哈佛大学分子生物学 DNA复制(第五讲)
DNA的复制、转录、翻译 ppt课件
使亲代的遗传信息传给子代，从而 使前后代保持了一定的连续性。
ppt课件
4
关于DNA复制的计算
1、DNA分子复制n次后，子代DNA分子数、 含亲代母链和不含亲代母链的DNA 分 子数分别是
2n 、 2 、 2n –2
2、X为所求核苷酸在亲代DNA中的含量， n为复制的次数，则DNA复制n次所需 游离核苷酸数为
碱基配对原则 DNA RNA
A——U T——C C——G G——C
ppt课件
8
遗传信息与遗传密码
遗传信息：基因中控制遗传性状的 脱氧核苷酸顺序称为遗 传信息。
遗传密码：mRNA上决定一个氨基 酸的三个相邻碱基，称 为遗传密码。
ppt课件
9
RNA翻译形成蛋白质的过程
在细胞质中,以mRNA为模板,合成具有一 定氨基酸顺序的蛋白质的过程
UAG
反密码子
（与mRNA上的密码子配对）
12
RNA翻译形成蛋白质的过程
ppt课件
13
RNA翻译形成蛋白质的过程
在细胞质中,以mRNA为模板,合成具有一 定氨基酸顺序的蛋白质的过程
ppt课件
14Βιβλιοθήκη 原核细胞与真核细胞基因表达的比较
原
真
核
核
细
细
胞
胞
ppt课件
15
20种氨基酸的遗传密码子表
●存在于mRNA 上
●DNA的复制 ●蛋白质的合成
ppt课件
1
DNA的主要功能
1、通过自我复制，在前后代间传递 遗传信息。
2、通过转录、翻译，控制蛋白质的 合成，从而控制生物的性状，表 达遗传信息
ppt课件
分子生物学之DNA复制PPT文档共85页
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
85
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
分子生物学 总结---DNA复制
★目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链，而不能从头合成DNA链。
★凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶,凡能从多核苷酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。
而能识别特定的核苷酸顺序,并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶(限制酶）。
★起始位点：真核生物每条染色体上面可以有多处，而原核生物已有一个起始点。
真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上DNA的复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个起始位点，但有多个复制叉。
★DNA半保留复制：（semiconservative replication）DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。
这样新形成的两个DNA分子与原来的DNA分子的碱基顺序是完全一样的。
因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式即为semiconservation replication。
由Watson and Crick 提出，由Meselson and Stahl通过经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA实验得以验证，★DNA半不连续复制：（semi-discontinuous replication）：DNA复制过程中，前导链的复制是连续的，而后随链的复制是中断的、不连续的。
★冈崎片段（Okazaki fragment）：是DNA半不连续复制中产生的长度为1000~2000个碱基的短的DNA片段，能被连接形成一条完整的DNA链。
★复制子（replicon）：单独复制的一个DNA单元被称为一个复制子，它是一个可移动的单元。
一个复制子在任何细胞周期只复制一次。
★复制叉（replication fork）：复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行DNA结合，所以，复制起点呈叉子形状，被称为复制叉。
★引发酶（primase）：是依赖于DNA的RNA聚合酶，其功能是在DNA复制过程中合成RNA引物。
dna的复制ppt课件
针对DNA复制机制的研究有助 于深入了解衰老的机制，并开发 新的抗衰老治疗方法，延长人类
寿命和提高健康水平。
06
DNA复制的应用
基因克隆和基因组学
基因克隆
通过复制特定的DNA片断，科学家 可以克隆出特定的基因，用于研究基 因的功能、表达和调控机制。
基因组学
通过大规模复制DNA，科学家可以测 定全部基因组的序列，从而研究基因 组的组成、结构和功能，推动人类对 生命本质的理解。
科学研究与应用
DNA复制是生物学、遗传学和分子生 物学等领域的重要研究对象，对于理 解生命本质、疾病治疗和生物技术应 用等方面具有重要意义。
02
DNA复制的机制
DNA解旋酶
01
02
03
功能
DNA解旋酶能够解开 DNA双螺旋结构，暴露出 单链的DNA模板，为复制 进程做准备。
类型
DNA解旋酶分为原核生物 和真核生物两种类型，它 们在结构、功能和作用方 式上有所不同。
胞膜上的受体结合，发挥调节作用。
DNA复制
02
在细胞生长和分裂进程中，DNA复制是一个重要的环节，它决
定了细胞的遗传信息和表型特征。
生长因子对DNA复制的调控
03
生长因子通过调节细胞内信号转导途径，影响DNA复制的起始
和进程，从而调控细胞的生长和分裂。
基因表达对DNA复制的调控
01
基因表达
基因表达是指基因经过转录和翻译， 合成具有功能的蛋白质的进程，是基 因发挥生物学效应的基础。
变积累。
DNA复制进程中出现特殊可能导 致基因扩增、基因缺失或染色体 特殊，从而促进肿瘤的产生和发
展。
针对DNA复制机制的靶向治疗是 肿瘤治疗的新方向之一，旨在抑 制肿瘤细胞的DNA复制或修复进 程，从而抑制肿瘤的生长和扩散
分子生物学第三章-dna的复制-the replication of dna-2019
4. The Replication Fork（复制叉） 5. DNA Synthesis at the Replication Fork（复制叉上的
DNA合成） 6. Initiation of DNA Replication（复制的起始） 7. Binding and Unwinding（结合和解旋） 8. Finishing Replication（复制的终止）
Fingers （手指）
Thumb（拇指）
Palm （手掌）
DNA聚合酶的3个结构域：拇指，手指，手掌
DNA Polymerase-palm domain(手掌域）
1. Contains two catalytic sites, one for addition of dNTPs and one for removal of the mispaired dNTP.
3. 3. Exonuclease site/proof reading site（校对功能，外切 核酸酶活性位点）
DNA Polymerase-finger domain（手指域）
Binds to the incoming dNTP, encloses the correct paired dNTP to the position for catalysis（手指域中 的几个残基可以和引入的dNTP结合，一旦形成正确的 碱基配对后，手指域即发生移动，包围住dNTP）
Processivity（延伸能力） is a characteristic of enzymes that operate on polymeric substrates（酶 处理多聚体底物的一种特性）
分子生物学中的DNA复制和基因表达机制
分子生物学中的DNA复制和基因表达机制生命的奥秘一直是人类探索的重要课题之一。
而生命的最基本单元是细胞，而细胞内的一切活动，都是由一种称为DNA的分子所主导的。
如何进行DNA的复制和基因表达，就成为了分子生物学中的两大重要研究方向。
本文将从DNA复制和基因表达机制两方面加以讲述。
一、DNA复制除了分裂期，细胞在其生命周期中需要不断地进行DNA复制，以使后代细胞可以得到遗传信息的准确传递。
DNA复制是一个复杂的过程，一般可以分为四个步骤：解旋、配对、延伸和连接。
1. 解旋在开始DNA复制的过程中，首先需要进行DNA的解旋。
这个过程由解旋酶完成，该酶能够打开DNA的双链结构，形成两股分开的单链DNA。
在解旋过程中，也需要涉及到其他一些辅助蛋白，如单链结合蛋白，它能够帮助单链DNA保持长达1000个碱基的长度。
2. 配对在解旋后，DNA双链结构上的两条单链DNA需要进行配对。
这个过程由DNA聚合酶完成，它能够匹配新合成的核苷酸与DNA模板链上的核苷酸，形成新的单链DNA。
这个过程中，DNA聚合酶需要依赖于DNA模板链上的氢键进行结合。
3. 延伸一旦新的单链DNA形成后，就需要进一步进行延伸。
这需要依赖于DNA聚合酶能够从其活性中心进行核苷酸的加成，因此，DNA聚合酶也被称为DNA合成酶。
对于真核生物，DNA合成酶分为α和ε两类，分别承担不同的功能，如α可以在每个核子体上建立新的DNA分子，而ε能够准确地识别损伤的DNA，并进行修复。
4. 连接在延伸完成的单链DNA与模板链的配对形成后，还需要进行连接。
这个过程由连接酶完成，它能够将新合成的单链DNA与原DNA模板链上的DNA片段连接起来。
连接酶在这个过程中还要消耗大量的三磷酸腺苷（ATP）。
二、基因表达基因表达是指在细胞内将基因信息转录成RNA，进而合成蛋白质的过程。
这个过程可以分为三个步骤：转录、剪切和翻译。
1. 转录转录是基因表达的第一步，该过程中，RNA聚合酶通过识别DNA模板链上的起始序列，开始沿着DNA链进行单链RNA的自下而上合成。
DNA的复制ppt课件
A．前导链的延伸方向是 5'→3'，滞后链的延伸方向相反B．解旋酶沿着 复制叉移动方向解开 DNA 双螺旋结构C．冈崎片段连接成滞后链过程 与磷酸二酯键形成有关D．图示过程体现了 DNA 复制的半保留复制特 点
针对练1.下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的
是D
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解 开 B．DNA分子的复制具有边解旋边复制的特点，生成的两条子链方向相反 C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段 D．DNA的两条子链都是连续合成的
一、对DNA复制的推测—— 假说-演绎法
（教材53页）
1、提出问题： DNA以什么方式复制？
2、做出假设 ①半保留复制
+
沃森和克里克
②全保留复制
+
③分散复制
+
以断裂成短片段的亲代DNA作为模板，合成新 的DNA片段，新旧片段混合连接成完整的DNA链。
二、DNA半保留复制的实验证据
思考以下问题：
①如何区分母链和子链？ 同位素标记技术
3、DNA精确复制的原因 ①DNA独特的 双螺旋 结构,为复制提供了精确的模板。
②通过 碱基互补配对 原则,保证了复制能够准确地进行。
4、DNA复制的意义
将 遗传信息 从 亲代 细胞传递给 子代 从而保持了 遗传信息 的连续性。
细胞,
二、拓展应用 1.虽然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性， 但是，DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数 据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组复制时可能产生多少个错 误?这些错误可能产生什么影响?
分子生物学 第三章 DNA的复制PPT课件
复制过程中首先两条链间的氢键破裂并使双链
解旋和分开，然后以每条链为模板，按碱基互
补配对原则(A:T，G:C)，由DNA聚合酶催化合
成新的互补链，结果由一条链成为互补的两条
链，这样新形成的两个DNA分子与原来的DNA
分子的碱基序列完全相同。在此过程中，每个
子代DNA的一条链来自亲代DNA，另一条链则
是新合成的。这种复制方式称此过程中，每个
37
(三)DNA复制的终止
❖ 过去认为，DNA一旦复制开始，就会将该 DNA分子全部复制完毕，才终止其DNA复制。 但最近的实验表明，在DNA上也存在着复制 终止位点，DNA复制将在复制终止位点处终 止，并不一定等全部DNA合成完毕。
Meselson等证明DNA的半保留复制
6
复制起点和复制子
❖ DNA复制在生物细胞中要从DNA分子上特定
位置开始。这个特定的位置就称为复制起点
(Origin of replication)，用ori表示。DNA复制 从起点开始双向进行直到终点为止，每一个 这样的DNA单位称为复制子或复制单元 (replicon)。
12
Okazaki fragment 1968 Reiji Okazaki
3‘ （semi-discontinuous replication ! ）
5‘
3‘
5‘
DNA replication in Okazaki fragment 1kb At least one strand of DNA replication in Okazaki fragment 1kb13
26
❖ 为什么需要有RNA引物来引发DNA复制呢? 这可能尽量减少DNA复制起始处的突变有关。 DNA复制开始处的几个核苷酸最容易出现差 错，因此，用RNA引物即使出现差错最后也 要被DNA聚合酶Ⅰ切除，提高了DNA复制的 准确性。RNA引物形成后，由DNA聚合酶Ⅲ 催化将第一个脱氧核苷酸按碱基互补原则加 在RNA引物3&#点
分子生物学课件DNA的复制
DNA聚合酶VIII：负责 复制DNA链，参与 DNA复制
DNA聚合酶X：负责复 制DNA链，参与DNA
复制
DNA聚合酶I：负责修 复DNA损伤，参与 DNA复制
DNA聚合酶III：负责 复制DNA链，参与 DNA复制
DNA聚合酶V：负责复 制DNA链，参与DNA
复制
DNA聚合酶VII：负责 复制DNA链，参与 DNA复制
全过程
调控机制：细胞周期与DNA复 制的调控机制主要包括细胞周 期蛋白依赖性激酶（CDK）和
细胞周期蛋白（Cyclin）
细胞周期蛋白（Cyclin）：与 CDK结合形成复合物，调控细
胞周期进程
DNA复制的启动和终止
启 动 ： 需 要 特 定 的 启 动 子 序 列 ， 如 TATA 盒 和 C A AT 盒 终 止 ： 需 要 特 定 的 终 止 子 序 列 ， 如 T TA G G 和 TA A G G 调控机制：包括正调控和负调控，如转录因子、DNA结合蛋白等 复制过程：包括DNA解旋、引物合成、DNA聚合酶作用等步骤
复制速度：通过复制速率调控因子控制复制速度 复制方向：通过复制方向调控因子控制复制方向
复制保真性：通过复制保真性调控因子控制复制保真性 复制调控网络：通过复制调控网络调控DNA复制的各个
环节
Part Five
DNA复制的异常与 疾病
DNA复制异常的原因
基因突变：DNA复制过程中发生错误，导致基因突变 染色体异常：染色体数目或结构异常，影响DNA复制 环境因素：辐射、化学物质等环境因素影响DNA复制 遗传因素：家族遗传性疾病，影响DNA复制
分子生物学课件DNA的 复制
,
汇报人：
目录
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ01 添 加 目 录 项 标 题
分子生物学第三章DNA的复制知识总结
分子生物学第三章DNA的复制知识总结.doc分子生物学第三章：DNA的复制知识总结引言DNA复制是生物体细胞分裂过程中的一个关键步骤，确保遗传信息的准确传递给下一代细胞。
在分子生物学的第三章中，我们深入探讨了DNA 复制的机制、参与的酶类、复制过程以及复制后的修复机制。
本文将对这些内容进行详细的总结。
第一节：DNA复制的基本概念1.1 DNA复制的定义DNA复制是指在细胞分裂前，DNA分子精确复制自身，生成两份相同的DNA分子的过程。
1.2 DNA复制的重要性遗传信息的传递：确保子代细胞获得与亲代相同的遗传信息。
细胞增殖：为细胞分裂提供必要的遗传物质。
1.3 DNA复制的特点半保留复制：每个新生成的DNA分子都包含一个原始链和一个新合成的链。
高度保守：在不同的生物体中，DNA复制的基本机制相似。
第二节：DNA复制的酶类和蛋白质2.1 DNA聚合酶功能：在DNA复制中添加新的核苷酸，形成新的DNA链。
类型：包括DNA聚合酶I、II、III等。
2.2 解旋酶功能：解开DNA双链，为复制提供模板。
2.3 SSB蛋白功能：保护解开的单链DNA，防止其结构被破坏。
2.4 引物酶功能：合成RNA引物，为DNA聚合酶提供起始点。
第三节：DNA复制的过程3.1 起始阶段解旋酶在复制起点处解开DNA双链。
引物酶合成RNA引物。
3.2 延伸阶段DNA聚合酶III沿着模板链添加核苷酸，合成新的DNA链。
两条新链分别在前导链和滞后链上合成。
3.3 终止阶段当复制达到DNA末端时，复制过程终止。
RNA引物被移除，由DNA聚合酶I填补。
第四节：DNA复制的调控4.1 复制的起始点特定的DNA序列作为复制的起始点。
4.2 复制的调控蛋白多种蛋白质参与调控复制过程，确保复制的准确性和效率。
4.3 复制的周期性细胞周期中，DNA复制发生在特定的时期。
第五节：DNA复制的修复机制5.1 错配修复修复复制过程中发生的碱基错配。
5.2 核苷酸切除修复移除并替换受损的核苷酸。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Immunostaining for CDC6 can pick out proliferating cells in Pap smears
免疫学信息网
Pre-RC formation
ORC : A six subunit protein complex which has been implicated as being the eukaryotic DNA replication initiator protein. Subunits are named according to their size, with ORC1 being the largest and ORC6 being the smallest subunit. Yeast ORC specifically binds to replication origins in an ATP dependent manner and has been shown to possess ATPase activity. CDC6/Cdc18 : An essential factor for the assembly of the prereplicative complexes that co-operates with Cdt1 to load MCM2-7 Proteolyzed in yeasts or exported out of the nucleus in mammalian cells at the G1- S transition. Overexpression of Cdc6 in yeast causes multiple rounds of DNA replication without intervening mitosis, making it a critical regulator of DNA replication. MCM2-7 : A family of six related proteins (MCM2-MCM7) which seem to function together in a large multi-subunit protein complex. The role of MCMís in DNA replication is still speculative, ranging from mediation of protein-DNA interactions to DNA helicase activity.
免疫学信息网
3 1 4
ABF1
B3 B2
6
22 4 1 ACS
5 B1
“Post-RC” protection
免疫学信息网
“Pre-RC” protection
免疫学信息网
ORC uses different strategies for binding DNA in different species
免疫学信息网
The Xenopus Cdc6 Protein Is Essential for the Initiation of a Single Round of DNA Replication in Cell-Free Extracts Made from Xenopus egg extracts
Core origin
DUE
Auxiliary elements
Leading str Lagging str Lagging str Leading str
免疫学信息网
The Structure of ARS1 (dium iodide staining
免疫学信息网
MCM
Chromatin immunoprecipitation (ChIP) tests whether a given DNA sequence is bound by a protein in vivo
免疫学信息网
Origins are multi-partite
Transcription Factors
Auxiliary elements
Origin recognition proteins
Transcription Factors
A/T
ORE
免疫学信息网
免疫学信息网
Fluorescence analysis and cell sorting (FACS)
DNA in cells stained with propidium iodide. Intensity of staining in each cell is proportional to amount of DNA in the cell.
Rxn Time: 0-30 min 30-60 min 60-90 min
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
免疫学信息网
Orc is required to load CDC6; CDC6 is required to load MCM
免疫学信息网
Formation of pre-Replicative complex
免疫学信息网
Replication complexes during the cell cycle
CDC6+ Cdt1
ORC
Replication Machinery
CDC6 + Cdt1
免疫学信息网
Pre-RC formation
ORC : A six subunit protein complex which has been implicated as being the eukaryotic DNA replication initiator protein. Subunits are named according to their size, with ORC1 being the largest and ORC6 being the smallest subunit. Yeast ORC specifically binds to replication origins in an ATP dependent manner and has been shown to possess ATPase activity. CDC6/Cdc18 : An essential factor for the assembly of the prereplicative complexes that co-operates with Cdt1 to load MCM2-7 Proteolyzed in yeasts or exported out of the nucleus in mammalian cells at the G1- S transition. Overexpression of Cdc6 in yeast causes multiple rounds of DNA replication without intervening mitosis, making it a critical regulator of DNA replication. MCM2-7 : A family of six related proteins (MCM2-MCM7) which seem to function together in a large multi-subunit protein complex. The role of MCMís in DNA replication is still speculative, ranging from mediation of protein-DNA interactions to DNA helicase activity.
late G1
MCM
S
MCM
“Pre-Replicative Complex”
early G1 M G2
免疫学信息网
ORC
Eukaryotic initiation complex
ORC : A six subunit protein complex which has been implicated as being the eukaryotic DNA replication initiator protein. Subunits are named according to their size, with ORC1 being the largest and ORC6 being the smallest subunit. Yeast ORC specifically binds to replication origins in an ATP dependent manner and has been shown to possess ATPase activity. CDC6/Cdc18 : An essential factor for the assembly of the prereplicative complexes that co-operates with Cdt1 to load MCM2-7 Proteolyzed in yeasts or exported out of the nucleus in mammalian cells at the G1- S transition. Overexpression of Cdc6 in yeast causes multiple rounds of DNA replication without intervening mitosis, making it a critical regulator of DNA replication. MCM2-7 : A family of six related proteins (MCM2-MCM7) which seem to function together in a large multi-subunit protein complex. The role of MCMís in DNA replication is still speculative, ranging from mediation of protein-DNA interactions to DNA helicase activity.