分子生物学DNA的复制

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分子生物学 第3章 DNA复制

分子生物学   第3章 DNA复制

DNA helicase (DNA解旋酶)
利用ATP供能,解开DNA双链, 可随复制叉 的伸展向前移动
大肠杆菌中解旋酶的种类
种 类
DnaA DnaB DnaC
功 能
辨认起始点,并结合到复制起始部位 解开DNA双链 运送和协同DnaB
single-stranded binding protein (SSB, 单链结合蛋白)
是一类调节DNA分子的超螺旋水平,可改变DNA拓扑性 质的酶。对DNA分子的作用是既能水解、又能连接磷酸 二酯键。 • 拓扑异构酶 I: 切开DNA双链中的一股,使DNA在解链旋 转中不打结,DNA变为松弛状态再封闭切口。 同转录有 关 • 拓扑异构酶 II: 能切断DNA双链,使螺旋松弛。在ATP参 与下,松弛的DNA进入负超螺旋,再连接断端。同复制
3´→5´外切酶活性: 切除错配的核苷酸
5'
3' C T T C A G G A G A A G T C C G G C G 5'
3'
DNA ligase
连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端,形成磷 反应需要ATP。
酸二酯键,从而把两段相邻的DNA链连接成完整的链。
二、 DNA复制的过程
E. Coli DNA在15N-标记的营养液中生
长多代,使DNA双链充分标记
将15N-标记
细胞在
14N中
细胞在
14N中复
细胞在
14N中复
的E.Coli 加入14N 培 养液中
万有引力
复制1 次
制第2次
制第3次
单林娜 制作
11
DNA半保留复制的生物学意义:
DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性,

分子生物学:DNA复制

分子生物学:DNA复制

(CsCl gradient centrifuge)
N15
DNA
N14
Semi-Conservation Replication
Source:M. Meselson and F. W. Stahl, Sciences 44:675, 1958.
半半保保留留复复制制-小结
DNA生物合成时,母链DNA解开为两股单链,各自作为 模板(template)按碱基配对规律,合成与模板互补的子链。子代 细胞的DNA,一股单链从亲代完整地接受过来,另一股单链则 完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。 这种复制方式称为半保留复制。
RNA引物的形成
DNA链合成及延长
复制的终止
• RNApol (RNA polymerase)
[Rif S ]
完成对先导链引物的合成
实现DNA复制的转录激活起始

• dnaG (primase) [Rif R]

完成对后随链引物的合成
较先导链的启动落后一个Okazaki片断
• 完成10±NtRNA引物合成后.
遗传物质的基本属性:基因的自我复制 基因的突变 控制性状的表达
DNA复制
亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下, 分别以每 条 单链DNA分子为模板,聚合与 自身碱基可以互补配对的游离的dNTP,合 成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代 DNA分子的过程。 主 要 包 括 引 发 、 延 伸 、 终止三个阶段。
复制发动温度敏感突变型(慢停突变) 42℃不能发动DNA复制、但可完成DNA延伸
37 ℃, 5 ci / mM H3-T , 6min
37 ℃, 52 ci / mM H3-T , 6min

分子生物学中的DNA复制研究

分子生物学中的DNA复制研究

分子生物学中的DNA复制研究DNA复制是细胞分裂过程中至关重要的步骤之一。

在DNA复制过程中,细胞将DNA分子复制成两份,以便将这些DNA分子传递给后代细胞。

分子生物学家一直对DNA复制的机制进行研究,希望更好地理解这个过程,从而揭示DNA复制与细胞生理、疾病、环境等各个方面的关系。

DNA复制的基本原理DNA复制是一种酶催化的过程。

在复制开始之前,DNA双链被解开成两条单链,即互补链。

这些单链成为模板链,用于创建新的DNA链。

创建新的DNA链的过程需要DNA聚合酶酶,这种酶能够将单个核苷酸与DNA链上已有的一端相连,从而延伸DNA链。

在DNA复制过程中,DNA聚合酶只能在3’-5’方向上工作,因此,DNA链被逆向地合成。

DNA聚合酶在模板上读取核酸碱基信息,并使其与反向合成的新链上的碱基配对。

这种核苷酸配对是非常精确的,A始终与T配对,而G总是与C配对。

这种特异性是由DNA碱基对之间的氢键相互作用所决定的。

DNA复制的细节研究DNA复制这一复杂的过程还有很多细节需要细致地研究。

有科学家注意到,在DNA复制的早期阶段,复制酶不能很好地与模板链结合,从而导致复制的失败。

同时,复制酶在复制过程中也可能被暂停,这种暂停与另一种酶——topoisomerase紧密相关。

DNA复制还受到一些可变因素的影响。

例如,DNA复制过程中的错误可以导致细胞的突变和遗传性疾病。

此外,复制的速度也会因细胞类型和外部环境等因素而改变。

对于分子生物学家来说,研究这些的因素的影响对于理解DNA复制的机制以及其与健康、疾病、环境等方面的关系非常重要。

DNA复制的实际应用DNA复制的研究不仅为我们更好地理解细胞生物学提供了很多帮助,而且还有很多实际应用。

许多药物的研发都与DNA复制有关。

例如,即使目前已有许多治疗癌症的药物,在癌细胞的遗传物质中引起DNA复制错误仍然是一种基本治疗方式。

此外,研究DNA复制也有助于诊断和治疗其他疾病,例如帕金森病、阿尔茨海默病等。

分子生物学中DNA复制过程深入解析

分子生物学中DNA复制过程深入解析

分子生物学中DNA复制过程深入解析DNA复制是生物体进行遗传信息传递的重要过程。

它确保了每一个细胞都能够准确地复制其基因组,并将遗传信息传递给下一代。

DNA复制是一个复杂而精确的过程,涉及到多个酶、蛋白质和辅助因子的协同作用。

本文将深入解析DNA复制过程,包括复制起始、DNA聚合酶的作用、复制终止及复制错误的修复等方面。

DNA复制起始是DNA复制的第一步,它在染色体上特定的起始点发生。

复制起始点由DNA复制起始位点序列组成,这些序列通过特定的转录因子和蛋白质的结合来形成复制起始复合体。

复制起始复合体的组装是一个严格的过程,由多个蛋白质参与调节,并受到细胞周期的严格控制。

一旦复制起始复合体形成,DNA复制就可以开始了。

DNA复制的核心过程是DNA聚合酶的作用。

DNA聚合酶是一种酶类分子,通过催化反应将新的核苷酸单元加入到已有DNA链上。

DNA复制的过程中,DNA双链解旋成两条单链,形成一个复制泡。

在每个复制泡中,有一个DNA聚合酶复合物负责合成新的DNA链。

DNA聚合酶通过与DNA模板链互作用,读取模板链上的碱基信息,并将补充的核苷酸加入到新合成的DNA链上。

DNA链的合成是一个方向性的过程,从5'端到3'端进行。

在DNA复制过程中,还涉及到其他一些重要的酶和蛋白质。

例如,DNA链的解旋过程需要由DNA解旋酶来完成。

DNA解旋酶能够结合到DNA双链的解旋区域,并通过将DNA链拉开,使其成为两条单链。

此外,DNA复制过程中还有一些辅助蛋白质,如单链结合蛋白和吻合酶。

单链结合蛋白能够结合到新合成的DNA链上,防止其被再次配对成双链结构。

吻合酶则负责将新合成的DNA链与模板链连接在一起。

DNA复制的终止是复制过程的最后一步。

在途中停止DNA复制的有两种机制:第一种是依赖于DNA序列的特定结构,例如由特定DNA序列所组成的反转录序列;第二种是依赖于特定蛋白质的调节,例如由阻止DNA聚合酶继续合成DNA 链的蛋白质。

基础分子生物学Chapter14 DNA的复制

基础分子生物学Chapter14  DNA的复制

• DNA聚合酶在合成先导链(5′-3′)时是连续的; DNA聚合酶在合成先导链(5′ 时是连续的; 而在合成后随链时是先形成小片段, 而在合成后随链时是先形成小片段, 随后再将 它们连接而成. 它们连接而成.
先导链是持续合成的, 先导链是持续合成的, 而后随链则是不连续合 成的. 成的.
14.9 Coordinating synthesis of the lagging and leading strands. 前导链和后随链的协调合成. 前导链和后随链的协调合成. • 合成前导链和后随链需要不同的酶单位. 合成前导链和后随链需要不同的酶单位. • 在大肠杆菌中, 这两种单位都具有相同的催 在大肠杆菌中, 化亚基 (DnaE). • 在其他的生物中, 每条链可能需要不同的催 在其他的生物中, 化亚基. 化亚基.
14.2 DNA polymerases are the enzymes that make DNA. DNA聚合酶是合成DNA的酶. DNA聚合酶是合成DNA的酶.
• DNA在半保留复制和修复反应两种情况下合成. DNA在半保留复制和修复反应两种情况下合成. • 细菌或真核生物的细胞核具有多种不同的DNA聚 细菌或真核生物的细胞核具有多种不同的DNA聚 合酶. 合酶. • 在细菌中, 一种DNA聚合酶执行半保留复制, 其他 在细菌中, 一种DNA聚合酶执行半保留复制, 的聚合酶参与修复反应. 的聚合酶参与修复反应. • 真核生物的细胞核, 线粒体和叶绿体分别有一种 真核生物的细胞核, 特异的用于复制的DNA聚合酶, 特异的用于复制的DNA聚合酶, 而其他的聚合酶 只参与辅助或修复反应. 只参与辅助或修复反应.
Chapter 14
DNA REPLICATION DNA的复制 DNA的复制

分子生物学 ch4DNA复制

分子生物学 ch4DNA复制

第四章 DNA的复制一、名词解释:1、半保留复制:DNA复制过程中,每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA,另一条链是新合成的,这种方式称为半保留复制2、半不连续复制:DNA复制时,一条链是连续的,另一条链是不连续的,因此称为半不连续复制3、Klenow片段:E.coli DNA pol I是单一肽链的蛋白质,用枯草杆菌蛋白酶水解得到一个N端的小片段和C端大片段。

大片段含有5’→ 3’聚合活性和3’→ 5’外切活性,称为Klenow片段4、复制起始点(ori):DNA复制起始点是特定的,表现为序列特异性,并有特异性蛋白和酶与之结合,这一特异性序列称为复制起始点5、冈崎片段:DNA滞后链的复制中产生的短片段6、回环模型:DNA双螺旋同时进行复制,在复制叉处滞后链模板形成一个环,以适应双链同时进行复制,这种复制模型称为回环模型7、复制子repicon:DNA分子上一个独立的复制单位8、复制体replisome:有解旋酶、引发酶和DNA pol III全酶组成的复合体,在DNA合成时,沿复制叉方向移动9、自主复制区ARS:酵母的复制起始点称为自主复制区。

10、端粒(telemere):真核生物染色体DNA的两端是一种重复序列的特殊结构称为端粒11、引发体(primosome):大肠杆菌DNA复制中,由DnaB解螺旋酶和DnaG引物酶构成复制体的一个基本单位称为引发体二、填空题1.在原核生物和真核生物DNA合成中负责填补空缺的酶分别是DNA聚合酶I和DNA聚合酶ε。

2.染色体中参与复制的活性区呈Y型结构,称为复制叉。

3.在DNA复制和修复过程中修补DNA螺旋上缺口的酶称为DNA连接酶。

4.在DNA复制过程中,连续合成的子链称前导链,另一条非连续合成的子链称为滞后链。

5.原核生物和真核生物中主要负责复制的酶分别是DNA聚合酶III和DNA聚合酶δ。

6.DNA后随链合成的起始要一段短的RNA引物,它是由DNA引发酶以核糖核苷酸为底物合成的,在真核生物中相同功能的酶是DNA聚合酶α。

分子生物学-复习提纲-02.DNA复制

分子生物学-复习提纲-02.DNA复制

■ 复制的起始需要 起始原点识别复合物(ORC) 参与。
■ 复制叉的移动速度慢得多。
■ 在真核细胞中主要有5种DNA聚合酶,聚合酶α、β、γ、δ和ε
均以dNTP为底物,需Mg2+激活,聚合时必须有模板链和具有3'-OH末端的引物链。
–DNA聚合酶α 引物合成
–DNA聚合酶β DNA损伤的修复
■ 线性DNA双链的复制:复制叉生长方式有:单一起点的单向、双向;多个起点的双向
■ 环状、多个起始点的双向复制
–环状双向复制 θ结构
–多个起始点的双向复制
━原核生物和真核生物DNA的复制特点
★原核生物DNA的复制——大肠杆菌为例
双链环状DNA分子、中间产物θ结构、双向、复制叉在距起始点180°处会合
━复制子:一般把生物体的复制单位称为复制子。
■ 细菌、病毒和线粒体的DNA分子——单个复制子
■ 真核生物基因组——多个复制起点、多个复制子
★复制起点为固定的序列,这个固定的序列被参与复制起始的特殊蛋白质所识别。
★复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起点,向两个方向等生长前进。
━复制的几种主要方式
–DNA聚合酶δ 先导链和滞后链的合成
–DNA聚合酶ε 补全去掉RNA引物后的缺口。
★原核与真核DNA复制特点比较
真核 原核
DNA聚合酶 无外切酶活性 有
引物切除 RNA酶 DNA聚合酶I
起始位点 多个 1个
■ 起始 RNA引物
– 起始复合体与4×9bp结合
– 在Ⅱ型拓扑异构酶的作用下,3×13bp 区域松弛
– DNA解旋酶作用下,发生解链
– 单链结合蛋白覆盖复制泡,以免断裂和再复性

分子生物学中的DNA复制及修复机制

分子生物学中的DNA复制及修复机制

分子生物学中的DNA复制及修复机制DNA是细胞内的生命基因,是一种复杂的分子结构。

在细胞分裂和增殖过程中,DNA会复制和修复,以保证DNA的稳定性和正确性。

分子生物学中的DNA复制及修复机制是生命体中最基本的生物学过程之一,对于生命体的生长、发育和繁殖都至关重要。

一、DNA的复制DNA复制是生物体细胞分裂和增殖过程中最为基本的生物学过程之一。

它保证了DNA的遗传信息得到准确地传递,并使细胞能够分裂并产生新细胞。

DNA的复制要求先将DNA双链进行分离,然后以每个单链作为模板合成新的互补单链,将两个单链结合为一份双链。

DNA双链的分离必须通过酶类来实现,其中最为重要的是DNA螺旋酶。

DNA螺旋酶可以协助DNA分子在一段长度内解开双链,使DNA单链暴露出来,并在解旋后防止双链重新交织。

在DNA双链被解开后,DNA聚合酶通过调控核苷酸模板合成新的互补单链。

DNA复制过程中,DNA聚合酶也会在不同的环节上发挥不同的作用,例如,在启动、合成和完成DNA链,以及识别和修复DNA中的缺陷时,都需要它的帮助。

二、DNA的修复DNA生命分子承载着大量的遗传信息,并且在细胞分裂和生物体的增殖过程中,必须保证其稳定。

然而,对于DNA这种生命分子而言,由于种种原因可能会发现错误或损坏。

在这种情况下,修复机制能够检测、识别和纠正DNA中出现的问题,以确保生物体的DNA信息不受破坏,这也是保障生物体基本遗传信息的重要手段之一。

1. 补丁修复机制补丁修复机制通常用来纠正某个DNA链上出现的错误,例如曾经发生过的突变。

一般情况下,这些突变或者损坏不会影响到DNA双链的结构,但是,在细胞分裂和生长过程中,这些错误也会进一步传递下去。

在补丁修复机制中,DNA酶会检测到这些错误,并在错误的核苷酸上放置一个“补丁”。

这个“补丁”可以通过多个酶复制和剪切建立出来和删除,而这个过程通常伴随着DNA链的重新合成。

2. 核苷酸切除修复机制核苷酸切除修复机制通常用来修复DNA链上单个核苷酸或者核苷酸链上的损坏,例如损坏核苷酸。

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② DNA解链酶(helicase):DNA解链酶能通过水解ATP获得能 量来解开双链DNA,并在DNA上沿一定方向移动。大肠杆 菌的复制解链酶有DnaB、PriA和Rep蛋白,DnaB蛋白沿 5'→3'方向移动,PriA和Rep蛋白沿3'→5'方向移动。
3.2.2 Unwinding
For replication to proceed away the origin, DNA helicases must travel along the template strands to open the double helix for copying. Binding of Ssb protein further promotes unwinding. In a closed-circular DNA, removal of helical turn at the replication fork leads to the introduction of additional turns in the rest of the molecule in the form of positive supercoiling, which must be relaxed continuously by the introduction of further negative supercoiling by a type Ⅱ topoisomerase called DNA gyrase (旋转酶). Inhibitors of DNA gyrase are effective inhibitors of bacterial replication and have antibiotic activity. novobiocin(新生霉素) and

复制方式
• 线性DNA双链的复制眼型 复制叉生长方式有单一起点的单向及双向 和多个起点的双向几种。DNA正在复制的部分在电镜下观察起来犹如 一只眼睛,称为复制眼。
• 环状DNA双链的复制:θ型,滚环型和D-环型
滚环复制 ΦΧ174 单向复制
D—环复制(D—loop) 存在于线粒体和叶绿体,其特点是两条 链复制不同步
3.1.2 Replicons, origins and termini
3.1.3 Semi-discontinuous replication 3.1.4 RNA priming
3.1.1 Semi-conservative mechanism
During replication, the strands of the double helix separated
In contrast, the long, linear DNA of eukaryotic chromosomes
consist of multiple replicons, each with its own origin. Mammalian(哺乳动物) cell, 50000-100000 replicons
This semi-conservative mechanism can be demonstrated
experimentally in 1958 by Meselson and Stahl.
3.1.2 Replicons, origins and termini
Any piece of DNA which replicates as a single unit is called a replicon.
The initiation of DNA replication always occurs at a fixed
point---origin. Usually, the replication forks proceed bidirectionally untill the teminus is reached.
3.DNA replication
Including
3.1 An overview
3.2 Bacterial DNA replication
3.3 Eukaryotic DNA replication
3.1 An overview
3.1.1 Semi-conservative mechanism
3.1.4 RNA priming
The leading strand and all lagging strand fragments are primed by synthesis of a short piece of RNA which is then elongated with DNA. The primers are removed and replaced
3.2.3 Elongation (延伸) 3.2.4 Termination (终止)
Experimental system
Genetically smaller and simpler simple bacteriophages (噬 菌体) and plasmids (质粒)are useful model systems for studying the in vitro replication of the large and fragile bacterial chromosome. Simple phageφx174 provides the best model for the replication of E. coli chromesome since it relies almost exclusively (主要依赖于) on host cellular replication factors for its own replication. Its replicative form comprises a supercoiled circle of only 5 kb.
DnaB is a helicase. Helicases (解链酶) are enzymes which use the ennergy of ATP hydrolysis to move into and melt double-strand DNA (or RNA).
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
The single stranded bubble is coated with single-stranded binding protein (ssb) to protect it from breakage and to prevent the DNA renaturing. The enzyme DNA primase then attaches to the DNA and synthesizes a short RNA primer to initiate synthesis of the leading strand of the first replication fork.
补充二:
① 单链结合蛋白(single-strand binding protein, SSB): SSB蛋白的作用是使被解开的单链在复制完成前能保持单 链结构,从而便于以之作为DNA合成的模板。SSB与单链 DNA的结合有高度协同性(cooperativity),即SSB的初步 结合能使其随后结合更为容易。SSB可以重复利用。
and each acts as a template to direct the synthesis of a new complementary daughter strand following the normal basepairing rules. Thus, each daughter cell receives one of the original parental strands. The point at which separation of the strands and synthesis of new DNA takes place is known as replication fork.
All prokayotic chromosomes and many bacteriophage and
viral DNA molecules are circular and comprise(含) single
origin. Thus, there is a single termination site roughly 180o opposite the unique origin. Linear viral DNA usually have a single origin, but this is not necessarily in the centre of the molecules.
by DNA before ligation. This mechanism helps maintain high
replicational fidelity(保真性).
3.2 Bacterial DNA replication
3.2.1 Initiation (起始)
3.2.2 Unwinding(解旋)



Speed
真核生物DNA的复制速度比原核生物慢,真核生物复制叉移动速度大 约为1000-3000 bp/min;细菌DNA 50000 bp/min,相差约20-50倍。 但真核生物染色体DNA上有许多复制起点,可以分段复制。真核生物 染色体DNA包含了许多串联排列的复制子,每一个复制子都有一个复 制起点,使真核生物染色体的复制实为多复制子的同步复制。


Direction
DNA复制从特定的位置开始,大多数是双向等速复制方向进行的。有 一些是单向的;或以不对称的双向方式进行。
Bidirectional replication of a circular bacterial repicon.(P76) Multiple eukaryotic replicons.
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