第三部分分子生物學(xué)第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制1、本章簡介2、掌握內(nèi)容講述3、要點回顧4、本章習(xí)題第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制本章介紹了原核/真核生物染色體的結(jié)構(gòu)、生物體內(nèi)DNA的復(fù)制過程、DNA的突變、損傷與修復(fù)、重組。重點掌握DNA復(fù)制的過程與機制。第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制

10.1

原核生物染色體結(jié)構(gòu)

10.2染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

10.3

真核生物染色體結(jié)構(gòu)

10.4DNA復(fù)制一、半保留半不連續(xù)復(fù)制機制二、DNA聚合酶三、DNA突變、損傷與修復(fù)四、重組第十章染色體結(jié)構(gòu)與DNA復(fù)制

所有細(xì)菌的主要基因都位于單一的環(huán)狀雙鏈染色體DNA上，染色體DNA編碼著1000～5000個蛋白質(zhì)大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)染色體環(huán)中蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合，對DNA起著保護(hù)、固定和壓縮的作用細(xì)菌還可能含有質(zhì)粒組蛋白與DNA的結(jié)合真核生物染色體DNA組裝的不同層次的結(jié)構(gòu)DNA核小體鏈纖絲突環(huán)玫瑰花結(jié)螺旋圈染色體遺傳信息傳遞的中心法則蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA遺傳信息流即由DNA復(fù)制把親代的遺傳信息忠實地傳遞給子代。在子代這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)?；虮磉_(dá)是指DNA經(jīng)過轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA，RNA經(jīng)過翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)。1、DNA的半保留復(fù)制2、DNA復(fù)制的起點與方向3、DNA的半不連續(xù)復(fù)制4、DNA復(fù)制的分子基礎(chǔ)5、DNA復(fù)制的過程6、DNA復(fù)制的忠實性7、真核生物復(fù)制（端粒酶）DNA的復(fù)制DNA的半保留復(fù)制DNA在復(fù)制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。DNA復(fù)制的起始、方向（5′→3′)環(huán)狀DNA復(fù)制時所形成的θ結(jié)構(gòu)起始點復(fù)制叉的推進(jìn)復(fù)制叉起始點起始點起始點復(fù)制叉復(fù)制叉未復(fù)制DNA單向復(fù)制雙向復(fù)制

真核細(xì)胞DNA多個起點復(fù)制（5′→3′)起點起點起點起點起點起點復(fù)制起始點、復(fù)制子與復(fù)制叉（動畫演示）以3′→5′方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向為5′→3′，這一條鏈被稱為前導(dǎo)鏈(leadingstrand)。以5′→3′方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5′→3′，這條鏈被稱為后隨/滯后鏈(laggingstrand)。前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而后隨鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。

DNA的半不連續(xù)復(fù)制兩條子鏈的合成方向都是5′→3′由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時是逐步解開的，因此，后隨鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時，由后隨鏈所形成的一些子代DNA短片段稱為岡崎片段(Okazakifragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。DNA的半不連續(xù)復(fù)制3

5

3

5

3′5′3′5′解鏈方向前導(dǎo)鏈(leadingstrand)后隨/滯后鏈(laggingstrand)DNA的半不連續(xù)復(fù)制3′5′岡崎片段(okazakifragment)DNA復(fù)制的分子基礎(chǔ)1.底物

dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.有關(guān)的酶

拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶、引物酶、聚合酶（DNA聚合酶I、II、III）、DNA連接酶3.模板單鏈的DNA母鏈4.引物寡核苷酸引物（RNA)5.其他蛋白質(zhì)因子單鏈結(jié)合蛋白（SSB——維持模板處于單鏈狀態(tài)，保護(hù)單鏈的完整）

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPiDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(解旋酶）既能水解，又能打斷堿基互補配對的氫鍵在引發(fā)體前引入負(fù)超螺旋,以抵消復(fù)制過程產(chǎn)生的正螺旋——打開超螺旋DNA解鏈酶解開雙螺旋引物酶是RNA聚合酶，合成一段RNA引物解鏈酶、引物酶形成移動的引發(fā)體大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個細(xì)胞的分子統(tǒng)計數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅲ（復(fù)合物）109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項目

原核生物中的三種DNA聚合酶

DNA聚合酶的活性

5′至3′的聚合活性5′→3′方向——鏈的延伸核酸外切酶活性

5′→3′外切酶活性——切除引物

3′→5′外切酶活性——校對功能參與DNA復(fù)制的DNA聚合酶，必須以一段具有3′端自由羥基（3′-OH）的RNA作為引物(primer)

，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50~100個核苷酸，而在真核生物中約為10個核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對。需要引物

5′至3′的聚合活性（5′→3′）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀A：DNA-pol的外切酶活性3′→5′切除錯配堿基；并用其聚合酶活性5′→3′摻入正確配對的底物B：堿基配對正確，DNA-pol不表現(xiàn)外切酶活性。3′→5′外切酶活性——校對功能DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配堿基復(fù)制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯配核苷酸連接酶連接缺口Mg2+連接酶ATP或NAD＋PPi或NMNATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈DNA的復(fù)制過程

（一）復(fù)制的起始

（二）復(fù)制的延伸

（三）復(fù)制的終止

起始的過程打開DNA超螺鏈打開雙螺旋防止復(fù)螺旋單鏈結(jié)合蛋白解鏈酶引發(fā)體/引物復(fù)合體引物酶拓?fù)洚悩?gòu)酶合成DNA復(fù)制起始過程拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA雙鏈′5′3′5′3拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復(fù)制起始的過程拓?fù)洚悩?gòu)酶與DNA雙鏈結(jié)合，松弛超螺旋。′5′3′5′3拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復(fù)制起始過程解鏈酶解開DNA雙螺旋′5′3′5′3拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物單鏈結(jié)合蛋白防止復(fù)螺旋′5′3′5′3DNA復(fù)制起始的過程拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物(RNA)DNA復(fù)制起始過程引物酶合成引物′5′3′5′3(二)DNA復(fù)制的延伸——DNA聚合酶Ⅲ1.DNA聚合酶Ⅲ把新生鏈的第一個脫氧核苷酸加到引物的3′—OH上，開始新生鏈的合成過程AG

T

AC

TA

A

T

DNA聚合酶ⅢACGACGTT引物AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGTTTT

組成

DNA的脫氧核糖核苷酸一個個連接起來3′,5′-磷酸二酯鍵引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTGTTAA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGTTAATAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATC引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板鏈DNA新鏈引物2.半不連續(xù)復(fù)制與岡崎片段前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段5′3′′5′32.半不連續(xù)復(fù)制與岡崎片段前導(dǎo)鏈、后隨鏈/滯后鏈、半不連續(xù)復(fù)制、岡崎片段。DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅰ(三)復(fù)制的終止遇到終止子停止復(fù)制DNA聚合酶Ⅰ利用

5′→3′外切酶活性水解引物DNA聚合酶Ⅰ聚合活性填補缺口DNA連接酶連接缺口。3