原核生物DNA复制的特点.pptx

2.4.1 2.4.1原核生物原核生物DNADNA的复制特点的复制特点 -分子生物学分子生物学主讲人：罗龙欣主讲人：罗龙欣以大肠杆菌为例以大肠杆菌为例一一.基因组简介基因组简介1.1.双链环状双链环状DNADNA分子分子2.2.复制起始区位于其复制起始区位于其遗传图的遗传图的84min84min附近附近大肠杆菌染色体的复制是朝两个方向进大肠杆菌染色体的复制是朝两个方向进行的，环形行的，环形DNA复制时，复制时，DNA会形成类会形成类似字母似字母的形状，两个复制叉在距起始点的形状，两个复制叉在距起始点180处会合。处会合。一、原核生物一、原核生物DNA的复制特点的复制特点1、DNA双螺旋的解旋双螺旋的解旋2、DNA复制的引发复制的引发3、DNA复制的延伸复制的延伸4、DNA复制的终止复制的终止5、DNA聚合酶聚合酶 DNA DNA 复制时，双链首先解开，形成复复制时，双链首先解开，形成复制叉，复制叉的形成过程有多种酶和蛋白制叉，复制叉的形成过程有多种酶和蛋白质参与。将主要的酶和蛋白质介绍如下。质参与。将主要的酶和蛋白质介绍如下。1 1、DNADNA双螺旋的解旋双螺旋的解旋1)DNA 1)DNA 解链酶（解链酶（DNAhelicase DNAhelicase）用于把用于把 DNA DNA 双链解开形成单链。双链解开形成单链。利利用水解用水解 ATP ATP 释放的能量，催化双链释放的能量，催化双链 DNA DNA 解链解链。SSB SSB 蛋白可牢固地结合在单链蛋白可牢固地结合在单链 DNA DNA 上，在原上，在原核生物中表现出协同效应，如第一个核生物中表现出协同效应，如第一个 SSB SSB 蛋白结蛋白结合到合到DNA DNA 上去的能力为上去的能力为 1 1，第二个，第二个 SSB SSB 蛋白结蛋白结合能力则高达合能力则高达 10103 3 。SSB SSB 蛋白的蛋白的作用作用是保证被是保证被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，它以四聚体形式存在于复制叉处，待单链复制后它以四聚体形式存在于复制叉处，待单链复制后才掉下，重新循环。所以，才掉下，重新循环。所以，SSB SSB 蛋白只保持单链蛋白只保持单链的存在，并不起解链的作用。的存在，并不起解链的作用。2 2）单链结合蛋白（）单链结合蛋白（SSB SSB 蛋白）蛋白）DNA拓扑异构酶在拓扑异构酶在DNA解链时在将要打结解链时在将要打结或已打结处作切口。下游的或已打结处作切口。下游的DNA穿越切口穿越切口并作一定程度的旋转，把结打开或解松，并作一定程度的旋转，把结打开或解松，然后旋转复位连结。这样解链就不因打结然后旋转复位连结。这样解链就不因打结的阻绊而继续下去。即使出现打结现象，的阻绊而继续下去。即使出现打结现象，双链的局部打开，也会导致双链的局部打开，也会导致DNA超螺旋的超螺旋的其他部分过度拧转，形成正超螺旋。拓扑其他部分过度拧转，形成正超螺旋。拓扑酶通过切断、旋转和再连接的作用，实现酶通过切断、旋转和再连接的作用，实现DNA超螺旋的转型，即把正超螺旋变成负超螺旋的转型，即把正超螺旋变成负超螺旋。超螺旋。3)DNA 3)DNA 拓扑异构酶（拓扑异构酶（DNA DNA topoisomerasetopoisomerase）2、DNA复制的引发开始开始DNA合成时，都需要合成时，都需要RNA引物引发复引物引发复制，前导链只要有一段制，前导链只要有一段RNA引物，引物，DNA聚聚合酶就可以一直合成下去，而后随链的引合酶就可以一直合成下去，而后随链的引发过程比较复杂。发过程比较复杂。后随链的引发过程后随链的引发过程引发前体引发前体:它由多种蛋白质它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n、n和和i组成。引发前体再与组成。引发前体再与引发酶引发酶(RNA聚合酶聚合酶)结合组装成引发体。结合组装成引发体。引发体引发体可以沿模板链可以沿模板链5 3方向移动方向移动,具有具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发置上即可引发RNA引物的合成。引物的合成。移动和引发均需要移动和引发均需要ATP提供能量，提供能量，n蛋白蛋白具有具有ATP酶的活力。引发体的移动与复制叉酶的活力。引发体的移动与复制叉移动的方向相同，与冈崎片段的合成方向移动的方向相同，与冈崎片段的合成方向相反。相反。3、DNA复制的延伸复制的延伸前导链和后随链的合成同时进行。前导链和后随链的合成同时进行。DNA 的复制过程中，所有的复制过程中，所有DNA 聚合酶的方聚合酶的方向都是向都是 5 3，而不是，而不是 3 5。前导链。前导链是连续复制的，为了解释是连续复制的，为了解释 3 5 是如何合是如何合成后随链的，冈崎提出了成后随链的，冈崎提出了 DNA 的半不连续的半不连续复制复制。即后随链是通过冈崎片段的连接来。即后随链是通过冈崎片段的连接来合成的，是不连续的，称之为合成的，是不连续的，称之为 DNA 的半不的半不连续复制。连续复制。4、DNA复制的终止5、DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶 总结总结归纳起来，在归纳起来，在复制叉处复制叉处DNA的合成可以分的合成可以分为以下几步：为以下几步：（1）首先由）首先由解链蛋白和解解链蛋白和解旋蛋白使旋蛋白使DNA双链解开。双链解开。解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物酶和引发体DNA聚合酶ISSB335355RNA引物（2）前导链的合）前导链的合成是按成是按5 3方向方向连续合成（复制叉连续合成（复制叉移动方向）；滞后移动方向）；滞后链的合成是：在单链的合成是：在单链模板的岗奇片段链模板的岗奇片段起点上，由起点上，由RNA聚聚合酶合成一小段合酶合成一小段RNA或结合一小段或结合一小段预先形成的预先形成的RNA。解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物酶和引发体DNA聚合酶ISSB335355RNA引物3）以此）以此RNA为引为引物，从物，从5 3方方向合成向合成DNA片段片段（岗奇片段），直（岗奇片段），直到另一到另一RNA引物引物的的5-末端。该反末端。该反应由应由DNA聚合酶聚合酶或相应的或相应的DNA聚合酶所催化。聚合酶所催化。解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物酶和引发体DNA聚合酶ISSB335355RNA引物4）在）在DNA聚合酶聚合酶的的5 3 核酸核酸外切酶作用下，外切酶作用下，水解除去水解除去RNA引引物，所出现的缺物，所出现的缺口由聚合酶口由聚合酶催催化化DNA片段的继片段的继续延长反应来填续延长反应来填补。补。解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物酶和引发体DNA聚合酶ISSB335355RNA引物5）由）由DNA连接酶将连接酶将DNA片段连接起来，成片段连接起来，成为大分子为大分子DNA链。链。望各位批评指正望各位批评指正谢谢谢谢