第十四章DNA的生物合成TheReplicationofDNA

1思考題

1.甲狀腺素是一種含碘的（）

（1）氨基酸（2）多肽

（3）蛋白質（4）寡糖

2.當溫度逐漸升高到一定高度時，DNA雙鏈—，稱為——，當“退火”時，DNA兩條鏈——，稱為——。思考題

1.甲狀腺素是一種含碘的（）

（1）2—核酸在復性后260nm波長的紫外吸收值—，

這種現象稱為—效應。

判斷題

1.關于tRNA敘述正確的是（）

a.分子上的核苷酸序列全部為三聯體

b.是核糖體組成的一部分

C.由稀有堿基構成發夾結構

d.二級結構為三葉草型

2.某DNA雙鏈，其中一股堿基序列是：

5–AACGTTACGTCC-3，另一股應為：

a.5–AACGUUACGUCC–3b.5-GGACGTAACGTT-3c.5-AACGTTACGTCC–3d.5-TTGCAATGCAGG-3—核酸在復性后260nm波長的紫外吸3新陳代謝和遺傳變異是生命的兩個基本特征。DNA是生物遺傳信息的攜帶者，并且可以進行自我復制（self-replication），也正因為如此，才保證了在細胞分裂時，親代細胞的遺傳信息正確無誤地傳遞到兩個子代細胞中。

這種以親代DNA分子為模板合成兩個完全相同的子代DNA分子的過程稱為復制（replication）。新陳代謝和遺傳變異是生命的兩個基本特征。4遺傳的中心法則DNA通過復制將遺傳信息加倍，再分裂是均分給兩個子代細胞，在子代中通過轉錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質分子，從而決定生物的表現型，是子代具有和親代相同或相近的性狀。DNA的復制、轉錄和翻譯過程就構成了遺傳學的中心法則。在RNA病毒中，其遺傳信息貯存在RNA分子中，遺傳信息的流向是RNA通過復制，將遺傳信息由親代傳遞給子代，通過反轉錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過轉錄和翻譯傳遞給蛋白質。遺傳的中心法則DNA通過復制將遺傳信息加倍，再分裂是均分給兩5DNAdependentDNApolymerase——DDDPDNAdependentRNApolymerase——DDRPRNAdependentRNApolymerase——RDRPRNAdependentDNApolymerase——RDDPDNAdependentDNApolymerase——6

中心法則中心法則7DNA的雙螺旋結構是復制的結構基礎，堿基互補配對原則是遺傳信息傳遞真實性的保證。DNA的雙螺旋結構是復制的結構基礎，堿8第一節DNA復制的特點

一、半保留復制

DNA在復制時，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個雙鏈子代DNA，每個子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現象稱為DNA的半保留復制(semi-conservativereplication)。第一節DNA復制的特點

一、半保留復制912保留了一半父代DNA成份父代DNA半保留復制子代DNA12保留了一半父代DNA成份父代DNA半保留復制子代DNA10DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Meselson和F.Stahl所完成的實驗所證明。該實驗首先將大腸桿菌在含15N（NH4CI重氮）的培養基中培養約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉變為15N。將大腸桿菌移至只含14N（NH4CI輕氮）的培養基中同步培養一代、二代、三代。分別提取DNA，作密度梯度離心，可得到下列結果：

半保留復制的證明266頁DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Mesel11

1958年Meselson和Stahl用15N同位素標記及密度梯度超速離心證明DNA復制是一種半保留復制。

1958年Meselson和Stahl用15N12

出現上述三條帶結果與半保留復制模式假設是完全符合的。出現上述三條帶結果與半保留復制模式假設13HHHHLL15NH4CI中培養的DNA14NH4CI中培養的第一代DNA14NH4CI中培養的第二代DNA親代第一代第二代HHHHLL15NH4CI中培養的DNA14NH4CI中14

DNA在復制時，需在特定的位點起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序（特定的位點）的片段，即復制起始點（復制原點ori）。

在DNA復制時，兩條親代鏈在復制起點處部分分開，此時形成一種動態的Y字型結構，稱之復制叉，即復制正在發生的部位，同時進行著解鏈和合成。

在原核生物中，復制起始點通常為一個，而在真核生物中則為多個，如果蠅6000個復制原點。二、復制過程中的一些基本要點

（一）復制起始點二、復制過程中的一些基本要點

（一）復制起始點15（二）復制終止點在復制子的末端，由一段特殊的序列，稱為復制的終止位點（ter），完成復制的終止。由一個復制起始點進行到終點結束，完成整個染色體DNA分子的復制，即復制單位。

（二）復制終止點16一個復制子就是DNA上的一個獨立復制DNA單位（DNA復制的功能單位）。一個復制子只含有一個專一的復制起點和復制結束的終點。一個完整的復制子在一個細胞周期只復制一次(真核)（曼夫332）。原核生物可以連續起始復制。真核生物往往采用更多的復制原點。(三)復制子

DNA復制單位亦稱為~一個復制子就是DNA上的一個獨立復(三)復制子17在環形DNA中，整個結構象字母θ

在電鏡下觀察猶如一只眼睛，稱為復制眼。對于環狀DNA，復制眼使其成為θ結構。在環形DNA中，整個結構象字母θ在電鏡下觀察猶如一只眼18

染色體DNA復制方式（真核生物）

多復制子復制，即DNA上先形成多個復制眼，雙向復制。“眼”擴大互相相連，形成“大眼睛”最后完成整個DNA的復制，形成兩個DNA分子染色體DNA復制方式（真核生物）19

原核生物染色體和質粒都是獨立（只有單一個）復制子；

真核細胞染色體中有多個復制子組成。

在環型E.coli的染色體雙向復制，復制的終止位點是在兩個復制叉的會合處，即在復制起點對面的終止點（曼夫335頁）。

原核生物染色體和質粒都是獨立（只有單一個）復制子；

20DNA分子中能獨立進行復制的單位稱為復制子（replicon）第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件21（四）需要引物

參與DNA復制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為5～10個核苷酸，RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對。

（四）需要引物參與DNA復制的DNA聚合酶，22DNARNA引物AUTOH55每一DNA片段都有自己的RNA的引物復制正在發生的位點（復制叉）353ADNARNA引物AUTOH523（五）復制的方向性（1）單向復制,也可以是雙向復制

復制有固定的起始點，從起始點開始，可以是單向復制也可以是雙向復制（五）復制的方向性（1）單向復制,也可以是雙向復制24

單向復制：即只形成一個復制叉（replicationfork）雙向復制：即形成兩個復制叉。如E.coliDNA等。都是5′→3′方向合成原核生物單向復制：即只形成一個復制叉（replicatio25第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件26

（2）復制的5′→3′方向

從原點開始，新鏈合成的方向：5′→3′方向，

（2）復制的5′→3′方向

27（六）半不連續復制

復制過程中，催化DNA合成的DNA聚合酶只能催化核苷酸從5′→3′方向合成，以3′→5′鏈為模板時，新生的DNA以5′→3′方向連續合成；而以5′→3′為模板只能合成若干反向互補的岡崎片段（？），這些片段再相連成完整的新鏈，故稱半不連續復制。（六）半不連續復制復制過程中，催化DN28岡崎片段

日本科學家Okazaki（岡崎）用實驗證明在復制過程中產生了這種小片段，所以這些片段被命名為岡崎片斷。順著解鏈方向合成的子鏈，復制是連續進行的，這股鏈稱為前導鏈(leadingstrand)。

另一股新鏈的復制方向與解鏈方向相反，復制是不連續進行的，這條不連續合成的鏈稱為隨從鏈(laggingstrand)。岡崎片段29

岡崎片段在原核生物中約為1000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。

岡崎片段在原核生物中約為1000個核苷酸，而在30前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向

方向？前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向方向31第二節參與DNA復制的

主要酶類與蛋白因子

第二節參與DNA復制的

主要酶類與蛋白因子32

一、原核生物

補充兩點

1.

底物

DNA復制以四種脫氧核糖核苷酸為底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi

一、原核生物

補充兩點

1.底物33

聚合反應機理PPiPPi342.模板(template)DNA復制是模板依賴性的，必須要以親代DNA鏈作為模板。親代DNA的兩股鏈解開后，可分別作為模板進行復制。2.模板(template)DNA復制是模板依賴性的，35（一）引發酶（primase）（引物合成酶）

分子量約為60kDa的單肽鏈，每個細胞約有50-100個分子，該酶單獨存在時活性低，只有與其他蛋白質相互作用結合成一個復合體時才有活性，這種復合體稱為引發體（primosome）。合成的引物是長約5-10個核苷酸的RNA。一旦RNA引物合成，就可以由DNA聚合酶Ⅲ在它的3′-OH上繼續催化DNA新鏈的合成。（一）引發酶（primase）（引物合成酶）36（引發體(primosome)由引發前體與引物酶（primase）組裝而成。引發前體是由若干蛋白因子聚合而成的復合體。）

引物酶本質上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3'-OH，使子代DNA鏈能夠開始聚合。（引發體(primosome)由引37引物酶（primase）功能：以DNA為模板，催化合成一小段與DNA互補的RNA，即引物。引物：5—10個核苷酸引物酶（primase）功能：以DNA為模板，催38（二）DNA聚合酶(DDDP)

在大腸桿菌中，目前發現的DNA聚合酶（DNApolymerase）有三種：DNA聚合酶Ⅰ（polⅠ）DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ）DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ）這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復制的主要是pollⅢ和polⅠ。（二）DNA聚合酶(DDDP)

在大腸桿菌中，目前發現的D39

DNA聚合酶是以DNA為模板，催化底物（dNTP）合成DNA的酶類，普遍存在于生物體內。它們的作用方式基本相同，都需要dNTP、Mg2+、模板DNA和引物，在DNA模板指導下，催化底物加到引物的3′-OH上，形成3′，5′磷酸二酯鍵，由5′→3′方向延長DNA鏈。引物是DNA合成所必需的。DNA聚合酶是以DNA為模板，催化底物（40

DNA聚合酶Ⅰ

ArthurKornberg于1957年分離出來，因此獲得1959年的若貝爾獎。

分離工作十分艱巨，用了100kg細菌分離到500mg的純酶（polymeraseⅠ），或稱Kornberg酶。它是一個多功能酶。DNA聚合酶Ⅰ

Arthur41

原核生物中的三種DNA聚合酶

又稱校對作用原核生物中的三種DNA聚合酶

又稱校對作用42polⅢpolⅢ由十種亞基組成，其中α亞基具有5‘→3’聚合DNA的酶活性，因而具有復制DNA的功能，每分鐘速度6000個堿基。ε亞基具有3'→5'外切酶的活性，因而與DNA復制的校正功能有關。曼夫331頁文字polⅢpolⅢ由十種亞基組成，其中α亞基具有5‘→343DNA聚合酶的校對作用曼夫330頁文字DNA聚合酶的校對作用曼夫330頁文字44DNA連接酶(DNAligase)可催化兩段DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，而使兩段DNA連接起來。DNA連接酶催化的條件是：①需一段DNA片段具有3‘-OH，而另一段DNA片段具有5’-Pi基；②未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈是完整的；③需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。（三）DNA連接酶DNA連接酶(DNAligase)可催化兩段D45

DNA連接酶（ligase）

功能：將復制過程中形成的DNA片段用3′－5′磷酸二酯鍵連接起來。酶酶（部分細菌）DNA連接酶（ligase）酶46

單鏈DNA結合蛋白（singlestrandbindingprotein，SSB）又稱螺旋降穩蛋白（HDP）。能夠與單鏈DNA結合的蛋白質因子，其作用為：①使解開雙螺旋后的DNA單鏈能夠穩定存在，即穩定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA；防止DNA鏈重新結合。②保護單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

（四）單鏈DNA結合蛋白單鏈DNA結合蛋白（singlestra47第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件48

（五）DNA解螺旋酶(helicase)（解鏈酶）

功能：DNA的雙螺旋解鏈（解DNA雙鏈），解開一對堿基，需2分子ATP，作用點：DNA上局部單鏈處，向雙鏈方向解鏈。5′3′5′3′rep（五）DNA解螺旋酶(helicase)（解鏈酶）49要將DNA雙鏈解開，主要依賴于DNA解旋酶（也稱為解鏈酶），還需要參與起始反應的多種蛋白因子，如DnaA。DnaA能夠識別大腸桿菌復制原點OriC富含A/T的3個13個bp的重復序列區，使雙鏈DNA連續變性，啟動解鏈過程。

要將DNA雙鏈解開，主要依賴于DNA解旋酶（也50

附:原核生物復制起始點的結構E.coli的復制起點Ori大約長245bp，它是決定和控制E.coli染色體復制的唯一片段。（介紹）包括兩個關鍵序列（二個必需區域：13bp的序列和9bp序列

9bp重復序列，重復出現4次，能與起始蛋白

dnaA特異結合，當dnaA蛋白（約20種）結合于ori的4個部位上時復制開始。對于DNA復制的起始十分重要,有利于雙螺旋DNA局部解旋并暴露兩條復制模板鏈。

附:原核生物復制起始點的結構E.coli的復制起點O51dnaA蛋白還能識別

另一3個連續出現的13bp序列區，每一個順序都由GATC開始，富含A和T，有助于螺旋解開，控制復制何時開始。

dnaA蛋白（一種專一的蛋白）和ori結合后，雙螺旋解開形成復制叉。故dnaA蛋白與啟動解鏈有關（曼夫332頁），

dnaA蛋白是起始的關鍵成分。dnaA蛋白還能識別另一3個連續出現的13bp52DNA復制的起始DNA復制的起始53因隨著復制叉的前進，將引起整個分子非復制部分旋轉的更緊出現正超螺旋，以致復制叉無法前進。它能夠使DNA產生拓撲學上的種種變化。最常見的是產生負超螺旋和消除超螺旋。可使DNA雙鏈中的一或二條鏈切斷，松開雙螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而避免出現鏈的纏繞。維持雙螺旋DNA必須是負超螺旋狀態。

（六）拓撲異構酶（topoisomerase）

（DNA促旋酶）曼夫333圖與周書199一致（六）拓撲異構酶（topoisomerase）54DNA拓撲異構酶

有Ⅰ和Ⅱ兩種類型

Ⅰ型拓撲異構酶:首先在大腸桿菌中被發現，稱為拓撲異構酶Ⅰ，它可使DNA的一條鏈發生斷裂和再連接，反應無需供給能量。另外，DNA復制時負超螺旋的消除，亦由拓撲異構酶Ⅰ來完成，但它對正超螺旋無作用；DNA拓撲異構酶

有Ⅰ和Ⅱ兩種類型

Ⅰ型拓撲異構酶55Ⅱ型拓撲異構酶(旋轉酶;gyrase）

由兩個A亞基和兩個B亞基組成，即A2B2。它能使DNA的兩條鏈同時發生斷裂和再連接，當它引入負超螺旋以消除復制叉前進帶來的扭曲張力時，需要由ATP提供能量。

兩種拓撲異構酶在DNA復制、轉錄和重組中均發揮重要作用。

Ⅱ型拓撲異構酶(旋轉酶;gyrase）

56拓撲異構酶Ⅰ

可使DNA雙鏈中的一條鏈切斷，松開雙螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而避免出現鏈的纏繞，不需能量。拓撲異構酶Ⅱ

可切斷DNA兩股鏈（僅周教材是切單鏈），使DNA的超螺旋松解后，再將其連接起來，可引入負超螺旋，需要能量。二、真核生物拓撲異構酶Ⅰ可使DNA雙鏈中的一條鏈切斷，松開雙螺旋后再57端粒酶特點

是一種核糖核蛋白酶，是一種特殊的DNA聚合酶，屬于反轉錄酶。由RNA和蛋白質構成，以其中一段RNA序列為模板，通過延伸染色體的3’端解決DNA復制時引起的末端隱縮。端粒酶RNA亞單位的結構在不同真核生物之間差別很大。其蛋白質組分至少有兩個以上多肽亞單位組成。端粒酶特點58端粒酶能把端粒序列加到染色體末端，以補充染色體末端的自然丟失。在缺乏有效延伸機制時，端粒在歷經每次細胞分裂之后即縮短。端粒酶能把端粒序列加到染色體末端，以補充染色59四膜蟲TTGGGG人TTAGGG真核生物染色體端粒DNA結構四膜蟲TTGGGG真核生物染色體端粒DNA結構60第三節DNA復制過程第三節DNA復制過程61（一）DNA復制的起始點和方向

在大腸桿菌的環狀染色體DNA中，只有一個復制原點，因此是單復制子。

復制方向大多是雙向的，即分別向兩側進行復制，形成兩個復制叉（replicationfork）或稱為生長點（growingpoint）。

也有一些生物DNA的復制是單向的，只形成一個復制叉。

通常復制是對稱的，兩條鏈同時進行復制。（一）DNA復制的起始點和方向

在大腸桿菌的環62第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件63（二）復制的主要階段1.DNA雙螺旋的解開

(1)在大腸桿菌中，解鏈酶在復制叉內解開親代雙螺旋;(2)分開的雙鏈再和SSB結合，防止鏈內退火重新復性成為雙鏈，使局部解開的兩條單鏈可以作為復制模板。

（二）復制的主要階段64(3)拓撲異構酶II作用

不論線狀或環狀DNA分子，局部解鏈會導致超螺旋應力的增加，阻礙解鏈的前進。因此必須放出超螺旋應力。在大腸桿菌中是由拓撲異構酶II，即旋轉酶切開環狀超螺旋的兩股，釋放出超螺旋應力，而后再封口，除去環狀DNA分子中的超螺旋。(3)拓撲異構酶II作用65

(4)單鏈DNA結合蛋白由拓撲異構酶和解螺旋酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結構解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結合蛋白（singlestrandbindingprotein，SSB）結合在兩條單鏈DNA上，形成復制叉。.

662.RNA引物的合成

在合成DNA鏈之前必須有一種引物。

引物就是在DNA模板鏈上裝配的一小段互補RNA，而末端有一個游離的3′-OH。

DNA聚合酶只能把底物（dNTP）轉移到引物游離的3′-OH上去。2.RNA引物的合成67（二）復制的延伸（長）（二）復制的延伸（長）681.半不連續復制(semicontinuousreplication)前導鏈（領頭鏈）和滯后鏈（隨從鏈）合成由DNA聚合酶Ⅲ催化，酶Ⅲ進入復制叉在引物上延伸，以3‘→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5‘→3’方向聚合子代DNA鏈。1.半不連續復制(semicontinuous69（1）DNA酶Ⅲ作用

（2）在引物上加入底物—dNTP

（3）方向5‘→3’

（4）半不連續性復制（1）DNA酶Ⅲ作用

（2）在引物上加入底物—dNT70前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向

方向？前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向方向71先導鏈與后隨鏈的矛盾如何解決？

先導鏈與后隨鏈的矛盾如何解決？72

根據計算，每一復制叉僅含1個DNA聚合酶Ⅲ全酶，這說明前導鏈和隨后鏈上的DNA合成是由同一復制體負責的。但DNA兩股鏈上的DNA合成不是同步進行的，并且方向相反，那么復制體是怎樣工作的呢？

為此提出了模型認為：當前導鏈上開始DNA合成和復制叉向前移動時，隨后鏈即向后回折成環。根據計算，每一復制叉僅含1個DNA聚合酶Ⅲ全酶735′5′3′3′3′5′5′3′3′5′回環模型5′5′3′3′3′5′5′3′3′5′回環模型74（三）復制的終止在單方向復制的環狀分子中，復制的終點就是它的復制原點，在雙方向復制的環狀分子中，大多數是兩個生長點的簡單碰撞。1.去除引物，填補缺口2.連接岡崎片段

（三）復制的終止在單方向復制的環狀分子中，751.去除引物，填補缺口在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個磷酸酯鍵的缺口。在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，而岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長。

2.連接岡崎片段在DNA連接酶的催化下，形成最后一個磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長鏈。

1.去除引物，填補缺口在原核生物中，76第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件77三、DNA復制的保真性三、DNA復制的保真性78為保證復制的準確性，細胞以下列機制提供相應的保障：

①DNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的5′→3′的聚合作用DNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ在模板引導下，按5′→3′進行DNA聚合時，可以嚴格按照堿基互補配對的原則進行合成，所以說，堿基互補配對原則是DNA復制的基礎。

為保證復制的準確性，細胞以下列機制提供相應的保79②DNA聚合酶Ⅰ3′→5′外切酶活性，DNA聚合酶Ⅰ可對已經加上去的核苷酸進行校對，當新合成的互補鏈上有錯誤的核苷酸時，即行使3′→5′外切酶活性，將連接上的錯誤核苷酸從3′端切除，直至正確配對處為止，然后再繼續合成。②DNA聚合酶Ⅰ3′→5′外切酶活性，DNA80③切除引物

由于剛開始聚合時較易發生錯配，所以生命體選擇先合成一段RNA引物，然后由DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切酶活性將引物切除，再由DNA聚合酶的5′→3′聚合酶活性在切除引物處補平。③切除引物由于剛開始聚合時較易發生錯配，81

④聚合時的方向

現在已知DNA的聚合都是5′→3′，為什么不能從3′→5′端聚合呢？原來，如果按5′→3′聚合，一旦出現堿基錯配，可由DNA聚合酶Ⅰ從3′端切除聚合上的錯誤的核苷酸，剩下3′-羥基，后者可以接受由以dNTP為原料而生成的單核苷酸，

即dNTP可以和上一個核苷酸的游離3′-羥基生成3′，5′-磷酸二酯鍵，dNTP自身水解掉焦磷酸。

④聚合時的方向

現在已知DNA的聚合都是5′→82

遺傳物質的復制幾乎是一個完美的過程，一個E.Coli的基因組有107核苷酸，1/1010bp（只有一個堿基配錯）的錯配率相當于每1000個細菌細胞，每代只有一個錯誤堿基的參入，真核細胞同樣如此。遺傳物質的復制幾乎是一個完美的過程，一個E.Co83二、真核生物

（一）拓撲異構酶（topoisomerase）

拓撲異構酶Ⅰ

分子量約為95kDa的單體蛋白。雖然它所催化的反應與原核生物的酶相似，？但它同樣能使正、負超螺旋DNA松弛。

松弛作用不依賴于ATP，能發生于有EDTA存在的條件下，Mg2+能提高該酶的活力。二、真核生物

（一）拓撲異構酶（topoisomer84拓撲異構酶Ⅱ

為150kDa-180kDa的均二聚體，能以同樣的速率松弛正、負超螺旋DNA；與原核生物不同點：真核生物拓撲異構酶Ⅱ不能產生負超螺旋，發揮作用時需要ATP和Mg2+。拓撲異構酶Ⅱ85（二）DNA聚合酶

（DNApolymerase）

哺乳動物細胞中已分離出5種DNA聚合酶，分別以α、β、γ、δ、ε來命名。它們與大腸桿菌DNA聚合酶的基本性質相同，都是以4種脫氧核糖核苷三磷酸為底物，需Mg2+激活，聚合時必須有模板和3′-OH的存在，鏈的延伸方向為5′→3′。

（二）DNA聚合酶（DNApolymerase）哺乳動86（1）復制蛋白A（replicationproteinA，RP-A）

真核生物的單鏈DNA結合蛋白，其作用類似于大腸桿菌的SSB蛋白。

（1）復制蛋白A（replicationproteinA87（三）端粒酶（telomerase）

端粒（telomere）是真核生物線性染色體末端的特殊結構，由成百個6個核苷酸的重復序列所組成（人為TTAGGG，四膜蟲為TTGGGG）。

（三）端粒酶（telomerase）

88端粒（酶）的功能穩定染色體的末端結構，防止染色體間末端連接，并可補償滯后鏈5′-末端在消除RNA引物后造成的空缺。復制可使端粒5′末端縮短，而端粒酶可外加重復單位到5′-末端上，結果使端粒維持一定的長度。

端粒（酶）的功能89DNA損傷的修復（一）基因突變

DNA堿基順序的改變，是DNA在復制過程中出現錯誤產生的。由于DNA是具有復制功能的分子，一旦DNA堿基順序出錯，它就會通過復制機制遺傳下去。由于DNA堿基順序的改變引起生物遺傳性狀顯著變化的現象，稱為基因“突變”。DNA損傷的修復（一）基因突變DNA堿90

（二）引起突變的因素

1.物理因素

由紫外線、電離輻射、X射線等引起的DNA損傷。其中，X射線和電離輻射常常引起DNA鏈的斷裂.紫外線常常引起嘧啶二聚體的形成，如TT，TC，CC等二聚體。這些嘧啶二聚體由于形成了共價鍵連接的環丁烷結構，因而會引起復制障礙。

（二）引起突變的因素91當DNA受到大劑量紫外線（波長260nm附近）照射時，可引起DNA鏈上相鄰的兩個嘧啶堿基共價聚合，形成二聚體，例如TT二聚體。當DNA受到大劑量紫外線（波長260nm附近）照92胸腺嘧啶堿基在紫外光照射下，可以發生二聚加成反應：

在DNA分子中，如果兩個胸腺嘧啶堿基相鄰，在紫外光照射下，可能發生上述聚合反應，其結果是破壞了正常復制或轉錄。胸腺嘧啶堿基在紫外光照射下，可以發生二聚加成反應：933.化學因素

脫氨劑：如亞硝酸與亞硝酸鹽，可加速C脫氨基生成U，A脫氨基生成I。

3.化學因素94（四）修復方式1.光修復（以下四種修復方式作以了解）光復合酶能特異地和嘧啶二聚體結合，在可見光下催化光化合反應，使環丁烷環回復到兩個獨立的嘧啶，這一過程叫光復合作用。（四）修復方式1.光修復（以下四種修復方式作以了解95

lightrepairing這是一種廣泛存在的修復作用。光復活能夠修復任何嘧啶二聚體的損傷。其修復過程為：光復活酶（photo-lyase)識別嘧啶二聚體并與之結合形成復合物→在300～600nm可見光照射下，酶獲得能量，將嘧啶二聚體的丁環烷打開，使之完全修復→光復活酶從DNA上解離。

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2.切除修復(excisionrepairing)：這也是一種廣泛存在的修復機制，可適用于多種DNA損傷的修復。該修復機制可以分別由多種不同的酶來發動，如核酸內切酶、DNA糖苷酶等。

97

3.重組修復(recombinationrepairing)：這是DNA的復制過程中所采用的一種有差錯的修復方式。

3.重組修復(recombinationr984.SOS修復

這是一種在DNA分子受到較大范圍損傷并且使復制受到抑制時出現的修復機制，以SOS借喻細胞處于危急狀態。DNA分子受到長片段高密度損傷，使DNA復制過程在損傷部位受到抑制。

損傷誘導一種特異性較低的新的DNA聚合酶，以及重組酶等的產生。

由這些特異性較低的酶繼續催化損傷部位DNA的復制，復制完成后，保留許多錯誤的堿基，從而造成突變。

4.SOS修復99某些病毒的生存方式。如HIV病毒七、

DNA的反轉錄合成——

逆轉錄（RNA指導的DNA合成）胞膜蛋白雙分子層衣殼蛋白RNA(病毒基因）破壞免疫識別機制，引起免疫系統失效！逆轉錄酶

人類免役缺陷病毒某些病毒的生存方式。七、DNA的反轉錄合成——

逆100人類免役缺陷病毒

（HumanimmunodeficiencyvirusHIV)

獲得性免役缺陷綜合

（Acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS,艾滋病）人類免役缺陷病毒

（Humanimmunodeficien101逆轉錄病毒DNA單鏈（）

見我師261頁逆轉錄病毒DNA單鏈（）見我師261頁102單鏈病毒DNA復制互補鏈異源重組病毒RNA轉錄（）單鏈病毒DNA復制互補鏈異源重組病毒RNA轉錄（）103免疫系統的敵我識別機制失效！病毒轉回到胞液，在那里進行翻譯。切割形成病毒蛋白組合成新病毒并攻擊下一個目標指導形成病毒蛋白原鏈免疫系統的敵我識別機制失效！切割形成病毒蛋白組合成新病毒并攻104

RNA病毒病毒顆粒（viron）

由病毒RNA基因組和包被在外的蛋白質外殼組成。

病毒的生存方式：

病毒編碼包裝基因組所需的蛋白，以及一些在感染循環中復制病毒所需的蛋白質。其他蛋白質由宿主提供。因此病毒不能獨立生存。

RNA病毒病毒顆粒（viron）

105治療原理（雞尾酒療法）阻止逆轉錄DNA阻止病毒蛋白原切割潔身自好預防為主

治療原理（雞尾酒療法）阻止逆轉錄DNA潔身自好預防為主106一、概念

以RNA為摸板。按照RNA中的核苷酸順序合成DNA。

八、DNA的反轉錄合成——

逆轉錄（RNA指導的DNA合成）一、概念

以RNA為摸板。按照R107

某些含有RNA的病毒只是轉化受感染的真核細胞，這類病毒將正常的細胞轉變成惡性細胞，因而稱之為致癌RNA病毒（曼夫352）。這些被感染的細胞能夠生存并能繼續分裂，而且能形成新的病毒顆粒。

二、逆轉錄酶RNAdependentDNApolymerase——RDDP某些含有RNA的病毒只是轉化受感染的真核細胞，108

RNA病毒如何感染是真核細胞的DNA基因組發生改變的，這個問題的答案神秘地保持了很長時間，直到1962年HowardTemin提出假設，有逆轉錄酶，1970年Temin和David終于證實RNA病毒中有逆轉錄酶存在，因此獲得1975年諾貝爾獎。RNA腫瘤病毒DNA前病毒RNA腫瘤病毒

RNA病毒如何感染是真核細胞的DNA基因組發109二、逆轉錄酶存在于真核生物的RNA腫瘤病毒中。催化特性：①以四種dNTP為底物，需模板和引物。②以病毒RNA為模板，合成互補DNA（cDNA）。③具有核糖核酸酶功能，水解RNA—DNA雜合分子中的RNA。④以自己合成的DNA鏈為模板合成互補的DNA，從而形成雙螺旋。第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件110

RNA，正鏈DNA，負鏈催化過程：(cDNA)DNA，正鏈前病毒RNA，正鏈DNA，負鏈催化過程：(cDNA)DNA，正111

合成的雙鏈病毒DNA參入到被感染的真核細胞雙鏈DNA基因組中，宿主細胞基因組因此而發生改變，正常的細胞轉變成癌細胞。

細胞分裂后，病毒DNA被轉錄產生病毒RNA，RNA翻譯產生病毒蛋白，病毒RNA和病毒蛋白結合形成新的病毒顆粒并與細胞膜結合，最后從細胞中釋放出來。合成的雙鏈病毒DNA參入到被感染的真核細胞雙鏈DN112

113逆轉錄酶的其他活性DNA內切酶活性所有的逆轉錄酶都表現出一定的DNA內切酶活性，這種酶活性具有位點特異性。DNA旋轉酶活性螺旋酶活性tRNA結合活性所有的逆轉錄酶都具有與其引物tRNA結合的能力逆轉錄酶的其他活性DNA內切酶活性所有的逆轉錄酶都表現出一114

第十四章DNA的生物合成TheReplicationofDNA

115思考題

1.甲狀腺素是一種含碘的（）

（1）氨基酸（2）多肽

（3）蛋白質（4）寡糖

2.當溫度逐漸升高到一定高度時，DNA雙鏈—，稱為——，當“退火”時，DNA兩條鏈——，稱為——。思考題

1.甲狀腺素是一種含碘的（）

（1）116—核酸在復性后260nm波長的紫外吸收值—，

這種現象稱為—效應。

判斷題

1.關于tRNA敘述正確的是（）

a.分子上的核苷酸序列全部為三聯體

b.是核糖體組成的一部分

C.由稀有堿基構成發夾結構

d.二級結構為三葉草型

2.某DNA雙鏈，其中一股堿基序列是：

5–AACGTTACGTCC-3，另一股應為：

a.5–AACGUUACGUCC–3b.5-GGACGTAACGTT-3c.5-AACGTTACGTCC–3d.5-TTGCAATGCAGG-3—核酸在復性后260nm波長的紫外吸117新陳代謝和遺傳變異是生命的兩個基本特征。DNA是生物遺傳信息的攜帶者，并且可以進行自我復制（self-replication），也正因為如此，才保證了在細胞分裂時，親代細胞的遺傳信息正確無誤地傳遞到兩個子代細胞中。

這種以親代DNA分子為模板合成兩個完全相同的子代DNA分子的過程稱為復制（replication）。新陳代謝和遺傳變異是生命的兩個基本特征。118遺傳的中心法則DNA通過復制將遺傳信息加倍，再分裂是均分給兩個子代細胞，在子代中通過轉錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質分子，從而決定生物的表現型，是子代具有和親代相同或相近的性狀。DNA的復制、轉錄和翻譯過程就構成了遺傳學的中心法則。在RNA病毒中，其遺傳信息貯存在RNA分子中，遺傳信息的流向是RNA通過復制，將遺傳信息由親代傳遞給子代，通過反轉錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過轉錄和翻譯傳遞給蛋白質。遺傳的中心法則DNA通過復制將遺傳信息加倍，再分裂是均分給兩119DNAdependentDNApolymerase——DDDPDNAdependentRNApolymerase——DDRPRNAdependentRNApolymerase——RDRPRNAdependentDNApolymerase——RDDPDNAdependentDNApolymerase——120

中心法則中心法則121DNA的雙螺旋結構是復制的結構基礎，堿基互補配對原則是遺傳信息傳遞真實性的保證。DNA的雙螺旋結構是復制的結構基礎，堿122第一節DNA復制的特點

一、半保留復制

DNA在復制時，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個雙鏈子代DNA，每個子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現象稱為DNA的半保留復制(semi-conservativereplication)。第一節DNA復制的特點

一、半保留復制12312保留了一半父代DNA成份父代DNA半保留復制子代DNA12保留了一半父代DNA成份父代DNA半保留復制子代DNA124DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Meselson和F.Stahl所完成的實驗所證明。該實驗首先將大腸桿菌在含15N（NH4CI重氮）的培養基中培養約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉變為15N。將大腸桿菌移至只含14N（NH4CI輕氮）的培養基中同步培養一代、二代、三代。分別提取DNA，作密度梯度離心，可得到下列結果：

半保留復制的證明266頁DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Mesel125

1958年Meselson和Stahl用15N同位素標記及密度梯度超速離心證明DNA復制是一種半保留復制。

1958年Meselson和Stahl用15N126

出現上述三條帶結果與半保留復制模式假設是完全符合的。出現上述三條帶結果與半保留復制模式假設127HHHHLL15NH4CI中培養的DNA14NH4CI中培養的第一代DNA14NH4CI中培養的第二代DNA親代第一代第二代HHHHLL15NH4CI中培養的DNA14NH4CI中128

DNA在復制時，需在特定的位點起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序（特定的位點）的片段，即復制起始點（復制原點ori）。

在DNA復制時，兩條親代鏈在復制起點處部分分開，此時形成一種動態的Y字型結構，稱之復制叉，即復制正在發生的部位，同時進行著解鏈和合成。

在原核生物中，復制起始點通常為一個，而在真核生物中則為多個，如果蠅6000個復制原點。二、復制過程中的一些基本要點

（一）復制起始點二、復制過程中的一些基本要點

（一）復制起始點129（二）復制終止點在復制子的末端，由一段特殊的序列，稱為復制的終止位點（ter），完成復制的終止。由一個復制起始點進行到終點結束，完成整個染色體DNA分子的復制，即復制單位。

（二）復制終止點130一個復制子就是DNA上的一個獨立復制DNA單位（DNA復制的功能單位）。一個復制子只含有一個專一的復制起點和復制結束的終點。一個完整的復制子在一個細胞周期只復制一次(真核)（曼夫332）。原核生物可以連續起始復制。真核生物往往采用更多的復制原點。(三)復制子

DNA復制單位亦稱為~一個復制子就是DNA上的一個獨立復(三)復制子131在環形DNA中，整個結構象字母θ

在電鏡下觀察猶如一只眼睛，稱為復制眼。對于環狀DNA，復制眼使其成為θ結構。在環形DNA中，整個結構象字母θ在電鏡下觀察猶如一只眼132

染色體DNA復制方式（真核生物）

多復制子復制，即DNA上先形成多個復制眼，雙向復制。“眼”擴大互相相連，形成“大眼睛”最后完成整個DNA的復制，形成兩個DNA分子染色體DNA復制方式（真核生物）133

原核生物染色體和質粒都是獨立（只有單一個）復制子；

真核細胞染色體中有多個復制子組成。

在環型E.coli的染色體雙向復制，復制的終止位點是在兩個復制叉的會合處，即在復制起點對面的終止點（曼夫335頁）。

原核生物染色體和質粒都是獨立（只有單一個）復制子；

134DNA分子中能獨立進行復制的單位稱為復制子（replicon）第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件135（四）需要引物

參與DNA復制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為5～10個核苷酸，RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對。

（四）需要引物參與DNA復制的DNA聚合酶，136DNARNA引物AUTOH55每一DNA片段都有自己的RNA的引物復制正在發生的位點（復制叉）353ADNARNA引物AUTOH5137（五）復制的方向性（1）單向復制,也可以是雙向復制

復制有固定的起始點，從起始點開始，可以是單向復制也可以是雙向復制（五）復制的方向性（1）單向復制,也可以是雙向復制138

單向復制：即只形成一個復制叉（replicationfork）雙向復制：即形成兩個復制叉。如E.coliDNA等。都是5′→3′方向合成原核生物單向復制：即只形成一個復制叉（replicatio139第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件140

（2）復制的5′→3′方向

從原點開始，新鏈合成的方向：5′→3′方向，

（2）復制的5′→3′方向

141（六）半不連續復制

復制過程中，催化DNA合成的DNA聚合酶只能催化核苷酸從5′→3′方向合成，以3′→5′鏈為模板時，新生的DNA以5′→3′方向連續合成；而以5′→3′為模板只能合成若干反向互補的岡崎片段（？），這些片段再相連成完整的新鏈，故稱半不連續復制。（六）半不連續復制復制過程中，催化DN142岡崎片段

日本科學家Okazaki（岡崎）用實驗證明在復制過程中產生了這種小片段，所以這些片段被命名為岡崎片斷。順著解鏈方向合成的子鏈，復制是連續進行的，這股鏈稱為前導鏈(leadingstrand)。

另一股新鏈的復制方向與解鏈方向相反，復制是不連續進行的，這條不連續合成的鏈稱為隨從鏈(laggingstrand)。岡崎片段143

岡崎片段在原核生物中約為1000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。

岡崎片段在原核生物中約為1000個核苷酸，而在144前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向

方向？前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向方向145第二節參與DNA復制的

主要酶類與蛋白因子

第二節參與DNA復制的

主要酶類與蛋白因子146

一、原核生物

補充兩點

1.

底物

DNA復制以四種脫氧核糖核苷酸為底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi

一、原核生物

補充兩點

1.底物147

聚合反應機理PPiPPi1482.模板(template)DNA復制是模板依賴性的，必須要以親代DNA鏈作為模板。親代DNA的兩股鏈解開后，可分別作為模板進行復制。2.模板(template)DNA復制是模板依賴性的，149（一）引發酶（primase）（引物合成酶）

分子量約為60kDa的單肽鏈，每個細胞約有50-100個分子，該酶單獨存在時活性低，只有與其他蛋白質相互作用結合成一個復合體時才有活性，這種復合體稱為引發體（primosome）。合成的引物是長約5-10個核苷酸的RNA。一旦RNA引物合成，就可以由DNA聚合酶Ⅲ在它的3′-OH上繼續催化DNA新鏈的合成。（一）引發酶（primase）（引物合成酶）150（引發體(primosome)由引發前體與引物酶（primase）組裝而成。引發前體是由若干蛋白因子聚合而成的復合體。）

引物酶本質上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3'-OH，使子代DNA鏈能夠開始聚合。（引發體(primosome)由引151引物酶（primase）功能：以DNA為模板，催化合成一小段與DNA互補的RNA，即引物。引物：5—10個核苷酸引物酶（primase）功能：以DNA為模板，催152（二）DNA聚合酶(DDDP)

在大腸桿菌中，目前發現的DNA聚合酶（DNApolymerase）有三種：DNA聚合酶Ⅰ（polⅠ）DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ）DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ）這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復制的主要是pollⅢ和polⅠ。（二）DNA聚合酶(DDDP)

在大腸桿菌中，目前發現的D153

DNA聚合酶是以DNA為模板，催化底物（dNTP）合成DNA的酶類，普遍存在于生物體內。它們的作用方式基本相同，都需要dNTP、Mg2+、模板DNA和引物，在DNA模板指導下，催化底物加到引物的3′-OH上，形成3′，5′磷酸二酯鍵，由5′→3′方向延長DNA鏈。引物是DNA合成所必需的。DNA聚合酶是以DNA為模板，催化底物（154

DNA聚合酶Ⅰ

ArthurKornberg于1957年分離出來，因此獲得1959年的若貝爾獎。

分離工作十分艱巨，用了100kg細菌分離到500mg的純酶（polymeraseⅠ），或稱Kornberg酶。它是一個多功能酶。DNA聚合酶Ⅰ

Arthur155

原核生物中的三種DNA聚合酶

又稱校對作用原核生物中的三種DNA聚合酶

又稱校對作用156polⅢpolⅢ由十種亞基組成，其中α亞基具有5‘→3’聚合DNA的酶活性，因而具有復制DNA的功能，每分鐘速度6000個堿基。ε亞基具有3'→5'外切酶的活性，因而與DNA復制的校正功能有關。曼夫331頁文字polⅢpolⅢ由十種亞基組成，其中α亞基具有5‘→3157DNA聚合酶的校對作用曼夫330頁文字DNA聚合酶的校對作用曼夫330頁文字158DNA連接酶(DNAligase)可催化兩段DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，而使兩段DNA連接起來。DNA連接酶催化的條件是：①需一段DNA片段具有3‘-OH，而另一段DNA片段具有5’-Pi基；②未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈是完整的；③需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。（三）DNA連接酶DNA連接酶(DNAligase)可催化兩段D159

DNA連接酶（ligase）

功能：將復制過程中形成的DNA片段用3′－5′磷酸二酯鍵連接起來。酶酶（部分細菌）DNA連接酶（ligase）酶160

單鏈DNA結合蛋白（singlestrandbindingprotein，SSB）又稱螺旋降穩蛋白（HDP）。能夠與單鏈DNA結合的蛋白質因子，其作用為：①使解開雙螺旋后的DNA單鏈能夠穩定存在，即穩定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA；防止DNA鏈重新結合。②保護單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

（四）單鏈DNA結合蛋白單鏈DNA結合蛋白（singlestra161第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件162

（五）DNA解螺旋酶(helicase)（解鏈酶）

功能：DNA的雙螺旋解鏈（解DNA雙鏈），解開一對堿基，需2分子ATP，作用點：DNA上局部單鏈處，向雙鏈方向解鏈。5′3′5′3′rep（五）DNA解螺旋酶(helicase)（解鏈酶）163要將DNA雙鏈解開，主要依賴于DNA解旋酶（也稱為解鏈酶），還需要參與起始反應的多種蛋白因子，如DnaA。DnaA能夠識別大腸桿菌復制原點OriC富含A/T的3個13個bp的重復序列區，使雙鏈DNA連續變性，啟動解鏈過程。

要將DNA雙鏈解開，主要依賴于DNA解旋酶（也164

附:原核生物復制起始點的結構E.coli的復制起點Ori大約長245bp，它是決定和控制E.coli染色體復制的唯一片段。（介紹）包括兩個關鍵序列（二個必需區域：13bp的序列和9bp序列

9bp重復序列，重復出現4次，能與起始蛋白

dnaA特異結合，當dnaA蛋白（約20種）結合于ori的4個部位上時復制開始。對于DNA復制的起始十分重要,有利于雙螺旋DNA局部解旋并暴露兩條復制模板鏈。

附:原核生物復制起始點的結構E.coli的復制起點O165dnaA蛋白還能識別

另一3個連續出現的13bp序列區，每一個順序都由GATC開始，富含A和T，有助于螺旋解開，控制復制何時開始。

dnaA蛋白（一種專一的蛋白）和ori結合后，雙螺旋解開形成復制叉。故dnaA蛋白與啟動解鏈有關（曼夫332頁），

dnaA蛋白是起始的關鍵成分。dnaA蛋白還能識別另一3個連續出現的13bp166DNA復制的起始DNA復制的起始167因隨著復制叉的前進，將引起整個分子非復制部分旋轉的更緊出現正超螺旋，以致復制叉無法前進。它能夠使DNA產生拓撲學上的種種變化。最常見的是產生負超螺旋和消除超螺旋。可使DNA雙鏈中的一或二條鏈切斷，松開雙螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而避免出現鏈的纏繞。維持雙螺旋DNA必須是負超螺旋狀態。

（六）拓撲異構酶（topoisomerase）

（DNA促旋酶）曼夫333圖與周書199一致（六）拓撲異構酶（topoisomerase）168DNA拓撲異構酶

有Ⅰ和Ⅱ兩種類型

Ⅰ型拓撲異構酶:首先在大腸桿菌中被發現，稱為拓撲異構酶Ⅰ，它可使DNA的一條鏈發生斷裂和再連接，反應無需供給能量。另外，DNA復制時負超螺旋的消除，亦由拓撲異構酶Ⅰ來完成，但它對正超螺旋無作用；DNA拓撲異構酶

有Ⅰ和Ⅱ兩種類型

Ⅰ型拓撲異構酶169Ⅱ型拓撲異構酶(旋轉酶;gyrase）

由兩個A亞基和兩個B亞基組成，即A2B2。它能使DNA的兩條鏈同時發生斷裂和再連接，當它引入負超螺旋以消除復制叉前進帶來的扭曲張力時，需要由ATP提供能量。

兩種拓撲異構酶在DNA復制、轉錄和重組中均發揮重要作用。

Ⅱ型拓撲異構酶(旋轉酶;gyrase）

170拓撲異構酶Ⅰ

可使DNA雙鏈中的一條鏈切斷，松開雙螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而避免出現鏈的纏繞，不需能量。拓撲異構酶Ⅱ

可切斷DNA兩股鏈（僅周教材是切單鏈），使DNA的超螺旋松解后，再將其連接起來，可引入負超螺旋，需要能量。二、真核生物拓撲異構酶Ⅰ可使DNA雙鏈中的一條鏈切斷，松開雙螺旋后再171端粒酶特點

是一種核糖核蛋白酶，是一種特殊的DNA聚合酶，屬于反轉錄酶。由RNA和蛋白質構成，以其中一段RNA序列為模板，通過延伸染色體的3’端解決DNA復制時引起的末端隱縮。端粒酶RNA亞單位的結構在不同真核生物之間差別很大。其蛋白質組分至少有兩個以上多肽亞單位組成。端粒酶特點172端粒酶能把端粒序列加到染色體末端，以補充染色體末端的自然丟失。在缺乏有效延伸機制時，端粒在歷經每次細胞分裂之后即縮短。端粒酶能把端粒序列加到染色體末端，以補充染色173四膜蟲TTGGGG人TTAGGG真核生物染色體端粒DNA結構四膜蟲TTGGGG真核生物染色體端粒DNA結構174第三節DNA復制過程第三節DNA復制過程175（一）DNA復制的起始點和方向

在大腸桿菌的環狀染色體DNA中，只有一個復制原點，因此是單復制子。

復制方向大多是雙向的，即分別向兩側進行復制，形成兩個復制叉（replicationfork）或稱為生長點（growingpoint）。

也有一些生物DNA的復制是單向的，只形成一個復制叉。

通常復制是對稱的，兩條鏈同時進行復制。（一）DNA復制的起始點和方向

在大腸桿菌的環176第九章DNA生物合成（最后動畫）06級用課件177（二）復制的主要階段1.DNA雙螺旋的解開

(1)在大腸桿菌中，解鏈酶在復制叉內解開親代雙螺旋;(2)分開的雙鏈再和SSB結合，防止鏈內退火重新復性成為雙鏈，使局部解開的兩條單鏈可以作為復制模板。

（二）復制的主要階段178(3)拓撲異構酶II作用

不論線狀或環狀DNA分子，局部解鏈會導致超螺旋應力的增加，阻礙解鏈的前進。因此必須放出超螺旋應力。在大腸桿菌中是由拓撲異構酶II，即旋轉酶切開環狀超螺旋的兩股，釋放出超螺旋應力，而后再封口，除去環狀DNA分子中的超螺旋。(3)拓撲異構酶II作用179

(4)單鏈DNA結合蛋白由拓撲異構酶和解螺旋酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結構解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結合蛋白（singlestrandbindingprotein，SSB）結合在兩條單鏈DNA上，形成復制叉。.

1802.RNA引物的合成

在合成DNA鏈之前必須有一種引物。

引物就是在DNA模板鏈上裝配的一小段互補RNA，而末端有一個游離的3′-OH。

DNA聚合酶只能把底物（dNTP）轉移到引物游離的3′-OH上去。2.RNA引物的合成181（二）復制的延伸（長）（二）復制的延伸（長）1821.半不連續復制(semicontinuousreplication)前導鏈（領頭鏈）和滯后鏈（隨從鏈）合成由DNA聚合酶Ⅲ催化，酶Ⅲ進入復制叉在引物上延伸，以3‘→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5‘→3’方向聚合子代DNA鏈。1.半不連續復制(semicontinuous183（1）DNA酶Ⅲ作用

（2）在引物上加入底物—dNTP

（3）方向5‘→3’

（4）半不連續性復制（1）DNA酶Ⅲ作用

（2）在引物上加入底物—dNT184前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向

方向？前導鏈和后隨鏈后隨鏈前導鏈岡崎片段復制叉前進的方向方向185先導鏈與后隨鏈的矛盾如何解決？