第34章DNA的复制和修复(改)

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1、 Replication Replication Repair of DNARepair of DNAChapter34 DNAChapter34 DNA的复制和修复的复制和修复王镜言王镜言生物化学生物化学（下册）（下册）问题问题1 1：复制子复制子（repliconreplicon）基因组能独立进行复制的单位基因组能独立进行复制的单位复制起点特征复制起点特征（复制原点，（复制原点，origin, origin, oriori）富含富含ATAT的区段？的区段？问题问题2 2：DNADNA复制需要的酶和蛋白质复制需要的酶和蛋白质问题问题3 3：DNADNA复制为什么需要引物？复制为什么需要引物？

2、问题问题4 4：DNADNA复制需要的条件？复制需要的条件？DNADNA复制引物复制引物切口（切口（nicknick）：）：DNADNA的某一条链失去一个磷酸二酯键的某一条链失去一个磷酸二酯键缺口（缺口（gapgap）：）：失去一段单链失去一段单链蛋白酶有限水解蛋白酶有限水解大片段大片段（KlenowKlenow片段）：片段）：聚合酶、聚合酶、3535核酸外切酶的活性核酸外切酶的活性合成时起校对功能，并负责切除引物合成时起校对功能，并负责切除引物DNA pol IDNA pol I小片段：小片段：5 3 5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性参与参与DNADNA损伤修复损伤修复DNADNA聚合酶

3、聚合酶和和（polpol、 pol pol）：）：DNA polDNA pol：修复酶，没有修复酶，没有5353核酸外切酶活性核酸外切酶活性DNA polDNA pol：DNADNA的复制酶（的复制酶（replicasereplicase） 全酶全酶( (holoenzyme)holoenzyme)大约大约1010种亚基组成，含种亚基组成，含ZnZn2+2+ DNADNA聚合酶聚合酶（polpol）亚基组成）亚基组成核心酶核心酶 ：5 3DNA5 3DNA聚合聚合 ：3535外切酶外切酶, , 校对校对 ：组建核心酶组建核心酶复合物复合物（夹子装配器）（夹子装配器） ：核心酶二聚化核心酶二聚化

4、 ：倚赖倚赖DNADNA的的ATPATP酶酶 ：形成形成 复合物复合物 ：形成形成 复合物复合物 ：形成形成 复合物复合物 ：形成形成 复合物复合物 ：两个两个 形成活动夹子形成活动夹子 提高酶持续合成能力提高酶持续合成能力DNADNA聚合酶聚合酶IVIV和和V V 当当DNADNA受到严重损伤时，诱导产生这两种酶受到严重损伤时，诱导产生这两种酶 能跨越损伤部位，以克服复制障碍为目的，进行能跨越损伤部位，以克服复制障碍为目的，进行DNADNA的的错误错误倾向修复倾向修复（errorprone repairerrorprone repair）DNA DNA 连接酶连接酶（DNA ligaseDN

5、A ligase）：E.coli E.coli DNA ligaseDNA ligase：催化双链催化双链DNADNA中一条链切口处的中一条链切口处的5-5-P P与与3-3-OHOH连接形成磷酸二酯键。连接形成磷酸二酯键。能源：能源：动物动物ATPATP；细菌细菌NADNADT T4 4 DNA ligase DNA ligase：在模板链的基础上连接在模板链的基础上连接DNADNA和和DNADNA之间的切口之间的切口 连接平头和粘性双链连接平头和粘性双链DNADNA 连接连接DNA-RNADNA-RNA、RNA- DNARNA- DNA、RNARNA- -RNARNA之间的裂口之间的裂口拓

6、扑异构酶拓扑异构酶（topoisomerasetopoisomerase）：引起拓扑异构反应的酶：引起拓扑异构反应的酶I I型：型：能使能使DNADNA一条链断裂和再连接，无需能量，如：拓扑异构酶一条链断裂和再连接，无需能量，如：拓扑异构酶I I（ 蛋白）蛋白），广泛存在于原核和真核生物；主要集中于转录活性，广泛存在于原核和真核生物；主要集中于转录活性区，与区，与转录转录有关有关型：型：能使能使DNADNA双链断裂和再连接，引入超螺旋时需要双链断裂和再连接，引入超螺旋时需要ATPATP供能。供能。如：拓扑异构酶如：拓扑异构酶IIII（细菌（细菌DNADNA旋转酶）；旋转酶）；主要分布于染色质骨

7、架主要分布于染色质骨架蛋白及核的基质部位，与蛋白及核的基质部位，与复制复制有关有关DNADNA解螺旋酶解螺旋酶（helicasehelicase）功能功能：解开解开DNADNA双链；通过水解双链；通过水解ATPATP获得能量，每解开一对碱基需获得能量，每解开一对碱基需要水解两个要水解两个ATPATP。水解水解ATPATP活力需要单链活力需要单链DNADNA存在存在参与参与DNADNA复制复制的解螺旋酶的解螺旋酶：DnaBDnaB（ 55 33）参与参与DNADNA修复修复的解螺旋酶：的解螺旋酶：解螺旋酶解螺旋酶I I、IIII、IIIIII（ 5 35 3） rep rep 蛋白蛋白（3 53

8、 5）（六）（六） DNA DNA 的半不连续复制：的半不连续复制：冈崎（冈崎（19681968）1 1、概念：、概念：DNADNA、RNARNA合成方向合成方向5353DNADNA双链沿复制叉移动时，子链合成方向相反双链沿复制叉移动时，子链合成方向相反一条链合成方向与复制叉同向，连续复制（一条链合成方向与复制叉同向，连续复制（前导链前导链）另一条链合成方向与复制叉方向相反，不连续（另一条链合成方向与复制叉方向相反，不连续（滞后链滞后链、随后链）、随后链）33滞后链滞后链55前导链前导链1060Nt55335533复制叉移动方向复制叉移动方向 冈崎片段冈崎片段（Okazaki fragment

9、sOkazaki fragments）：DNADNA复制过程中出现不连续片段复制过程中出现不连续片段原核：原核：1000-2000 1000-2000 NtNt真核：真核：100-200 100-200 NtNt引物：引物： 10 10NtNt RNARNA短片段短片段( ( RNARNA引物合成酶引物合成酶) ) DNADNA复制的过程复制的过程复制体复制体（replisomereplisome）：DNADNA合成的复制叉上，各种与复制有关的酶和蛋白因子结合着形合成的复制叉上，各种与复制有关的酶和蛋白因子结合着形成一种离散的复合体。成一种离散的复合体。复制过程：复制过程：起始起始, , 延伸

10、和终止延伸和终止1 1、E. coliE. coli 中中DNADNA复制相关因子及其功能复制相关因子及其功能DnaADnaA：识别起点（识别起点（oriCoriC）序列，并打开）序列，并打开DNADNA双链双链HUHU：类组蛋白，与类组蛋白，与DNADNA结合并使其弯曲，解开富含结合并使其弯曲，解开富含ATAT区区DnaBDnaB：解螺旋酶，借助解螺旋酶，借助ATPATP水解能量，从水解能量，从5353解开解开DNADNA，活化，活化引物合成酶（引物合成酶（DnaGDnaG）DnaCDnaC：帮助帮助DnaBDnaB结合于起点结合于起点SSBSSB：单链单链DNADNA结合蛋白。与结合蛋白。

11、与DNADNA单链结合，防止双链恢复，保护单链结合，防止双链恢复，保护单链单链DNADNA不被水解。不被水解。DnaGDnaG：RNARNA引物合成酶引物合成酶RNARNA聚合酶：聚合酶：促进促进DnaADnaA活性；在线粒体、质粒中合成引物活性；在线粒体、质粒中合成引物DNADNA旋转酶：旋转酶：引进负超螺旋，消除解链产生的扭曲张力引进负超螺旋，消除解链产生的扭曲张力2 2、E. coli E. coli 中中DNADNA复制起始复制起始成串排列的三个成串排列的三个1313bpbp序列（开链区）序列（开链区） DnaADnaA蛋白结合位点蛋白结合位点四个四个9 9bpbp序列序列OriOri