第五章 DNA的生物合成

中心法则（thecentraldogma)DNARNAProtein转录翻译复制复制反转录1958F.Crick1970H.Temin(逆转录)Chapter5

DNAreplication复制概念

遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA分子上，称为复制，这是生物体内高分子的聚合过程，即DNA的生物合成。第一节DNA复制的基本方式一、半保留复制

（semiconservativereplication)

复制时母链的双链DNA解开成各自作为模板指导子代合成互补链；子代的两条链：亲代链＋新合成链；由于碱基互补，子代DNA双链和亲代DNA碱基序列一致。AGAACTTAGTCTTGAATCTCTTGAATC通过半保留复制，子代DNA和亲代的DNA是一致的AGAACTTAG重新合成的子代链TCTTGAATCAGAACTTAG母链意义子代保留了亲代DNA的全部信息；

DNA通过复制和基因表达决定生物特性；体现了遗传过程的相对保守性；保守性是相对的，不能忽视其变异性。复制叉移动方向前导链冈崎片段后随链二、半不连续性（semidiscontimity）不连续复制连续复制半不连续复制：在生物中普遍存在的这种前导链的连续复制和滞后链的不连续复制方式，称为DNA合成的半不连续性。概念复制叉、前导链、后随链、冈崎片段第二节DNA复制的酶学复制是在酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种高分子物质共同参与。dNTPDNA-pol单链的DNA母链RNA引物其它辅助因子5

TCA3

5

3

OH3

AGTCAAGTGA5

GPP-PHOdTTPdATPdCTP复制过程中的脱氧核苷酸聚合代表引物C5

TCTOHPPP3

DNA聚合酶（DNApolymerase）

DNA螺旋酶拓扑酶引物酶连接酶其它相关酶和蛋白质一、DNA聚合酶（DNApolymerase）原核生物：DNA-pol

I

II

III

真核生物：DNA-pol

αβγδε原核生物DNA聚合酶NC小片段35kDa大片段（Klenow片段）68kDa5’3’核酸外切酶活性DNA聚合酶活性3’5’核酸外切酶活性蛋白酶DNA-polI（103kDa）结构特点1、由18个-螺旋区组成；2、蛋白酶水解产生2个片段：小片段：有5`3`外切酶活性大片段：有DNA聚合酶活性及3`5`外切酶活性。Kornberg酶,1956主要作用：填补复制修复空隙(5‘→3’外切酶活性)校正复制中错误(3‘→5’外切酶活性)一条分子量120kDa的多肽链活性很低能促进DNA合成有3’→5’的外切核酸酶活性，无5’→3’外切酶活性在DNA的修复中起一定作用DNA-polIIKornberg,Gefter,1970~1971真正负责大肠杆菌细胞内合成DNA的复制酶（Replicase）；10种亚基组成的不对称二聚体；核心酶(coreenzyme)：具有核苷酸聚合的作用；

3’→5’外切酶活性。DNA-polIIIKornberg,Gefter,1970~1971E.coliDNA聚合酶Ⅲ不对称二聚体

ε

''

ε核心酶(,ε,

)原核生物DNA聚合酶的比较

酶活性53聚合酶活性

35外切酶活性

分子大小（kd）

>25036-38163-300170256细胞内定位

核核线粒体核核功能

引物酶活性修复复制

主要

校读、修

复制（无其它聚合酶复、填补DNA-pol时）真核生物的DNA聚合酶DNA解旋酶/DNA解旋蛋白（DNAunwindingprotein）：催化双螺旋DNA的解旋和解链，该过程需水解ATP提供能量。二、DNA解旋酶（DNAhelicase）解旋酶ⅡⅢ和rep蛋白；解旋酶ⅡⅢ：沿着后随链的模板，从5‘

3’方向移动，促使复制叉向前延伸；rep蛋白：沿着前导链的模板，以3‘5’方向向前移动，从而促进双链不断解开。三、DNA拓扑异构酶（DNATopisomerase）原核和真核生物中都发现二类拓扑异构酶：

TopoⅠ和TopoⅡ原核生物：TopoⅡ与复制有关

TopoⅠ与转录有关真核生物：TopoⅠ和Ⅱ均与复制有关。作用：通过切断、旋转和再连接作用，理顺DNA链。

DNA结合蛋白对单链DNA有高亲和力，能特异地结合到分开的单链DNA上。对DNA复制区形成的单链DNA有稳定作用。在真核生物中，一种单链DNA结合蛋白称之复制蛋白A（replicationproteinA,

RPA）结合到暴露的单链上。三、单链DNA结合蛋白

(single-strandDNAbindingprotein,SSB)解螺旋酶helicaseDNA拓朴异构酶

DNAtopoisomerase单链DNA结合蛋白SSB解开、理顺DNA链、维持DNA单链状态四、DNA引物酶(Primase)引物酶：复制是在一段RNA引物上加入脱氧核苷酸，而催化引物合成的RNA聚合酶。目的：尽量减少DNA复制起始处的突变。五、DNA连接酶(DNAligase)DNA连接酶：催化冈崎片段间磷酸二酯键的形成；

注意：连接碱基互补基础上双链中的单链缺口，不能连接单独存在的DNA或RNA单链。连接酶连接模板链上相邻两个片段的切口解螺旋酶：解开DNA双螺旋DNA拓朴异构酶：理顺DNA链单链DNA结合蛋白：稳定维持DNA单链状态前导链的合成：在聚合酶III与滑动夹子结合下连续合成。尾随链的合成：解旋酶（DnaB）和引物酶（DnaG）沿着模板移动。每1000-2000bp合成一个引物。聚合酶III延伸引物，一直达到前一个冈崎片段为止。聚合酶I去除RNA引物，并填补留下的空隙。连接酶封闭最后缺口。各种酶与蛋白质的作用小结第三节DNA生物合成过程DNA复制的基本过程起始延长终止大肠杆菌DNA复制的相关酶和蛋白质蛋白质作用DnaB蛋白开始解链引物酶(DnaG)合成RNA引物rep蛋白(解链酶)解开双链SSB(单链结合蛋白)稳定单股链区DNA旋转酶(拓扑异构酶Ⅱ)引入负超螺旋DNApolⅢ全酶合成DNADNApolⅠ去除引物，补充空隙DNA连接酶连接DNA片段DnaA蛋白连接DNA片段辨认起始点DnaC蛋白运送和协同DnaB（一）复制的起始(initiation)一、原核生物的DNA生物合成引发体生成引物合成DNA解链DnaA蛋白、rep蛋白、SSB和拓扑酶共同参与。起始点（oriC）

固定单一起始点

跨度254bp

结构：3组串联重复序列（识别区）

2对反向重复序列（富含AT）1、DNA解链DnaBDnaCDnaASSBDNA大肠杆菌起始点:DNA-蛋白质复合物的类核小体结构DnaAaDNADnaA蛋白识别、结合于oriC的重复序列DNA解链的基本过程bDnaA蛋白与DNA形成复合物，促使解链c在DnaC的协助下，DnaB结合于初步打开的双链，并用其解螺旋酶活性使双链解开一定长度在解链基础上，引物酶进入形成引发体。引发体

——为含解螺旋酶、引物酶和DNA复制起始区的复合物。2、引发体形成：3、引物的生成：引发体移动过程中，在适当位置引物酶催化引物生成。复制的起始(initiation)