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第四章 DNA的复制
第四章 DNA复制(DNA Replication)1．主要内容 1)DNA复制概览 2)细菌DNA复制 3)真核DNA复制 2．教学要求
1)掌握原核生物和真核生物DNA的复制特点 2)熟悉原核生物和真核生物DNA复制的酶系统
第一节 DNA复制概述 第二节 DNA复制的酶学
第三节 原核生物DNA复制 第四节 真核生物DNA复制
第一节 DNA复制概述(DNA Replication: An Overview)
一、基本概念
二、DNA的半保留复制
三、复制起点、方式和方向
四、DNA复制的半不连续性
一、基本概念
复制子(Replicon，复制单位或复制元)
DNA中含有一定复制起点和复制终点的复制单位。1.3万— 90万不等
A unit of the genome in which DNA contain a region from origin to terminator
复制体(Replisome)：复制叉处的许多酶和蛋白组成的复合体，协同动作合成DNA。
The multi protein(30±)structure that aembles at replicating fork to undertake synthesis of DNA
二、DNA的半保留复制
（Semi-Conservation Replication）
CsCl(Cesium chloride)density gradient ultracentrifugation（CsCl密度梯度超离心）Labeled E.Coli DNA with 15N 14N
三、复制起点、方向和方式
• All prokaryotic chromosomes and many bacteriophage and viral DNA molecules are circles and comprise single replications.（单复制子）
1、复制起点（origin，ori 或 O，复制原点）复制开始处DNA分子的特定位置 原核生物（Prokaryote）：单复制起点，即——整个染色体只有一个复制单位 真核生物（Eukaryote）： 多复制起点，即－－一个genome中有多个复制单位
2、复制方向（复制过程的顺序性）复制叉（Replication fork）：染色体中参与复制的活性区域，即复制正在发生的位点 复制眼（replication eye）：电子显微镜下观察正在复制的DNA，复制的区域形如一只眼睛 真核生物的多复制子 多个复制眼（1）单双向复制取决于起点处有一个还是两个复制叉（2）复制的多模式
单起点、单方向（原核）多起点、单方向（真核）单起点、双方向(原核)多起点、双方向（真核）
3、复制方式
（1）从新起始（de novo initiation）或复制叉式（replication fork）（2）置换式（Displacement form）又称 D 环复制
（3）共价延伸方式（covalence elongation）或滚环式复制（rolling circle replication）DNA复制方式
（1）从新起始（de novo initiation）或复制叉式（replication fork）或θ 复制 A replication eye forms a theta structure in circular DNA.
（2）置换式 Displacement form，又称 D 环复制
线粒体和叶绿体 DNA的复制方式
（3）共价延伸方式（covalence elongation）或滚环式复制（rolling circle replication）由于复制时产生的滚环结构形状象σ，又称σ复制 病毒、细菌因子
四、DNA复制的半不连续性
（Semi-Discontinuous Replication）
复制方向的问题：
冈崎片段（Okazaki fragment）
1968年冈崎（Reiji Okazaki）设计了两组实验，其一是脉冲标记实验（pilse－labeling experiment）。冈崎利用T4噬菌体侵染E.cili(t-)菌株，并分别用dTTP(3H-T)进行2’’，7’’,15’’,30’’,60’’,120’’的脉冲标记，分离提取T4噬菌体DNA，变性后，进行Cscl密度梯度离心，以检测具放射性的沉降片断，判断片断大小。结果表明经不同标记时间的，被3H-T标记的新合成的DNA片段几乎都为10-20s，即均为1000-2000核苷酸大小（图3-）。第二组实验是脉冲追踪实验（pulse－chase experiment），为了研究在脉冲标记实验中所发现的10－20s的小片段在复制全过程中的发展结局，冈崎将实验菌株先进行同位素标记培养30秒，然后转入正常培养基继续培养数分钟，分离DNA进行密度梯度离心，发现小片段已被连接成为70－120S的大片段。为此将DNA的这种复制方式称为不连续复制模式，将最初合成的10－20s片段称为冈崎片段（图3－）。
如果两条极性单链的DNA复制均按这种不连续的模式进行，后随链的合成可以在模板单链暴露到1000－2000核苷酸长度后，开始从5’ → 3’合成冈崎片段，而先导链的合成从进化的原则讲，大可不必按冈崎片段的模式不断地启动小片段的合成，既耗时又费能。换言之, DNA的复制应该是按一种半不连续的方式进行，即先导链以连续复制的方式完成子代DNA的合成，而后随链以不连续复制的方式完成冈崎片段的合成。但在Okazaki的脉冲标记实验结果中，被标记的DNA全部为小片段。其实在E.coli的细胞内存在dUTP和dTTP两种类似物, 其比例大约为1：300，而DNA聚合酶III又不能区分这两者，一旦将dUMP聚合到DNA分子中，必然会导致生物的基因表达与进化过程中的潜在危险，实际上E.coli 依靠了两种机制阻止了dUMP 掺入到DNA分子的过程。由dut基因编码的dUTP酶（dUTPase）能有效地将dUTP，dUDP分解为dUMP,从而避免了dUMP作为底物而掺入到DNA分子中。即使dUTPase能将绝大部分的dUTP降解，但仍有约1／1200的几率dUTP分子的逃逸，细胞内的ung基因编码的尿嘧啶－N－糖苷酶（ungase）可以迅速地将已经掺入到DNA分子中的dUMP切除，形成一个无嘌呤或嘧啶的Ap位点（apurinic 或apyrimidinic），再由Ap内切酶进一步将Ap位点酶解成缺口，以与其对应的亲代链为模板 重新聚合和连接，完成切补修复过程.显然在先导链合成的初期过程中，约1200个核苷酸就有一个dUMP被切除的可能，在Ap内切酶未完全作用前提取DNA并进行变性分析，就会得到与冈崎片段相似大小的1000－2000核苷酸的片段，这种片段也被称为dUMP片段，Okazaki对dut－和ung－两种突变体的研究结果证实。在dut－突变体的脉冲标记实验中，由于dUMP掺入的几率增加，冈崎片段变短。而在ung－突变体的脉冲标记实验中，由于已掺入的dUMP被切除的几率降低，冈崎片段变长。冈崎选用连接酶突变体（lig-）进行的脉冲追踪实验中，先导链的dUMP片段均不能被连接成大片段，（图3－）。进一步证明了在脉冲标记实验中后随链的冈崎片段与先导链的dUMP片段均以相似大小表现在其研究结果中。1978年Olivera据此提出了DNA复制的半不连续模式。
第二节 DNA复制的酶学(Enzymology of DNA Replication)复制是在酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种高分子物质共同参与.DNA复制的体系
底物： dNTP(dATP dGTP dCTP dTTP)聚合酶（polymerase): DNA-pol 依赖DNA的DNA聚合酶(DDDP)模板（template): 解开成单链的DNA母链
引物（primer): 寡核苷酸片段,提供3’-OH末端,使dNTP聚合 其它酶和蛋白质因子: 解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶
一、DNA聚合酶
二、DNA连接酶（DNA Ligase）
三、与DNA几何学性质相关的酶
一、DNA聚合酶
催化dNTP聚合到核酸链上的酶。是DNA复制的主要酶。全称叫依赖DNA的DNA聚合酶（DNA dependent DNA polymerase）或DNA指导的DNA聚合酶（DNA-directed DNA polymerase），均缩写为DDDP。(一)DNA聚合酶催化的反应
5´→3´的聚合活性
5´→3´外切酶活性
3´→5´外切酶活性1、5´至3´的聚合活性
催化四种dNTP以磷酸二酯键一个一个地接到DNA链上去
(dNMP)n + dNTP →(dNMP)n+1 + PPi 聚合反应的特点：
(1)以单链DNA为模板
(2)以dNTP为原料
(3)引物或DNA链提供3´-OH(4)聚合方向为5´→3´2、3’－5’ 外切核酸酶活性
校对功能(proofreading)
3、5’－3’外切核酸酶活性(二)原核生物的DNA聚合酶（E.coli）
1957 Arthur Kornberg 首次发现
In fact, there are 5 polymerases to date, although we will focus only on 3 DNA pol Ⅰ DNA pol Ⅱ DNA pol Ⅲ
1.DNA Polymerase I 2.DNA Polymerase Ⅱ和 Ⅲ
DNA pol Ⅱ：5` → 3`聚合酶活性及3` → 5`外切核酸酶活性。
DNA pol Ⅲ: 由10个亚基组成，分别为α、ε、θ、τ、δ、δ`、β、κ及ψ。是原核生物体内真正起复制作用的酶。
– α亚基： 5` → 3`聚合酶活性
– ε亚基：3` → 5`外切酶,校对和编辑 – θ亚基为装配所必须
亚基决定了Pol– III全酶的持续合成能力 3.三种大肠杆菌DNA聚合酶特性之比较
三种大肠杆菌DNA聚合酶的主要功能
DNApolⅠ----主要功能是切除引物，填补冈崎片段产生的空隙及DNA损伤的修复。 DNApol Ⅱ----是主要的修复酶 DNApol Ⅲ----是主要的复制酶
三种DNA聚合酶在决定DNA合成方面的共同特性 ①三种酶都只有５’→３’聚合酶的功能，而没有３’→５’聚合酶功能，说明DNA链的延伸只能从5’向3’端进行。
②他们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，DNA的合成必须有引物引导才能进行。
③三种酶都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错误进行校正，而保证DNA复制的高度准确性。
为什么子链DNA延伸方向只能是5’ →3’
二、DNA连接酶（DNA Ligase）
催化单链DNA切口上5’-P和3’-OH形成磷酸二酯键
三、与DNA几何学性质相关的酶
(一)解螺旋酶(helicase)
模板对复制的指导作用在于碱基的准确配对，而碱基却埋在双螺旋的内部。只有把DNA解开成单链，它才能起模板作用。
解螺旋酶是最早发现的与复制有关的蛋白质，当时称为rep蛋白。作用是利用ATP供能，解开DNA双链。
复制相关蛋白的基因：dna A、dna B、dna C… …dna X
相应的表达产物蛋白质：Dna A、Dna B、Dna C … …Dna X
Dna A：辨认复制起始位点
Dna B：解螺旋酶
Dna C：辅助解螺旋酶使其在起始点上 结合并打开双链。(二)DNA拓扑异构酶(topoisomerase)拓扑：是指物体或图像作弹性移位而又保持物体不变的性质。
拓扑异构酶：是一类可改变DNA拓扑性质的酶。对DNA分子的作用是既能水解、又能连接磷酸二酯键。可松弛DNA超螺旋，有利于DNA解链。 拓扑异构酶I（topo I）
－蛋白。 在原核生物曾被称为
主要作用是切开DNA双链中的一股，使DNA解链旋转中不打结，DNA变为松弛状态再封闭切口。
反应不需要ATP 拓扑异构酶II（topo II）
• 在原核生物又叫旋转酶(gyrase)。
• 能切断DNA双链，使螺旋松弛。在ATP参与下，松弛的DNA进入负超螺旋，再连接断端。TopoI和TopoII松弛DNA负超螺旋(三)单链DNA结合蛋白(SSB): 在大肠杆菌，它是由177个氨基酸残基组成的同四聚体，结合单链DNA的跨度约32个核苷酸单位。
SSB与解开的DNA单链紧密结合，
①防止重新形成双链，维持模板处于单链状态；
②免受核酸酶降解。
表4 参与DNA复制的酶及蛋白质 酶或蛋白质 主 要 作 用
拓扑异构酶类 克服解链时打结及缠绕、松驰或引进负超螺旋 解链酶类 解开DNA双链
单链DNA结合蛋白 维持已解开单链DNA的稳定 引物酶 合成RNA引物 DNA聚合酶Ⅲ DNA复制
DNA聚合酶Ⅰ 水解引物、填补空隙、修复作用 DNA连接酶 催化双链DNA中单链缺口的连接
小结
1、基本概念 DNA复制 复制子 复制体 复制时期
2、半保留复制
3、复制起点：结构特征
复制方向：复制叉 复制眼 单双向复制的决定条件 复制的多模式
复制方式：复制叉式（从头起始）
D环复制（置换式）
σ复制（滚环复制）
4、复制酶学
1）三种DNApol DNApolⅠ和Ш的主要活性和功能 聚合活性 外切活性(两种)延伸方向 2）DNA连接酶
3）和DNA的几何学性质相关的酶
螺旋酶 旋转酶
5、DNA复制的半不连续性
实验证据 先导链 后随链 4.3 Bacterial DNA replication 4.3.1 Initiation（起始）
4.3.2 Elongation（延伸）
4.3.3 Termination of DNA replication
4.3.1 Initiation（起始）
• Study system: the E.coli origin locus oriC is cloned into plasmids to produce more easily studied minichromosomes.• Initiation is divided into the following steps: – 1.recognition of the origin（识别原点）
– 2.separation of parental strands and stabilization of single strands（分开双链，稳定单链）
– 3.initiation of daughter strand synthesis through action of the PRIMOSOME（通过引发体起动子代链的合成反应）
How do we know that there is only one origin of replication in E.coli? • 假定每个染色体都在同样的一个起始点（i）开始复制，那么距 i 近的基因将先被复制而复制得多些，远离i 的基因将复制得少些。因此在一个群体中离 i 点越近的基因出现频率越高。• 假如复制是
– 单向的，基因频率呈单向梯度
– 双向的，基因频率以 i 为中心呈双向梯度
How do we know that there is only one origin of replication in E.coli? 测定了大肠杆菌染色体上很多基因的频率，发现以OriC基因附近为中心呈双向下降。What does this experiment show? • There is a single place on the chromosome where replication starts • Replication proceeds in both directions • The two replication forks meet at near 31’ on the genetic map The structure of OriC OriC How is replication initiated? • DnaA protein binds to 9-mers(9nt聚合体)• DnaA together with HU类组蛋白 denature the DNA • DnaB helicase解旋酶 binds the open DNA Initiation of DNA replication in E.coli 1.initial complex（起始复合体）
• Along with the HU protein, the dnaA protein-ATP complex binds to the DNA, encompaing包围 the four nine-mers.In all, this complex covers about 200bp.（随同HU蛋白一起，dnaA protein-ATP 复合体结合到DNA上，包围4个9-mers区，总的覆盖200bp）
2.Open complex（开放复合体）和Prepriming complex(前引发复合体)
DnaA 蛋白使13bp重复单位熔解而形成开放性复合体，这一过程需要ATP。
这时DnaB 和DnaC蛋白进入DNA的熔解区与OriC结合形成前引发复合体。
Separated strands in the oriC region are prevented from reannealing by the binding of single-stranded binding protein(SSB protein).3.The primosome complex forms • A helicase(DnaB)begins to unwind the strands.• SSB binds to prevent reannealing.• Gyrase relieves the tension.旋转酶解除链的张力 • Primase引物酶 synthesizes a short strand of RNA.• Primase binds to dnaB protein at oriC and forms a primosome引发体.Let’s review the roles of the major players
• DnaA-Recognizes origin and denatures the duplex • DnaB-Helicase that unwinds the DNA • DnaC-Required for DnaB binding • HU-histone-like protein stimulates initiation • Primase(DnaG)Synthesizes RNA primers • SSB-Single stranded DNA binding protein • RNA polymerase Facilitates促进 DnaA activity • DNA gyrase Relieves torsional扭转的 strain • Dam methylase Methylates GATC sequences at oriC Review Initiation of DNA replication in E.coli 1)oriC contains four 9 bp binding sites for the initiator protein DnaA.Synthesis of DnaA is coupled联系 to growth rate so that initiation of replication is also coupled to growth rate.2)DnaA forms a complex of 30-40 molecules, facilitating促进 melting解链 of three 13 bp AT-rich repeat sequence for DnaB binding.3)DnaB is a helicase that use the energy of ATP hydrolysis水解to further melt the double-stranded DNA.4)SSB(single-stranded binding protein)coats the unwinded DNA to prevent DNA renaturing.5)DNA primase load to负担 synthesizes a short RNA primer for synthesis of the leading strand.4.Primosome(引发体): DnaB helicase and DNA primase 4.3.2 Elongation（延伸）
• Elongation involves another complex of proteins called the REPLISOME(复制体，复制颗粒).It is aembled from its components each time replication occurs.E.coli replication machinery(Elongation phase)1)Helicase---unwind DNA at replication fork in a reaction coupled to ATP hydrolysis 2)Single-stranded DNA binding proteins(b)---bind and stabilize the DNA in a single-stranded conformation after melting by helicases 3)Primosome---synthesizes RNA primers on lagging strand 4)DNA Pol III----the true E.coli replicase 5)DNA Topoisomerase II – relaxes supercoiled DNA that forms ahead of replication fork – decatenates the fully replicated DNA
6)DNA Pol I----replaces RNA primers with DNA by nick-translation 7)DNA ligase连接酶----joins Okazaki fragments Concurrent协同的 DNA Synthesis The lagging template strand is looped to invert the physical direction of synthesis, but not the chemical direction-DNA polymerase III functions as a dimer, with each core enzyme achieving synthesis on one or the other strand • If the polymerase complex is moving continuously along the leading strand, how does it discontinuously synthesize DNA along the lagging strand in the opposite direction?? 4.3.3 Termination of DNA replication
• Specific termination sites of DNA replication exist in E.coli.• Termination involves the binding of the tus gene product(tus protein)--ter binding protein, an inhibitor of the DnaB helicase（终止位点结合蛋白，是DnaB解旋酶的抑制剂）
• This ter binding protein may act to prevent helicase from unwinding DNA(will therefore halt停止 pol III and pol I action).• DNA replication produces two interlocking rings（连环）which must be separated.• This is accomplished via the enzyme topoisomerase.Termination of E.coli DNA replication Terminator sequences（终止序列）：
• Trap the replication forks（使复制叉受到限制）
• Contain sequences that facilitate decate-nation and partitioning of daughter chromosomes（包含促进连锁分开和姐妹染色体分开的序列）.•
Summary of steps in E.coli DNA synthesis: 1.dnaA protein melts duplex in oriC region.2.dnaB(helicase), along with dnaC and ATP binds to replication fork(dnaC protein exits).(Pre-priming complex)
3.Single strand binding protein(b protein)binds to separated strands of DNA and prevents reannealing.4.Primase complexes with helicase, creates RNA primers(pppAC(N)7-10)on the strands of the open duplex2(Primase+helicase constitute the Primosome).5.After making the RNA primers, DNA pol III holoenzyme comes in and extends the RNA primer(laying down dNTP's)on the leading strand.4.As the replication fork opens up(via helicase + ATP action)leading strand synthesis is an uninterrupted不间断的 proce, the lagging strand experiences a gap.7.The gap region of the lagging strand can wind旋紧 around one active site unit of the Pol III complex, and bound阻止 Primase initiates an RNA primer in the gap region.8.On the lagging strand, Pol III extends the RNA primer with dNTP‘s as the lagging template strand is looped through the Pol III complex.9.After synthesis of a nascent初始 fragment the lagging strand loop is released and the single strand region further up near the replication fork is subsequently looped through the Pol III complex.10.Steps 7-9 are repeated.11.Meanwhile其间, Pol I removes the RNA primer regions of the Okazaki fragments via 5' to 3' exonuclease activity(nick translation Pol I exits and ligase joints the DNA fragments(on lagging strand).4.4 Eukaryotic DNA replication 4.4.1 Experimental system 4.4.2 cell cycle 4.4.3 initiation 4.4.4 replication forks 4.4.5 nuclear matrix 4.4.6 telomere replication 4.4.1 Experimental systems • Yeast(Saccharomyces cerevisiae)酵母: has much smaller genome(1.4 X 107 bp in 16 chromosomes)and only 400 replicons.• SV40(simian virus 40 猿猴病毒40, 5 kb): is good mammalian models for replication fork.• Cell-free extract 无细胞提取物prepared from Xenopus laevis(非洲爪蟾)eggs containing high concentration of replication proteins and can support in vitro replication.4.4.2 细胞周期（cell cycle)的调控 1.细胞周期4个时期 2.检验点及其调控
3.细胞周期蛋白和依赖于细胞周期蛋白的激酶
1.细胞周期4个时期
• cell cycle——细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的一个有序过程。• 细胞周期时相组成：
• 间期(interphase): G1 phase，S phase，G2 phase，细胞可由G1期进入一个非增殖期——G0期或称静止期。
• M phase: 有丝分裂期(Mitosis), 胞质分裂期(Cytokinesis)2.检验点（Checkpoint）及其调控
• 细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制。
• 细胞周期随细胞周围的环境而调整，以免受损伤的细胞发生增殖。
• 检验点是当外界条件不适合细胞分裂时，可以中断细胞周期的一些阶段。
• 主要检验点位于G1和G2的后期，在G1期的R点，当缺乏促细胞分裂原时，细胞会脱离细胞周期进入非增殖的G0期。
3.细胞周期蛋白和依赖细胞周期蛋白的激酶
细胞周期是通过多种蛋白激酶复合物催化的蛋白磷酸化来实施调控的，这些复合物包含: regulatory subunits（调节亚基）
——Cyclin（细胞周期蛋白）catalytic subunit（催化亚基）
——Cyclin-dependent kinase(CDK)（依赖细胞周期蛋白的激酶）
不同的复合物调控细胞周期中的不同时期。 图Cyclin-dependent kinase(Cdk)4.4.3 Origins and Initiation Origins and Initiation（起始点与起始）ARS（自主复制序列）
Licensing factor controls eukaryotic replication（特许因子）Differences in DNA between eukaryotes and prokaryotes Eukaryotic genomes are much bigger
Replication in eukaryotes occurs during a small portion of the cell cycle DNA in eukaryotes is bound by histones Eukaryotic chromosomes are linear
图Multiple Replication Origins Origins and Initiation（起始点与起始）
• Only once in one cell cycle(每个细胞周期只有一次复制）
• Clusters of about 20-50 replicons(复制子)initiate simultaneously at defined times throughout S-phase（20-50个复制子在S期同时起始复制）
• Initiation of each replicon within an initiation zone may occur at random（复制子可能在起始区域内的任意位置起始）
不同区域的染色质起始复制的时间不同
• Early S-phase: euchromatin(常染色质)replication • Late S-phase: heterochromatin(异染色质)replication • Centromeric(着丝粒的)and telomeric(端粒的)DNA replicate at last Origins（起始点）
Yeast origin: the minimal 11 bp consensus: [A/T]TTTAT[A/G]TTT[A/T] Bound by origin recognition complex(ORC起始识别复合体)activated激活 by CDK.ARS: Autonomously Replicating Sequence（自主复制序列）。单细胞酵母的复制起点克隆进原核生物的质粒，由于这些复制起点序列允许质粒在酵母中复制而被称之为ARS。The yeast ARS Licensing factor controls eukaryotic replication（特许因子控制真核生物DNA复制）Licensing factor controls eukaryotic rereplication DNA Replication • The machinery of replication – Additional features of eurkaryotic cells • One replication per cycle – control • The origin of replication – paage through a series of steps » Origin of replication bound by ORCs » Licensing factors bind aemble the prereplication complex » Licensing factors – at least six – Mcm2-Mcm7 » Mcm proteins move with the replication fork » Mcm proteins are then displaced from DNA but remain in nucleus » Mcm proteins cannot reaociate with an origin of replication which has already ‘fired’
4.4.4 replicaton fork • The machinery of replication：
• Additional features of eurkaryotic cells – Chromatin structure • Nucleosomes and the replication fork – Histones – H3H4 tetramers四聚体 remain intact and are distributed between the daughter duplexes – Old and new H3H4 tetramers found on each duplex – H2A/H2B dimers – separate and bind randomly to H3H4 tetramers already in place Replication of Nucleosomes Eukaryotic DNA is packaged with histones in structures called nucleosomes.What happens to the nucleosome when the replication fork and the replication machinery pa by and open up the DNA double strand? Nucleosomes are found properly spaced on both postreplicative DNA strands immediately after paage of replication fork.图A model for nucleosome replication 图A model for nucleosome replication Nucleosome and Replication fork New nucleosomes are aembled to DNA from a mixture of old and newly synthesized histones after the fork paes.Eukaryotic DNA synthesis • DNA synthesis is very similar in prokaryotes and eukaryotes • Many of the same enzyme activities are present – Helicases – Primases – Polymerases – ligases – Topoisomerases 4.4.5 Nuclear Matrix（核基质）
Nuclear matrix: Replication is spatially organized by a protein scaffold of insoluble不溶的 protein fibers.Replication factories are immobilized固定 on this matrix and the DNA moves through them.A scaffold of insoluble protein fibers which acts as an organizational framework for nuclear proceing, including DNA replication, transcription Replication factories 4.4.6 Telomere replication ——The problem of linear replications • Telomere replication • Solving the problem of lagging strand synthesis--Chromosomal ends shortening 4.5 Regulation 0f DNA replication 4.5.1 大肠杆菌染色体DNA的复制调控 4.5.2 质粒DNA的复制调控 4.5.3 真核细胞DNA的复制调控 4.5.1大肠杆菌染色体DNA的复制调控
• 染色体的复制与细胞分裂同步但不直接偶联.• 复制子由复制起始物位点和复制起点组成：
– 复制起始物位点编码复制调节蛋白质，复制起点与调节蛋白作用启动复制。
– 基因编码的调节蛋白通过与复制复合物的相互作用确定复制起始频率和复制方式。4.5.2 质粒DNA的复制调控
• ColE1质粒DNA复制不依赖于本身编码的蛋白质，而完全依赖宿主DNA聚合酶。4.5.3 真核细胞DNA的复制调控
（1）细胞生活周期水平调控：限制点调控，真核细胞DNA的复制发生在S期，促使细胞由G1期进入S期的多种因子调控；
（2）染色体水平的调控：决定复制子起始顺序
（3）复制子水平的调控：复制子参与的多种因子均可参与调节，主要是复制起始调控，如酵母复制起始受时序调控。Summary Bacterial DNA replication – Initiation – Elongation – Termination of DNA replication
Eukaryotic DNA replication – cell cycle – Initiation – replication forks – telomere replication 原核生物与真核生物DNA复制的不同点 不同点 原核生物 真核生物 起始位点 一个 多个(多至千个)前导链合成 DNA聚合酶Ⅲ DNA聚合酶δ 随后链合成 DNA聚合酶Ⅲ DNA聚合酶α 引物长短 50～100个核苷酸 10个核苷酸
冈崎片段长短 1000～2000个核苷酸 100～200个核苷酸 RNA引物水解 DNA聚合酶Ⅰ 核酸酶H 修补缺口 DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶β 复制速度 快 慢
Regulation 0f DNA replication ─ 大肠杆菌染色体DNA的复制调控 ─ 质粒DNA的复制调控
─ 真核细胞DNA的复制调控
