第六章 遗传信息传递-DNA复制

• (2）连接酶 • DNA复制过程中，经过了链延长阶段后，合 成出的前导链为一条连续的长链。后随链则是由 合成出许多相邻的片段，在连接酶的催化下，连 接成为一条长链。连接作用是在连接酶催化下进 行的。连接酶的作用是催化各相邻的DNA片段以 3′→5′磷酸二酯键相连接。连接反应中的能量 来自ATP（或NAD +）。
• （1） DNA复制过程中的校正修复 • DNA复制过程中会发生错误的，这可 以由DNA聚合酶来修正错误。 • 3′→5′外切酶活性切除错误的碱基，然 后继续再催化正确的聚合作用。 • DNA聚合酶的校对作用是DNA复制中的修 复形式
• （2） DNA的损伤修复 • 修复是指针对已发生了的缺陷而施行 的补救机制，DNA的修复机制的有数种方 式，有光修复、切除修复、重组修复、 SOS修复等，其中以切除修复最为重要。 •
• 在原核生物中复制起始点常位于染色体的一个特定 部位，即只有一个起始点。 • 真核生物的染色体在几个特定部位进行DNA复制， 有多个复制起点。
• (2）复制的方向 • DNA在复制时，双链DNA解旋成两股分别进行。 其复制过程的复制起点呈现叉子的形式，故称复 制叉。以复制叉向前移动的方向为标准，前导链 为3’—〉5’走向，在其上DNA能以5’—〉3’方向连 续合成；后随链为5’—〉3’走向，在其上DNA也 是5’—〉3’方向合成，但与复制叉移动的方向正好 相反，最后连成一条完整的DNA链
• 3 重组修复 • 当 DNA分子的损伤面较大，还来不及 修复完善就进行复制时，损伤部位因无模 板指引，复制出来的新子链会出现缺口， 这时，就靠重组蛋白recA的核酸酶活性将 别一股健康的母链与缺口部分进行交换， 以填补缺口。
• 4 SOS修复 • 指DNA损伤时，应急而诱导产生的修 复作用，称为SOS修复。在正常情况下， 修复蛋白的合成是处于低水平状态的，当 DNA受到严重损伤时，诱导十几种SOS基 因的活化，促进了此十几种修复蛋白的合 成。
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• （3）复制需DNA pol及多种因子参加 • （4）具有线粒体复制酶。 • （5）DNA复制位于细胞周期的S期。
• （五）反转录作用及端粒酶 • 1.反转录作用 • 反转录作用即是以RNA为模板，由dNTP聚 合生成DNA的作用。催化此反应酶为反转录酶或 逆转录酶。 • 反转录酶具有多种酶活性，其催化的反应 是：①RNA指导的DNA合成反应；②RNA的水解 反应；③DNA指导的DNA合成反应。 • 它没有校正功能，反转录作用的错误率相对 较高。
• 1 光修复 • 通过光修复酶催化而完成的，仅需 300-600nm波长照射即可活化，普遍存在 于各种生物，人体细胞中也有发现。通过 此酶作用，可使环丁基二聚体分解为原来 的非聚合状态，DNA完全恢复正常。
• 2 切除修复 • 切除修复是指对 DNA损伤部位先行切 除，继而进行正确的合成，补充被切除的 片段。大肠杆菌有两种切除修复方式。
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第一节 DNA的复制 （一）DNA的半保留复制 半保留复制：每个子代的DNA分子中， 一条链是亲代DNA链，另一条链是新合 成的链。
• 1958年Meselson和Stahl
• 2．冈崎片段与半不连续复制 • 前导链和后随链：复制从DNA分子中富含 AT碱基对的特定起始点开始，在起始点内 先形成复制叉，然后复制叉移动合成DNA 新链。合成新链的方式是半不连续复制， 即一条链是不间断地连续合成，称为前导 链，另一条链是合成不连续片段，称为后 随链。
• 4 终止
– 终止区，它们可以和Tus蛋白结合，阻止了解 链酶发挥作用，促使复制的终止。
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DNA复制完毕后，又可在拓扑酶作用 下，在DNA分子中引入超螺旋结构，进行 进一步的装配。
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（四）真核生物的DNA复制
(1）复制速度：是原核的1/10，但复制起始 点多。 （2） 引物和冈琦片段小于原核，引物为10 个核苷酸，片段100-200个核苷酸；原核引 物十几-几十，片段1000-2000个核苷酸。
• 3 DNA链的延长
– DNA链的延长是在DNA聚合酶催化下，以四种 三磷酸脱氧核苷为原料，进行的聚合作用。反 应体系中有DNA模板、引物及Mg 2+的存在。 聚合作用是自引物的3′-OH端上开始，以 5′→3′方向逐个加入脱氧核苷酸，使DNA链 得以延长。
• DNA聚合酶有外切酶活性，因此也有编辑 功能，校正复制中的错误。它们的 5′→3′外切酶活性可能在切除引物RNA 中有作用。
• 2 引发
– DNA复制开始时，先要有引发阶段，即有引物 RNA的合成。 – 主要的是引发酶及引发前体。
• （2）引发体。
– 引发体沿后随链的模板DNA顺复制叉的行进方 向移动，它连续地与引发酶联合并解离，从而 在不同部位引导引发酶催化合成RNA引物。
引发过程中合成了后随链的RNA引物，在 引物3′-OH末端进行DNA片段的合成。
第六章 遗传信息传递-DNA复制
• 引言：遗传信息的传递及中心法则
– 遗传信息的传递：使DNA的核苷酸顺序转换为 蛋白质的氨基酸顺序。
• 中心法则
• 反义链：DNA双链分子中只有一条链通过 碱基互补原则转录为一条mRNA链，指导合 成RNA的那条链称模板链或反义链。 • 正义链：与mRNA核苷酸序列相同的那条链 （U代替T），称编码链或正义链。
• 2 端粒酶
– 真核生物线形染色体的末端具有一种特殊的结 构，称为端区或端粒。 – 端区具有保护 DNA双链末端，使其免遭降解及 彼此融合的功能。端区的平均长度随着细胞分 裂次数的增多及年龄的增长而变短，可导致核 生物染色体稳定性下降，并导致衰老。但是在 生殖细胞、胚胎细胞和肿瘤细胞中，由于有端 粒酶，所以并不出现这种情况。
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端粒酶是一种由 RNA和蛋白质组成的 酶，RNA和蛋白质都是酶活性必不可少的 组分。可看作是一种反转录酶。此酶组成 中的RNA可作为模板，催化合成端区的 DNA片段。端粒酶催化合成端区，在保证 染色体复制的完整性上有重要意义。
• （六） DNA的修复方式
– 需要进行修复的 DNA损伤， – – – – – – – – DNA损伤 碱基丢失 碱基变化 错误的碱基 缺失 /插入 环丁基二聚体 DNA链断裂 DNA链交联 原因 酸及热去嘌呤 电离辐射，烷化剂 自发脱氨基作用： C→U，A→次黄嘌呤 嵌入剂 紫外辐射 电离、化学物质诱导 (博莱霉素) 化学物质诱导 (丝裂霉素)
• （三）复制的过程和参与酶及因子 • 复制的过程分四个阶段： • 第一阶段，亲代DNA分子超螺旋的构象变 化及双螺旋的解链。 • 第二阶段为复制的引发阶段，有引物RNA 进行5′～3′方向的合成。
• 第三阶段为DNA链的延长，前导链连续地合成出 一条长链，后随链合成出冈崎片段。去除RNA引 物后，片段间形成了空隙，DNA聚合酶作用使各 个片段靠近。在连接酶作用下，各片段连接成为 一条长链。 • 第四阶段为终止阶段，复制叉行进到一定部位就 停止前进，最后前导链与随从链分别与各自的模 板形成两个子代DNA分子，到此复制过程就完成 了。
• 后随链的合成是不连续进行的，先合成许 多片段，即冈崎片段。最后各段再连接成 为一条长链。由于前导链的合成连续进行 的，而后随链的合成是不连续进行的，所 以从总体上看DNA的复制是半不连续复 制。
后随链
前导链
• （二）DNA复制的起始，方向和速度
– （1）复制的起始点。 – DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此特 定部位称为复制起始点。
• 1 螺旋的松弛与解链
– 包括超螺旋的构象变化及双螺旋的解链，参与 者主要为拓扑异构酶、解链酶及单链结合蛋白 等。
• (1）拓扑异构酶。ห้องสมุดไป่ตู้拓扑异构酶可改变DNA 拓扑性质。
– 在DNA复制时，拓扑酶可松弛超螺旋，还可以 引入负超螺旋，有利于复制叉的行进及DNA的 合成。 – 在复制完成后，拓扑酶又可将DNA分子引入超 螺旋。
• (2）解链酶。 DNA复制进行时，首先要在 复制起点处解开双链，反应是在一类解链 酶的催化下进行的。解链酶要通过ATP的分 解获得能量，以解开双链。
• (3）单链结合蛋白(SSB)。 单链结合蛋白与 解开的DNA单链相结合，可稳定此单链以 利于其发挥模板作用。SSB也与复制新生 的DNA单链相结合，以保护其免于被核酸 酶水解。