分子生物学讲义(17)

2021-01-20 15:12

很多蛋白因子的参与。①DnaA蛋白识别起始序列并结合于oriC的9bp重复序列,形成oriC负超螺旋包裹在外,20~40个DnaA蛋白在内的复合物。②HU蛋白参与并促进DnaA蛋白识别3个13bp串联重复序列使DNA熔链形成开放复合物。用核酸酶P1(作用ssDNA)证明解链部分约为45bp。③DnaB和DnaC(引发体成员)蛋白进入熔链区形成前引物复合体,DnaC可推动解旋酶DnaB与DNA的结合。④SSB结合在被解开的单链上,由PriA、PriB、PriC、DnaT、DnaB和DnaC等6种蛋白质组成引发前体(preprimosome)。⑤引发前体进一步与引物酶(DnaG,primase)组装成引发体(primosome)。⑥在SSB和旋转酶(拓扑异构酶)的参与下,引发体可在单链DNA上移动,在DnaB亚基的作用下识别DNA复制起点位置。引发体先在前导链上由引物酶催化合成RNA引物,此过程称为转录激活(transcriptional activation)。⑦DNA polⅢ组装和复制叉上二聚体形成。⑧引发体在滞后链上沿5‘→3‘方向相对移动,并在模板链上断断续续地引发生成滞后链的引物RNA,供DNA聚合酶Ⅲ合成冈崎片段使用。在RNA引物3‘端DNA开始聚合。

许多因子协同作用才使引发体在滞后链上移动,识别合适的引物合成位置,并将核苷酸在引发位置上聚合成RNA引物。在同一种生物体细胞中这些引物都具有相似的序列,表明引物酶要在DNA滞后链模板上比较特定的位置(序列)上才能合成RNA引物。RNA引物形成后,DNA pol Ⅲ的亚基组装成非对称DNA聚合酶Ⅲ二聚体,它催化将第一个脱氧核苷酸按碱基互补原则加在RNA引物3'-OH端而进入DNA链的延伸阶段。

3.2.3 DNA链的延伸 3.2.3.1 正超螺旋的消除

螺旋酶在复制叉处边移动边解开双链,DNA聚合酶Ⅲ催化DNA新生链的合成。DNA解链时必产生正超螺旋,当达到一定程度后就会造成复制叉难以继续前进而终止DNA复制。而细胞内DNA复制不会因出现拓扑学问题而停止。

解除正超螺旋的机制:①DNA在生物细胞中本身就是负超螺旋,当DNA解链而产生正超螺旋时,可以被原来存在的负超螺旋所中和。②DNA拓扑异构酶Ⅰ可打开一条链,使正超螺旋状态转变成松弛状态;同时DNA拓扑异构酶Ⅱ(旋转酶)也可以在复制叉前方地将负超螺旋引入双链DNA。

3.2.3.2 复制体(replisome)的形成

DNA复制体是在复制叉附近,由DNA polⅢ二聚体、引发体和DnaB等构成的类似核糖体大小的复合体。复制体在DNA前导链模板和滞后链模板上移动时便合成了连续的DNA前导链和由许多冈崎片段组成的滞后链。不同系统(噬菌体、E. coli、动物、植物病毒)中的复制体组分虽有差异,但功能相似。

复制体包括Ori的复制体(主导链和随从链的是否相同)和复制起始后延伸过程的复制体两种。延伸过程的复制体为非对称的DNApol Ⅲ二聚体、DnaB、随从链上的SSB和引发体等组成。

3.2.3.3 DNA链的延伸

前导链和滞后链由同一pol Ⅲ二聚体延伸。前导链的合成:由DnaG(primase)在复制起始位点附近合成1个10~60nt的RNA引物,然后由pol Ⅲ把dNTP加到该引物上。

滞后链的合成:产生Okazaki fragments,消除RNA引物并由DNA pol I补上一小段DNA序列,由DNA ligase把两个片段相连。

DNA滞后链与主导链合成的不同步。

在DNA复制叉处由一个非对称DNA polⅢ二聚体,同时分别进行复制DNA前导链和滞后链。位于滞后连的引发体,在合成引物后DnaG可将模板链提起(或成环),使RNA引物3′端位于pol Ⅲ处,然后再折向与未解链的双链DNA在同一方向上,则滞后链的合成可以和前导链的合成在同一方向上进行。pol Ⅲ的每一个催化中心合成一个子链。DnaB负责在复制叉上向前移动。引发体拖着一条DNA链通过。DNA polⅢ沿着滞后链模板催化在RNA引物上聚合DNA链。滞后模板链被SSB结合,随冈崎片段延伸priA可利用ATP供能除去SSB。当合成的DNA链到达前一次合成的冈崎片段的位置时,滞后链模板及新合成的冈崎片段便从DNA聚合酶Ⅲ上释放出来。复制叉不断迁移便又产生了一段滞后链模板,它重新环绕polⅢ,并合成冈崎片段。因此,前导链合成不会超过滞后链太多。这样引发体在DNA链上和polⅢ同速移动。当冈崎片段形成后,DNA polⅠ通过其5‘→3‘外切酶活性切除冈崎片段上的RNA引物;同时,利用后一个冈崎片段作为引物合成DNA。最后的缺口由DNA ligase连接形成完整的滞后链。

3.2.4 DNA复制的终止

3.2.4.1 E. coli DNA复制的终点

在DNA上存在着复制终止位点,复制叉在此位点相遇(forks meet)。E. coli的DNA复制终点分别是一些22bp的短序列,TerA到TerF。终止位点的序列可被Tus蛋白(tus基因编码,terminus utilization substance)识别,并结合于其上,它使复制叉在完成整个DNA复制前停顿在此。E. coli两个复制叉分别由3个终止位点操控,TerE、TerD和TerA终止反时针方向复制叉;TerF、TerB和TerC终止顺时针方向复制叉。复制停顿的DNA开始解链,进一步修复缺口,后形成两个连锁的子代DNA,在拓扑异构酶Ⅳ作用下解连锁。大肠杆菌DNA复制起始的调控与Dna A对甲基化位点的识别密切相关。大肠杆菌在一个细胞周期中可能发动2次DNA复制。

3.2.4.2 DNA复制后的末端问题

DNA复制时,当RNA引物被切除后,中间所遗留的间隙由DNA聚合Ⅰ所填充。而线性DNA分子以5‘→3‘为模板的滞后链的合成,末端的RNA引物被切除后是无法被DNA聚合酶所填充的。

①T7-DNA复制方式:T7-DNA两端的DNA序列区


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