精编课件高中生物竞赛《DNA复制》辅导课件

DNA复制DNA复制1复制概况复制体系复制的起始、延伸与终止其他原核生物的复制体系其他形式的复制真核生物的复制过程DNA复制本讲内容提纲复制概况DNA复制本讲内容提纲21DNA复制的基本机理－半保留复制2DNA复制的起点、方向和方式3DNA聚合酶和DNA聚合反应4复制的基本过程5DNA复制的半不连续性第一组：复制概况1DNA复制的基本机理－半保留复制第一组：复制概况3

1、DNA复制的基本机理－半保留复制半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一条链作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一条亲代DNA链。1、DNA复制的基本机理－半保留复制4全保留复制半保留复制混合复制全保留复制半保留复制混合复制5DNA半保留复制的实验依据：1958年

Meselson&Stahl

E.coli

放射性同位素（15N）标记

CsCl密度梯度离心StahlMeselsonDNA半保留复制的实验依据：StahlMeselson6培养一代培养二代培养三代培养一代培养二代培养三代7亲代子一代子二代轻带重带混合带亲代子一代子二代轻带重带混合带8DNA半保留复制的意义：保证DNA代谢的稳定性。经过多代的复制，亲代的遗传特征完整无误的传递给子代，子代DNA仍可以保持与最初亲本的一致性。

稳定性是相对的，变异是绝对的在各种理化因素的作用下，DNA会发生损伤；在复制、转录的过程中，DNA会发生错误；在生长发育的过程中，DNA可能进行修饰、删除、扩增和重排。DNA半保留复制的意义：保证DNA代谢的稳定性。在各种理化因92、DNA复制的起点、方向和方式2.1DNA复制的起点原核生物DNA的复制是在DNA分子的特定位点开始的，这一位点称为复制起点（ori）。原核生物的染色体只有一个复制起点，复制从起点开始，进行到终点结束，完成整个染色体DNA分子的复制。2、DNA复制的起点、方向和方式10复制子(replicon)或复制单元：

DNA分子上一个独立的复制单位，DNA复制从起点开始，进行到终点结束。一个复制子包括一个复制起点和复制终点。原核生物单复制起点，整个染色体只有一个复制子真核生物:多复制起点，一个genome中有多个复制子。复制子(replicon)或复制单元：原核生物单复制起点，整11复制起点具有特征性：细菌、酵母以及叶绿体、线粒体等的DNA复制起点已经被克隆，其核酸序列的共同特点是富含A-T序列。复制起点具有特征性：122.2DNA复制的方向：多数DNA双向复制单向进行：有些病毒（如腺病毒等）、质粒DNA及线粒体DNA。

图：DNA复制的方向性复制起点复制起点复制叉2.2DNA复制的方向：多数DNA双向复制图：DNA复制的13

复制叉（Replicationfork）：染色体中参与复制的活性区域，即复制正在发生的位点。

复制眼（replicationeye）：电子显微镜下观察正在复制的DNA，复制的区域形如一只眼睛。复制叉（Replicationfork）：染色体中参与14

复制起点复制叉

亲代链

子代链

复制叉复制起点复制叉亲代链子代链复15真核生物DNA分子复制具有多个复制子，多个复制眼真核生物DNA分子复制具有多个复制子，多个复制眼16精编课件高中生物竞赛《DNA复制》辅导课件172.3DNA复制的方式双向等速复制：大多数生物体内DNA。不等速复制：如枯草杆菌。对称复制：大多数生物体内的DNA的两条链同时复制。不对称复制：在一定时期内DNA只复制一条链的情况。如线粒体的D-环复制和噬菌体的滚环复制方式。2.3DNA复制的方式183DNA聚合酶和DNA聚合反应

DNA的复制是由DNA聚合酶负责完成的，按照模板催化合成新DNA链。Poly(核苷酸)n－3’-OH＋dNTP→

Poly(核苷酸)n+1－3’-OH

＋2Pi3DNA聚合酶和DNA聚合反应DNA的复制是由DN194DNA复制的半不连续性DNA在复制时如何同时作为模板合成其互补链?4DNA复制的半不连续性DNA在复制时如何同时作为模板合成20

冈崎片段的大小：原核生物为1000-2000bp，真核生物100bp。前导链（leadingstrand）后随链（laggingstrand）冈崎片段（Okazakifragment）复制叉移动的方向半不连续复制:冈崎片段的大小：原核生物为1000-2000bp，真核生21DNA聚合酶DNA连接酶螺旋酶单链结合蛋白DNA拓扑异构酶第二组：复制体系DNA聚合酶第二组：复制体系22

1DNA聚合酶

DNA的复制是由DNA聚合酶负责完成的，按照模板催化合成新DNA链。1DNA聚合酶DNA的复制是由DNA聚合酶负责完23共同性质:[1]以脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)为原料;[2]需要模板;[3]不能起始合成新的DNA链,需要引物;[4]合成方向5‘→3’。DNA聚合酶（DNApolymerase）共同性质:DNA聚合酶（DNApolymerase）24

1DNA聚合酶1.1大肠杆菌的DNA聚合酶1.2DNA聚合酶和复制的忠实性1.3其它生物的聚合酶1.4DNA聚合酶的引物1DNA聚合酶1.1大肠杆菌的DNA聚合酶251.1大肠杆菌的DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅰ:主要参与损伤DNA的修复，同时在半保留复制中有辅助作用，DNA聚合酶II：主要参与DNA修复，DNA聚合酶III：DNA合成的主要复制酶。1.1大肠杆菌的DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅰ:主要参与损伤261.1.1大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ

DNApolymeraseⅠ，DNApolⅠ1956年，ArthurKornberg(1)理化性质：一条多肽链，103KD。含一个Zn2+400个分子/细胞，37℃催化约1000bp/min,1.1.1大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ(1)理化性质：27（2）功能特点1）5’→3’聚合功能

2）3’→5’外切活性

3）5’→3’外切活性

4）5’→3’内切酶活性（2）功能特点1）5’→3’聚合功能28精编课件高中生物竞赛《DNA复制》辅导课件29切口移位反应切口移位反应30缺口平移标记DNA探针缺口平移标记DNA探针31枯草杆菌蛋白酶处理后，成两个片段，大片段68KD，称为Klenow片段。枯草杆菌蛋白酶处理后，成两个片段，大片段68KD，称为Kle32

1.1.2大肠杆菌DNA聚合酶Ⅱ(DNApolⅡ)：(1)理化性质：120KD，100个酶分子/细胞，活性只有DNApolⅠ的5%。1.1.2大肠杆菌DNA聚合酶Ⅱ(DNApolⅡ)：33（2）功能特点：5′→3′聚合活性3′→5′外切活性，没有5′→3′外切活性不是复制的主要聚合酶,与DNA损伤修复有关。（2）功能特点：34精编课件高中生物竞赛《DNA复制》辅导课件351.1.3大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ(DNApolⅢ)

理化性质：10-20个酶分子/细胞。活性是DNApolI的15倍,polII300倍。聚合反应需要ATP的存在。反应有很高的速度和高度的进行性。进行性：聚合酶结合于单链模板不解离的能力。1.1.3大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ(DNApolⅢ)理化36DNApolⅢ全酶有十种共18个亚基（2）结构组成和功能特点βDNApolⅢ全酶有十种共18个亚基（2）结构组成和功37DNA聚合酶Ⅲ含有以下4个不同的功能组分：1）核心聚合酶:

由α、ε、θ三种亚基组成。功能：α亚基具有5’-3’方向合成DNA的催化活性。ε亚基具有3’-5’外切核酸酶的校对功能，θ亚基促进ε亚基的作用。DNA聚合酶Ⅲ含有以下4个不同的功能组分：382）β二聚体

β亚基以二聚体、环状的形式环绕着DNA并在DNA自由滑动，构成一个滑动钳。功能：滑动钳把全酶束缚在模板DNA上，保证高度的进行性。2）β二聚体393）γ复合物含有5种亚基：γ2δ1δ’1χ1ψ1。功能:γ复合物是β滑动钳的载体，帮助β滑动钳结合到DNA上。γ复合物有依赖DNA的ATP酶活性。β二聚体自己并不能组装到DNA上，通过γ复合物与ATP协同作用催化ATP的水解而组装到DNA上的。3）γ复合物404）τ二聚体功能：τ2将两个核心酶分子和一个γ复合物连接起来。

τ亚基是一个依赖于DNA的ATP酶。4）τ二聚体41精编课件高中生物竞赛《DNA复制》辅导课件42

表

E.coli中的三种DNA多聚酶

DNApolⅠDNApolⅡDNApolⅢ结构分子量

103KD120KD850KD构成

单体单体异多聚体分子数/细胞

40010010-20功能5→3’聚合酶

+++（新生链合成）3`→5’外切酶

+++5`→3’外切酶

+－－

1生物学活性核苷酸数／min100050约50,0000.0515表E.coli中的三种DNA多聚酶

D431.2DNA聚合酶和复制的忠实性复制过程的忠实性是保证生物体遗传信息准确传递的一个必要条件，它取决于碱基配对的专一性。DNA聚合酶可以通过以下方式提高互补碱基选择的专一性。1.2DNA聚合酶和复制的忠实性441）碱基配对原则维持DNA复制的准确性：2）DNA聚合酶本身的校对作用

DNApol的3’5’外切酶活性可切除错配碱基，使得DNA复制错误的机会只有10-8-10-10。3)需要RNA引物起始DNA复制，DNApol只能从引物的3’

端延伸DNA

碱基配对协同性使得最初几个碱基错配率高，而RNA引物最终被降解而避免错误。4）后随链的不连续合成因其有利于错配碱基的校正1）碱基配对原则维持DNA复制的准确性：451.3其他生物的聚合酶噬菌体也编码DNA聚合酶，它们是T4、T5、T7、SPIO1。这些酶都有5’-3’合成酶活性和3’-5’外切校正活性。

真核生物中发现了5种不同的DNA聚合酶，分别为α、β、γ、δ、ε。前四个位于细胞核中，而γ是线粒体酶。1.3其他生物的聚合酶461.4DNA聚合酶的引物(primer)DNA复制为什么需要引物？DNA聚合酶只能催化dNTP到已有核酸链的游离3’-OH上，而不能从游离核苷酸起始DNA链的合成。DNA聚合酶需要引物来提供3’-OH末端，然后在其上加入核苷酸来延伸DNA链。1.4DNA聚合酶的引物(primer)47DNA复制需要合成引物通常细胞先在模板上合成一段RNA序列，然后通过DNA聚合酶延伸RNA链的3’-OH。为什么需要一段RNA序列作为引物来进行DNA复制呢?

这可能尽量减少DNA复制起始处的突变有关。DNA复制需要合成引物通常细胞先在模板上合成一段RNA序列，48引物合成1）大部分生物利用模板上合成一段RNA序列作为引物；2）环状DNA在内部形成一个缺口产生引物末端，如滚环复制3）直接引发合成，特殊蛋白质把核苷酸直接引入到聚合酶的催化位点。如腺病毒。引物合成492DNA连接酶（DNALigase）1967年，世界上数个实验室几乎同时发现该酶。

2.1基本性质：能将两段DNA拼接起来的酶，催化DNA相邻的5‘磷酸基团和3’羟基末断之间形成磷酸二酯键，封闭DNA单链缺口。2DNA连接酶（DNALigase）1967年，50

1）E＋ATP→E－AMP＋ppi（动物细胞和噬菌体）

E＋NAD→E－AMP＋NMN（E.coli等细菌）2）E-AMP上的AMP转移到DNA的5’-PO4上使其活化3）活化的5’-PO4与相邻的3’-OH作用形成3’－5’

磷酸二酯键，并释放出AMP。2.2功能特点：2.2功能特点：51精编课件高中生物竞赛《DNA复制》辅导课件523解旋酶(helicase)功能特点：解旋酶可以促使DNA在复制叉处打开双链，解开氢键，形成单链。利用ATP水解获得的能量来打断氢键二聚体或六聚体形式存在3解旋酶(helicase)功能特点：53精编课件高中生物竞赛《DNA复制》辅导课件544

单链结合蛋白（SSBP）功能特点：在E.coli中以四聚体存在177个aa组成74KDaSSBP与螺旋酶不一样，不具备酶的活性，不和ATP结合。