1、本章主编：聂理复制 Replication1(P84)副教授一、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第一节 复制原点、方向和方式（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注意1.强调“每条链”的原因：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。44.“复制起点”Origin 即复制原点。（1）代号：“ori”,“oriC”,“O”。（2）原核生物
2、“ori”有五点特征：（见P104）5（2）原核生物“ori”特征：“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）；ori6复制中，多次发动“ori”启动，以提高复制的速度。7ori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几种复制叉移动形式：一个复
3、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。ori1.“单向复制”：92.“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如枯草杆菌DNA复制。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从“ori”开始，右边的复制叉移动了1/5，停止前进。11第二节 原核生物复制中的酶类12(P88)一、DNA聚合酶（DNA polymerase）1.原核生物（E.coli）DNA聚合酶:该酶的“核酸酶活性”与“在复制中
4、的作用”是两个概念。要分清！13（1）DNA聚合酶的核酸酶活性：53聚合酶活性 35外切活性 53外切活性 dNTPdNMP+PPi（焦磷酸解活性）14（2）DNA聚合酶在复制中的主要作用：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。152.DNA聚合酶II 至今了解甚少。（新书中报道：DNA聚合酶在修复中起作用。）163.DNA聚合酶III（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（1）酶III的核酸酶活性:与聚合酶I相同。如聚合、外切、二、螺旋酶或解旋酶 Helic
5、ases 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。18P943.螺旋酶作用方式：（1）螺旋酶III、rep蛋白。沿着模板DNA35方向移动，分开DNA双链。需要SSB的帮忙稳定解开的单链。19 3 5 rep SSB 3 、5（2）螺旋酶I、螺旋酶II。沿着模板DNA53方向移动，既能解开双链DNA，又能与单链DNA结合。三、拓扑异构酶I、II（其中II酶即“DNA旋转酶gyrase”）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
6、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。(P23、P94)203.两种拓扑酶的区别：21拓扑异构酶I拓扑异构酶II1.方式先切开一条DNA，解旋，再接上。先切开两条DNA，解旋，再接上。2.能量不需要ATP需要ATP3.方向引入正超螺旋引入负超螺旋四、引发酶Primase 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。22P974.引发酶与
7、RNA聚合酶不一样：23引发酶RNA聚合酶专一性不高高底物（原料）dNTP、NTPNTP遇利福平不敏感敏感第三节 DNA复制的形式一、滚环式复制Rolling circle replication24P108一、滚环式复制 1.名称：也叫名称：也叫“复制复制”或或“共价延共价延伸伸”。2.这种复制方式在下列这种复制方式在下列生物生物DNA中有中有：（1）噬菌体：M13、174、G4、DNA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。253.滚环复制过程：（1）双链环状DNA的（+）链从“ori”处切刻开。5-端离开环。(-)5
8、ori263.滚环复制过程：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。(-)53(2)SSB覆盖在（+）链的5-端单链上，273.滚环复制过程：(4)DNA聚合酶以延伸的单链DNA为模板，合成子代双链DNA。(-)5335(3)象拉卷尺一样，（+）链越拉越长。283.滚环复制过程：(5)连接各岗崎片段，子代DNA形成线状或环状。(-)533529（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。174、M13、G4噬菌体
9、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注意174噬菌体滚环复制，就产生大量环状+DNA。31P109 图3-29二、式复制 replication 1.也叫也叫“Cains 式复制式复制”。2“J.Cairns”简介：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“”形结构而得名。32（P87）3.式复制类形：（1）单向复制。（2）双向复制：双向对称复制；双向不对称复制。33 噬菌体噬菌体DNA有有两种复制形式两种复
10、制形式：（1）早期：复制（2）晚期：滚环复制。见P111示意图3-31。34注意三、D环复制 D Loop synthesis 1.这种复制形式，在下列生物中这种复制形式，在下列生物中发现：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3-23352.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。363.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。重链HOH轻链L37HLH3.
11、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。OHOL38LHHL3.D环复制过程：（3）当H链合成结束时，L链才合成35%。HOL39L3.D环复制过程：（4）L链合成完毕。D环复制全过程完成。OLOH40四、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。41五、蝴蝶形复制 P125 如如SV40SV40病毒的病毒的DNADNA是双链环状，长度为是双链环状，长度为52435243bpbp。复
12、制中期复制中期，部分超螺旋没有展开，紧缠，部分超螺旋没有展开，紧缠着。而已经复制的区域张开如同着。而已经复制的区域张开如同蝴蝶蝴蝶的的翅膀。翅膀。复制后期复制后期会呈现连环结构，会呈现连环结构，需拓扑异构酶解开两个子需拓扑异构酶解开两个子代代DNA。42第四节 真核生物DNA的复制 一、半保留复制一、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
13、竟然比真核生物的大103倍。b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真核生物“ori”的特点：与原核有相似之处：与原核有相似之处：（1 1）富含）富含A/TA/T序列；序列；（2 2）有正向重复序列；）有正向重复序列；（3 3）有回文序列。）有回文序列。45三、真核生物复制子特点：1.一条染色体上具有一条染色体上具有多个复制子多个复制子。2.同一染色体上，各复制子同一染色体上，各复制子长度不同长度不同。3.不同生长期，复制子不同生长期，复制子数目不同数目不同。如果蝇，生长旺盛期，细胞快速分裂，如果蝇，生长旺盛期，细胞快速分裂，复制子数目可扩增十倍。复制子数
14、目可扩增十倍。4.每个每个“ori”在每个复制周期中只在每个复制周期中只启动一启动一次。次。5.相邻复制子的终点是随机碰撞会合的。相邻复制子的终点是随机碰撞会合的。466.生物不同，染色体上的复制子数目不同47生物DNA长度Kb复制子数目复制子平均长度Kb噬菌体48.5148.5大肠杆菌420014200酵母2.010450040果蝇3.0 105500030爪蟾3.0 10615000200四、核小体组装：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。DNA组蛋白48（P126-129）2.实验证明：用环己亚胺、放线菌酮试剂作为组蛋用环己亚胺、放线菌酮试
15、剂作为组蛋白合成的白合成的抑制剂抑制剂，加入正在复制的，加入正在复制的SV40病毒中。病毒中。发现复制叉上发现复制叉上亲代组蛋白偏在有先导亲代组蛋白偏在有先导链链的双链一边上。另一边双链的双链一边上。另一边双链DNA上光上光秃秃的。秃秃的。先导链49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。50所以，科学家用SV40作为研究真核生物的代表。五、真核生物染色体末端DNA 人们很早就发现：如果染色体内部断裂时，会重新连接起来。但天然染色体末端，不会与其它DNA连接。经研究发
16、现：染色体末端有一种特殊的修饰结构端粒结构。51（P55、126）1.端粒 Telomere 特点：（1）DNA末端不平齐，5-端隐缩或3-端伸出。（2）3-端伸出的单链中富含G。（3）末端序列中，有许多短的正向重复序列。531986年Gottschling&Zalian 研究原生动物尖毛虫（Oxytricha）营养核时，发现了染色体末端的端粒结构。52(P55)（4）端粒序列特点：5 Cn(A/T)m 3 Gn(T/A)m n=1-8 m=1-4（5）端粒结构不易被核酸内切、外切酶水解532.端粒酶Telomerase Blackburn首先在四膜虫中发现了端粒 酶，又 在 尖 毛 虫 和
17、游 仆 虫(euplotes)中揭示了该酶的实质。（1）酶组成：RNA和蛋白质。（人们再次认识到RNA也可作为酶）（2）RNA的特征：富含“CA”序列。54(P126)（3）酶中RNA的作用：主要的：作为DNA3-OH端链的模板，为3-OH端链合成“GT”重复片段，延伸3-OH端链。3DNATGTGCACARNA次要的：作为5-端链的引物，合成或修补5-端链。555 1.翻译：R酶、核酶、核糖核酸质酶。2.解释：具有催化、加工功能的RNA或DNA，只是它们不如蛋白质灵活、多样。56Ribozyme3.核酶的发现 1986年Thomas Cech 发现四膜虫26SrRNA的自我剪接功能，发表了“RNA as an Enzyme”(Sci.Amer.255:64-75).Sidney Altman 接着也报道了RNAases P组成中也有 RNA(M1 RNA)，它具有催化性质。上述二人因核酶的发现，于1989年荣获诺贝尔化学奖！571.描述非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的扩增过程。2.哺乳动物DNA聚合酶有哪些类型？这些酶分布在细胞内何处？其组成和活性如何？我们了解它们哪些功能？请你列表说明之。3.真核生物DNA引发酶与DNA聚合酶关系如何？思考题58
