DNA polⅠ在DNA修复中起着重要的作用。 ②大肠杆菌DNA pol Ⅱ:1970年发现DNA polⅡ。MW为120KD,每个细胞内约有100个酶分子,但活性只有DNA polⅠ的5%。聚合作用:polⅡ催化DNA的聚合,它最适模板是双链DNA而中间有小空隙(gap,50~200nt)的单链DNA部份。polⅡ具有3‘→5‘外切酶活性,但无5‘→3‘外切酶活性。polⅡ缺陷的大肠杆菌突变株的DNA复制正常。表明polⅡ不是DNA复制的主要酶,它可能在DNA损伤修复中起一定作用。 ③大肠杆菌DNA polⅢ DNApol Ⅲ的发现:DNApolⅠ的合成DNA,参入nt的速率为600nt/min,但实际测定数约12000nt/min,比DNA pol Ⅰ的催化速率大20倍。遗传分析表明,DNA复制涉及多种基因,但DNA polⅠ是单肽链。1969年,Cairns发现E. coli的一种突变体的细胞抽提液,虽然反应显示﹤1%的DNA polⅠ活力,但该突变体能以正常速率繁殖。突变体对紫外辐射和化学诱变十分敏感,表明可能存在另一种DNA pol。DNA pol Ⅲ至少以10种亚基组成复合物(DNA聚合酶全酶)参与DNA复制。 力。 链上。 DNA聚合酶Ⅲ的主要亚基及其装配层次组成 层次 持续性 刺激因子 polⅢ 10 无 pol Ⅲ‘ 60 亚精胺 polⅢ* 200 SSB 全酶 ﹥105
SSB pol Ⅲ全酶的结构是一种非对称二聚体。pol Ⅲ在细胞内数量少(每个大肠杆菌细胞中只有10~20个酶分子),但催化dNTP掺入DNA链的速率是DNA polⅠ的15倍。polⅢ具有聚合酶和3‘→5‘外切酶活性。DNA pol Ⅲ是细胞内DNA复制所必需的酶,缺乏该酶的温度突变株在限制温度(non permissive temperature)内是不能生长的,此种突变株的裂解液也不能合DNA,但加入pol Ⅲ则可以恢复其合成DNA的能力。 3.2.1.6 DNA连接酶(DNA ligase) DNA在随后链上的复制是不连续的,合成的DNA片段需要连接酶连接。DNA连接酶的主要功能是借助ATP或NAD水解提供的能量,催化双链DNA上的单链断点的5‘-端与3‘-端生成磷酸二酯键,封闭DNA双链上的断点。DNA连接酶的作用条件:①被连接的两链必须与另一链(模板链)互补;②两链相邻;③每次只能连接一个切口;④使一条链的5‘-P与另一链的3‘-OH形成磷酸二酯键。⑤连接需要能量(细菌DNA连接酶依赖NAD,真核DNA连接酶利用ATP)。⑥缺口缺失核苷酸不连接。
连接酶作用机制:①NAD+或ATP将其腺苷酰基转移到DNA连接酶的1个Lys残基的ε-NH2上。②酶-腺苷酸中间物上的腺苷酰基转移到DNA的5‘-磷酸基端。③被激活的5‘-磷酰基端和DNA的3‘-OH端生成磷酸二酯键。 DNA连接酶催化的连接反应是可逆的。逆反应过程可在AMP存在时,使共价闭环超螺旋DNA产生有缺口的DNA-腺苷酸,生成松弛的闭环DNA。大肠杆菌的DNA连接酶(MW 75KD)被胰蛋白酶水解形成的小片段
仍具有部份活性,可以催化酶与NAD(不是ATP)反应形成酶-AMP中间物,但不能继续将AMP转移到DNA上促进磷酸二酯键的形成。大肠杆菌细胞中约有300个分子的DNA连接酶。与DNA聚合酶Ⅰ的分子数相近。连接酶在DNA复制、修复和重组中起重要作用,连接酶有缺陷的突变株不能进行DNA复制、修复和重组。在真核生物细胞中的DNA连接酶,分为连接酶Ⅰ和Ⅱ,反应中利用ATP所提供的能量。DNA连接酶Ⅰ分子量约为200KD,主要存在于生长旺盛细胞中,DNA连接Ⅱ分子量约85KD,主要存在于生长于不活跃的细胞中(resting cell)。在DNA复制过程中还有许多蛋白质参与,
如大肠杆菌细胞中就有三十多种蛋白质参与DNA复制,许多蛋白质的功能目前尚不明了。DNA复制过程中还有许多未知的因子参与,DNA复制过程中许多具体的细节
尚不十分清楚。 T4 Ligase特性:酸末端和3'-羟基末端形成磷酸二酯键。②催化平滑末端或粘性末端DNA之间的连接,还可修复双链DNA、RNA或DNA/RNA杂交双链中的单链切口。 T4 Ligase可作为重组工具酶。 3.2.2 原核生物 DNA复制的引发
尽管原核生物是较简单的单细胞生物体,但其复制 过程很复杂,并且是一个顺序性过程,涉及到多种酶和蛋白因子,是这些酶和蛋白因子协同作用的结果。对E. coli DNA复制机制的认识是利用E. coli突变体和φx174的复制进行初步研究的结果。 研究方法:①获得突变体,对突变基因研究获得其功能;②反义RNA基因工程;③点突变基因工程。 噬菌体DNA有线型、环型、单链、双链,其复制机制可表明各种形式的DNA复制模式;噬菌体利用寄主的基因产物进行复制,复制行为与寄主相似。
3.2.2.1 M13噬菌体复制的引发 M13基因组为6407nt的单链环状DNA分子,在5480~5820nt间有5个发夹结构,其中第3个最重要,有59个nt,此双链区是一个复制起始的信号。M13利用宿主细胞的RNA pol在发夹结构前6nt开始合成引物RNA。对于RNA pol如何识别这个发夹结构作为起始位点的还不清楚,可能还涉及其他一些蛋白质。当RNA链合成到20~30nt时形成的RNA-DNA杂交体使发夹结构破坏,将另一半发夹结构释放出来。因此,SSB就结合到这段序列上。DNA pol III以RNA为引物合成DNA