DNA复制

课件44张PPT。DNA的复制1981年美国加利福尼亚大学柏克莱分校波纳教授海斯教授 一枚琥珀切片 4000万年前一只蚊子的细胞 细胞结构惊人地完整 基因工程（重组DNA）相关技术及应用genetic engineering 基因诊断 疾病相关基因克隆、印迹技术、探针技术、PCR技术、DNA序列分析、生物芯片技术等
基因治疗
生物制药
转基因动物和植物
Supermouse
Super tomato
地球上会出现吗？土豆番茄烟“鱼人”新人种爱因斯坦想象：是科学的翅膀！教学重点 中心法则
DNA复制的概念、特点
参与复制的主要物质及其作用一、中心法则 The Central Dogma2. 中心法则(The Central Dogma)
—— 遗传与进化中的信息流转 录翻 译逆转录DNARNA蛋白质复 制二、DNA的复制 DNA Replication DNA双螺旋结构模型中的重要知识点？方向相反 碱基配对规则 （A=T G≡C）1.复制(replication)
是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。即遗传物质的传代。2.DNA复制的方式（特征）
　
半保留复制
半不连续复制 半保留复制 半不连续性复制（复制叉） 领头链
( leading strand ) 随从链
( lagging strand )冈崎片段（Okazaki fragment）领头链 leading strand —— 合成方向与复制叉解链方向相同，并可连续合成的子链。
随从链 lagging strand —— 合成方向与复制叉解链方向相反，并且是不连续合成的子链。

岡崎片段 okazaki fragment —— 在DNA复制过程中，随从链上初合成的不连续的DNA片段。
半不连续性复制 —— 在DNA复制过程中，领头链连续复制而随从链不连续复制。 1）模板(template)：解开成单链的DNA母链
2）底物(substrate)或称原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP
3）引物(primer)：复制需要一小段RNA作引物
4）能源：需ATP供能，原料dNTP本身也是高能化合物
5）酶和蛋白质因子：DNA聚合酶(polymerase)等3.参与DNA复制的物质及作用复 制 过 程 动 画 解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶（1）解链酶（helicase）作用：利用ATP供能，解开DNA双链
消耗 2 ATP/解开 1 bp
可随复制叉的伸展向前移动也称：解螺旋酶（2）拓扑异构酶（topoisomerase，Topo）Topo：拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持物体不变的性质
作用：松驰DNA超螺旋，克服扭结现象解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶（2）拓扑异构酶
（topoisomerase，Topo）（3）单链DNA结合蛋白 (SSB)(single strand DNA binding protein)作用：能与DNA单链可逆的结合，其作用有二解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶也称：DNA结合蛋白（DNA binding protein，DBP)①防止DNA复性
②防止DNA单链模板被水解（4）引物酶（primase）模板 以DNA单链为模板
底物 NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）
按碱基配对原则 （A = U G ≡ C）
按5? → 3? 方向 解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶作用：复制起始时催化生成RNA引物
本质：是一种RNA聚合酶（可以使两个游离的NTP聚合，此不同于催化转录过程的RNA聚合酶） （5）（6）DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶
( DNA dependent DNA polymerase )
简称：DNA pol （DDDP）解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶A. Kornberg
试管内实验证实
加有:
模板、底物、引物
该酶可催化新链DNA生成（5）（6）DNA聚合酶DNA pol （DDDP）
主要作用：5? → 3?的聚合活性解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶 dTTP3'（5）（6）DNA聚合酶机理： 使核苷酸之间生成3?，5?磷酸二酯键
主要作用： 5? → 3?的聚合活性
模板 以DNA单链为模板
底物 dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）
引物 以小片段RNA为引物
注：引物的原料（ATP、GTP、CTP、UTP）
按碱基配对原则 （A=T G≡C）
按5? → 3? 方向
在 RNA引物的 3? -OH末端上开始逐个添加dNTP解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶 领头链
( leading strand ) 随从链
( lagging strand )冈崎片段（Okazaki fragment）DNA聚合反应（新链生成）的特点需要 模板 具方向性 新链的延长 5? → 3?需要 引物（5）（6）DNA聚合酶E.coli大肠杆菌DNA聚合酶的作用解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶（7）DNA连接酶(DNA ligase)作用：消耗ATP，将随从链中相邻的两个DNA片段连接起来
催化同一模板DNA链上的两个相邻DNA片段的3＇端与5＇端间形成磷酸二酯键，把相邻的两段DNA连成完整的链解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶起始:形成复制叉replication fork需解决两个问题
DNA解开成单链，提供模板
合成RNA引物，提供 3? -OH末端4.DNA复制的过程解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶起始
延长
终止Topo引物酶延长:
DNA-pol Ⅲ ( DDDP-Ⅲ )的5? → 3?的聚合活性使核苷酸之间生成3?，5?磷酸二酯键
模板 以DNA单链为模板
底物 dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）
引物 以小片段RNA为引物，在 RNA引物的 3? -OH末端上开始逐个添加dNTP
按碱基配对原则 （A = T G ≡ C）
按5? → 3? 方向 4.DNA复制的过程解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶起始
延长
终止OH 3'3'目 录4.DNA复制的过程解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶起始
延长
终止终止:随从链上不连续性片段的连接解链酶
拓扑异构酶
SSB
引物酶
DDDP-Ⅲ
DDDP-Ⅰ
连接酶起始
延长
终止复 制 过 程 动 画 5.半保留复制的意义保证了物种遗传的稳定性(高保真性、保守性)
是物种稳定的分子基础，但不是绝对的。
按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的稳定性。 小结1：E.coli （原核生物）DNA复制 小结1：E.coli （原核生物）DNA复制 小结1：E.coli （原核生物）DNA复制 小结1：E.coli （原核生物）DNA复制 小结1：E.coli （原核生物）DNA复制 小结2：归纳与比较 小结2：归纳与比较 基因诊断在法医学上的应用：
物证检验
个体识别
亲子鉴定
荔枝DNA找到杀人者
被害人：12岁女孩，死者胃里发现咖啡色肉丝状物
嫌疑人：家中发现一些荔枝壳和核
植物DNA检验技术：进行DNA扩增检验，证明肉丝状物（果肉）和外壳呈现相同DNA谱带，而市场上随机购买的荔枝却与前两者的DNA谱带不同
说明事实：两者DNA具有同源性（同一棵树上结的果实）小结3：应用与思考聚合酶链反应PCR（Polymerase Chain Reaction）
是一种体外的特异DNA扩增技术。
Kary Mullis于1985年发明，1987年完成自动化操作装置，
1993年获诺贝尔化学奖
理论上讲，只要存在一分子的DNA，就可最终进行基因检测
实际工作中，一滴血、一根毛发或一个细胞已足以满足检测需要，但首先需进行DNA扩增，即PCR
根据DNA变性与复性及半保留复制的知识，请思考PCR反应体系应有哪些基本成分？ 小结3：应用与思考