNA复制起始处复制起始处做为引物。做为引物。RNARNA引物的引物的3-OH3-OH末端提供了末端提供了由由DNADNA聚合酶催化形成聚合酶催化形成DNADNA分子第一个磷酸分子第一个磷酸二酯键的位置。二酯键的位置。35这可能与尽量减少这可能与尽量减少DNADNA复制起始处的突变有复制起始处的突变有关。关。DNADNA复制开始处的几个核苷酸最容易出复制开始处的几个核苷酸最容易出现差错，因此，用现差错，因此，用RNARNA引物即使出现差错最引物即使出现差错最后也要被后也要被DNADNA聚合酶聚合酶切除，提高了切除，提高了DNADNA复复制的

16、准确性。制的准确性。问题：为什么需要有问题：为什么需要有RNARNA引物来引发引物来引发DNADNA复制呢复制呢? ?36 引发体引发体高度解链的模板高度解链的模板DNADNA与多种蛋白质因子形成与多种蛋白质因子形成的引发前体促进引物酶结合上来，共同形成的引发前体促进引物酶结合上来，共同形成引发体，引发体主要在引发体，引发体主要在DNADNA后随链上开始，后随链上开始，它连续地与引物酶结合并解离，从而在不同它连续地与引物酶结合并解离，从而在不同部位引导引物酶催化合成部位引导引物酶催化合成RNARNA引物，在引物引物，在引物RNARNA的的3-OH3-OH末端接下去合成末端接下去合成DNADNA

17、片段，这就片段，这就是后随链不连续合成的开始。是后随链不连续合成的开始。37拓扑异构酶能够快拓扑异构酶能够快速地除去复制叉前速地除去复制叉前端的正超螺旋。端的正超螺旋。 拓扑异构酶拓扑异构酶38参与参与DNADNA复制起始和引发的蛋白质复制起始和引发的蛋白质小小 结结DNADNA解旋酶（解旋酶（DNA helicaseDNA helicase）：催化）：催化DNADNA双链的解链过程。双链的解链过程。单链单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（single strand single strand DNA binding proteinDNA binding protein）：以四聚体形）：以四聚

18、体形式存在于复制叉处，只保持单链的存在，式存在于复制叉处，只保持单链的存在，并不能起解链作用。并不能起解链作用。39DNADNA拓扑异构酶（拓扑异构酶（DNA topoisomeraseDNA topoisomerase）：）：消除消除DNADNA双链的超螺旋堆积。双链的超螺旋堆积。引物酶（引物酶（primaseprimase）：合成一小段）：合成一小段RNARNA引物，引物，为为DNADNA新链的合成提供新链的合成提供3-OH3-OH末端。末端。40复制的方向复制的方向l 定点开始双向复制定点开始双向复制原核生物和真核生物原核生物和真核生物DNADNA复制最主要的复制最主要的形式，从一个特定

19、位点解链，沿着两形式，从一个特定位点解链，沿着两个相反的方向各生长出两条链，形成个相反的方向各生长出两条链，形成一个复制泡。一个复制泡。41用电子显微镜可以观察到复用电子显微镜可以观察到复制泡的存在制泡的存在42l 定点开始单向复制定点开始单向复制质粒质粒colE1colE1是个典型的例子，复制从一是个典型的例子，复制从一个起始点开始，以同一方向生长出两条个起始点开始，以同一方向生长出两条链，形成一个复制叉。链，形成一个复制叉。43l 两点开始单向复制两点开始单向复制腺病毒腺病毒DNADNA的复制是从两个起点开始的，的复制是从两个起点开始的，形成两个复制叉，各以一个单一方向复形成两个复制叉，各

20、以一个单一方向复制出一条新链。制出一条新链。44DNADNA复制的延伸阶段复制的延伸阶段（Elongation） DNADNA链的延伸需要的蛋白质：链的延伸需要的蛋白质：DNADNA聚合酶聚合酶： 由不同的亚基组成，参与由不同的亚基组成，参与DNADNA的聚合和校对。的聚合和校对。亚基由亚基由dnaEdnaE基因编基因编码码-DNA-DNA的聚合和校对；的聚合和校对；亚基由亚基由dnaNdnaN基基因编码因编码-链的延伸；链的延伸；亚基由亚基由dnaQdnaQ基因基因编码编码-校对功能。校对功能。 4546引发酶：由引发酶：由dnaGdnaG基因编码，起始冈崎片段，基因编码，起始冈崎片段，合成

21、合成RNARNA。47DNADNA聚合酶聚合酶：修复：修复用用5353外切酶活性切除引物外切酶活性切除引物48再从冈崎片段的再从冈崎片段的33端合成端片段端合成端片段DNADNA，填补空缺。填补空缺。49DNADNA聚合酶聚合酶 I枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶N N端形成小片段端形成小片段5353的外切核的外切核酸酶酸酶C C端形成大片段端形成大片段5353的聚合酶的聚合酶3535外切校正外切校正功能功能50RNaseHRNaseH：降解引物：降解引物DNADNA连接酶：复制过程中，连接酶：复制过程中，5 5 端端RNARNA引引物被置换后切刻的连接、修复、重组。物被置换后切刻的连接、修复、重

22、组。51DNADNA连接酶作用所需的条件连接酶作用所需的条件a a、 切刻的切刻的 33OH OH 和和 55P P 相邻相邻b b、 切刻各自碱基处于配对状态切刻各自碱基处于配对状态c c、 需要能量：原核（需要能量：原核（ATPATP、NADNAD） 真核（真核（ATPATP）52+ +53 DNADNA聚合酶催化聚合酶催化DNADNA的合成的合成DNA聚合酶将第一个核苷酸加入到引物的聚合酶将第一个核苷酸加入到引物的3羟基上，标志延伸的开始。羟基上，标志延伸的开始。54DNADNA聚合酶在复制叉上具有高延伸能力的关聚合酶在复制叉上具有高延伸能力的关键在于它们与被称为滑动键在于它们与被称为滑

23、动DNADNA夹的蛋白质间夹的蛋白质间的结合。聚合酶与滑动夹形成的复合体在的结合。聚合酶与滑动夹形成的复合体在DNADNA合成时沿着合成时沿着DNADNA模板高效地移动。模板高效地移动。5556滑动滑动DNADNA夹能够增强夹能够增强DNADNA聚合酶的持续合成能力聚合酶的持续合成能力57前导链和后随链的协同合成前导链和后随链的协同合成 步聚步聚全酶的循环全酶的循环岗崎片段的连接岗崎片段的连接58 前导链和后随链的协同合成前导链和后随链的协同合成DNADNA聚合酶聚合酶与引发体、螺旋酶（与引发体、螺旋酶（dnaBdnaB、RepRep）等构成蛋白质复合体，前导链和后）等构成蛋白质复合体，前导链

24、和后随链同时进行复制。随链同时进行复制。59问题：在复制中前导链上问题：在复制中前导链上DNADNA聚合酶聚合酶的的移动方向和复制叉的移动方向相同，而在移动方向和复制叉的移动方向相同，而在后随链上其移动方向相反，那么前导链和后随链上其移动方向相反，那么前导链和后随链的合成是一个酶还是两个酶？后随链的合成是一个酶还是两个酶？60研究证明：每一个复制叉均含有一个研究证明：每一个复制叉均含有一个DNADNA聚合酶聚合酶的二聚体，它可以同时催化前导链和后随链的复的二聚体，它可以同时催化前导链和后随链的复制，即制，即DNADNA复制的复制的“回环模型回环模型”，也就是在复制叉，也就是在复制叉处仅有一个大

25、型的复制体，后随链的一个冈崎片处仅有一个大型的复制体，后随链的一个冈崎片段模板段模板DNADNA以倒退的方式从以倒退的方式从DNADNA聚合酶聚合酶III中将模板中将模板DNADNA释放出来，新冈崎片段的释放出来，新冈崎片段的DNADNA单链与前导链一单链与前导链一样，以相同方向完成复制。样，以相同方向完成复制。6162 全酶的循环全酶的循环DNADNA聚合酶聚合酶同时对前导链和后随链进行同时对前导链和后随链进行复制过程中，由于催化不同的反应，对复制过程中，由于催化不同的反应，对于后随链岗崎片段的合成，全酶发生部于后随链岗崎片段的合成，全酶发生部分去组装和再组装的循环过程。分去组装和再组装的循

26、环过程。63 DnaBDnaB激活引发酶激活引发酶具体步聚：具体步聚： 引物合成引物合成 在新引物的模板连接处在新引物的模板连接处装载装载钳钳 核心酶转移到新引物处核心酶转移到新引物处 合成岗崎片段合成岗崎片段 完成后随从链的核心酶完成后随从链的核心酶从从钳脱离，开始下一钳脱离，开始下一个岗崎片段的合成个岗崎片段的合成64 冈崎片段的连接冈崎片段的连接切除引物：当冈崎片段完成切除引物：当冈崎片段完成后，后，DNADNA聚合酶聚合酶切除切除RNARNA引引物，留下的缺口物，留下的缺口DNADNA聚合酶聚合酶补齐。补齐。连接：由连接：由DNADNA连接酶作用冈连接酶作用冈崎片段，形成完整的崎片段，

27、形成完整的DNADNA滞滞后链。后链。65DNADNA复制的终止（复制的终止（TerminationTermination） 环形环形DNADNA复制的终止复制的终止 终止序列：终止序列：E.coli E.coli 有两个终止区域，有两个终止区域，分别结合专一性的终止蛋白，每个区分别结合专一性的终止蛋白，每个区域只对一个方向的复制叉起作用。域只对一个方向的复制叉起作用。6667如果两个复制叉的延伸速度不一致，先期到如果两个复制叉的延伸速度不一致，先期到达终止子的复制叉会停留等待另一复制叉的达终止子的复制叉会停留等待另一复制叉的经过，共同完成全基因组的发展过程。二个经过，共同完成全基因组的发展过

28、程。二个复制叉相距约复制叉相距约100kb100kb时速度放慢，通过时速度放慢，通过terter来来协调两复制叉到达终点的时间。协调两复制叉到达终点的时间。6869 专一性终止蛋白专一性终止蛋白E.coli E.coli 中由中由tus gene编码（编码（terminus terminus utilization substanceutilization substance）其产物）其产物Tus(36kD)Tus(36kD)，TusTus能识别能识别terter保守顺序，保守顺序，terter-Tus-Tus复合物通过抑制复合物通过抑制DNADNA螺旋酶而螺旋酶而发挥终止作用发挥终止作用70

29、71DNADNA复制完成后，两个相扣的子链复制完成后，两个相扣的子链DNADNA由拓扑由拓扑异构酶异构酶（一种（一种型拓扑异构酶）解链，结型拓扑异构酶）解链，结果是随着膜的附着点移动而相互分离，分配果是随着膜的附着点移动而相互分离，分配到两个子细胞中。到两个子细胞中。 DNA拓扑异构酶拓扑异构酶72DNA Topoisomerase 73 线形线形DNADNA复制的终止复制的终止在真核生物多复制子在真核生物多复制子DNADNA中，两个相邻中，两个相邻复制子的相邻复制叉按相反方向延伸，复制子的相邻复制叉按相反方向延伸，复制叉在终点汇合后，两个复制叉随即复制叉在终点汇合后，两个复制叉随即发生融合，

30、一条染色体经复制最后形成发生融合，一条染色体经复制最后形成了两条姐妹染色单体。了两条姐妹染色单体。 线形线形DNADNA复制终止的特点复制终止的特点74一般来说，链的终止不需要特定的信一般来说，链的终止不需要特定的信号，也不需要特殊的蛋白质参与，到号，也不需要特殊的蛋白质参与，到达终止位点后，聚合酶离开双链，终达终止位点后，聚合酶离开双链，终止发生。止发生。75 问题：线形问题：线形DNADNA如何完成如何完成55末端的复制？末端的复制？76 T7T7噬菌体线状噬菌体线状DNADNA的串联体假说的串联体假说两端的两端的DNADNA序列区有序列区有160bp160bp长的序列完全相同长的序列完全

31、相同7778 端粒酶能够保证染色体复制的完整端粒酶能够保证染色体复制的完整端粒酶：一种特殊的反转录酶。由蛋白端粒酶：一种特殊的反转录酶。由蛋白质（反转录酶）和质（反转录酶）和RNARNA两部分组成，以自两部分组成，以自身的身的RNARNA为模板（为模板（RNARNA模板含有一个半拷模板含有一个半拷贝的重复单位）复制出富含贝的重复单位）复制出富含G G、T T序列的序列的单链尾巴，从而维持端粒的长度。单链尾巴，从而维持端粒的长度。798081亲代亲代DNADNA分子为模板分子为模板四种脱氧三磷酸核苷四种脱氧三磷酸核苷(dNTP)(dNTP)为底物为底物提供提供3-OH3-OH末端的引物末端的引物

32、多种酶及蛋白质：多种酶及蛋白质：DNADNA聚合酶、聚合酶、DNADNA拓拓扑异构酶、扑异构酶、DNADNA解链酶、单链结合蛋白、解链酶、单链结合蛋白、引物酶、引物酶、RNARNA酶以及酶以及DNADNA连接酶等连接酶等DNADNA复制的体系复制的体系小小 结结82真核生物真核生物DNADNA的复制特点的复制特点有多处复制起始点，在全部完成复制之前，有多处复制起始点，在全部完成复制之前，各个起始点上各个起始点上DNADNA的复制不能再开始。的复制不能再开始。83DNADNA复制只在复制只在S S期进行，复制子相对较小，为期进行，复制子相对较小，为40-100kb40-100kb。84DNADN

33、A复制子的复制子的ARSARS（autonomously replicating sequence）复制的起始需要起始点识别复合物复制的起始需要起始点识别复合物（origin recognition complex，ORC）参与，参与，ORCORC结合于结合于ARSARS。85 已发现的真核生物已发现的真核生物DNADNA聚合酶有聚合酶有1515种以上。种以上。真核生物中还存在真核生物中还存在、和和等几种等几种DNADNA聚合酶，它们承担着修复损伤的功能，聚合酶，它们承担着修复损伤的功能，但这些修复酶的忠实性都很低。但这些修复酶的忠实性都很低。86真核生物DNA聚合酶的特性比较87原核生物原核

34、生物DNADNA的复制特点的复制特点 细菌染色体的复制是作为一个单位从细菌染色体的复制是作为一个单位从唯一的复制起点开始，双向进行的。唯一的复制起点开始，双向进行的。88 DNADNA聚合酶：聚合酶：E. coliE. coli中主要有中主要有DNADNA聚合聚合酶酶、和和。发现大肠杆菌中有一种酶发现大肠杆菌中有一种酶能够催化能够催化DNADNA的合成。的合成。Arthur Kornberg命名为命名为DNADNA聚合酶。即现聚合酶。即现在的在的DNADNA聚合酶聚合酶I。获获19591959年诺贝尔生理和医年诺贝尔生理和医学奖。学奖。89DNADNA聚合酶聚合酶I不是复制大肠杆菌染色体的主要

35、不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶。聚合酶。DNA Polymerase I5353核酸外切酶活性也可用来除去冈崎核酸外切酶活性也可用来除去冈崎片段片段55端端RNARNA引物，引物， 5353聚合酶活性使聚合酶活性使冈崎片段间缺口消失，冈崎片段间缺口消失， 3535核酸外切酶核酸外切酶活性，保证了活性，保证了DNADNA复制的准确性。保证连接酶复制的准确性。保证连接酶将片段连接起来。将片段连接起来。90DNADNA聚合酶聚合酶II的活性很低，若以每分钟酶的活性很低，若以每分钟酶促核苷酸掺入促核苷酸掺入DNADNA的转化率计算，只有的转化率计算，只有DNADNA聚合酶聚合酶I的的5%5%，所以

36、也不是复制中主，所以也不是复制中主要的酶。要的酶。DNA Polymerase II目前认为目前认为DNADNA聚合酶聚合酶II的生理功能主要是的生理功能主要是起修复起修复DNADNA的作用。的作用。91DNA Polymerase IIIDNADNA聚合酶聚合酶III包含有包含有7 7种不同的亚单位和种不同的亚单位和9 9个个亚基，其生物活性形式为二聚体。亚基，其生物活性形式为二聚体。它的聚合活性较强，为它的聚合活性较强，为DNADNA聚合酶聚合酶I的的1515倍，倍，聚合酶聚合酶II的的300300倍。倍。能在引物的能在引物的3-OH3-OH上以每分钟约上以每分钟约5 5万个核苷万个核苷酸

37、的速率延长新生的酸的速率延长新生的DNADNA链，是大肠杆菌链，是大肠杆菌DNADNA复制中链延长反应的主导聚合酶。复制中链延长反应的主导聚合酶。92DNADNA聚合酶聚合酶IV和和V V分别由分别由dinBdinB和和umuD2CumuD2C基因编码；基因编码；主要在主要在SOSSOS修复过程中发挥功能。修复过程中发挥功能。DNA Polymerase IV & V93都以都以dNTPdNTP为底物。为底物。DNADNA聚合酶的共同点聚合酶的共同点都需要都需要Mg2+Mg2+激活。激活。聚合时必须有模板链和具聚合时必须有模板链和具有有3-OH3-OH末端的引物链。末端的引物链。链的延

38、伸都方向为链的延伸都方向为5353。94第三节、复制的几种主要方式第三节、复制的几种主要方式 型型环状环状DNADNA双链的复制双链的复制 滚环型滚环型 D-D-环型（环型（D-loopD-loop）95 型型形复制模式图形复制模式图96 滚环型滚环型 单向复制的特殊方式单向复制的特殊方式a circular molecule with a linear tail by electron microscopy. X174X174的双链的双链DNADNA复制复制型型(RF)(RF)97滚环复制的特点滚环复制的特点不需要不需要RNARNA引物引物滚环复制的机制：滚环复制的机制：在一条断裂的亲本链的

39、在一条断裂的亲本链的3-OH3-OH上不断地发上不断地发生生DNADNA聚合作用聚合作用-共价延伸共价延伸共价延伸共价延伸单向复制单向复制98D loopD loop是单向复制的特殊方式。首先是单向复制的特殊方式。首先在动物线粒体中被发现。一条短在动物线粒体中被发现。一条短RNARNA引引物与一条物与一条DNADNA互补，取代了该区域原来互补，取代了该区域原来的互补的的互补的DNADNA链，使得两条链的合成高链，使得两条链的合成高度不对称，一条链上迅速合成出互补链，度不对称，一条链上迅速合成出互补链，另一条链则为游离的单环。另一条链则为游离的单环。 D-D-环型（环型（D-loopD-loop

40、）99100D D环复制与环复制与复制的根本区别在于复制的根本区别在于H H链和链和L L链上各有一个独立的复制原点，从而导链上各有一个独立的复制原点，从而导致两条链的复制进程是不同步的，因此致两条链的复制进程是不同步的，因此D D环复制也是一种单向复制。环复制也是一种单向复制。小小 结结101线形线形DNADNA双链的复制双链的复制 腺病毒的腺病毒的DNADNA复制复制线性线性DNADNA的末端为反向重复序列的末端为反向重复序列（103103162bp162bp），含有复制原点，第），含有复制原点，第一个碱基对一个碱基对C-GC-G完全保守。完全保守。102腺病毒中还存在一种腺病毒中还存在一

41、种55Kda55Kda的蛋白质，该蛋白的蛋白质，该蛋白质称为末端蛋白质（质称为末端蛋白质（terminal protein or TPterminal protein or TP）携带胞嘧啶脱氧核苷酸携带胞嘧啶脱氧核苷酸腺病毒中腺病毒中55Kda55Kda的蛋白的蛋白以磷酸二酯键的形式连以磷酸二酯键的形式连接在成熟病毒接在成熟病毒DNADNA上上与与DNADNA聚合酶结合聚合酶结合103104105第三节、复制的调控第三节、复制的调控原核生物复制的起始主要是由起始位点原核生物复制的起始主要是由起始位点的甲基化状态来控制的。的甲基化状态来控制的。E.ColiE.Coli中主要是通过对模板链的甲基

42、化中主要是通过对模板链的甲基化来区分新合成的来区分新合成的DNADNA链。链。106模板模板DNADNA的的oriCoriC包含包含GATCCTAG这一序列是甲基化的靶序这一序列是甲基化的靶序列，列，DamDam甲基化酶使腺嘌呤甲基化酶使腺嘌呤A A的的N6N6位置被甲基化。甲基位置被甲基化。甲基化的化的DNADNA复制产生半甲基化复制产生半甲基化DNADNA，直至，直至DamDam甲基化酶将甲基化酶将其全甲基化。其全甲基化。107108真核生物真核生物DNADNA复制的调控复制的调控真核生物细胞是多复制子。在一个细胞真核生物细胞是多复制子。在一个细胞周期，每个复制子的复制起点只能被激周期，每

43、个复制子的复制起点只能被激活一次。活一次。通常是只在复制起点作用一次或通过一通常是只在复制起点作用一次或通过一个抑制物阻止已经被使用过的复制起点个抑制物阻止已经被使用过的复制起点的再次复制。的再次复制。109真核生物真核生物DNADNA的复制起始由执照因子控制的复制起始由执照因子控制在复制前存在于细胞核内，复制一在复制前存在于细胞核内，复制一次后这种蛋白或失效或完全被破坏。次后这种蛋白或失效或完全被破坏。除非再提供这种因子，否则不能进除非再提供这种因子，否则不能进行下一轮的复制。行下一轮的复制。存在于细胞质中的因子只有在下一存在于细胞质中的因子只有在下一个有丝分裂时，当核膜破裂时才有个有丝分裂

44、时，当核膜破裂时才有机会加入核内。机会加入核内。110该调控系统达到两个目的：该调控系统达到两个目的：通过在复制之后去除一个必要成分，通过在复制之后去除一个必要成分，阻止了一周期内的多次复制；阻止了一周期内的多次复制；真核生物真核生物DNADNA的复制由时间控制，并非所的复制由时间控制，并非所有起点都在同一时间被激活。通常活性有起点都在同一时间被激活。通常活性区先复制，异染色质区晚复制。区先复制，异染色质区晚复制。提供了反馈循环，使得复制的初始化提供了反馈循环，使得复制的初始化依赖于细胞分裂的发生。依赖于细胞分裂的发生。111真核细胞真核细胞DNADNA复制有三个水平的调控：复制有三个水平的调控：细胞生活周期水平的调控细胞生活周期水平的调控-决定细胞停留决定细胞停留在在G1G1期还是进入期还是进入S S期。期。染色体水平复制调控染色体水平复制调控-决定复制子按一定决定复制子按一定顺序在顺序