第三章上DNA复制+++1

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1、 第三章：遗传信息的复制第三章：遗传信息的复制The Central Dogma转转 录录翻翻 译译逆转录逆转录复复 制制有丝分裂有丝分裂 细胞周期细胞周期（cell cycle） G1期期 S期期 间期间期（interphase） 细胞周期细胞周期 G2期期 前期前期 (prophase) M 期 中期中期 (metaphase) 后期后期 (anaphase) 末期末期 (telophase) 为什么还要学习为什么还要学习DNADNA的复制的复制?1,详细探究详细探究DNA复制的分子机制对认识复制的分子机制对认识 生命现象有重要的意义生命现象有重要的意义 人类的寿命人类的寿命,疾病疾病.2

2、, 基于复制原理发展的生物技术在工农基于复制原理发展的生物技术在工农 业上均发挥着重要的作用业上均发挥着重要的作用. 内容提要： DNA的半保留复制与DNA复制有关的物质 DNA的复制过程（大肠杆菌为例） DNA复制的其它方式真核生物中DNA的复制特点基于复制原理的PCR技术DNA复制 第一部分第一部分 DNA半保留复制半保留复制DNA双螺旋结构的发现奠定了分子生物学的基础双螺旋结构的发现奠定了分子生物学的基础 DNA的复制的复制 由由Watson-CrickWatson-Crick模型预言的模型预言的DNADNA复制是半保留复制是半保留式的。式的。半保留复制（半保留复制（semiconser

3、vative semiconservative ReplicationReplication）：每个子代）：每个子代DNADNA分子含有一条旧分子含有一条旧链和一条新链。链和一条新链。半保留复制半保留复制Semiconservative Replication每个子代每个子代DNADNA分子含有一分子含有一条旧链和一条新链。条旧链和一条新链。DNA的复制的复制 DNA是遗传物质，作为遗传物质的首要条件是必须能自我复制。 Watson和Crick阐明的DNA模型预示了DNA具有复制的能力，通过氢键配对的方式复制新链。 曾设想有三种复制方式：（1）半保留式；（2）保留式；（3）分散式。 (1)+(

4、2)+(3)+曾设想有三种复制方式：保留式 ，半保留式，分散式1、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。DNA的半保留复制2、实验证据（1958 Messelson 和Stahl）： Matthew Messelson Franklin Stahl 1930.05.24 1929.10.08 Photograph taken by F. L. Holmes of Matt Meselson and Frank Stahl in 1996, standing at the site where the

5、y met at Woods Hole 42 years earlier. Meselson-stahl实验1958年，年，Meselson等证明等证明DNA的复制是半保留式的。的复制是半保留式的。1氯化铯超离心技术的原理 DNA在CsCl溶液中经超速离心后，最终停留在某一位置上，这时离心力的大小正好等于DNA分子在CsCl梯度中的浮力。DNA的浮力是由其密度决定的。根据离心后DNA在梯度中达到的平衡位置的不同可以将不同密度的DNA分子分开，例如：15NDNA和14NDNA。2将E.coli培养在含有“重”同位素15N的培养基中，经多个世代后，细胞中DNA就标记上“重”同位素。然后将细胞转到1

6、4N培养基中，经过一个或两个细胞分裂周期后，分离DNA，再进行CsCl离心。3. 结果：经一个世代后，DNA形成了一条中间密度带。其位于“重”带和“轻”带之间。经两个世代培养后，DNA形成两条带，一条中间带，一条轻带。更直接的证据是将在14N中生长一代的细胞DNA（15N14N）变性后离心，可以得到一条重带和一条轻带。说明第一代杂种分子是半保留复制的产物。双链中一条是亲代15N，另一条是新合成14N，DNA为15N14N。Meselson-stahl实验T h e M e s e l s o n - S t a h l experiment Meselson-stahl实验结果的解释 将将H3

7、-胸苷标记大肠杆菌胸苷标记大肠杆菌DNA, 然后用溶菌酶把细胞臂消化掉然后用溶菌酶把细胞臂消化掉,使完使完整的整的DNA释放出来释放出来,铺在透析膜上铺在透析膜上,通过放射自显影的方法观察通过放射自显影的方法观察DNA复制的状态复制的状态,黑点的浓度和轨迹代表了黑点的浓度和轨迹代表了DNA分子的密度和形状分子的密度和形状.Cairns 复制复制-大肠杆菌复制的直接证据大肠杆菌复制的直接证据DNA复制的机制 其核心在于：DNA双螺旋中的两条链都携带相同的信息，其碱基对是互补的； 因此，在复制过程中两条亲代链分离，分别作为模板引导酶催化的新生互补子链的合成，并遵循标准的碱基配对原则，两条新生双链在

8、细胞分裂时分别进入两个子细胞； DNA复制的复杂性复制的复杂性1, DNA分子复制中的几何学问题分子复制中的几何学问题2, 双螺旋链的解开双螺旋链的解开?3, 一种酶仅能催化有限的化学反应一种酶仅能催化有限的化学反应4, 复制过程中的错误的纠正复制过程中的错误的纠正?5, 不同生物不同生物DNA复制的方式及过程复制的方式及过程? 第二部分第二部分与与DNA复制有关的物质复制有关的物质(一一) 引子引子:DNA分子复制中的几何学问题分子复制中的几何学问题基因组超螺旋 电镜结构显示，就整体而言，大肠杆菌的基因组是由大量超螺旋的结构域构成的原核生物基因组结构原核生物基因组结构6.8:140:1100

9、0:18000:1DNA double helixNucleosome (10 nm fiber)30 nm FiberLoops ILoops IIchromosomeDNA分子复制过程的几何学分子复制过程的几何学线状DNA形成的超螺旋环状DNA形成的超螺旋DNA扭曲与双螺旋相同（拧紧）DNA扭曲与双螺旋相反（松开）负超螺旋松弛DNA正超螺旋 大多数天然大多数天然DNA 都具有负超螺旋都具有负超螺旋,在复制的开始阶段可在复制的开始阶段可以缓解由于以缓解由于DNA复制而造成的超缠现象复制而造成的超缠现象,当原有的负超螺旋当原有的负超螺旋用完时用完时(5%),就需要引入新的负超螺旋就需要引入新的

10、负超螺旋,以缓解复制的阻力以缓解复制的阻力.拓扑异构体及拓扑异构酶拓扑异构体：给定连接数的DNA分子。拓扑异构酶：I型和II型、DNA促旋酶（ATP）。 Action of a type I topoisomerase. Action of a type II topoisomerase. 每一次反应可以引入两个负超螺旋每一次反应可以引入两个负超螺旋（二）与DNA复制有关的物质1、原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、 dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物4、引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段

11、RNA,这段RNA作为合成DNA的引物。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。 5、DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物反应需要有模板的指导反应需要有3-OH存在DNA链的合成方向为5 3DNADNA聚合酶的分类聚合酶的分类原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶：DNA-pol （1958，Arthur Kornberg）DNA-pol (1971, Thomas Kornberg）DNA-pol (1972, Thomas Kornberg）He was the first to identify the enzyme catalyzing the sy