DNA的生物合成课件整理

1

DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesis，Replication

第十章1DNA的生物合成第十章12

复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA2复制(replication)复制亲代DNA子代DNA23

复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication

第一节3复制的基本规律第一节34

复制的方式——半保留复制(semi-conservativereplication)复制的高保真性(highfidelity)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)4复制的方式45

一、半保留复制的实验依据和意义DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。半保留复制的概念5一、半保留复制的实验依据和意义DNA生物合成时，母链D5DNA的生物合成课件整理6DNA的生物合成课件整理78

密度梯度实验

——实验结果支持半保留复制的设想。含重氮-DNA的细菌培养于普通培养液

第一代继续培养于普通培养液

第二代梯度离心结果8密度梯度实验——实验结果支持半保留复制的设想。含重氮89

按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。9按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，910

原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。二、双向复制复制中的放射自显影图象10原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方1011

A.环状双链DNA及复制起始点B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter)oriterABC11A.环状双链DNA及复制起始点oriterA1112

真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。12真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。1213

5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制子3’135’3’oriorioriori5’3’5’5’3’31314

三、复制的半不连续性3535解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)14三、复制的半不连续性3535解链方向3´5´31415

顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。

领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

15顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领1516

DNA复制的酶学TheEnzymologyofDNAReplication第二节16DNA复制的酶学第二节1617

参与DNA复制的物质底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):

依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol模板(template):

解开成单链的DNA母链引物(primer):

提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合

其他的酶和蛋白质因子17参与DNA复制的物质底物(substrate):17一、复制的化学反应

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

目录一、复制的化学反应(dNMP)n+dNTP→(dN1819

聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿5→3方向进行。19聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；1920

二、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)简称：DNA-pol活性：1.53

的聚合活性2.核酸外切酶活性20二、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DN2021

5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´35外切酶活性53外切酶活性?能切除突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。

核酸外切酶活性目录215´AGCTTCA2122

（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ22（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠ2223

（一）原核生物的DNA聚合酶23（一）原核生物的DNA聚合酶2324

功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。DNA-polⅠ（109kD）24功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙2425

323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604个氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。

25323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段2526

DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活。它参与DNA损伤的应急状态修复。

26DNA-polⅡ（120kD）DNA-polI2627

功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

DNA-polⅢ(250kD)27功能DNA-polⅢ2728

（二）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-polDNA-polDNA-polDNA-pol28（二）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引发2829

（二）真核生物的DNA聚合酶29（二）真核生物的DNA聚合酶2930

三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。复制保真性的酶学机制：（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读

（二）复制的保真性和碱基选择30三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗3031

（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，DNA-pol不表现活性。31（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读A：DN3132

（二）复制的保真性和碱基选择•DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。•嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。

32（二）复制的保真性和碱基选择•DNA聚合酶靠其大分子3233

1.遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时DNA-pol的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制

331.遵守严格的碱基配对规律；DNA复制的保真性至少要3334

四、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化

DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。

34四、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化DNA分3435

（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白35（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白35E.Coli基因图E.Coli基因图3637

解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链引物酶(primase)——复制起始时催化生成RNA引物的酶单链DNA结合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整

37解螺旋酶(helicase)3738

108

局部解链后（二）DNA拓扑异构酶(DNAtopoisomerase)

38108局部解链后（二）DNA拓扑异构酶(DNA3839

解链过程中正超螺旋的形成目录39解链过程中正超螺旋的形成目录3940

拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键

拓扑异构酶Ⅰ

拓扑异构酶Ⅱ分类40拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶Ⅰ分类4041

拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。作用机制

41拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不4142

目录42目录4243

五、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。DNA连接酶(DNAligase)作用方式43五、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA4344

HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’目录44HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’54445

DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能45DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。功能4546

DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication第三节46DNA生物合成过程第三节4647

（一）复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成

47（一）复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单4748

E.coli复制起始点oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串联重复序列

反向重复序列53531.DNA解链48E.coli复制起始点oriCGATTNTTTAT4849

DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB35352.引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

49DnaADnaB、DnaC4950

3535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

引物3'HO5'引物酶503535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子5051

（二）复制的延长复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

51（二）复制的延长复制的延长指在DNA-pol催化下，d5152

5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol目录525'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPd52领头链的合成目录领头链的合成目录5354

随从链的合成目录54随从链的合成目录5455

目录55目录5556

阶段一阶段二56阶段一阶段二5657

阶段三阶段四57阶段三阶段四5758

复制过程简图目录58复制过程简图目录5859

复制过程动画59复制过程动画5960

原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）复制的终止60原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终6061

555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA连接酶

随从链上不连续性片段的连接61555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNT6162

目录62目录6263

哺乳动物的细胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成

•细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关。•蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。63哺乳动物的细胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物6364

•真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。•复制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replicationfactor,RF)。•增殖细胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。（一）复制的起始64•真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复6465

3553领头链3535亲代DNA随从链引物核小体（二）复制的延长653553领头链3535亲代DNA随从链6566

染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）复制的终止66染色体DNA呈线状，复制在末端停止。（三）复制的终止6667

53355335+5333355目录6753355335+533336768

目录68目录6869

切除引物的两种机制目录69切除引物的两种机制目录6970

端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性结构特点•由末端单链DNA序列和蛋白质构成。•末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…70端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子7071

端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

组成71端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(huma7172

端粒酶的催化延长作用爬行模型目录72端粒酶的催化延长作用爬行模型目录7273

DNA聚合酶复制子链进一步加工目录73DNA聚合酶复制子链进一步加工目录7374

逆转录和其他复制方式ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays第四节74逆转录和其他复制方式第四节7475

逆转录酶(reversetranscriptase)逆转录(reversetranscription)RNADNA

逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶

75逆转录酶(reversetranscriptase)7576

逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA76逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA模板逆转录酶DNA7677

逆转录酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ碱水解

TTTT分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。

以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。试管内合成cDNAcDNAcomplementaryDNA77逆转录酶AAAATTTTAAAASI核酸7778

二、逆转录研究的意义

逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。

逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注意到的病毒致癌理论。

78二、逆转录研究的意义逆转录酶和逆转录现象，是分子生物7879

滚环复制(rollingcirclereplication)三、滚环复制和D环复制

是某些低等生物的复制形式，如X174和M13噬菌体等。79滚环复制(rollingcirclereplic7980

3-OH5-P55533335'滚环复制5'5335目录803-OH5-P55533335'滚环8081

dNTPDNA-polγ

D环复制(D-loopreplication)

是线粒体DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的复制形式。

81dNTPDNA-polγD环复制(D-loop8182

DNA损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepair第五节82DNA损伤（突变）与修复第五节8283

遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNAdamage)。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。

83遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。8384

一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础

84一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础8485

二、引发突变的因素物理因素紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射

UV85二、引发突变的因素物理因素紫外线(ultravi8586

化学因素目录86化学因素目录8687

三、突变的分子改变类型错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

87三、突变的分子改变类型错配(mismatch)框移8788

DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。

2.颠换（一）错配88DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutat8889

镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

val

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽链CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

glu

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽链CTCGAG基因89镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val8990

（二）缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。

缺失或插入都可导致框移突变

。90（二）缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从D9091

谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突变91谷酪蛋9192

（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。

92（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。92由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目录由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目录9394

四、DNA损伤的修复修复(repairing)

是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复

修复的主要类型94四、DNA损伤的修复修复(repairing)光修复9495

（一）光修复光修复酶(photolyase)

UV95（一）光修复光修复酶(photolyase)UV9596

UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP

（二）切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。DNA连接酶ATPE.coli的切除修复机制目录96UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP（9697

切除修复动画97切除修复动画9798

（三）重组修复98（三）重组修复9899

（四）SOS修复当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。在E.coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。99（四）SOS修复当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而99100

附录100附录100101

催化DNA聚合参与DNA损伤的应急状态修复修复合成、切除引物、填补空隙功能2040400分子数/细胞1011亚基数+-+5外切酶活性+++5外切酶活性+++5聚合酶活性polIIIpolIIpolIE.Coli中的DNA聚合酶101催化DNA聚合参与DNA损伤的应急状态修复修复合成、101102

DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesis，Replication

第十章1DNA的生物合成第十章102103

复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA2复制(replication)复制亲代DNA子代DNA103104

复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication

第一节3复制的基本规律第一节104105

复制的方式——半保留复制(semi-conservativereplication)复制的高保真性(highfidelity)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)4复制的方式105106

一、半保留复制的实验依据和意义DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。半保留复制的概念5一、半保留复制的实验依据和意义DNA生物合成时，母链D106DNA的生物合成课件整理107DNA的生物合成课件整理108109

密度梯度实验

——实验结果支持半保留复制的设想。含重氮-DNA的细菌培养于普通培养液

第一代继续培养于普通培养液

第二代梯度离心结果8密度梯度实验——实验结果支持半保留复制的设想。含重氮109110

按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。9按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，110111

原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。二、双向复制复制中的放射自显影图象10原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方111112

A.环状双链DNA及复制起始点B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter)oriterABC11A.环状双链DNA及复制起始点oriterA112113

真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。12真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。113114

5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制子3’135’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3114115

三、复制的半不连续性3535解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)14三、复制的半不连续性3535解链方向3´5´3115116

顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。

领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

15顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领116117

DNA复制的酶学TheEnzymologyofDNAReplication第二节16DNA复制的酶学第二节117118

参与DNA复制的物质底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):

依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol模板(template):

解开成单链的DNA母链引物(primer):

提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合

其他的酶和蛋白质因子17参与DNA复制的物质底物(substrate):118一、复制的化学反应

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

目录一、复制的化学反应(dNMP)n+dNTP→(dN119120

聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿5→3方向进行。19聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；120121

二、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)简称：DNA-pol活性：1.53

的聚合活性2.核酸外切酶活性20二、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DN121122

5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´35外切酶活性53外切酶活性?能切除突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。

核酸外切酶活性目录215´AGCTTCA122123

（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ22（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠ123124

（一）原核生物的DNA聚合酶23（一）原核生物的DNA聚合酶124125

功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。DNA-polⅠ（109kD）24功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙125126

323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604个氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。

25323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段126127

DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活。它参与DNA损伤的应急状态修复。

26DNA-polⅡ（120kD）DNA-polI127128

功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

DNA-polⅢ(250kD)27功能DNA-polⅢ128129

（二）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-polDNA-polDNA-polDNA-pol28（二）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引发129130

（二）真核生物的DNA聚合酶29（二）真核生物的DNA聚合酶130131

三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。复制保真性的酶学机制：（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读

（二）复制的保真性和碱基选择30三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗131132

（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，DNA-pol不表现活性。31（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读A：DN132133

（二）复制的保真性和碱基选择•DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。•嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。

32（二）复制的保真性和碱基选择•DNA聚合酶靠其大分子133134

1.遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时DNA-pol的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制

331.遵守严格的碱基配对规律；DNA复制的保真性至少要134135

四、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化

DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。

34四、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化DNA分135136

（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白35（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白136E.Coli基因图E.Coli基因图137138

解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链引物酶(primase)——复制起始时催化生成RNA引物的酶单链DNA结合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整

37解螺旋酶(helicase)138139

108

局部解链后（二）DNA拓扑异构酶(DNAtopoisomerase)

38108局部解链后（二）DNA拓扑异构酶(DNA139140

解链过程中正超螺旋的形成目录39解链过程中正超螺旋的形成目录140141

拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键

拓扑异构酶Ⅰ

拓扑异构酶Ⅱ分类40拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶Ⅰ分类141142

拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。作用机制

41拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不142143

目录42目录143144

五、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。DNA连接酶(DNAligase)作用方式43五、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA144145

HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’目录44HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5145146

DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能45DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。功能146147

DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication第三节46DNA生物合成过程第三节147148

（一）复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成

47（一）复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单148149

E.coli复制起始点oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串联重复序列

反向重复序列53531.DNA解链48E.coli复制起始点oriCGATTNTTTAT149150

DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB35352.引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

49DnaADnaB、DnaC150151

3535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

引物3'HO5'引物酶503535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子151152

（二）复制的延长复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

51（二）复制的延长复制的延长指在DNA-pol催化下，d152153

5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol目录525'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPd153领头链的合成目录领头链的合成目录154155

随从链的合成目录54随从链的合成目录155156

目录55目录156157

阶段一阶段二56阶段一阶段二157158

阶段三阶段四57阶段三阶段四158159

复制过程简图目录58复制过程简图目录159160

复制过程动画59复制过程动画160161

原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）复制的终止60原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终161162

555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA连接酶

随从链上不连续性片段的连接61555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNT162163

目录62目录163164

哺乳动物的细胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成

•细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关。•蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。63哺乳动物的细胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物164165

•真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。•复制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replicationfactor,RF)。•增殖细胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。（一）复制的起始64•真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复165166

3553领头链3535亲代DNA随从链引物核小体（二）复制的延长653553领头链3535亲代DNA随从链166167

染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）复制的终止66染色体DNA呈线状，复制在末端停止。（三）复制的终止167168

53355335+5333355目录6753355335+53333168169

目录68目录169170

切除引物的两种机制目录69切除引物的两种机制目录170171

端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性结构特点•由末端单链DNA序列和蛋白质构成。•末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…70端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子171172

端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

组成71端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(huma172173

端粒酶的催化延长作用爬行模型目录72端粒酶的催化延长作用爬行模型目录173174

DNA聚合酶复制子链进一步加工目录73DNA聚合酶复制子链进一步加工目录174175

逆转录和其他复制方式ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays第四节74逆转录和其他复制方式第四节175176

逆转录酶(reversetranscriptase)逆转录(reversetranscription)RNADNA

逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶

75逆转录酶(reversetranscriptase)176177

逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA76逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA模板逆转录酶DNA177178

逆转录酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ碱水解

TTTT分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。

以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。试管内合成cDNAcDNAcomplementaryDNA77逆转录酶AAAATTTTAAAASI核酸178179

二、逆转录研究的意义

逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。

逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注意到的病毒致癌理论。

78二、逆转录研究的意义逆转录酶和逆转录现象，是分子生物179180

滚环复制(rollingcirclereplication)三、滚环复制和D环复制

是某些低等生物的复制形式，如X174和M13噬菌体等。79滚环复制(rollingcirclereplic180181

3-OH5-P55533335'滚环复制5'5335目录803-OH5-P55533335'滚环181182

dNTPDNA-polγ

D环复制(D-loopreplication)

是线粒体DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的复制形式。

81dNTPDNA-polγD环复制(D-loop182183

DNA损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepair第五节82DNA损伤（突变）与修复第五节183184

遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNAdama