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第三章 复制 Replication

第三章 复制 Replication. (P84). 1. 副教授. 第一节 复制原点、方向和方式. 一、 复制子 Replicon. 是 DNA 的一个复制单元。它包括 DNA 每条链 的一个复制起点序列和 一些终止序列 。. 2. 注意. 1.强调 “ 每条链 ” 的原因：. （1） A、B 两条链是互补关系，不相同。所以，两条链的起点 序列不一样 。 （2） A、B 两条链的 起点位置 有时 不同 。. 3. 2. 强调“ 一些终止序列 ”的原因：.

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第三章 复制 Replication

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Presentation Transcript

  1. 第三章 复制Replication (P84) 1 本章主编：聂理 副教授

  2. 第一节 复制原点、方向和方式 一、 复制子 Replicon • 是DNA的一个复制单元。它包括DNA每条链的一个复制起点序列和一些终止序列。 2

  3. 注意 • 1.强调“每条链”的原因： • （1）A、B两条链是互补关系，不相同。所以，两条链的起点序列不一样。 • （2）A、B两条链的起点位置有时不同。 3

  4. 2.强调“一些终止序列”的原因： • （1）DNA有线状和环状、平齐末端、粘性末端多种形式，所以终点序列形式多样性。 • （2）“终止序列”用于复制中。“终止子”用于转录中。 4

  5. 4. “复制起点” Origin • 即复制原点。 • （1）代号：“ori”,“oriC”,“O”。 • （2）原核生物“ori”有五点特征： （见P104） 5

  6. （2）原核生物“ori”特征： ori •  “ori”是一段较长的序列。 • 如E.coli的“ori”约245bp。 • 富含A/T序列； • 如G-细菌ori中，A/T占56%。 • 有正向重复序列； • 如G-细菌ori中，8-14次出现“GATC”。 • 有反向重复序列（即回文序列）； 6

  7. 复制中，多次发动“ori”启动，以提高复制的速度。复制中，多次发动“ori”启动，以提高复制的速度。 ori 7

  8. 二、复制叉Replication fork • 这是复制中的生长点（growing point），也是正在进行复制的DNA的Y状位点。 • 一般从“ori”开始出现复制眼时，就有两个复制叉产生。这两个复制叉的移动速度和距离不一定相同。 8

  9. 几种复制叉移动形式： 1. “单向复制”： • 一个复制叉移动完成整个复制过程的。 • 一般是环状DNA复制形式。 • 如质粒DNA的复制。 ori 9

  10. 2. “双向复制” • 又分为： • （1）双向对称复制 • 如原核生物E.coli的DNA复制。 • （2）双向不对称复制。 • 如枯草杆菌DNA复制。 E.coli的DNA复制。 10

  11. 如枯草杆菌DNA复制。 • 从“ori”开始，右边的复制叉移动了1/5，停止前进。 • 左边的复制叉开始移动，完成4/5的复制。 • 两个复制叉的移动特点： • 不同步（时差）； • 不对称（距离差）。 ori 11

  12. 第二节 原核生物复制中的酶类 (P88) 12

  13. 一、DNA聚合酶（DNA polymerase） • 1.原核生物（E.coli）DNA聚合酶Ⅰ: • 该酶的“核酸酶活性”与“在复制中的作用”是两个概念。要分清！ 13

  14. （1）DNA聚合酶Ⅰ的核酸酶活性： • 5’→3’聚合酶活性 • 3’→5’外切活性 • 5’→3’外切活性 • dNTP→dNMP+PPi（焦磷酸解活性）    14

  15. 识别、切除错误核苷酸。 切除引物RNA。 填补空缺的DNA。 总之，它是矫正、修复酶。    （2）DNA聚合酶Ⅰ在复制中的主要作用： 15

  16. 2.DNA聚合酶II • 至今了解甚少。 • （新书中报道：DNA聚合酶Ⅱ在修复中起作用。） 16

  17. 3.DNA聚合酶III • （1）酶III的核酸酶活性: • 与聚合酶I相同。 • 如聚合、外切、…… • （2）酶III在复制中的作用： • 是DNA复制延长中主要合成的酶。 • 更确切说：DNA天然聚合酶III （polIII*）起延长主要作用。 17

  18. 二、螺旋酶或解旋酶Helicases P94 • 1.：给DNA某种螺旋作用，增大DNA单链泡状结构，促进DNA两条链分开为单链。 • 2.注意：过去叫它“解链酶”，但现在不用了。 18

  19. 3.螺旋酶作用方式： • （1）螺旋酶III、rep蛋白。 • 沿着模板DNA3’→5’方向移动，分开DNA双链。需要SSB的帮忙稳定解开的单链。 • （2）螺旋酶I、螺旋酶II。 • 沿着模板DNA5’→3’方向移动，既能解开双链DNA，又能与单链DNA结合。 19

  20. 三、拓扑异构酶I、II（其中II酶即“DNA旋转酶gyrase ”） (P23、P94) • 1.主要功能： • （1）引入超螺旋，增大DNA单链泡状结构，便于酶、因子识别或结合DNA，有利于复制、转录、调控的起始。 • （2）引入超螺旋，缓解复制叉前进而造成的超缠现象。 • （3）引入超螺旋，使DNA在复制、转录中恢复双螺旋结构。 20

  21. 3.两种拓扑酶的区别： 21

  22. 四、引发酶Primase P97 • 1.酶作用：合成引物RNA，为DNA的合成起头。 • 2..本书认为：此酶是合成引物的酶，不要叫它“引物酶”。因为，引物酶是水解引物的酶。 • 3.引物（Primer）：是一段RNA，可长达50-60nt，它能与DNA结合，也能让DNA聚合酶紧接其后延长DNA。 22

  23. 4.引发酶与RNA聚合酶不一样： 23

  24. 第三节 DNA复制的形式 一、滚环式复制 Rolling circle replication P108 24

  25. 一、滚环式复制 • 1.名称：也叫“σ复制”或 “共价延伸” 。 • 2.这种复制方式在下列生物DNA中有： • （1）噬菌体：M13、φ174、G4、λDNA后期基因复制。 • （2）细菌：E.coli DNA、细菌致育因子F。 • （3）真核生物：非洲爪蟾卵母细胞rDNA的复制。 25

  26. （1）双链环状DNA的（+）链从“ori”处切刻开。5’-端离开环。（1）双链环状DNA的（+）链从“ori”处切刻开。5’-端离开环。 3.滚环复制过程： （+） (-) ori 5’ 26

  27. DNA聚合酶以（-）链环为模板，从（+）链的3’-OH端共价延伸，合成子代（+）链DNA。DNA聚合酶以（-）链环为模板，从（+）链的3’-OH端共价延伸，合成子代（+）链DNA。 3.滚环复制过程： （+） (2) SSB覆盖在（+）链的5’-端单链上， (-) 3’ 5’ 27

  28. (4)DNA聚合酶以延伸的单链DNA为模板，合成子代双链DNA。(4)DNA聚合酶以延伸的单链DNA为模板，合成子代双链DNA。 3.滚环复制过程： • (3)象拉卷尺一样，（+）链越拉越长。 （+） (-) 3’ 5’ 3’ 5’ 28

  29. (5) 连接各岗崎片段，子代DNA形成线状或环状。 3.滚环复制过程： （+） (-) 3’ 5’ 3’ 5’ 29

  30. 注意 • （1）合成的双链线状DNA长短不一。有时为环状的几倍。 • （2）噬菌体： • 产生线状DNA时，容易整合到宿主DNA上，以溶源态生存。 •  形成环状DNA时，被衣壳蛋白包装后，就成为子代噬菌体了。 •  φ174、M13、G4噬菌体基因只是单+DNA。它们先合成-DNA（见P112） ，再滚环复制大量单链环状+DNA（见P109）。 30

  31. φχ174噬菌体滚环复制，就产生大量环状+DNA。 P109 图3-29 31

  32. 二、θ式复制 θ replication • 1.也叫“Cains 式复制”。 • 2 “J.Cairns”简介： • 他先是因为研究原核生物“半保留复制”，在60年代出名的科学家。 • 后来，他研究E.coliDNA复制时，采用3H标记的T ，经放射自显影和电子显微镜拍照，展示了“θ”形结构而得名。 （P87） 32

  33. （1）单向复制。 （2）双向复制： 双向对称复制； 3. θ式复制类形： • 双向不对称复制。 33

  34. 注意 •  噬菌体DNA有两种复制形式： • （1）早期：复制 • （2）晚期：滚环复制。 • 见P111示意图3-31。 34

  35. 三、D环复制 D Loop synthesis • 1.这种复制形式，在下列生物中发现： • （1）哺乳动物的线粒体DNA； • （2）高等植物的叶绿体DNA。 • 过程见P103图3-23 35

  36. 2.发现：（P103） Terome 和Vinograd发现环状双链DNA中：（1）两条链合成子代DNA不同步。 （2）“ori”不在同一位置。 （3）有一条链象字母D一样鼓起了单链泡状结构（D loop）而得名。 36

  37. 3.D环复制过程： • （1）从OH开始，子代H’链先合成，亲代H链鼓起单链D环。 OH 重链H H 轻链L H’ L 37

  38. 3.D环复制过程： • （2）当H’链合成了67%时，从OL处开始，以单链D环为模板，合成L’链。 OH H’ H L L’ OL 38

  39. 3.D环复制过程： • （3））当H’链合成结束时，L’链才合成35%。 H’ L’ OL 39

  40. 3.D环复制过程： • （4）L’链合成完毕。D环复制全过程完成。 OH OL 40

  41. 四、跃进式复制Saltatory replication • 在某一时刻，因某种原因，一段DNA序列突然横向扩增，产生多个串联重复单位的现象。叫跃进式复制，也叫“基因扩增”（P338）。 • 如rDNA；真核生物的卫星DNA。 41

  42. 五、蝴蝶形复制 P125 • 如SV40病毒的DNA是双链环状，长度为5243bp。 • 复制中期，部分超螺旋没有展开，紧缠着。而已经复制的区域张开如同蝴蝶的翅膀。 • 复制后期会呈现连环结构，需拓扑异构酶解开两个子代DNA。 42

  43. 第四节 真核生物DNA的复制 • 一、半保留复制 • 1.最早证明者： • Taylor于1957年以蚕豆苗染色体为例，应用3H脱氧胸苷同位素和放射自显影技术，拍摄了“染色体半保留复制”图象。 • 他早于Cairns 证明“原核生物半保留复制”六年。 43

  44. 二、真核生物的复制原点： • 已知：真核生物DNA比原核生物DNA长许多。 • 原核生物DNA聚合酶复制速度竟然比真核生物的大103倍。 • 问：如何缩短真核生物DNA复制时间？ • 答：采用多个复制原点同时启动方式……。 44

  45. 真核生物“ori”的特点： • 与原核有相似之处： • （1）富含A/T序列； • （2）有正向重复序列； • （3）有回文序列。 45

  46. 三、真核生物复制子特点： • 1.一条染色体上具有多个复制子。 • 2.同一染色体上，各复制子长度不同。 • 3.不同生长期，复制子数目不同。 • 如果蝇，生长旺盛期，细胞快速分裂，复制子数目可扩增十倍。 • 4. 每个“ori”在每个复制周期中只启动一次。 • 5.相邻复制子的终点是随机碰撞会合的。 46

  47. 6.生物不同，染色体上的复制子数目不同 47

  48. 四、核小体组装： （P126-129） • 1.规律： • 核小体中的DNA是以半保留复制形式合成的。 • 组蛋白是以全保留方式合成组装的。 组蛋白 DNA 48

  49. 2.实验证明： • 用环己亚胺、放线菌酮试剂作为组蛋白合成的抑制剂，加入正在复制的SV40病毒中。 • 发现复制叉上亲代组蛋白偏在有先导链的双链一边上。另一边双链DNA上光秃秃的。 先导链 49

  50. 问：为什么用“SV40”作为研究真核生物的代表？问：为什么用“SV40”作为研究真核生物的代表？ • 答：SV40是动物病毒，在寄主细胞中能形成核小体结构——微染色体， • 这是真核生物的特征。另外，SV40的复杂程度比真核生物小。 • 所以，科学家用SV40作为研究真核生物的代表。 50

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