《DNA分子的复制》课件

分子的复制DNA复制是生命的基本过程之一它是细胞分裂和遗传信息传递的关键DNA复制的生物学意义DNA遗传信息传递细胞生长发育生物多样性基因重组复制确保每个子代细胞复制为细胞生长和分裂复制过程中可能出现的复制过程中的重组现象DNA DNA DNA DNA获得完整的遗传信息，保证提供遗传物质，是生命体发突变是生物进化和多样性的为生物进化和适应环境变化生命体遗传特征的稳定性育的基础重要来源，也可能导致疾病提供了重要机制分子的结构DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链构成，以双螺旋结构排列两DNA条链以碱基配对的方式相互连接，形成稳定的氢键碱基配对遵循与配对，与配对的原则两条链上的碱基对构成一A TG C个螺旋的阶梯结构，糖磷酸骨架则构成螺旋的扶手结构，形成稳定而精巧的分子结构DNA半保留复制机制母链作为模板母链提供复制所需的碱基序列信息新链合成利用母链作为模板，合成两条新的子链半保留复制每条新形成的分子包含一条来自母链，一条新合成的子链DNA纳尔逊格里芬实验·格里芬实验通过对细菌的培养和观察，证明了DNA是遗传物质实验中，格里芬将肺炎双球菌转化为致死型，证明了遗传信息的传递格里芬实验为DNA复制机制的研究提供了重要基础复制模型与实验验证复制模型半保留复制是主要的复制模型，它描述了亲代DNA链如何作为模板产生子代DNA链实验验证梅塞尔森和斯塔尔利用氮同位素标记法，证明了半保留复制机制复制叉复制叉是一个Y形结构，是DNA复制发生的地方，两条子代DNA链同时合成需要的酶和辅酶聚合酶解旋酶DNA12催化新的链的合成，将破坏氢键，使双螺旋解DNA DNA核苷酸添加到新链的端开，形成单链模板3引物酶连接酶34合成短的引物，为连接片段，修复断裂的RNA DNA DNA聚合酶提供起始点链DNA复制方向和极性复制方向极性复制是双向的，从复制起点开始，双链具有反向平行结构，一条链DNA DNA两个方向同时进行从到方向，另一条从到方向5335复制方向与模板链的极性有关，新的复制过程中，新链的合成方向与模板链总是沿着到方向合成链的极性相反，这与聚合酶只能DNA53DNA在端添加核苷酸有关3起始序列和引物复制起始点引物的作用复制从特定的起始点开引物是短的核苷酸序列，为DNA始，称为复制起始点聚合酶提供一个起始点，DNA帮助合成DNA引物合成酶引物合成酶是一种酶，它在复制开始时合成引物DNA RNA引物合成酶的作用引发合成移除引物

1.DNA

2.RNA12引物合成酶通过识别起始在复制完成后，引物合成位点，并添加引物，酶具有外切酶活RNA5→3为聚合酶提供初始模性，可以移除引物，DNA RNA板，启动复制过程并用替代DNA校对功能

3.3引物合成酶具有校对功能，可以识别并修复复制过程中出现的错误，提高复制的准确性连续和不连续复制连续复制1引物从起始点开始复制，沿模板链不断延伸不连续复制2复制方向与模板链方向相反，形成冈崎片段，再连接成完整链连接酶3冈崎片段之间由连接酶连接DNA复制过程中，两条链的复制方式不同领先链沿方向连续复制，滞后链沿方向不连续复制，形成冈崎片段，DNA5→33→5最终通过连接酶连接成完整链外界能量的利用能量来源酶的催化复制需要消耗大量能量，聚合酶等酶催化反应，加DNA DNA主要来源于水解速复制过程ATP能量转移能量利用效率能量通过高能磷酸键传递，复制过程能量利用效率高，驱动复制过程中的各种反应减少能量浪费原核生物复制的过程起始1复制从一个特定的起始点开始，被称为复制起点复制起点包含着特殊的序列，可以与复制起始蛋白结DNA解旋合2在复制起点，双链被解开，形成两个单链，为复制DNA提供模板引物合成3引物酶在复制起点合成一段短的引物，引物是RNA DNA聚合酶合成新链的起始点DNA延伸4聚合酶以引物为起点，沿着模板链延伸，将新的脱DNA氧核苷酸连接到模板链上，形成新的链DNA终止5当两个复制叉在分子上相遇，复制过程结束DNA真核生物复制的特点多个起点核小体参与复制复制过程更复杂端粒复制真核生物基因组较大，比原真核生物的与组蛋白结真核生物的复制过程涉真核生物的染色体末端存在DNA DNA核生物更复杂为了提高效合，形成核小体结构，在复及更多酶和蛋白质，并需要端粒结构，需要特殊的酶进率，真核细胞复制从多制过程中，核小体需要被拆协调多种生物过程，例如核行复制，以防止染色体端部DNA个起点开始，形成多个复制解并重新组装小体解离、复制起始、的丢失DNA叉修复等复制错误和修复机制复制过程可能出现错误，导致碱基配细胞具有多种修复机制，可以识别并纠正DNA对错误错误修复机制包括错配修复、碱基切除修复、修复机制保证了遗传信息的稳定性和准确核苷酸切除修复等性，对于生命活动至关重要复制的调控机制DNA复制起始点的控制复制蛋白的调节复制起始点是复制的起点，其数参与复制的各种酶和蛋白的活性，DNA DNA量和活性受到严格控制，确保每个也受到细胞周期的控制，例如聚DNA分子只复制一次复制起始点的合酶的活性在细胞分裂期升高复制DNA数量与细胞周期相关，在细胞分裂期蛋白的表达水平也受到调控，以满足数量增加，而细胞间期则减少不同的复制需求复制与细胞周期的关系细胞周期1细胞生长与分裂的循环周期复制起始2复制开始于S期复制完成3复制完成后进入G2期细胞分裂4复制的DNA在M期分配到子细胞DNA复制是一个严格控制的过程它与细胞周期密切相关，确保在每次细胞分裂前将染色体复制一次，并将其平均分配到子细胞中，从而维持遗传信息的稳定性原核细胞中复制的特点单一复制起点复制速度快原核细胞的染色体只有一个复制起点，复制从该起点开始，双原核细胞的复制速度快，每分钟可以复制约1000个碱基对，比向进行真核细胞快得多复制过程与转录同时进行复制后的染色体连接在一起原核细胞的DNA复制和RNA转录过程在同一时间进行，没有核原核细胞复制结束后，两个新的染色体连接在一起，形成一个膜的阻隔环状的DNA分子，然后在细胞分裂时分离真核细胞中复制的特点多起点复制染色体结构复杂真核生物基因组较大，为了提高复制真核生物染色体拥有复杂的结构，包效率，真核细胞在每个染色体上有多括组蛋白、核小体、染色质等，这使个复制起点，每个起点都独立进行复得复制过程更为复杂，需要多种蛋白制，最终形成多个复制叉质的参与，并与细胞周期的调控紧密相关病毒复制的特点DNA依赖宿主机制病毒多样性复制过程复杂DNA病毒缺乏自身复制系统，必须依赖宿不同病毒的结构和复制方式存在差病毒复制过程往往更加复杂，涉及DNA DNA主细胞的酶和蛋白质进行复制异，如单链病毒、双链病毒等多种酶和蛋白因子，并可能出现整合、DNA DNA转录等步骤环状和线性的复制DNA环状线性DNA DNA环状通常在细菌中发现，以其闭合的线性通常在真核生物中发现，具有两DNA DNA环状结构为特征，在复制时需要特殊的机个末端，在复制过程中需要解决末端复制制的问题复制起点聚合酶DNA复制起点是复制起始的特定位点，在聚合酶在复制过程中负责合成新的DNA DNA DNA环状和线性中都存在，决定了复制的链，通过识别模板链，并将正确的核苷酸DNA方向添加到新链中线粒体和叶绿体的复制半自主复制环状DNA12线粒体和叶绿体拥有自身线粒体和叶绿体为环状DNA的，可以独立复制结构，复制过程与细菌类DNA似母系遗传突变与疾病34线粒体和叶绿体主要来线粒体和叶绿体的突变DNA DNA自母本，遵循母系遗传模会导致一些遗传疾病式引导的复制RNA DNA引导的复制机制逆转录酶逆转录病毒RNA DNA引导的复制是指利用作为模逆转录酶是引导的复制的关键逆转录病毒是利用引导的复制RNA DNA RNA RNA DNA RNADNA板合成的过程，这种机制在某些病酶，它可以利用作为模板合成机制进行复制的病毒，如病毒DNARNADNA HIV毒和细菌中发挥着重要作用链反转录病毒的复制逆转录整合转录和翻译反转录病毒使用逆转录酶将遗合成的能够整合到宿主细胞的整合的病毒能够在宿主细胞中RNADNA DNA传物质逆转录为基因组中，从而持续地复制被转录和翻译，产生新的病毒粒DNA子癌变过程中的复制DNA复制速率复制错误癌细胞的复制速率通常比正常细癌细胞中的复制过程往往伴随着DNA DNA胞快这是因为癌细胞通常会过度表更多的错误这些错误可能导致基因达参与复制过程的酶和蛋白，导致复突变，进一步促进肿瘤的生长和扩散制过程加速克隆技术中的复制DNA体细胞核移植多利羊克隆技术利用复制机制，将来自供体年，世界上第一只克隆羊多利诞生，DNA1996生物体的细胞核移植到去核卵细胞中，形标志着克隆技术的突破，证明了复制DNA成重组胚胎在克隆中的重要性复制过程遗传信息DNA克隆技术依赖于复制的高保真性，确克隆技术可用于复制具有优良性状的生物DNA保复制后的与原有完全一致，保证体，在农业、畜牧业和生物医药领域具有DNA DNA克隆个体遗传信息的准确性巨大应用潜力指纹技术中的复制DNA个体识别遗传疾病诊断12指纹技术可以准确识别个体，在刑事案件和亲子鉴定通过分析指纹，可以诊断遗传疾病，例如唐氏综合征DNA DNA中应用广泛种群研究生物多样性保护34指纹技术可以用来研究物种的进化关系和遗传多样性通过指纹技术可以识别濒危物种，帮助保护生物多样DNA DNA性尾状病毒包装机制DNA病毒粒子蛋白质外壳尾状病毒通过其复杂的结构包装其基因组病毒基因组被包裹在蛋白质外壳内，形成一个称为头部DNA包装过程感染过程被压缩并包装进头部，并在尾部结构包装好的能够成功感染宿主细菌，并DNADNA的帮助下注入宿主细胞完成复制周期修复与生命的延续DNA修复的重要性修复机制修复与生命DNA分子是生命遗传信息的载体修复机制主要分为直接修复、切修复机制对维持生命至关重要DNADNADNADNA复制过程不可避免地会产生一些错误，除修复和重组修复这些机制通过不修复机制的缺陷会导致遗传疾病，甚这些错误会导致基因突变修复同的途径，识别和修复损伤，防至癌症的发生研究修复机制可DNADNADNA机制可以修复这些错误，从而保证遗止基因突变以帮助我们理解生命现象，并为治疗传信息的完整性，维持生命活动相关疾病提供新的思路复制异常与疾病DNA复制错误染色体异常癌症DNA复制过程可能出现错误，导致基因突复制异常可能导致染色体结构改变，复制失控会导致细胞过度增殖，形成变，增加患病风险引起遗传病，如唐氏综合征肿瘤，影响人体健康总结与展望复制是一个复杂而精确的过程它对于生命体的遗传信息传递和维DNA持至关重要随着科学技术的不断发展，我们对复制机制的理解不断深入未来，DNA研究将聚焦于更深入地揭示复制过程的调控机制，以及复制异常与疾病的关系。