生物化学课件：第十四章DNA的生物合成1

1原核生物DNA复制过程第三节2一、复制的起始二、复制的延长三、复制的终止3

一、复制的起始1.DNA解开成单链，形成复制叉，提供模板3.合成引物，提供3-OH末端2.形成引发体4

复制的起始5（一）DNA的解链1、复制有固定起始点2、DNA解链需多种蛋白质参与3、解链过程中需要DNA拓扑异构酶E.Coli

基因图目录E.coli复制起始点oriC，跨度为245bp识别区（2对反向重复序列）富含A、T区(3组串联重复序列）HU原核生物的复制起始部位及解链93

5

5

3

DnaB解螺旋酶DnaCSSB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。

DnaG引物酶DNA拓扑异构酶Ⅱ（二）引发体形成和引物合成10引物的合成3

5

5

3

DnaB解螺旋酶DnaCSSBDNA拓扑异构酶Ⅱ合成引物DnaG引物酶解链方向1、引物：短链RNA分子2、合成方向：5’→3’3、提供3-OH末端11二、复制的延长酶：DNA-polⅢ原料：dNTP化学本质：磷酸二酯键的生成合成方向：5’→3’

领头链：连续随从链：不连续半不连续复制12

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-polⅢ目录复制的延长DNAPolymeraseIIIStructureresemblesahumanrighthandTemplateDNAthreadthroughthepalm;ThumbandfingerswrappedaroundtheDNA1415目录1、前导链复制先于后随链2、两链在同一酶催化下进行延长DNA-polⅢ16三、复制的终止切除引物：RNA酶填补空缺：DNA-PolI连接切口：DNA连接酶

17

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。185

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA连接酶后随链上不连续性片段的连接：切除引物填补空缺连接切口19复制过程简图20真核生物DNA复制过程第四节21（一）复制的起始（二）复制的延长（三）复制的终止注意：原核生物E.Coli

的DNA是环状双链；真核生物为线状双链DNA。真核生物的DNA生物合成

复制时间：分裂间期的S期23

打开双链形成复制叉引发体RNA引物多染色体、多起始点、多复制子复制起始点：Oric短、富含AT序列复制有时序性特点一、真核生物复制的起始

——与原核生物基本相似24

引物酶：DNA-Polα

解螺旋酶：DNA-Pol

δ

拓扑酶增殖细胞核抗原（PCNA）复制因子（RFA≈SSB、RFC等）复制起始需要的一些酶和因子25PCNA为同源三聚体，可形成闭合环形的“DNA夹子”(与DNA-PolⅢ的β-亚基有相同的功能和相似的构象。)

PCNA是Pol

的可滑动的夹子：在RFA的作用下

PCNA结合于引物-模板链上，使Pol

获得持续合成能力。PCNA可与许多蛋白质分子结合，是协调DNA复制、损伤修复、表观遗传和细胞周期调控的核心因子。增殖细胞核抗原（PCNA）26引物核小体二、真核生物复制的延长延长的主要酶：DNA-Polδ延长过程：α和δ互换引物、冈崎片段比原核生物短后随链前导链亲代DNA27复制延长的总结DNA聚合酶

/

转换：在复制叉及引物形成后，DNA-Polδ通过PCNA的协同作用，逐步取代DNA-Polα，在RNA引物的3’-OH上连续合成子链；真核生物以复制子为单位进行复制，其引物和冈崎片段都比原核生物的短；真核生物冈崎片段的长度大致与一个核小体所含

DNA的碱基数或其若干倍相等；真核生物DNA-Pol的催化效率远比原核生物慢，但复制的整体速度不慢。28三、真核生物复制的终止切除引物：RNA酶、核酸外切酶填补空隙：DNA-Polδ/

片段连接：连接酶(冈崎片段、复制子）

DNA合成后，立即组装成核小体29问题？？？线性染色体两端DNA子链上，5’端RNA引物去除后留下空隙该如何填补？已知：1、DNA-Pol

不能催化两个游离的dNTP聚合2、DNA单链的母链易被DNase水解。四、染色体末端复制——端粒酶线性DNA复制的末端复制完成后子链末端留下空隙，母链成单链312009年诺贝尔生理学或医学奖发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。伊丽莎白·布莱克本ElizabethBlackburn卡罗尔-格雷德CarolGreider杰克·绍斯塔克JackSzostak32端粒(telomere)真核生物染色体线性DNA分子末端膨大的特殊的结构。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。•

该序列是多次重复的富含T、G碱基的短序列（TnGn）x。TTTTGGGGTTTTGGGG…33端粒酶(telomerase)

端粒酶RNA（An、Cn）x(hTR)

AAAACCCCAAAACCCC...

端粒酶协同蛋白(hTP1)

端粒酶逆转录酶(hTRT)

功能：提供RNA模板、催化逆转录端粒酶通过爬行模型的机制维持染色体的完整组成3435363738端粒酶的RNA端粒DNA末端内在模板RNA端粒酶的RNA端粒酶的RNADNA-Pol端粒酶靠其hTR（AnCn）x

辨认及结合母链DNA（TnGn）x的重复序列并结合至其3’端，开始以逆转录的方式复制延伸母链。复制一段后，hTR（AnCn）x

爬行移位至新合成的母链3’端再以逆转录的方式继续复制延伸母链。延伸至足够长度后，端粒酶脱离母链，代之以DNA-pol，此时母链形成非标准的G-G发夹结构允许其3’-OH反折，同时起引物和模板的作用，在DNA-pol的作用下完成末端双链的复制。39逆转录和其他复制方式第五节40逆转录(reversetranscription)RNADNA

逆转录酶

一、逆转录病毒和逆转录

逆转录：就是以RNA为模板，由逆转录酶催化4种dNTP聚合、产生DNA的过程，又称RNA指导的DNA合成。逆转录病毒：含有逆转录酶的RNA病毒。41是多功能酶，有三种酶活性：RNA指导的DNA聚合酶活性RNaseH活性DNA指导的DNA聚合酶活性逆转录酶(reversetranscriptase)全称：依赖RNA的DNA聚合酶

42逆转录的过程

RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链逆转录酶(RNaseH)单链DNA逆转录酶双链DNA4344基因重组瞬时表达稳定表达整合（integration）：某些情况下，前病毒基因组通过基因重组，插入到细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。45真核生物线粒体DNA按D环方式复制D-环复制（D-loopreplication)复制起点不在双链DNA同一位点，内外环复制有时序差别。dNTPDNA-polγ

46有特异的复制起点；环形线粒体DNA两条链（H和L）的复制不同步D环或取代环（displacementloop）：线粒体DNA复制开始以H链作为模板合成新的L链，取代原来的L链并和H链互补，而原来的L链则保持单链状态，形成类似英文字母D的区域；两条链具有不同的复制起点和相反的合成方向；线粒体DNA复制也需要RNA引物。线粒体DNA复制特点：47临床意义线粒体DNA（mtDNA）；37基因（13个mtDNA基因；22个tRNA；2个rRNA）mtDNA易突变，损伤修复较困难，因此mtDNA与衰老、癌症等基因发生密切相关.48

小结49复制特点：(3个)半保留复制

2.双向复制3.半不连续复制5

3

解链方向3´5´前导链(leadingstrand)后随链(laggingstrand)3

5

3´3´5´5´前导链连续复制后随链不连续复制DNA复制方向：5

3

三、半不连续性复制冈崎片段51原核生物与真核生物参与复制的关键酶原核生物真核生物拓扑异构酶SSBDnaCDnaB（解螺旋酶）、DnaA、引物酶连接酶DNApolⅠ、Ⅱ、Ⅲ拓扑异构酶RFA解螺旋酶:DNA-Pol

δ引物酶:DNA-Polα连接酶DNApol

、

、

、

、

52

DNA聚合酶活性（作用）（2方面）

1、聚合活性：

5

3

方向，催化四种dNTP一个一个地连接到DNA子链上去。

2、核酸外切酶活性（两种情况）

3

5

外切酶活性，能辨认错配的碱基对，并将其水解。

5

3

外切酶活性，能切除突变的DNA片段。53原核生物与真核生物的DNA聚合酶原核生物真核生物DNApolⅢ核心酶：聚合、校正γ-复合物DNA夹子DNA-pol、DNA-pol

DNA-pol

：校读、修复和填补缺口复制引发和延伸过程中发生DNA聚合酶

/

转换DNA-polⅡ：DNApolⅠ：校读、修复和填补缺口参与DNA损伤的应急修复DNA-pol

（Ⅱ）：参与应急修复54原核生物：

DNA-polⅢ真核生物：

DNA-polα和δ复制中起主要作用的DNA聚合酶55DNA生物合成过程起始：解螺旋、形成复制叉、引发体、引物延长：半不连续复制、冈崎片段终止：切除引物、填补空缺、连接切口56原核生物与真核生物复制起始的比较原核生物真核生物拓扑异构酶SSBDnaCDnaB（解螺旋酶）、DnaA、引物酶拓扑异构酶 解旋酶（多种） RPA

SSB

Pol

/引物酶

只有一个复制起始点；打开双链形成复制叉,形成引发体，合成RNA引物多复制起始点,且起始片段较短；打开双链形成复制叉,形成引发体，合成引物57原核生物与真核生物复制延长的比较原核生物真核生物DNApolⅢ核心酶：聚合、校正γ-复合物DNA夹子DNA聚合酶

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复制因子C（RFC)增殖细胞核抗原（PCN