2.4原核生物和真核生物DNAfuzhi的特点

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2.4原核生物和真核生物DNA复制的特点

• 真核生物DNA复制的特点
  • 每个细胞周期只精确地复制一次：仅在S期进行，复制有许多起始点，双向等速进行
  • 真核细胞复制的起始需要在前复制复合体pre-RC的指导下进行：复制起始点为自主复制序列ARS，不同ARS序列均有一个被称为A区的11个A-T碱基对的保守序列；在G1期，由4个独立的蛋白质组成的前复制复合体pre-RC的形成介导了复制起始序列的识别
  • 细胞周期蛋白依赖性激酶调控前复制复合体的形成和激活：在细胞从G1期到达S期后，由于调控pre-RC的两种激酶Cdk和Ddk在S期被激活，pre-RC被磷酸化后诱发起始点上其他复制蛋白的组装和复制起始
• 真核生物DNA聚合酶
  • DNA聚合酶α：引物和核DNA合成，，具有5'→3'方向聚合酶活性，能起始前导链和后随连的合成
  • DNA聚合酶β：活性水平稳定，主要在DNA损伤的修复中起作用，具有具有5'→3'方向聚合酶活性
  • DNA聚合酶 γ：在线粒体DNA的复制中发挥作用，具有5'→3'方向聚合酶活性，具有3'→5'外切酶活性
  • DNA聚合酶δ：主要负责DNA复制的酶，参与前导链和后随链的合成，具有5'→3'方向聚合酶活性，具有3'→5'外切酶活性
  • DNA聚合酶ε ：与后随链合成有关，在DNA合成过程中核苷切除以及碱基的切除修复中起重要作用，具有5'→3'方向聚合酶活性，具有3'→5'外切酶活性
• 真核细胞DNA复制的调控
  • 真核细胞周期
    • G1期是复制预备期，S期是复制期，G2期为有丝分裂准备期，M期为有丝分裂期
  • 三个调控水平
    • 细胞周期水平调控：限制点调控，决定细胞停留在G1期还是进入S期
    • 染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制
    • 复制子水平调控：决定复制的起始与否，这种调控从单细胞生物到高等生物是高度保守的
• 端粒酶与DNA末端复制
  • DNA末端复制问题
    • 当后随链复制机器到达染色体末端时，引物酶可能没有足够的空间去合成新的RNA引物，导致后随链DNA产物上3'端形成一小段单链DNA，在下一轮复制中，这个区域将被丢失，两个产物中的一个会因此逐步变短
  • 细胞解决方法
    • 用蛋白质代替RNA作为每个染色体末端最后一个冈崎片段的引物
    • 利用端粒酶来延伸染色体3'端
    • 端粒酶由蛋白质和RNA组成，具有逆转录酶的性质，可利用其自身含有的RNA成分作为模板将端粒序列添加到染色体3'端
• 保证复制忠实度的机制
  • DNA复制的高度忠实性，保证了生物遗传的稳定性
  • 保证忠实性的主要原因
    • DNA聚合酶的选择作用：DNA聚合酶可以对碱基和底物进行选择
    • DNA聚合酶的校正作用：DNA聚合酶具有3'-5'外切酶活性，能检测并纠正3'末端偶然错配的碱基
    • RNA引物的合成与切除：短的RNA引物会被DNA聚合酶切除，并被高度忠实性的DNA序列所取代
    • DNA复制后错配碱基的修正：通过甲基化的程度，系统的区别DNA分子的母链和新合成的子链并优先纠正新合成的子链中的错配碱基
• 原核生物DNA复制的特点
  • 概述
    • 大肠杆菌基因组复制起始点（OriC）含有3个13bp的串联重复保守序列，以及4个由9bp的保守序列组成的能结合DnaA的起始结合位点，大多数原核生物是在OriC上形成的两个复制叉沿着整个基因组双向等速移动
  • DNA双螺旋的解旋
    • DNA解链酶(DNA helicase)：能通过水解ATP获得能量解开双链DNA
    • 单链DNA结合蛋白(single-stranded DNA binding protein,SSB)：保证DNA以单链形式存在
    • DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase)：能够消除解链造成的正螺旋的堆积
  • DNA复制的引发
    • DNA复制时，往往先由引发酶在DNA模板上合成一段RNA链引物作为引发末端
    • 前导链只需一段引物，后随连的每个冈崎片段都需要新的引物（引发体primosome），引发过程需要多种蛋白质和酶的协同作用
  • 复制的延伸
    • 前导链持续合成，由全酶异二聚体中的一个亚单位和前导链模板合成，在引物RNA合成的基础上，连续合成新的DNA，其合成方向与复制叉一致
    • 后随连的合成分为四个阶段
      • 引物酶合成约10核苷酸大小的新引物
      • DNA聚合酶Ⅲ以5'→3'方向延伸该引物，直到遇见邻接引物的5'端，该片段为冈崎片段
      • DNA聚合酶Ⅰ切除引物
      • DNA连接酶连接相邻的冈崎片段使之成为一条完整的子代链
  • 复制的终止
    • 当复制叉前移，遇到约22个碱基的重复性终止子序列(Ter)时,Ter-Tus复合物使DnaB不再解链，阻挡复制叉继续前移，等到相反方向的复制叉到达后停止复制，其间未被复制的DNA片段由DNA修复机制填补，其后两条链解开
  • DNA聚合酶
    • DNA聚合酶Ⅰ：具有5'→3'和3'→5'外切核酸酶活性，具有切除引物和DNA修复的功能
      • Klenow片段：是大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ经特殊蛋白酶水解后得到的大片段，具有DNA聚合酶活性和3'→5核酸外切酶活性，使分子生物学研究中常用的工具
    • DNA聚合酶Ⅱ：具有5'→3'方向聚合酶活性，但酶活性很低，具有3'→5'外切核酸酶活性可起校正作用，具有DNA修复的功能
    • DNA聚合酶Ⅲ：是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶，具有5'→3'方向聚合酶活性，也有3'→5外切和酸酶活性，具有DNA复制的功能
    • DNA聚合酶Ⅳ、Ⅴ主要在DNA修复和跨损伤合成中发挥作用
  • 原核生物DNA复制的调控
    • 复制的调控主要发生在起始阶段，细胞内复制叉的多少决定复制起始频率的高低，而复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA