Mindmap --- 原核生物

现代分子生物学 思维导图 — DNA 的复制之原核生物。

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• 真核生物
  • DNA 双螺旋的解旋：
    • 解旋酶：DNA 复制时，解旋酶利用 ATP 的能量启动 DNA 解旋；使得双链分开形成单链
    • 拓扑异构酶：可以使 DNA 的两种拓扑异构体互变的酶
      • DNA 分子在细胞内以超螺旋形式存在，DNA 拓扑异 构酶催化同一 DNA 分子不同超螺旋状态之间转变。
      • 功能：与 DNA 形成共价结合中间体，使 DNA 磷 酸二酯键断裂，形成 DNA nick ,DNA 的一条链 进行解旋旋转而改变 DNA 分子的拓扑状态。
      • 拓扑异构酶可以使 DNA 发生：
        • 连环化 (catenate)
        • 脱连环化 (decatenate)
        • 打结 (knot)
        • 解结 (unknot)
    • 单链结合蛋白（SSB）：
      • 解旋酶沿着复制叉向前延伸产生了一段单链细胞内大量的单链结合蛋白能和单链 DNA 结合，防止其重现配对形成双链
      • 作用：使 DNA 单链保持一种伸展构象，其与磷酸骨架结合，离开暴露的碱基，那些碱基能作为 DNA 合成的模板；使解开的单链不形成发卡结构；保护 DNA 单链不受 DNase 水解
  • 过程复杂：需要多种酶和蛋白质参与（包括包括拓扑异构酶、解旋酶、单链 DNA 结合蛋白、 引物合成酶、DNA 聚合酶及连接酶等）
  • DNA 复制的引发
    • oriC 在不同原核生物中有同源性，很多细菌的 oriC 区在结构上相似的，在序列上有 相当的保守性，而且在分类上越接近的细菌其同源性越高，表明 DNA 复制起点的重 要性。
    • 将 DNA 分子的复制起始位点 (复制器) 连接到任何一个 DNA 分子上，都能起始其复制。 起始蛋白与 DNA 特异序列结合、促进解旋和引发体组装
    • 引发体 (primosome) 是由很多蛋白质因子参与形成的。
    • 引发酶 (Primase, 或引物酶)
      • DNA 合成时需要一段大约 6-10 个核苷酸长的 RNA, 作为 DNA 合成的引物；这段引 物是由引物酶合成的
      • 在特定环境下发挥作用的 RNA 聚合酶，仅用于合成 DNA 复制所需的一小段 RNA。
      • 引物酶以单链 DNA 为模板，利用核糖核苷酸直接从头合成 RNA 引物 (6-10nt)。
      • 引物酶催化引物 RNA 的合成，但它不同于 RNA 聚合酶。引物酶只在复制起点处合成 RNA 引物以引发 DNA 复制，而 RNA 聚合酶则是启动 DNA 转录合成 RNA , 从而将遗 传信息由 DNA 传递到 RNA
      • 引物的意义：减少致死突变。DNA 合成中最初几个核苷酸正确性远比其后的低。引物 RNA 随后被 降解，从而减少了复制错误。
  • DNA 复制的过程
    • 复制的起始
    • 复制的延伸
    • 复制的终止
    • DNA 聚合酶（pol）
      • DNA 聚合酶 I (Pol I):C 端 (Klenow 片段) 具有聚合 酶活性和 3‘-5’外切酶活性；N 端具有 5‘-3’外切酶活性。 这三种不同的活性存在于酶的三个分开的活性中心上。
      • DNA 聚合酶 II (Pol II): 聚合短链，具 3 ’ to 5’核酸外切酶活性，但无 5’ to 3’外切酶活性，参与 DNA 修复。
      • DNA 聚合酶 III (Pol III): 包含有 7 种不同 的亚单位和 9 个亚基，其生物活性形式为二聚 体。它的聚合活性较强，为 DNA 聚合酶 I 的 15 倍，聚合酶 II 的 300 倍。它能在引物的 3’—OH 上以每分钟约 5 万个核苷酸的速率延长新生的 DNA 链，是大肠杆菌 DNA 复制中链延长反应 的主导聚合酶。
    • DNA 连接酶
      • 催化双链 DNA 切口处的 5’- 磷酸和 3’- 羟基生成磷 酸二酯键；
      • DNA 滞后链上的复制是不连续的，各合成的片 段需要连接酶连接
        • 反应条件 1：被链接的两条链必须与另一条链（模板链）互补
        • 反应条件 2：两条链相邻
        • 反应条件 3：每次只能链接一个缺口
        • 反应条件 4：使一条链的 5’-P 与另一条链的 3’-OH 形成磷酸二酯键
        • 反应条件 5：缺口缺失核苷酸不连接