1、1第四章第四章 DNA的復制的復制2第一節、DNA復制的機理第二節、DNA復制的過程第三節、DNA復制的幾種主要方式第四節、DNA復制的調控第五節、DNA的損傷與修復3 掌握復制的機理及一般過程（重點）；掌握復制的機理及一般過程（重點）； 掌握復制過程各階段的主要生物學事件；前導鏈掌握復制過程各階段的主要生物學事件；前導鏈和后隨鏈合成的異同及復制過程中不同蛋白質因子和后隨鏈合成的異同及復制過程中不同蛋白質因子的作用順序（重點）；的作用順序（重點）； 了解不同的復制方式，掌握真核生物線形了解不同的復制方式，掌握真核生物線形DNADNA復制復制方式；方式； 了解復制的調控方式；了解復制的調控方式；

2、 掌握掌握DNADNA的修復方式。的修復方式。4第一節、DNA復制的機理DNA的半保留復制 （semi-conservative replicationsemi-conservative replication）DNA在復制過程中，每條鏈分別作為模板合成新鏈，產生互補的兩條鏈。這樣新形成的兩個DNA分子與原來DNA分子的堿基順序完全一樣。因此，每個子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈則是新合成的，這種復制方式被稱為DNA的半保留復制。5當時并無實驗證據證明這一推理，而且也無法排除還有：全保留復制（conservative replication）隨機分散復制（random replicat

3、ion）。671958年Meselson和Stahl利用氮標記技術在大腸桿菌中首次證實了DNA的半保留復制。 意義：意義：可保證親代的遺傳特征完整無誤的傳遞給子代，體現了遺傳的保守性。89DNA的半不連續復制 semi-discontinuous replicationsemi-discontinuous replication復制叉（Replication fork）：復制時，雙鏈DNA要解開成兩股鏈分別進行，所以，復制起點呈叉子形式，被稱為復制叉。 概念10前導鏈（Leading Strand）：以復制叉移動的方向為基準，一條模板鏈是35，以此為模板而進行的新生DNA鏈的合成沿53方向連續

4、進行，這條鏈稱之為前導鏈。11滯后鏈（Lagging Strand）：另一條模板鏈的方向是53，以此為模板的DNA也是沿53方向進行，但與復制叉前進的方向相反，而且是分段的，不連續合成的，合成的片段即岡崎片段（Okazaki Fragment）。12日本學者岡崎（Okazaki）等提出了DNA的半不連續復制模型（semi-discontinuous replication）：前導鏈的連續復制和滯后鏈的不連續復制在生物界是有普遍性的，因而稱之為DNADNA的半不連續復制。13 半不連續復制的實驗證據： 脈沖標記實驗 以E.coli為材料，在培養時，培養基中加入同位素3H標記的dTTP，經30秒后

5、，DNA剛開始復制，分離DNA，然后在堿中沉淀，變性，讓新合成的單鏈和模板鏈分開，再用CsCl密度梯度離心，以沉降的快慢來確定片段的大小，再檢測放射標記，結果表明被3H標記的片段，也就是新合成的片段，沉淀系數為20S左右，即都是長10002000Nt的DNA片段，而親本鏈要比它大2050倍。 14 脈沖追逐實驗（pulse-chase experiment） 先進行標記培養30秒，以后除去同位素繼續培養幾分鐘，再分離DNA，在堿中沉淀，檢測結果。先合成的（帶標記）的DNA不再是短片段，而和總DNA的情況相似，沉淀系數為70S120S較長的片段，這意味著剛開始合成的片段都是短片段，以后再連接成長

6、片段。 15脈沖實驗結果似乎表明兩條新生單鏈DNA分子均是不連續復制。而進一步研究表明：這是由dUTP滲入到DNA新生鏈或新生鏈中C氧化脫氨轉換為U的突變修復造成的。1617 大腸桿菌阻止dUTP摻入到DNA分子中的機制 dUTP或或dUDPdUTPase dUMP (不能作為底物不能作為底物摻入到摻入到DNA分子中分子中) 少數逃脫少數逃脫dUTPase降解的降解的dUTP摻入到摻入到DNA鏈中，鏈中，而尿嘧啶而尿嘧啶-N-糖苷酶（糖苷酶（ungase-由由ung基因編碼）可基因編碼）可以迅速將已摻入到以迅速將已摻入到DNA鏈中的鏈中的dUMP切除，形成一切除，形成一個無嘌呤或嘧啶的個無嘌呤

7、或嘧啶的AP位點，再由位點，再由AP內切酶進一步內切酶進一步將將AP位點酶解成缺口，以與其對應的親代鏈為模位點酶解成缺口，以與其對應的親代鏈為模板重新聚合和連接，完成切除修補過程。板重新聚合和連接，完成切除修補過程。18在前導鏈中，約在前導鏈中，約12001200個核苷酸就有一個個核苷酸就有一個dUMPdUMP被切除的可能，在被切除的可能，在APAP內切酶未完全作用前提內切酶未完全作用前提取取DNADNA并進行變性分析，就會得到與岡崎片并進行變性分析，就會得到與岡崎片段相似大小的段相似大小的1000100020002000核苷酸對片段，這核苷酸對片段，這種片段也稱為種片段也稱為dUMPdUMP

8、片段。片段。19在在dut-（dut編碼編碼dUTPase）突變體的）突變體的脈沖標記實驗中，由于脈沖標記實驗中，由于dUMP摻入的概摻入的概率增加，率增加，dUMP片段變短。片段變短。 驗證驗證dUMPdUMP片段的突變體片段的突變體20在在ung-（ ung基因編碼尿嘧啶基因編碼尿嘧啶-N-糖苷酶）糖苷酶）突變體的脈沖標記實驗中，由于已摻入突變體的脈沖標記實驗中，由于已摻入的的dUMP被切除的概率降低，被切除的概率降低，dUMP片片段變長。段變長。21在在lig-（lig編碼連接酶）突變體的脈沖編碼連接酶）突變體的脈沖標記實驗中，岡崎片段與標記實驗中，岡崎片段與dUMP片段不片段不能被連接

9、成大片段。能被連接成大片段。22DNADNA復制按復制按5353延伸方向延伸方向 如果如果DNADNA復制從復制從33向向55延伸，強烈的負電延伸，強烈的負電荷之間的靜電斥力將阻止荷之間的靜電斥力將阻止DNADNA的聚合。的聚合。游離dNTP具有PPP因能量的需要，DNA的5端必須帶有pppA T C G + 5 ppp OH 3 G ppp OH G 5 pppppp OH 3A T C G23如果DNA復制從3向5延伸，將不利于對復制錯誤的校正。對錯誤堿基切除后，還需要動用其它酶系統添加兩個磷酸基團，形成三磷酸末端后，才能保證下一次聚合反應的進行。+OHPTCGPPPOHAOHPPPATC

10、GOHPPPTCGPP研究表明，所有核酸分子的復制均是從研究表明，所有核酸分子的復制均是從55向向33進行進行的。的。24第二節、復制的過程第二節、復制的過程DNADNA復制的起始階段（復制的起始階段（Initiation）復制起始點（復制起始點（Origin of replication）常用常用oriori或者或者O O表示，其共同特點是表示，其共同特點是富含富含ATAT。25 復制子或復制單元：復制子或復制單元：DNADNA從復制起點開從復制起點開始直到終點為止，每個這樣的始直到終點為止，每個這樣的DNADNA單位單位稱為復制子。稱為復制子。26原核生物真核生物起始點一個多個復制子長短長

11、短運動速度快慢每個復制子在一個細胞周期中只能被激活一次。每個復制子在一個細胞周期中只能被激活一次。27大多數原核生物大多數原核生物DNADNA復制復制是一個起點，雙方向進是一個起點，雙方向進行的。真核生物行的。真核生物DNADNA復制復制也是雙方向進行的，但也是雙方向進行的，但在一條染色體上有多個在一條染色體上有多個復制起點，即表現為多復制起點，即表現為多復制子。復制子。28復制的引發（復制的引發（PrimingPriming） 復制的引發階段包括復制的引發階段包括DNADNA復制起點雙鏈解開復制起點雙鏈解開RNARNA引物的合成引物的合成DNADNA聚合酶將第一個脫氧核苷酸加到聚合酶將第一個

12、脫氧核苷酸加到引物引物RNARNA的的3-OH3-OH末端末端29轉錄激活（轉錄激活（transcription activationtranscription activation）：）： RNARNA聚合酶可以使雙鏈聚合酶可以使雙鏈DNADNA分子局部開鏈，再合分子局部開鏈，再合成成10101212個核苷酸對個核苷酸對RNARNA片段，之后再由片段，之后再由DNADNA聚合聚合酶完成前導鏈酶完成前導鏈DNADNA的合成，在完成近的合成，在完成近1000100020002000個核苷酸對個核苷酸對DNADNA片段后，后隨鏈才在引發酶的作片段后，后隨鏈才在引發酶的作用下開始啟動岡崎片段的引物用

13、下開始啟動岡崎片段的引物RNARNA的合成，所以的合成，所以這一過程也稱為這一過程也稱為DNADNA復制的轉錄激活。復制的轉錄激活。30 DNADNA復制起始引發體的形成及所參與的酶和復制起始引發體的形成及所參與的酶和蛋白質：蛋白質： l 解鏈酶（解鏈酶（helicasehelicase）-催化催化DNADNA復制起始復制起始點處雙鏈的解開，需要點處雙鏈的解開，需要ATPATP分解供給能量，分解供給能量，其作用是打開其作用是打開DNADNA雙鏈之間的氫鍵。雙鏈之間的氫鍵。31DNA helicases separate the two strands of double helix.32l 單

14、鏈結合蛋白（單鏈結合蛋白（single strand binding proteins，SSBP） 與解開的單鏈與解開的單鏈DNADNA結合，使其穩定不會再結合，使其穩定不會再度螺旋化并且避免核酸內切酶對單鏈度螺旋化并且避免核酸內切酶對單鏈DNADNA的水解，保證了單鏈的水解，保證了單鏈DNADNA做為模板時的伸做為模板時的伸展狀態，展狀態，SSBPSSBP可以重復利用。可以重復利用。3334 引物酶（引物酶（primaseprimase）一種特殊的一種特殊的RNARNA聚合酶，可催化短片段聚合酶，可催化短片段RNARNA的合成。這種短的合成。這種短RNARNA片段一般十幾個至數片段一般十幾個

15、至數十個核苷酸不等，它們在十個核苷酸不等，它們在DNADNA復制起始處復制起始處做為引物。做為引物。RNARNA引物的引物的3-OH3-OH末端提供了末端提供了由由DNADNA聚合酶催化形成聚合酶催化形成DNADNA分子第一個磷酸分子第一個磷酸二酯鍵的位置。二酯鍵的位置。35這可能與盡量減少這可能與盡量減少DNADNA復制起始處的突變有復制起始處的突變有關。關。DNADNA復制開始處的幾個核苷酸最容易出復制開始處的幾個核苷酸最容易出現差錯，因此，用現差錯，因此，用RNARNA引物即使出現差錯最引物即使出現差錯最后也要被后也要被DNADNA聚合酶聚合酶切除，提高了切除，提高了DNADNA復復制的

16、準確性。制的準確性。問題：為什么需要有問題：為什么需要有RNARNA引物來引發引物來引發DNADNA復制呢復制呢? ?36 引發體引發體高度解鏈的模板高度解鏈的模板DNADNA與多種蛋白質因子形成與多種蛋白質因子形成的引發前體促進引物酶結合上來，共同形成的引發前體促進引物酶結合上來，共同形成引發體，引發體主要在引發體，引發體主要在DNADNA后隨鏈上開始，后隨鏈上開始，它連續地與引物酶結合并解離，從而在不同它連續地與引物酶結合并解離，從而在不同部位引導引物酶催化合成部位引導引物酶催化合成RNARNA引物，在引物引物，在引物RNARNA的的3-OH3-OH末端接下去合成末端接下去合成DNADNA

17、片段，這就片段，這就是后隨鏈不連續合成的開始。是后隨鏈不連續合成的開始。37拓撲異構酶能夠快拓撲異構酶能夠快速地除去復制叉前速地除去復制叉前端的正超螺旋。端的正超螺旋。 拓撲異構酶拓撲異構酶38參與參與DNADNA復制起始和引發的蛋白質復制起始和引發的蛋白質小小 結結DNADNA解旋酶（解旋酶（DNA helicaseDNA helicase）：催化）：催化DNADNA雙鏈的解鏈過程。雙鏈的解鏈過程。單鏈單鏈DNADNA結合蛋白（結合蛋白（single strand single strand DNA binding proteinDNA binding protein）：以四聚體形）：以四聚

18、體形式存在于復制叉處，只保持單鏈的存在，式存在于復制叉處，只保持單鏈的存在，并不能起解鏈作用。并不能起解鏈作用。39DNADNA拓撲異構酶（拓撲異構酶（DNA topoisomeraseDNA topoisomerase）：）：消除消除DNADNA雙鏈的超螺旋堆積。雙鏈的超螺旋堆積。引物酶（引物酶（primaseprimase）：合成一小段）：合成一小段RNARNA引物，引物，為為DNADNA新鏈的合成提供新鏈的合成提供3-OH3-OH末端。末端。40復制的方向復制的方向l 定點開始雙向復制定點開始雙向復制原核生物和真核生物原核生物和真核生物DNADNA復制最主要的復制最主要的形式，從一個特定

19、位點解鏈，沿著兩形式，從一個特定位點解鏈，沿著兩個相反的方向各生長出兩條鏈，形成個相反的方向各生長出兩條鏈，形成一個復制泡。一個復制泡。41用電子顯微鏡可以觀察到復用電子顯微鏡可以觀察到復制泡的存在制泡的存在42l 定點開始單向復制定點開始單向復制質粒質粒colE1colE1是個典型的例子，復制從一是個典型的例子，復制從一個起始點開始，以同一方向生長出兩條個起始點開始，以同一方向生長出兩條鏈，形成一個復制叉。鏈，形成一個復制叉。43l 兩點開始單向復制兩點開始單向復制腺病毒腺病毒DNADNA的復制是從兩個起點開始的，的復制是從兩個起點開始的，形成兩個復制叉，各以一個單一方向復形成兩個復制叉，各

20、以一個單一方向復制出一條新鏈。制出一條新鏈。44DNADNA復制的延伸階段復制的延伸階段（Elongation） DNADNA鏈的延伸需要的蛋白質：鏈的延伸需要的蛋白質：DNADNA聚合酶聚合酶： 由不同的亞基組成，參與由不同的亞基組成，參與DNADNA的聚合和校對。的聚合和校對。亞基由亞基由dnaEdnaE基因編基因編碼碼-DNA-DNA的聚合和校對；的聚合和校對；亞基由亞基由dnaNdnaN基基因編碼因編碼-鏈的延伸；鏈的延伸；亞基由亞基由dnaQdnaQ基因基因編碼編碼-校對功能。校對功能。 4546引發酶：由引發酶：由dnaGdnaG基因編碼，起始岡崎片段，基因編碼，起始岡崎片段，合成

21、合成RNARNA。47DNADNA聚合酶聚合酶：修復：修復用用5353外切酶活性切除引物外切酶活性切除引物48再從岡崎片段的再從岡崎片段的33端合成端片段端合成端片段DNADNA，填補空缺。填補空缺。49DNADNA聚合酶聚合酶 I枯草桿菌蛋白酶枯草桿菌蛋白酶N N端形成小片段端形成小片段5353的外切核的外切核酸酶酸酶C C端形成大片段端形成大片段5353的聚合酶的聚合酶3535外切校正外切校正功能功能50RNaseHRNaseH：降解引物：降解引物DNADNA連接酶：復制過程中，連接酶：復制過程中，5 5 端端RNARNA引引物被置換后切刻的連接、修復、重組。物被置換后切刻的連接、修復、重

22、組。51DNADNA連接酶作用所需的條件連接酶作用所需的條件a a、 切刻的切刻的 33OH OH 和和 55P P 相鄰相鄰b b、 切刻各自堿基處于配對狀態切刻各自堿基處于配對狀態c c、 需要能量：原核（需要能量：原核（ATPATP、NADNAD） 真核（真核（ATPATP）52+ +53 DNADNA聚合酶催化聚合酶催化DNADNA的合成的合成DNA聚合酶將第一個核苷酸加入到引物的聚合酶將第一個核苷酸加入到引物的3羥基上，標志延伸的開始。羥基上，標志延伸的開始。54DNADNA聚合酶在復制叉上具有高延伸能力的關聚合酶在復制叉上具有高延伸能力的關鍵在于它們與被稱為滑動鍵在于它們與被稱為滑

23、動DNADNA夾的蛋白質間夾的蛋白質間的結合。聚合酶與滑動夾形成的復合體在的結合。聚合酶與滑動夾形成的復合體在DNADNA合成時沿著合成時沿著DNADNA模板高效地移動。模板高效地移動。5556滑動滑動DNADNA夾能夠增強夾能夠增強DNADNA聚合酶的持續合成能力聚合酶的持續合成能力57前導鏈和后隨鏈的協同合成前導鏈和后隨鏈的協同合成 步聚步聚全酶的循環全酶的循環崗崎片段的連接崗崎片段的連接58 前導鏈和后隨鏈的協同合成前導鏈和后隨鏈的協同合成DNADNA聚合酶聚合酶與引發體、螺旋酶（與引發體、螺旋酶（dnaBdnaB、RepRep）等構成蛋白質復合體，前導鏈和后）等構成蛋白質復合體，前導鏈

24、和后隨鏈同時進行復制。隨鏈同時進行復制。59問題：在復制中前導鏈上問題：在復制中前導鏈上DNADNA聚合酶聚合酶的的移動方向和復制叉的移動方向相同，而在移動方向和復制叉的移動方向相同，而在后隨鏈上其移動方向相反，那么前導鏈和后隨鏈上其移動方向相反，那么前導鏈和后隨鏈的合成是一個酶還是兩個酶？后隨鏈的合成是一個酶還是兩個酶？60研究證明：每一個復制叉均含有一個研究證明：每一個復制叉均含有一個DNADNA聚合酶聚合酶的二聚體，它可以同時催化前導鏈和后隨鏈的復的二聚體，它可以同時催化前導鏈和后隨鏈的復制，即制，即DNADNA復制的復制的“回環模型回環模型”，也就是在復制叉，也就是在復制叉處僅有一個大

25、型的復制體，后隨鏈的一個岡崎片處僅有一個大型的復制體，后隨鏈的一個岡崎片段模板段模板DNADNA以倒退的方式從以倒退的方式從DNADNA聚合酶聚合酶III中將模板中將模板DNADNA釋放出來，新岡崎片段的釋放出來，新岡崎片段的DNADNA單鏈與前導鏈一單鏈與前導鏈一樣，以相同方向完成復制。樣，以相同方向完成復制。6162 全酶的循環全酶的循環DNADNA聚合酶聚合酶同時對前導鏈和后隨鏈進行同時對前導鏈和后隨鏈進行復制過程中，由于催化不同的反應，對復制過程中，由于催化不同的反應，對于后隨鏈崗崎片段的合成，全酶發生部于后隨鏈崗崎片段的合成，全酶發生部分去組裝和再組裝的循環過程。分去組裝和再組裝的循

26、環過程。63 DnaBDnaB激活引發酶激活引發酶具體步聚：具體步聚： 引物合成引物合成 在新引物的模板連接處在新引物的模板連接處裝載裝載鉗鉗 核心酶轉移到新引物處核心酶轉移到新引物處 合成崗崎片段合成崗崎片段 完成后隨從鏈的核心酶完成后隨從鏈的核心酶從從鉗脫離，開始下一鉗脫離，開始下一個崗崎片段的合成個崗崎片段的合成64 岡崎片段的連接岡崎片段的連接切除引物：當岡崎片段完成切除引物：當岡崎片段完成后，后，DNADNA聚合酶聚合酶切除切除RNARNA引引物，留下的缺口物，留下的缺口DNADNA聚合酶聚合酶補齊。補齊。連接：由連接：由DNADNA連接酶作用岡連接酶作用岡崎片段，形成完整的崎片段，

27、形成完整的DNADNA滯滯后鏈。后鏈。65DNADNA復制的終止（復制的終止（TerminationTermination） 環形環形DNADNA復制的終止復制的終止 終止序列：終止序列：E.coli E.coli 有兩個終止區域，有兩個終止區域，分別結合專一性的終止蛋白，每個區分別結合專一性的終止蛋白，每個區域只對一個方向的復制叉起作用。域只對一個方向的復制叉起作用。6667如果兩個復制叉的延伸速度不一致，先期到如果兩個復制叉的延伸速度不一致，先期到達終止子的復制叉會停留等待另一復制叉的達終止子的復制叉會停留等待另一復制叉的經過，共同完成全基因組的發展過程。二個經過，共同完成全基因組的發展過

28、程。二個復制叉相距約復制叉相距約100kb100kb時速度放慢，通過時速度放慢，通過terter來來協調兩復制叉到達終點的時間。協調兩復制叉到達終點的時間。6869 專一性終止蛋白專一性終止蛋白E.coli E.coli 中由中由tus gene編碼（編碼（terminus terminus utilization substanceutilization substance）其產物）其產物Tus(36kD)Tus(36kD)，TusTus能識別能識別terter保守順序，保守順序，terter-Tus-Tus復合物通過抑制復合物通過抑制DNADNA螺旋酶而螺旋酶而發揮終止作用發揮終止作用70

29、71DNADNA復制完成后，兩個相扣的子鏈復制完成后，兩個相扣的子鏈DNADNA由拓撲由拓撲異構酶異構酶（一種（一種型拓撲異構酶）解鏈，結型拓撲異構酶）解鏈，結果是隨著膜的附著點移動而相互分離，分配果是隨著膜的附著點移動而相互分離，分配到兩個子細胞中。到兩個子細胞中。 DNA拓撲異構酶拓撲異構酶72DNA Topoisomerase 73 線形線形DNADNA復制的終止復制的終止在真核生物多復制子在真核生物多復制子DNADNA中，兩個相鄰中，兩個相鄰復制子的相鄰復制叉按相反方向延伸，復制子的相鄰復制叉按相反方向延伸，復制叉在終點匯合后，兩個復制叉隨即復制叉在終點匯合后，兩個復制叉隨即發生融合，

30、一條染色體經復制最后形成發生融合，一條染色體經復制最后形成了兩條姐妹染色單體。了兩條姐妹染色單體。 線形線形DNADNA復制終止的特點復制終止的特點74一般來說，鏈的終止不需要特定的信一般來說，鏈的終止不需要特定的信號，也不需要特殊的蛋白質參與，到號，也不需要特殊的蛋白質參與，到達終止位點后，聚合酶離開雙鏈，終達終止位點后，聚合酶離開雙鏈，終止發生。止發生。75 問題：線形問題：線形DNADNA如何完成如何完成55末端的復制？末端的復制？76 T7T7噬菌體線狀噬菌體線狀DNADNA的串聯體假說的串聯體假說兩端的兩端的DNADNA序列區有序列區有160bp160bp長的序列完全相同長的序列完全

31、相同7778 端粒酶能夠保證染色體復制的完整端粒酶能夠保證染色體復制的完整端粒酶：一種特殊的反轉錄酶。由蛋白端粒酶：一種特殊的反轉錄酶。由蛋白質（反轉錄酶）和質（反轉錄酶）和RNARNA兩部分組成，以自兩部分組成，以自身的身的RNARNA為模板（為模板（RNARNA模板含有一個半拷模板含有一個半拷貝的重復單位）復制出富含貝的重復單位）復制出富含G G、T T序列的序列的單鏈尾巴，從而維持端粒的長度。單鏈尾巴，從而維持端粒的長度。798081親代親代DNADNA分子為模板分子為模板四種脫氧三磷酸核苷四種脫氧三磷酸核苷(dNTP)(dNTP)為底物為底物提供提供3-OH3-OH末端的引物末端的引物

32、多種酶及蛋白質：多種酶及蛋白質：DNADNA聚合酶、聚合酶、DNADNA拓拓撲異構酶、撲異構酶、DNADNA解鏈酶、單鏈結合蛋白、解鏈酶、單鏈結合蛋白、引物酶、引物酶、RNARNA酶以及酶以及DNADNA連接酶等連接酶等DNADNA復制的體系復制的體系小小 結結82真核生物真核生物DNADNA的復制特點的復制特點有多處復制起始點，在全部完成復制之前，有多處復制起始點，在全部完成復制之前，各個起始點上各個起始點上DNADNA的復制不能再開始。的復制不能再開始。83DNADNA復制只在復制只在S S期進行，復制子相對較小，為期進行，復制子相對較小，為40-100kb40-100kb。84DNADN

33、A復制子的復制子的ARSARS（autonomously replicating sequence）復制的起始需要起始點識別復合物復制的起始需要起始點識別復合物（origin recognition complex，ORC）參與，參與，ORCORC結合于結合于ARSARS。85 已發現的真核生物已發現的真核生物DNADNA聚合酶有聚合酶有1515種以上。種以上。真核生物中還存在真核生物中還存在、和和等幾種等幾種DNADNA聚合酶，它們承擔著修復損傷的功能，聚合酶，它們承擔著修復損傷的功能，但這些修復酶的忠實性都很低。但這些修復酶的忠實性都很低。86真核生物DNA聚合酶的特性比較87原核生物原核

34、生物DNADNA的復制特點的復制特點 細菌染色體的復制是作為一個單位從細菌染色體的復制是作為一個單位從唯一的復制起點開始，雙向進行的。唯一的復制起點開始，雙向進行的。88 DNADNA聚合酶：聚合酶：E. coliE. coli中主要有中主要有DNADNA聚合聚合酶酶、和和。發現大腸桿菌中有一種酶發現大腸桿菌中有一種酶能夠催化能夠催化DNADNA的合成。的合成。Arthur Kornberg命名為命名為DNADNA聚合酶。即現聚合酶。即現在的在的DNADNA聚合酶聚合酶I。獲獲19591959年諾貝爾生理和醫年諾貝爾生理和醫學獎。學獎。89DNADNA聚合酶聚合酶I不是復制大腸桿菌染色體的主要

35、不是復制大腸桿菌染色體的主要聚合酶。聚合酶。DNA Polymerase I5353核酸外切酶活性也可用來除去岡崎核酸外切酶活性也可用來除去岡崎片段片段55端端RNARNA引物，引物， 5353聚合酶活性使聚合酶活性使岡崎片段間缺口消失，岡崎片段間缺口消失， 3535核酸外切酶核酸外切酶活性，保證了活性，保證了DNADNA復制的準確性。保證連接酶復制的準確性。保證連接酶將片段連接起來。將片段連接起來。90DNADNA聚合酶聚合酶II的活性很低，若以每分鐘酶的活性很低，若以每分鐘酶促核苷酸摻入促核苷酸摻入DNADNA的轉化率計算，只有的轉化率計算，只有DNADNA聚合酶聚合酶I的的5%5%，所以

36、也不是復制中主，所以也不是復制中主要的酶。要的酶。DNA Polymerase II目前認為目前認為DNADNA聚合酶聚合酶II的生理功能主要是的生理功能主要是起修復起修復DNADNA的作用。的作用。91DNA Polymerase IIIDNADNA聚合酶聚合酶III包含有包含有7 7種不同的亞單位和種不同的亞單位和9 9個個亞基，其生物活性形式為二聚體。亞基，其生物活性形式為二聚體。它的聚合活性較強，為它的聚合活性較強，為DNADNA聚合酶聚合酶I的的1515倍，倍，聚合酶聚合酶II的的300300倍。倍。能在引物的能在引物的3-OH3-OH上以每分鐘約上以每分鐘約5 5萬個核苷萬個核苷酸

37、的速率延長新生的酸的速率延長新生的DNADNA鏈，是大腸桿菌鏈，是大腸桿菌DNADNA復制中鏈延長反應的主導聚合酶。復制中鏈延長反應的主導聚合酶。92DNADNA聚合酶聚合酶IV和和V V分別由分別由dinBdinB和和umuD2CumuD2C基因編碼；基因編碼；主要在主要在SOSSOS修復過程中發揮功能。修復過程中發揮功能。DNA Polymerase IV & V93都以都以dNTPdNTP為底物。為底物。DNADNA聚合酶的共同點聚合酶的共同點都需要都需要Mg2+Mg2+激活。激活。聚合時必須有模板鏈和具聚合時必須有模板鏈和具有有3-OH3-OH末端的引物鏈。末端的引物鏈。鏈的延

38、伸都方向為鏈的延伸都方向為5353。94第三節、復制的幾種主要方式第三節、復制的幾種主要方式 型型環狀環狀DNADNA雙鏈的復制雙鏈的復制 滾環型滾環型 D-D-環型（環型（D-loopD-loop）95 型型形復制模式圖形復制模式圖96 滾環型滾環型 單向復制的特殊方式單向復制的特殊方式a circular molecule with a linear tail by electron microscopy. X174X174的雙鏈的雙鏈DNADNA復制復制型型(RF)(RF)97滾環復制的特點滾環復制的特點不需要不需要RNARNA引物引物滾環復制的機制：滾環復制的機制：在一條斷裂的親本鏈的

39、在一條斷裂的親本鏈的3-OH3-OH上不斷地發上不斷地發生生DNADNA聚合作用聚合作用-共價延伸共價延伸共價延伸共價延伸單向復制單向復制98D loopD loop是單向復制的特殊方式。首先是單向復制的特殊方式。首先在動物線粒體中被發現。一條短在動物線粒體中被發現。一條短RNARNA引引物與一條物與一條DNADNA互補，取代了該區域原來互補，取代了該區域原來的互補的的互補的DNADNA鏈，使得兩條鏈的合成高鏈，使得兩條鏈的合成高度不對稱，一條鏈上迅速合成出互補鏈，度不對稱，一條鏈上迅速合成出互補鏈，另一條鏈則為游離的單環。另一條鏈則為游離的單環。 D-D-環型（環型（D-loopD-loop

40、）99100D D環復制與環復制與復制的根本區別在于復制的根本區別在于H H鏈和鏈和L L鏈上各有一個獨立的復制原點，從而導鏈上各有一個獨立的復制原點，從而導致兩條鏈的復制進程是不同步的，因此致兩條鏈的復制進程是不同步的，因此D D環復制也是一種單向復制。環復制也是一種單向復制。小小 結結101線形線形DNADNA雙鏈的復制雙鏈的復制 腺病毒的腺病毒的DNADNA復制復制線性線性DNADNA的末端為反向重復序列的末端為反向重復序列（103103162bp162bp），含有復制原點，第），含有復制原點，第一個堿基對一個堿基對C-GC-G完全保守。完全保守。102腺病毒中還存在一種腺病毒中還存在一

41、種55Kda55Kda的蛋白質，該蛋白的蛋白質，該蛋白質稱為末端蛋白質（質稱為末端蛋白質（terminal protein or TPterminal protein or TP）攜帶胞嘧啶脫氧核苷酸攜帶胞嘧啶脫氧核苷酸腺病毒中腺病毒中55Kda55Kda的蛋白的蛋白以磷酸二酯鍵的形式連以磷酸二酯鍵的形式連接在成熟病毒接在成熟病毒DNADNA上上與與DNADNA聚合酶結合聚合酶結合103104105第三節、復制的調控第三節、復制的調控原核生物復制的起始主要是由起始位點原核生物復制的起始主要是由起始位點的甲基化狀態來控制的。的甲基化狀態來控制的。E.ColiE.Coli中主要是通過對模板鏈的甲基

42、化中主要是通過對模板鏈的甲基化來區分新合成的來區分新合成的DNADNA鏈。鏈。106模板模板DNADNA的的oriCoriC包含包含GATCCTAG這一序列是甲基化的靶序這一序列是甲基化的靶序列，列，DamDam甲基化酶使腺嘌呤甲基化酶使腺嘌呤A A的的N6N6位置被甲基化。甲基位置被甲基化。甲基化的化的DNADNA復制產生半甲基化復制產生半甲基化DNADNA，直至，直至DamDam甲基化酶將甲基化酶將其全甲基化。其全甲基化。107108真核生物真核生物DNADNA復制的調控復制的調控真核生物細胞是多復制子。在一個細胞真核生物細胞是多復制子。在一個細胞周期，每個復制子的復制起點只能被激周期，每

43、個復制子的復制起點只能被激活一次。活一次。通常是只在復制起點作用一次或通過一通常是只在復制起點作用一次或通過一個抑制物阻止已經被使用過的復制起點個抑制物阻止已經被使用過的復制起點的再次復制。的再次復制。109真核生物真核生物DNADNA的復制起始由執照因子控制的復制起始由執照因子控制在復制前存在于細胞核內，復制一在復制前存在于細胞核內，復制一次后這種蛋白或失效或完全被破壞。次后這種蛋白或失效或完全被破壞。除非再提供這種因子，否則不能進除非再提供這種因子，否則不能進行下一輪的復制。行下一輪的復制。存在于細胞質中的因子只有在下一存在于細胞質中的因子只有在下一個有絲分裂時，當核膜破裂時才有個有絲分裂

44、時，當核膜破裂時才有機會加入核內。機會加入核內。110該調控系統達到兩個目的：該調控系統達到兩個目的：通過在復制之后去除一個必要成分，通過在復制之后去除一個必要成分，阻止了一周期內的多次復制；阻止了一周期內的多次復制；真核生物真核生物DNADNA的復制由時間控制，并非所的復制由時間控制，并非所有起點都在同一時間被激活。通常活性有起點都在同一時間被激活。通常活性區先復制，異染色質區晚復制。區先復制，異染色質區晚復制。提供了反饋循環，使得復制的初始化提供了反饋循環，使得復制的初始化依賴于細胞分裂的發生。依賴于細胞分裂的發生。111真核細胞真核細胞DNADNA復制有三個水平的調控：復制有三個水平的調控：細胞生活周期水平的調控細胞生活周期水平的調控-決定細胞停留決定細胞停留在在G1G1期還是進入期還是進入S S期。期。染色體水平復制調控染色體水平復制調控-決定復制子按一定決定復制子按一定順序在順序