第03章 基因组复制

1、DNARibosometRNArRNAmRNAProtein中心法则中心法则（Cental Dogma）DNA的生物合成的生物合成复制（复制（Replication）RNA的生物合成的生物合成转录转录(transcription)蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成翻译翻译(Translation)中心法则中心法则（Cental Dogma）遗传信息从亲代遗传信息从亲代DNA传递到子代传递到子代DNA分子分子复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA复制的化学反应复制的化学反应(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi （一）（一）DNA复制的起始复制的起始双向复制（双向复制（bidirecti

2、onal replication）DNA复制分别向相反的方向进行复制分别向相反的方向进行引发体（引发体（primosome）由多种酶和蛋白质分子组成由多种酶和蛋白质分子组成= =引发前引发前体体+ +引物酶引物酶前导链前导链 (leading strand)能连续合能连续合成成分段合成（不连续合成）分段合成（不连续合成）半不连续复制半不连续复制一条链（前导链）连续合成，另一条一条链（前导链）连续合成，另一条 链（随后链）不连续合成链（随后链）不连续合成随后链随后链 （lagging strand）冈崎片段冈崎片段 （Okazaki fragment）随后链的合成方向与复制叉移动方向相反，先随后

3、链的合成方向与复制叉移动方向相反，先 合成许多不连续片段，称冈崎片段合成许多不连续片段，称冈崎片段一、复制过程的主要特点一、复制过程的主要特点 原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶特性聚合酶特性DNA-pol IDNA-pol IIDNA-pol III5 3聚合酶活性聚合酶活性5 3外切酶活性外切酶活性3 5外切酶活性外切酶活性相对分子量（相对分子量（103）+-+1099060040017-10010-20核苷酸数核苷酸数/酶分子酶分子.分钟分钟6003030,000细胞内分子数细胞内分子数缺口平移活性缺口平移活性+-对对dNTP亲和力亲和力低低低低高高功能功能 修复修复去除引物去除引物

4、填补空缺填补空缺修复修复复制复制原核生物原核生物DNADNA聚合酶比较聚合酶比较亚基亚基数目数目35 外切酶外切酶活性活性53外切外切酶活性酶活性功能功能DNA聚聚合酶合酶1+切除引物切除引物修复修复DNA聚聚合酶合酶1+-修复修复DNA聚聚合酶合酶10+-复制复制名名 称称功功 能能DnaA蛋白蛋白辨认起始点辨认起始点DnaB蛋白（解螺旋酶）蛋白（解螺旋酶）解开解开DNA双链双链DnaC蛋白蛋白协助解螺旋酶协助解螺旋酶DnaG蛋白蛋白 （引物酶）（引物酶）催化催化RNA引物生成引物生成SSBP稳定解开的单链稳定解开的单链DNA参与大肠杆菌参与大肠杆菌DNA复制起始的主要蛋白分子复制起始的主要

5、蛋白分子 1. . 复制起点复制起点 复制起点控制复制起始复制起点控制复制起始 只有一个复制起点只有一个复制起点2. . 复制方向复制方向多数双向多数双向3. . 复制方式复制方式型型型复制型复制DNA双向复制双向复制原核生物基因组原核生物基因组DNA复制的起始复合体复制的起始复合体DNA生物合成过程1. 1.复制的起始复制的起始2.2.链的延长链的延长3.3.复制的终止复制的终止一 复制的起始DNADNA解成单链解成单链 由特定蛋白质识别复制起始位点（由特定蛋白质识别复制起始位点（oriori），在），在解螺旋酶、解螺旋酶、TOPOTOPO酶及单链酶及单链DNADNA结合蛋白的结合蛋白的共同

6、作用下，共同作用下，DNADNA解链，解旋，形成复制叉解链，解旋，形成复制叉 E.coliE.coli复制起始点复制起始点oriCoriC跨度为跨度为245bp245bp，有，有3 3组串联重组串联重复序列和复序列和2 2对重复序列对重复序列 Dna A Dna A Dna B Dna B、 Dna CDna CDNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSBSSB3 3 5 5 3 3 5 5 含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaCDnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNADNA复复制起始区域的复合结构称为引发体（制起始区域的复合结构称为引发体（primosomeprimosome）。）。

7、引发体的生成引发体的生成primosomeprimosome3 3 RNARNA引物的合成：引物的合成：DnaBDnaB蛋白活化引物合成酶，引发蛋白活化引物合成酶，引发RNARNA引物的合成。引物的合成。引物长度约为十几个至几十个核苷引物长度约为十几个至几十个核苷酸，酸，DNADNA复制起始中的主要步骤复制起始中的主要步骤a. a. 大约大约3030个左右的个左右的DnaADnaA蛋白首先与蛋白首先与OriCOriC中的中的4 4个个9 9碱基重复区相结合；碱基重复区相结合；b. b. 识别并使识别并使3 3个个1313碱基串联重复区碱基串联重复区DNADNA形成开环形成开环结构；结构；c.

8、DnaBc. DnaB蛋白在蛋白在DnaCDnaC的帮助下与未解链序列结合。的帮助下与未解链序列结合。每六个每六个DnaBDnaB蛋白形成一组并与一条蛋白形成一组并与一条DNADNA母链结合，母链结合，可在不同方向同时起始可在不同方向同时起始DNADNA的复制。当细胞中存的复制。当细胞中存在足够的在足够的SSBSSB和和DNA gyraseDNA gyrase时，时，DnaBDnaB的解链效率的解链效率非常高。非常高。 整个整个DNADNA复制过程中，只有复制起始受细胞周复制过程中，只有复制起始受细胞周期的严格调控。期的严格调控。小结：小结： 引物合成后，由引物合成后，由DNA polDNA

9、pol（在真核细胞（在真核细胞为为DNADNA聚合酶聚合酶 和和 ) )催化，按碱基配对原则，催化，按碱基配对原则，将将dNTPdNTP逐一添加到引物逐一添加到引物3 3 末端，形成磷酸二末端，形成磷酸二酯键，使新合成的链不断延长酯键，使新合成的链不断延长 二二 复制的延长复制的延长DNA PolDNA Pol5 5 u ucgagccgagcu uagag3 3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5 5 catcggatcgcatcgtcacgtgctag 3 catcggatcgc

10、atcgtcacgtgctag 3 华中科技大学华中科技大学20042004年生物化学与分子生物学年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题硕士研究生入学试题名词解释名词解释 ：冈崎片段（：冈崎片段（3 3分）分）武汉大学武汉大学20032003年硕士研究生入学分子生物学试题：年硕士研究生入学分子生物学试题：RepliconReplicon、 semi-conservative replicationsemi-conservative replication 基因组基因组DNADNA复制时，先导链的引物是复制时，先导链的引物是DNADNA，后随，后随链的引物是链的引物是RNA (-)RNA (-

11、) 20022002年上海生化与细胞所年上海生化与细胞所 切除切除RNARNA引物，填补缺口，连接相邻的引物，填补缺口，连接相邻的DNADNA片段片段 在在RNaseHRNaseH催化下切除催化下切除RNARNA引物；留下的空隙引物；留下的空隙由由DNADNA聚合酶聚合酶催化合成一段催化合成一段DNADNA填补上；在填补上；在DNADNA连接酶作用下，连接相邻的连接酶作用下，连接相邻的DNADNA链链 三三 复制的终止复制的终止冈崎片段引物的消除和连接冈崎片段引物的消除和连接RNARNA引物引物RNARNA酶酶DNA pol IDNA pol IDNADNA连接酶连接酶DNA链的终止小结：链的

12、终止过程：链的终止过程： 当复制叉前移遇到当复制叉前移遇到20bp20bp重复性终止序重复性终止序列（列（TerTer）时，）时， TerTerTusTus复合物能阻挡复制复合物能阻挡复制叉的继续前移，当相反方向复制叉到达，叉的继续前移，当相反方向复制叉到达，在在DNADNA拓扑异构酶作用下使复制叉解体，拓扑异构酶作用下使复制叉解体，释放子链释放子链DNADNA。逆时针方向复逆时针方向复制叉制叉复制起始位点复制起始位点顺时针方向复顺时针方向复制叉制叉顺时针方向复顺时针方向复制叉陷阱制叉陷阱逆时针方逆时针方向复制叉向复制叉陷阱陷阱3 3、真核生物、真核生物DNADNA的复制子称为的复制子称为AR

13、SARS；复制；复制的起始需要起始原点识别复合物（的起始需要起始原点识别复合物（ORCORC）参）参与与 4 4、有五种、有五种DNADNA聚合酶聚合酶5 5、真核生物、真核生物DNADNA复制叉的移动速度大约只复制叉的移动速度大约只有有50bp/s50bp/s，还不到大肠杆菌的，还不到大肠杆菌的1/20 1/20 6 6、真核生物线性、真核生物线性DNADNA末端具有端粒结构末端具有端粒结构 复制方式复制方式v型复制、滚环复制、型复制、滚环复制、D-loopD-loop式式A.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制中的两个复制叉复制叉C.复制接近终止点复制接近终止

14、点(termination,ter)oriterABC滚环复制滚环复制D D环复制环复制单向复制的特殊方式单向复制的特殊方式如：动物线粒体如：动物线粒体DNADNA亚基亚基数目数目3 5 外切外切酶活性酶活性5 3 外切酶外切酶活性活性功能功能DNA聚聚合酶合酶4-引物合成引物合成DNA聚聚合酶合酶1-修复修复DNA聚聚合酶合酶2+-线粒体线粒体DNA复制复制 DNA聚聚合酶合酶2+-核核DNA 复复制制DNA聚聚合酶合酶5+-填补缺口、填补缺口、修复修复名称名称结构结构特点特点活性活性在在DNA复制中的作用复制中的作用PCNADNA聚合酶聚合酶的辅助蛋白的辅助蛋白PCNA沿沿DNA滑动，使聚

15、滑动，使聚合酶合酶不会从不会从DNA上滑落上滑落RF-C5个亚个亚基基负责将负责将PCNA套在套在DNA上上RF-A单链单链DNA结合结合蛋白蛋白维持维持DNA局部单链结构局部单链结构RNase H1核酸酶核酸酶切除切除RNA引物，但在冈崎片引物，但在冈崎片段上保留一个核糖核苷酸段上保留一个核糖核苷酸FEN1核酸内切酶核酸内切酶切除冈崎片段上保留的一切除冈崎片段上保留的一个核糖核苷酸个核糖核苷酸 真核生物真核生物DNADNA复制的辅助因子复制的辅助因子端粒（端粒（telomere）端粒酶（端粒酶（telomerase）端粒酶延伸的端粒序列端粒酶延伸的端粒序列线粒体线粒体DNA的的D环复制环复制

16、1. .细胞周期过程中的调控细胞周期过程中的调控复制许可因子保证一个细胞周期内只进行一复制许可因子保证一个细胞周期内只进行一次基因组复制次基因组复制2. .染色体水平的调控染色体水平的调控不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按先不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按先后顺序在后顺序在S S期的不同时间复制时间起始复制，其期的不同时间复制时间起始复制，其控制因素尚不清楚控制因素尚不清楚对复制的起始，包括复制起始复合物的形成对复制的起始，包括复制起始复合物的形成和和RNARNA引物的合成进行调控引物的合成进行调控3. .复制子水平的调控复制子水平的调控二、 HBV的复制dsDNA,dsDNA,

17、不是不是通过半保留复制方式复制通过半保留复制方式复制，通过反转录途径。，通过反转录途径。HBVHBV 侵入人体后，与肝细胞膜上的侵入人体后，与肝细胞膜上的受体结合，脱去包膜，穿入肝细胞质受体结合，脱去包膜，穿入肝细胞质内，内，然后脱去衣壳，部分双链环状然后脱去衣壳，部分双链环状DNADNA 进入肝细胞核内，进入肝细胞核内，在宿主酶作在宿主酶作用下，以负链用下，以负链DNADNA 为模板修正正链，为模板修正正链，形成共价闭合环状形成共价闭合环状DNADNA (ccc DNA)(ccc DNA) ，以以cccDNAcccDNA 为模板，在宿主为模板，在宿主RNARNA 聚聚合酶合酶II II 的作用下，转录成几种不同长的作用下，转录成几种不同长短的短的mRNAmRNA ，其中，其中3.5kb3.5kb 的的mRNAmRNA 含含有有HBVHBV DNADNA 序列上全部遗传信息，序列上全部遗传信息，称为前基因组称为前基因组RNARNA。后者进入肝细胞质作为模后者进入肝细胞质作为模板，在板，在HBVHBV