原核生物与真核生物DNA复制的特点省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四节第四节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物 DNADNA复制特点复制特点一、原核生物一、原核生物DNADNA复制特点复制特点二、真核生物二、真核生物DNADNA复制特点复制特点 三、三、DNADNA复制调控复制调控第1页一、原核生物一、原核生物DNADNA复制特点复制特点1 1、DNADNA双螺旋解旋双螺旋解旋2 2、冈崎片段与颁布连续复制、冈崎片段与颁布连续复制3 3、DNADNA复制引发与终止复制引发与终止4 4、DNADNA聚合酶聚合酶5 5、DNADNA连接酶连接酶第2页1 1、DNADNA双螺旋解旋双螺旋解旋 DNADNA复制有特定起始位点，叫做复制有特定起始位点，叫做复制原点复制原点 ori(ori(或或o o），富含），富含A A、T T区段。区段。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复复 制子制子 复制时，解链酶等先将复制时，解链酶等先将DNADNA一段双链解开，一段双链解开，形成复制点，这个复制点形状象一个叉子，形成复制点，这个复制点形状象一个叉子，故称为故称为复制叉复制叉基本概念：第3页 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，复制叉形成过程有各种酶和蛋白质制叉，复制叉形成过程有各种酶和蛋白质参加。将主要酶和蛋白质介绍以下。参加。将主要酶和蛋白质介绍以下。第4页 SSB SSB 蛋白可牢靠地结合在单链蛋白可牢靠地结合在单链 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 上去能力为上去能力为 1 1，第二个，第二个 SSB SSB 蛋白结合蛋白结合能力则高达能力则高达 10103 3 。SSB SSB 蛋白蛋白作用作用是确保被解链是确保被解链酶解开单链在复制完成前能保持单链结构，它以酶解开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，待单链复制后才掉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，下，重新循环。所以，SSB SSB 蛋白只保持单链存在，蛋白只保持单链存在，并不起解链作用。并不起解链作用。1 1）单链结合蛋白（）单链结合蛋白（SSB SSB 蛋白）蛋白）第5页2)DNA 2)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。含双链解开形成单链。含有有 ATPase ATPase 活性，活性，利用水解利用水解 ATP ATP 释放能量，释放能量，催化双链催化双链 DNA DNA 解链解链。第6页DNA DNA 解链过程解链过程首先是在拓扑异构酶首先是在拓扑异构酶 I I 作用下解开负超螺旋，并作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链解开双链。一旦局部解开双链，就必须有一旦局部解开双链，就必须有 SSB SSB 蛋白蛋白来稳定解来稳定解开单链，以确保局部结构不会恢复成双链。开单链，以确保局部结构不会恢复成双链。接着，由引发酶组成引发体快速作用于两条单链接着，由引发酶组成引发体快速作用于两条单链 DNA DNA 上。不论是前导链还是滞后链，都需要一段上。不论是前导链还是滞后链，都需要一段 RNA RNA 引物以开始子链引物以开始子链 DNA DNA 合成合成 。第7页2 2、冈崎片段与半不连续复制、冈崎片段与半不连续复制DNA DNA 复制过程中，前导链是连续复制，而滞后链复制过程中，前导链是连续复制，而滞后链是经过冈崎片段连接来合成，是不连续，称之为是经过冈崎片段连接来合成，是不连续，称之为 DNA DNA 半不连续复制。半不连续复制。全部全部DNA DNA 聚合酶方向都是聚合酶方向都是 5 5 3 3，而不是，而不是 3 5 3 5。为了解释。为了解释 3 5 3 5 是怎样合成滞后链，冈崎提出了是怎样合成滞后链，冈崎提出了 DNA DNA 半不连续半不连续复制。复制。现在已知，普通原核生物冈崎片段要长些，真核现在已知，普通原核生物冈崎片段要长些，真核生物中要短些。这种前导链连续复制和滞后链不生物中要短些。这种前导链连续复制和滞后链不连续复制在生物界是有普遍性，因而称之为连续复制在生物界是有普遍性，因而称之为 DNA DNA 半不连续复制。半不连续复制。第8页3 3、DNADNA复制引发与终止复制引发与终止A A、旋转酶改变双螺旋构象，解螺旋酶解开链。、旋转酶改变双螺旋构象，解螺旋酶解开链。B B、SSB SSB 结合到解开单链上。结合到解开单链上。C C、引发体合成、引发体合成 RNA RNA 引物。引物。D D、DNA DNA 聚合酶聚合酶作用下合成先导链。作用下合成先导链。E E、滞后链开始合成，形成第一个冈崎片段。、滞后链开始合成，形成第一个冈崎片段。F F、复制叉继续前进，前导链连续合成，滞后链上合、复制叉继续前进，前导链连续合成，滞后链上合 成新成新 RNA RNA 引物。引物。G G、第二个冈崎片段形成，、第二个冈崎片段形成，DNA DNA 聚合酶聚合酶切去引物，切去引物，并加上脱氧核苷三磷酸。并加上脱氧核苷三磷酸。H H、间隙被、间隙被 DNA DNA 连接酶封闭。连接酶封闭。第9页4 4、DNADNA聚合酶聚合酶现已发觉在大肠杆菌中存在现已发觉在大肠杆菌中存在 DNA DNA 聚合酶聚合酶 I I、II II、III III 第10页第11页 DNADNA聚合酶聚合酶I I不是复制大肠杆菌染色体不是复制大肠杆菌染色体主要聚合酶，它有主要聚合酶，它有5 533核酸外切酶活核酸外切酶活性，性，确保了确保了DNADNA复制准确性复制准确性。它也可用来除。它也可用来除去冈崎片段去冈崎片段55端端RNARNA引物，使冈崎片段间缺引物，使冈崎片段间缺口消失，口消失，确保连接酶将片段连接起来确保连接酶将片段连接起来。第12页 DNADNA聚合酶聚合酶IIII活性很低，若以每分钟酶活性很低，若以每分钟酶促核苷酸掺入促核苷酸掺入DNADNA转化率计算，只有转化率计算，只有DNADNA聚聚合酶合酶I I5%5%，所以也不是复制中主要酶。当前，所以也不是复制中主要酶。当前认为认为DNADNA聚合酶聚合酶IIII生理功效主要是起生理功效主要是起修复修复DNADNA作用。作用。第13页 DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII包含有包含有7 7种不一样亚单位种不一样亚单位和和9 9个亚基，其生物活性形式为个亚基，其生物活性形式为二聚体二聚体。它。它聚合活性较强聚合活性较强，为，为DNADNA聚合酶聚合酶I I1515倍，聚合倍，聚合酶酶IIII300300倍。它能在引物倍。它能在引物3 3OHOH上以每分上以每分钟约钟约5 5万个核苷酸速率延长新生万个核苷酸速率延长新生DNADNA链，是链，是大肠杆菌大肠杆菌DNADNA复制中链延长反应复制中链延长反应主导聚合酶主导聚合酶。第14页5 5、DNADNA连接酶连接酶连接各冈崎片段，最终形成后随链。连接各冈崎片段，最终形成后随链。第15页二、真核生物二、真核生物DNADNA复制特点复制特点1 1、原核生物是单复制子，真核生物是多复制、原核生物是单复制子，真核生物是多复制 子（每条染色体上有多个复制起点）子（每条染色体上有多个复制起点）2 2、DNADNA全部复制完成后才进入第二轮复制，全部复制完成后才进入第二轮复制，原核生物在第一轮复制末完就进行第二轮原核生物在第一轮复制末完就进行第二轮 复制。复制。3 3、真核生物、真核生物DNADNA复制起点被称为自主复制复制起点被称为自主复制 序列，含有几个复制起始必需保护区。序列，含有几个复制起始必需保护区。4 4、真核生物有各种、真核生物有各种DNADNA聚合酶。聚合酶。5 5、端粒复制。、端粒复制。第16页三、三、DNADNA复制调控复制调控原核细胞生长和增殖速度取决于培养条件，但在原核细胞生长和增殖速度取决于培养条件，但在生长、增殖速度不一样细胞中，生长、增殖速度不一样细胞中，DNA DNA 链延伸速度链延伸速度几乎是恒定，只是复制叉数量不一样。几乎是恒定，只是复制叉数量不一样。快速分裂细胞含有较多复制叉，而分离迟缓细胞快速分裂细胞含有较多复制叉，而分离迟缓细胞复制叉较少并出现复制间隙。细胞内复制叉多少复制叉较少并出现复制间隙。细胞内复制叉多少决定了复制起始频率高低，这可能是原核细胞复决定了复制起始频率高低，这可能是原核细胞复制调控机制。复制起始频率直接调控因子是蛋白制调控机制。复制起始频率直接调控因子是蛋白质和质和 RNA RNA。第17页1 1、大肠杆菌染色体、大肠杆菌染色体 DNA DNA 复制调控复制调控 原核生物原核生物 DNA DNA 链延伸速度是恒定。与生长、增殖链延伸速度是恒定。与生长、增殖相配合协调相配合协调 DNA DNA 合成，主要依靠复制叉数量不一合成，主要依靠复制叉数量不一样。快速分裂细胞含有较多复制叉，分裂迟缓细样。快速分裂细胞含有较多复制叉，分裂迟缓细胞复制较细胞复制叉多少取决于复制起始频率，胞复制较细胞复制叉多少取决于复制起始频率，这是原核细胞复制调控点。复制子调控由复制起这是原核细胞复制调控点。复制子调控由复制起始因子和起始位点两部分组成。始因子和起始位点两部分组成。E.coli E.coli 起始位起始位点主要是点主要是 oriC oriC，与蛋白相互作用来开启复制。，与蛋白相互作用来开启复制。主要起始因子有主要起始因子有 dnaA dnaA、dnaHdnaH等蛋白质，它们经等蛋白质，它们经过与始位点形成复合物相互作用，确定复制起始过与始位点形成复合物相互作用，确定复制起始频率。频率。研究发觉：研究发觉：dnaA dnaA 对复制起正调控作用。对复制起正调控作用。第18页2 2、ColE1 ColE1 质粒质粒 DNA DNA 复制复制 ColE1DNA ColE1DNA 复制不依赖于其本身编码蛋白质，而完复制不依赖于其本身编码蛋白质，而完全依靠宿主全依靠宿主 DNA DNA 聚合酶。质粒聚合酶。质粒 DNA DNA 编码两个负编码两个负调控因子调控因子 Rop Rop 蛋白和反义蛋白和反义 RNARNA（RNA1 RNA1），它们），它们控制了起始控制了起始 DNA DNA 复制所必须引物合成复制所必须引物合成 .细胞内细胞内 RNA1 RNA1 浓度决定了浓度决定了 ColE1 ColE1 质粒复制起始频率。质粒复制起始频率。Rop Rop 蛋白能提升蛋白能提升 RNA1 RNA1 与引物前体相互作用，从与引物前体相互作用，从而加强了而加强了 RNA1 RNA1 负调控作用。负调控作用。第19页3 3、真核细胞、真核细胞 DNA DNA 复制调控复制调控 真核细胞中真核细胞中 DNA DNA 复制有三个调控点：复制有三个调控点：细胞生活周期水平调控：细胞生活周期水平调控：也称为限制点调控，即决定细胞停留在也称为限制点调控，即决定细胞停留在 G1 G1 还是进入还是进入 S S 期。许多外部原因和细胞因子参加限期。许多外部原因和细胞因子参加限制点调控。促细胞分裂剂、致癌剂、外科切除、制点调控。促细胞分裂剂、致癌剂、外科切除、细胞质因子等可诱发细胞质因子等可诱发 G1 G1 进入进入 S S 期。期。染色体水平调控：染色体水平调控：决定不一样染色体或同一染色体不一样部位决定不一样染色体或同一染色体不一样部位复制子按一定次序在复制子按一定次序在 S S 期起始复制，这种有序复期起始复制，这种有序复制机理还不清楚。制机理还不清楚。复制子水平调控：复制子水平调控：决定复制起始是否。这种调控从单细胞生物决定复制起始是否。这种调控从单细胞生物到高等生物是高度保守。到高等生物是高度保守。第20页 另外，真核生物复制起始还包含转录活另外，真核生物复制起始还包含转录活化、复制起始复合物合成和引物合成等阶化、复制起始复合物合成和引物合成等阶段，许多参加复制起始蛋白功效与原核生段，许多参加复制起始蛋白功效与原核生物中类似。物中类似。第21页