当前课程知识点:普通生物学 > 第二章 分子生物学基础 > 第一节 遗传的分子基础 > 2.1.3 DNA的复制
前面我们讲过
生命的遗传实际是
遗传物质DNA复制后
将遗传信息传递给子代的过程
接下来我将要介绍DNA复制
这个有趣的过程
Watson和Crick
在提出DNA双螺旋模型的时候
就对DNA的复制进行了探讨
其具有下面三个特性
第一DNA复制为半保留式
也就是说复制后的DNA双链中
仅有一条是新的DNA链
而另外一条是原来的模板链
第二在复制过程中
不同的模板链之间是不同的
有一条是连续的进行从一开始
到最后是连续进行的
而另外一条则是不连续的
第三DNA的复制遵循着
AT、GC碱基互补配对的原则
1958年Meselson和Stahl
为DNA半保留复制提供了一个
经典的验证实验
他们是怎么来做的呢
他们使用了同位素标记的氮源
先将细菌接到
带有氮15的培养基中
经过一段时间的培养后
每个细胞中DNA上的氮原子
都会被N15所标记
然后他们将这些细菌
转回到正常的N14培养基中
在不同的时间点获取细菌样品
提出DNA进行分析
因为N14和N15的区别
可以通过氯化铯密度梯度离心
对这些DNA进行区分
不带有N15的DNA比较轻
离心后可以位于离心管的上方
而带有N15的DNA较重
从而沉降到了离心管的底部
如果是一半的DNA被标记了
那么它们就会沉降到中间的位置
这个是我们根据半保留复制模型
所能推测出来的结果
那么实际上是不是这样呢
他们俩的实验结果非常漂亮的展现了
和我们推测一样的结果
从而为半保留复制
提供了强有力的证据
在DNA复制的过程中
两条链都将会被用作模板进行复制
在DNA上存在特有的
复制起始位点
可以双向进行
两条链的复制方式是不一样的
这是因为DNA聚合酶
它只能单向催化5’到3’方向的反应
复制过程中有一条链将会被连续合成
成为前导链
另外一条称为滞后链
滞后链的合成必须通过先合成
较短的DNA片段
或者称为冈崎片段
再通过DNA连接酶
连接成完整的单链
DNA聚合酶
是一个很有意思的酶
它也是一个很大的酶
其中包括了很多个
蛋白链的多聚复合物
它包括有催化亚基
校对亚基、滑移固定亚基等多种组分
可以催化形成磷酸二酯键
它只能将四种不同的
脱氧核苷三磷酸(dNTP)
dNTP连接到
多核苷酸链的游离的
3’碳原子的羟基上
DNA聚合酶不能发动新链的合成
而只能催化已有链的延长反应
此外
它还具有很强的纠错能力
DNA复制时
核苷酸是如何被加入的呢
聚合酶在已有DNA链的基础上
通过碱基互补配对原则
当正确的核苷酸和它结合以后
就可以催化磷酸二酯键的形成
从而在后面加入一个
新的脱氧核糖核苷酸
DNA的复制过程可以
人为的分成几个部分
第一打开DNA双螺旋链
第二生成RNA引物
第三合成互补链
第四去除引物
以及连接冈崎片段
接下来我将对上述
复制过程中的每一步
进行详细的一个介绍
第一步形成DNA复制叉
解旋酶将双链打开
单链附着蛋白使单链稳定
在第二步需要生成RNA引物
DNA聚合酶III的
一个重要特征是其只能向一条
已经配对的DNA单链上
添加核苷酸
因此DNA聚合酶
不能合成一条新链上最初的
几个核苷酸
另外一种酶
也就是被称作引物酶的RNA聚合酶
它可以合成RNA引物
也就是我们说的primer
primer是一个长度大约为10个核苷酸的
RNA序列
它可以与DNA进行互补
DNA聚合酶III
可以识别这个引物
通过向其增加核苷酸而构筑新链
在第三步合成互补链的过程中
DNA聚合酶III二聚体
与复制叉结合
DNA的复制有两种机制
一种是连续的合成
一种是不连续的合成
前导链与聚合酶的一半结合
而滞后链必须反转
才能与另一半结合
DNA聚合酶III在两条母链上
同步前进
也就使得每条单链上的
互补序列可以同时形成
滞后链的合成实际上是分段进行的
冈崎片段也就是Okazaki fragment
在真核细胞中大概长度
为100至200个核苷酸
而在原核细胞中则长达
1000至2000个核苷酸
每一个冈崎片段都是由
DNA聚合酶III按照
5’到3’的方向合成
由接近复制叉口方向开始合成
以后逐渐背离
而最后一步是DNA聚合酶I
去除了之前所生成的RNA引物
然后用DNA取代
然后用DNA连接酶
可以将冈崎片段连接起来
为了保证遗传的稳定性
DNA的复制过程必须是
高度保真
很少发生错误的
在接下来的课程中我们可以看到
DNA中如果发生了错误
将会造成非常严重的遗传疾病
那么这个问题是
DNA在复制过程中是如何避免
或者尽量减少错误的发生的呢
其中一个机制是来源于
DNA聚合酶的自身所带的
叫“校读能力”
也就是说
DNA聚合酶在复制的过程中
会对新加入的DNA进行校正
一旦发现了错误
会马上停止复制
在去除掉错误的核苷酸后
然后再加入正确的核苷酸
从而保证新合成的DNA链
和它的母链是一致的
-绪论
--绪论
-人物访谈——走进精准医学
-第一节 细胞概述
-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述
-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第一章 细胞生物学基础--第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第三节 真核细胞的结构
-第一章 细胞生物学基础--第三节 真核细胞的结构
-第四节 细胞的能量代谢
-第一章 细胞生物学基础--第四节 细胞的能量代谢
-第五节 细胞的分裂与分化
-第一章 细胞生物学基础--第五节 细胞的分裂与分化
-第一节 遗传的分子基础
-第二章 分子生物学基础--第一节 遗传的分子基础
-第二节 基因的表达调控
-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控
-第三节 生物技术及其应用
-第二章 分子生物学基础--第三节 生物技术及其应用
-第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第二章 分子生物学基础--第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第一节 高等植物体的细胞与组织
-第三章第一节 高等植物体的细胞与组织
-第二节 植物的生长
-第三章 高等植物体的结构与功能--第二节 植物的生长
-第三节 植物的生殖和发育
-第三章 高等植物体的结构与功能--第三节 植物的生殖和发育
-第四节 植物的营养与运输
-第三章 高等植物体的结构与功能--第四节 植物的营养与运输
-第五节 植物生长发育的调控
--3.5.6 乙烯
-第三章 高等植物体的结构与功能--第五节 植物生长发育的调控
-第一节 动物的组织
--4.1.5 软骨
--4.1.6 硬骨
--4.1.7 血液
-第一节 动物的组织--作业
-第二节 消化系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第二节 消化系统
-第三节 呼吸系统
-第三节 呼吸系统--作业
-第四节 循环系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第四节 循环系统
-第五节 内环境的控制
-第四章 高等动物体的结构与功能--第五节 内环境的控制
-第六节 内分泌系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第六节 内分泌系统
-第七节 神经系统与神经调节
-第四章 高等动物体的结构与功能--第七节 神经系统与神经调节
-第八节 生殖与胚胎发育
-第四章 高等动物体的结构与功能--第八节 生殖与胚胎发育
-2020年秋季学期普通生物学期中考试