分子生物学总结-DNA的复制
2018/7/5 10:44:35 医学资料库
DNA的复制
半保留复制：Semi -conservative replication；
半不连续复制：Semi-discontinuous replication
把生物体的复制单位称为复制子，一个复制子只含一个复制起始点。
归纳起来，无论是原核生物还是真核生物，复制起点是固定的，表现为固定的序列，并识别参与复制起始的特殊蛋白质。复制叉移动的方向和速度虽是多种多样的，但以双向等速方式为主。
复制的几种主要方式
双链DNA的复制大都以半保留复制方式进行的，通过“眼”型、θ型、滚环型或D-环型等以复制叉的形式进行。
1、线性DNA双链进行双向复制时，由于已知的DNA聚合酶和RNA聚合酶都只能从5’到3’移动，所以，复制叉呈眼型；
2、环状双链DNA复制可分为θ型、滚环型和D-环形几种类型
Ⅰ、θ型，大肠杆菌染色体DNA是环状双链DNA，它的复制是典型的θ型复制，从一个起点开始，同时向两个方向进行复制，当两个复制叉相遇时，复制就停止
Ⅱ、滚环型，是单向复制的一种特殊方式，在噬菌体中很常见。DNA的合成由对正链原点的专一切割开始，所形成的自由5’端被从双链环中置换出来并为单链DNA结合蛋白所覆盖，使其3’-OH端在DNA聚合酶的作用下不断延伸
Ⅲ、D-环形，也是单向复制的一种特殊方式，双链环在固定点解开进行复制，但两条链的合成是高度不对称的，最初仅以一条母链作为新链合成的模板，迅速合成出互补链，另一条链则称为游离的单链环。
原核生物和真核生物DNA复制的特点
原核生物DNA复制特点
DNA双螺旋的解旋
拓扑异构酶(DNA topoisomerase)：
消除解链造成的正超螺旋的堆积，消除阻碍解链继续进行的这种压力，使复制得以延伸。拓扑异构酶Ⅰ，催化DNA链的断裂和重新连接，每次只作用于一条链，不需要辅助因子如ATP等；拓扑异构酶Ⅱ能同时断裂和连接两条DNA链，通常需要辅助因子。
DNA解链酶(DNA helicase)：
解开双链DNA(DnaB蛋白：解螺旋酶；DnaA蛋白：辨认复制起始点；DnaC蛋白：辅助DnaB在起始点上结合并打开双链)
单链结合蛋白(SSB)：
保证被解链酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构
DNA复制的引发
所有的DNA复制都是从一个固定起点开始的，而且目前所知的DNA聚合酶都只能延长DNA链而不能从头合成DNA链。DNA复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3’末端开始合成新的DNA链。
DNA聚合酶
功能
DNA聚合酶Ⅰ
DNA聚合酶Ⅱ(修复)
DNA聚合酶Ⅲ
聚合作用5’→3’
有
有
有
外切酶活性5’→3’
有
无
无
外切酶活性3’→5’
有
有
有
生物学活性
1
0.05
15
聚合酶Ⅲ部分亚基的功能
α：聚合活性
ε：3’→5’核酸外切酶活性
θ：组建核心酶
β：两个β亚基形成滑动夹子，提高酶的持续合成能力
真核生物DNA复制的特点
真核生物DNA复制与原核生物DNA复制有很多不同，例如，真核生物每条染色体上可以有多个复制起点，而原核生物只有一个复制起点；真核生物DNA的复制只能在分裂期进行，原核细胞在整个细胞周期都能进行；真核生物的染色体在全部完成复制前，各个起点上DNA不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的DNA复制，表现虽然只有一个复制单元，但却可有多个复制叉。真核生物DNA复制叉的移动速度不到大肠杆菌的1/20，因此，人类DNA中每隔30000~300000个碱基就有一个复制起始点；真核生物DNA聚合酶有15种以上，大肠杆菌中存在的聚合酶有5种
DNA复制的调控
真核细胞中DNA复制有3个水平的调控：1、细胞生活水平调控，也称限制点调控，决定细胞停留在G1期还是进入S期；2、染色体水平调控；3、复制子水平调控，决定复制的起始与否。
DNA的修复
错配修复
一旦复制通过复制起点，母链就会在开始DNA合成前的几秒至几分钟内被甲基化，此后只要两条DNA链上碱基配对出现错误，错配系统就会根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5’位置切开子链，合成新的子链片段。
切除修复
切除修复是DNA损伤最为普遍的方式，主要分为碱基切除修复和核苷酸切除修复
重组修复(复制后修复)
先从同源DNA母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口，然后再用新合成的序列补上母链空缺，主要作用是重新启动停滞的复制叉。
DNA直接修复
DNA直接修复不需要切除碱基或核苷酸，最常见的例子是DNA光解酶把在光下或经外线光照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二体及6-4光化物还原成单体的过程。
SOS反应
细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施，当DNA两条链的损伤邻近时，损伤不能被切除修复或重组修复，这时损伤处的DNA出现空缺，再随机加上核苷酸，容易造成突变。
DNA的转座
DNA的转座或称移位，是由可移位因子介导的遗传物质重排的现象，频率很低。
转座子(Tn)是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位，原核生物的转座子包含4类：1、插入序列(IS)；2、类转座子因子；3、复合转座子，两端由IS或类IS构成，带有某些抗药性基因或其他宿主基因，一旦形成复合式转座子，IS序列就不能再单独移动；4、TnA转座子家族，两端为IR，可编码转座酶，解离酶和抗性物质。
真核生物中的转座子主要包括转座子和反转座子。玉米细胞内存在自主型和非自主型两类转座子，非自主型转座子单独存在时是稳定的，不能转座，当基因组同时含有属于同一家族的自主型转座子时，它才具备转座功能。转座子可分为复制型和非复制型，转座酶和解离酶分别作用于原始转座子和复制转座子。
转座作用的遗传学效应
1、引起插入突变；
2、产生新的基因；
3、产生染色体畸变(DNA重复、缺失或倒位)；
4、引起生物进化
组蛋白的种类、修饰类型及其生物学意义
根据电泳性质可以把组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3、H4，这些组蛋白都含有大量赖氨酸和精氨酸。组蛋白的修饰作用包括甲基化，乙酰化，磷酸化以及ADP核糖基化等。一般来说，组蛋白乙酰化能选择地使某些染色质区域的结构从紧密变的松弛，开放某些基因的转录，增强其表达水平；而组蛋白甲基化即可抑制也可增强基因表达，乙酰化修饰和甲基化修饰往往是相互排斥的。
简述DNA聚合酶Ⅰ和Klenow的结构和功能
占DNA聚合酶Ⅰ蛋白2/3的C端区域，相对分子质量68000，具有DNA聚合酶活性和3’→5’核酸外切酶活性，即可合成也可降解DNA，保证DNA复制的准确性；占DNA聚合酶Ⅰ蛋白1/3的N端区域，相对分子质量35000，具有5’→3’核酸外切酶活性，可做用于双链DNA，又可水解5’端或距5’端几个核苷酸处的磷酸二酯键。DNA聚合酶Ⅰ在DNA直接修复、除去冈崎片段5’端RNA引物方面具有重要作用。
Klenow大片段是用蛋白酶水解DNA聚合酶Ⅰ所得的大片段区域，具有5’→3’聚合酶活性和3’→5’核酸外切酶活性，在基因工程中有广泛应用，主要有：修复反应、制备平末端；标记DNA3’突出末端；双脱氧末端终止法进行DNA序列分析等。
http://weixin.100md.com
返回 医学资料库 返回首页 返回百拇医药