4.3 几种特殊的复制方式在线视频

大家好

上一堂课我们学习了

DNA半保留复制的基本过程

DNA半保留复制的基本过程

今天我们来看一下

几种特殊的复制方式

首先我们来看滚环

( rolling circle) 复制

这是单向复制的一种特殊方式

是噬菌体最常见的一种复制方式

复制起始于对双链环状DNA

的正链原点的专一性切割

切割产生一个5‘端和一个3’端

DNA聚合酶以未切割的完整链为模板

沿3'-0H延伸

并置换出原来与负链互补的自由的5' 端

在这个过程中

单链尾巴的延伸与

双链DNA的绕轴旋转同步

被置换出来的母链随即

被单链 DNA 结合蛋白所结合并保护

然后可移动的引发体

便在其上形成并引发RNA引物的合成

然后由DNA聚合酶Ⅲ催化合成冈崎片段

这个过程类似于我们前面

讲过的DNA滞后链的合成

最后由DNA聚合酶Ⅰ切除RNA引物

并填充间隙构成完整的DNA链

在这种复制方式中

DNA的延伸可以一直进行下去

产生的DNA链可以是亲代

DNA单位长度的许多倍

然后通过目前尚不完全了解的

机制切开转变为单位长度的DNA分子

这些DNA可自身环绕

或保持线性状态

线粒体的环状双链DNA

则通常采用D 环( D-loop)复制

D环（D-loop）

或称置换环（displacement loop）

双链DNA分子的两条单链互相分离

并被另外一条（第三条）核酸链隔开

第三条核酸链与与之配对

的核酸链具有互补的碱基序列

原来这部分互补的母链

被置换出来形成环

形似字母D

D环区域形成了 三链DNA

D-loop复制也是一种单向复制

这种复制方式首先在

动物线粒体DNA的复制中被发现

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

长度大约500-600bp左右

这段互补链有时

会因为模板链的复性而被挤出去

但有时继续合成延伸

大约合成至2/3基因组时

以另外一条母链为模板

在离第一条链合成起始位点

约60%基因组的位置开始合成互补链

因此

两条子链的合成高度不平衡

有些线粒体 DNA 拥有几个D 环结构

反映出基因组又多个复制起始点

叶绿体DNA也采用同样的复制机制

下面我们来看一下质粒是怎样复制的

质粒通常是指存在于细菌

酵母等基因组外的一段双链环状DNA

质粒本身只编码一种

或少数几种与复制有关的蛋白质

而复制所需的解旋酶

拓扑异构酶

DNA聚合酶

连接酶等等

都由宿主基因编码

在多数情况下

一个质粒只含有一个复制起始位点

从该处开始启动单向或双向复制

复制起始位点的种类就决定了

质粒的宿主范围和质粒复制的拷贝数

以ColE1的oriV为例

该质粒在复制原点上

有555bp处起始转录

转录出RNAII

转录至oriV处

由RNAaseH将

RNAII切断产生3‘-OH

然后以此为引物

由DNA聚合酶合成子链DNA

与此同时

在复制原点上有445bp处

以另一条互补链为模板

反向转录出另一个RNAI

为我们刚才提到的RNAII的反义RNA

两者的互补结合

抑制质粒的复制

控制质粒的拷贝数

下面我们看一下病毒的复制

病毒有DNA病毒和RNA病毒

在复制机理上有区别

但复制的结果都是合成

核酸分子和蛋白质衣壳

然后装配成新的有感染性的病毒

多数DNA病毒的基因组为双链DNA

例如单纯疹病毒和腺病毒

子代病毒DNA的合成

是以亲代DNA为模板

按核酸半保留形式复制子代双股DNA

RNA病毒基因组多为单股RNA

病毒全部遗传信息均含在RNA中

又可分为 正链RNA病毒

是指病毒RNA的碱基序列

与mRNA完全相同

另外一种是负链RNA病毒

病毒RNA碱基序列与mRNA互补

正链RNA病毒

病毒体含有单股正链RNA

依赖RNA的DNA多聚酶

（逆转录酶）和 tRNA

以脊髓灰质炎病毒为例

侵入的RNA直接附着于宿主细胞核糖体上

翻译出大分子蛋白

如依赖RNA的RNA聚合酶

在这种酶的作用下

以亲代RNA为模板形成一双链结构

称“复制型（Replicative form）”

再从互补的负链复制

出多股子代正链RNA

这种由一条完整的负链

和正在生长中的多股正链组成的结构

称为“复制中间体(Replicative intermediate) ”

新形成的子代正链RNA分子

可继续形成复制型模板

或者作为mRNA

或者构成感染性病毒RNA

负链RNA病毒例如

流感病毒和副流感病毒等

病毒体中含有依赖RNA的RNA聚合酶

从侵入链转录出mRNA

翻译出病毒结构蛋白和酶

同时又可做为模板

在依赖RNA的RNA聚合酶作用下

合成子代负链RNA

逆转录病毒（Retrovirus）

含有依赖RNA的DNA 聚合酶

病毒进入胞浆后

以基因组RNA为模板

在依赖RNA的DNA多聚酶

和tRNA引物的作用下

合成负链DNA（即RNA：DNA）

正链RNA被降解

进而以负链DNA为模板

形成双股DNA（即DNA：DNA）

转入细胞核内

整合成宿主DNA中

成为前病毒

前病毒DNA转录出病毒mRNA

翻译出病毒蛋白质

或者从前病毒DNA转录出病毒RNA

在胞浆内装配释放出病毒颗粒

真核复制则不同于我们上述所说的这些

原核或者脂粒病毒的复制

由于真核生物基因组比原核生物大

真核DNA复制往往

有多个复制起始位点

并且从复制起始位点开始双向复制

复制过程与原核相类似

但由于真核生物染色体是线性DNA

两端为端粒区（telomeres)

由重复的寡核苷酸序列构成的

前面讲到所有生物DNA聚合酶

都只能催化DNA从5′→3′的方向合成

因此当复制叉到达线性染色体末端时

前导链可以连续合成到头

而滞后链是以不连续的形式合成岗崎片段

所以不能完成线性染色体末端的复制

从而产生5′末端隐缩

在细胞连续分裂时使DNA缩短

最终当端粒长度接近阈值时

引发细胞的衰老或者凋亡仿真机制

有些细胞例如胚胎干细胞和癌细胞中

存在一种特殊的反转录酶

叫做端粒酶(telomerase)

它是由蛋白质和RNA两部分组成的

它以自身的RNA为模板

结合到线性DNA的3′末端延长DNA

再以这种延长的DNA为模板合成互补链

从而修复端粒的长度

由此可见端粒酶在保证染色体

复制的完整性上有重要意义

也与细胞的发育和肿瘤的发生密切相关

好了

这节课我们了解了几种

特殊的复制方式

希望大家多总节和思考

下节课我们再见