Chapter 5 DNA Replication
DNA复制
一 DNA 复制概述 an overview
? 复制子 (Replicons)：以单一单位复制的任一段 DNA
称为复制子，在单个复制子内部,DNA复制从起始
点开始复制，通常复制叉从起始点（ origin）两个方
向进行复制，随着双链的解链模板被复制直至终点
（ terminus）。
? 每个复制子使用一次，并且在每个细胞周期中只使
用一次。原核基因组中只含一个复制子，细菌染色
体本身就是一个最大的复制子。
1.半保留复制
? 半保留复制（ semiconservative
replication)：在复制中,DNA双螺旋的
两条链解开，并分别作为模板指导以
dNTT为前体的互补子链的合成，这样每
个子代细胞接受亲代 DNA双链中的一条。
Semi-conservative mechanism
2半不连续复制
（ semidiscontinuous replication）
每个复制叉中的前导链（ leading strand）
是连续复制的，而后随链（ lagging strand）
是以反方向合成不连续的短片段，这样的
短片断在原核生物中约 1000-2000nt，在
真核生物中约 100-200nt长，由 DNA连接酶
连接。这种机制存在的原因是 DNA只能由
5‘-3’方向复制。
3 复制的起点、方向和速度
? 复制起点是固定的，表现为固定的序列，
并识别参与复制的特殊蛋白质。
? 复制叉移动的方向和速度多种多样，但
以双向等速为主。
4 复制的几种方式
线性 DNA的复制
环状双链 DNA的复制
θ型 滚环型 D－环型
线性 DNA复制
? A replication eye is a region in which DNA has
been replicated within a longer,unreplicated region,
? A replication fork (Growing point) is the point at
which strands of parental duplex DNA are separated
so that replication can proceed,A complex of
proteins including DNA polymerase is found at the
fork,
? Unidirectional replication refers to the movement
of a single replication fork from a given origin,
? Bidirectional replication describes a system in
which an origin generates two replication forks that
proceed away from the origin in opposite directions,
? The rolling circle is a mode
of replication in which a
replication fork proceeds
around a circular template
for an indefinite number of
revolutions; the DNA strand
newly synthesized in each
revolution displaces the
strand synthesized in the
previous revolution,giving
a tail containing a linear
series of sequences
complementary to the
circular template strand.
? its name as the
displacement or D
loop
5 解决线性 DNA的起始复制问题）
? RNA引导：前导链及所有的后随链片段的 DNA合成都由短的
RNA片段引导起始，然后沿 DNA模板延伸。引物在连接前被
去掉并填补上 DNA。这种机制有助于保持高度的复制保真
性。
? All DNA polymerases require a 3 –OH priming end
to initiate DNA synthesis,
? The priming end can be provided by an RNA
primer,a nick in DNA,or a priming protein,
? For DNA replication,a special RNA polymerase
called a primase synthesizes an RNA chain that
provides the priming end,
Priming（ 引导） is required to
start DNA synthesis
Primase（引发酶）
? A primase is required to catalyze the actual priming
reaction,This is provided by a special RNA polymerase
activity,the product of the dnaG gene,The enzyme is a
single polypeptide of 60 kD (much smaller than RNA
polymerase),
? The primase is an RNA polymerase that is used only under
specific circumstances,that is,to synthesize short
stretches of RNA that are used as primers for DNA
synthesis,DnaG primase associates transiently with the
replication complex,and typically synthesizes an 11-12
base primer,
二 Bacterial DNA replication
? 第一轮复
制完成前，
细菌在新
的起始点
（ O）又
起始了新
一轮复
制,T表示
终止点。
? 起始：复制是通过起始的速率来调控的。
在大肠杆菌的复制起始点 oriC处的起始涉
及到在起始蛋白符合体（ DnaA－ ATP）
处的 DNA的缠绕以及在富含 AT序列处双
链的 解链 。
? DnaA酶的含量与生长速度相关。起始蛋
白的合成与生长速度相偶联，因而复制
的起始也与生长速度相偶联。
Initiation
? ori C是一段包含 4个 9bp的序列和 3个
13bp的序列，能与与起始蛋白 DnaA结合，
在细菌细胞中与细胞膜相连。
? DnaA形成 30-40个分子构成的复合体，
帮助 3个长 13bp富含 AT的重复序列的解
旋，提供 DnaB（解旋酶）结合。
? DnaB是个 DNA解旋酶（ DNA helicase），
利用 ATP水解的能量进一步解开双链 DNA，
形成的单链泡与单链结合蛋白 SSB结合，
防止发生断裂及重新复性。
? SSB蛋白的作用是保证被解旋酶解开的单
链在复制完成前保持单链状态，不具有
解链作用。
? DnaA 解链的作用
? DnaB是个 DNA解旋酶，
利用 ATP水解的能量
进一步解开双链 DNA。
? 形成的单链泡与单链
结合蛋白 SSB结合，
防止发生断裂及重新
复性 。
解旋 Unwinding
? 为了使起始于起始点的复制不断进行,DNA解
旋酶沿着模板前进，并打开双螺旋使复制顺利
进行。除 DnaB外，另一解旋酶（ Rep蛋白）可
结合到另一条链（前导链）上以帮助复制，
SSB蛋白的结合进一步推进了解链的进行。
? Ⅱ 型拓扑异构酶即 DNA旋转酶引入负超螺旋，
抵消复制叉的推进产生的正超螺旋。
延伸 Elongation
? DNA引发酶结合到 DNA上并合成一段短的 RNA
引物，从而引发第一个复制叉的先导链的复制。
? 引发体（ primosome)的移动复合体在后随链上
每隔 1000-2000nt就合成 1个 RNA引物。
? 前导链和后随链的引物都由 DNA polⅢ 延伸。
? DNA pol Ⅲ 是二聚体，一个单体用于先导链的
合成，另一个用于后随链的合成。一个复合体
中具有两个聚合酶可以保证两条链以同样的速
度进行合成。
? 一旦后随链的引物被 DNA pol Ⅲ 延伸，会由 DNA
polⅠ 来将引物去除，并填补上 DNA。 DNA polⅠ 具有
5‘－ 3’聚合酶,5‘-3’外切核酸酶以及 3‘-5’校正外切核酸
酶活性。
? 5‘-3’外切核酸酶在去掉引物的同时，聚合酶通过延伸
邻近冈崎片段 3‘DNA来填补缺口。两个片段最后的磷酸
二酯键是由 DNA连接酶 来催化完成的。
? 在大肠杆菌中 DNA聚合酶利用 NAD+作为能量来源。
DNA聚合酶 (DNA polymerase)
DNA聚合酶的共同特点是：
（ 1）需要提供合成模板；
? （ 2） 不能起始新的 DNA链, 必须要有引
物提供 3'－ OH；
? （ 3） 合成的方向都是 5‘→ 3’
? （ 4） 除聚合 DNA外还有其它功能 。
大肠杆菌的三合酶种聚合酶
? DNA聚合酶 I在半保留复制中起一个辅助
的作用，涉及到修复被破坏的 DNA，冈
崎片段引物缺口 DNA合成
? DNA聚合酶 II同样隐含有修复的作用。
? DNA聚合酶 III，一个多亚基的蛋白质，
是负责全程合成新的 DNA链的复制酶，
E.coli 中的三种 DNA多聚酶
DNApolⅠ DNApol Ⅱ DNA pol Ⅲ
结
构
分子量 109 KD 90 KD 900 KD
构成 单体 单体 异多聚体
分子数 /细胞 400？ 10-20
酶
活
性：
5 → 3`聚合酶 + + +
3`→ 5`外切酶 + + +
5`→ 3`外切酶 + － － (可切单链 )
突
变
体
突变位点 pol A pol B polC(dnaE),dnaN,
dnaZX,dnaQ,dnaT
突变表型 修复有缺陷 能修复 阻止复制
? α Α alpha ['?lfa]
β Β beta ['bi:t? / 'beit?]
γ Γ gamma ['g?m?]
δ Γ delta ['delt?]
ε Δ epsilon ['epsil?n / ep'sail?n]
δ Ε zeta ['zi:t?]
ε Ζ eta ['i:t? / 'eit?]
ζ Θ theta ['ζit?]
η Η iota [ai'out?]
θ Κ kappa ['k?p?]
ι Λ lamda ['l?md?]
? κ Μ mu [mju:]
λ Ν nu [nju:]
μ Ξ xi [ksai / gzai / zai]
ν Ο omicron [ou'maikr?n]
π Π pi [pai]
ξ Ρ rho [rou]
ζ ? sigma ['sigm?]
η Σ tau [tau]
υ Τ upsilon ['ju:psilon / ju:p'sail?n] o 是反 c 。
θ Φ phi [fai]
χ Υ chi [kai]
ψ Φ psi [psi:]
ω Χ omega ['oumig? / ou'mi:g?]
DNA多聚酶 Ⅲ
? The Pol Ⅲ holoenzyme,在 DNA合成过程
中延伸前导链和滞后链, 是一个多亚基酶,
由 10个不同的多肽构成,900kD
? 在大肠杆菌 DNA复制过程中,在体内复制
速率是 1000nt/sec,在体外是 700nt/sec.
? 核心酶,由 αθ ε三个亚基构成,α具有聚
合酶活性,θ 激发 ε外切酶活性,ε 3’-5’
外切酶活性,
DNA多聚酶 Ⅲ 的结构
P o l Ⅲ
*
核心酶 α, 1 3 0 K ( p o l C 即 d n a E) — D N A 合成
( 4 7 0 K ) ( 1 6 5 K ) ε, 2 5 K ( dna θ ) — 3 ' － 5' 外切酶活性,校对
2 核心＋ 2 τ 合成 D N A θ, 10K —使核心酶相互连接。
Pol Ⅲ ' 增加进行性
( 7 5 0 K ) τ, 7 1 K ( d n a Z X ) —使核心酶形成二聚体，与模板连接。具有
全酶 使 γδ 复 ATP 活性。
合成前 合体结合
导 链和 模板 δ, 3 2 K E F Ⅲ,催化 β 亚基转移到模板链上。 E F Ⅱ
后滞链 γδ 复合体 γ, 5 2 K ( d n a Z X ) 催化 β 亚基转移到模板链上。
( 附加亚基 ) δ ', 35K
χ, 1 5 K
ψ, 12K
β, 4 0 K ( d n a N ) —识别模板链，将酶,夹”到 D N A 链上。
图 1 1 - 2 3 D N A 聚合酶 Ⅲ 的成分与功能
一个理论的 DNA聚合酶 III的组装模型
一个全酶在 DNA上分三个阶段组装：
l一个 β二聚体和一个 γ复合物识别一个引物模版形成一个初始前复合物 。
在这个反应中, γ复合物切断 ATP并且将 β子基转到引导模版上去 。 一对 β
子基形成了一个夹板, 和 DNA结合 。 γ复合物是一个使用 ATP水解产生的
能量驱动 β子基和 DNA结合的, 夹板装载器, 。
? l和 DNA的结合改变了 β子基和 γ复合物结合点的构造, 并且, 导致它现
在和核心聚合酶更亲密 。 这个促进了核心聚合酶的结合, 也就是核心聚
合酶被带到 DNA上的方法 。
? l一个 τ二聚体和核心聚合酶结合, 并且提供了一个二聚化的功能和第二
个 （ 与另外一个 β夹板相结合的 ） 核心聚合酶结合 。 这个全酶是不对称
的, 因为它只有一个 γ复合物 。
? 每一个全酶的核心复合物合成一条新的 DNA链 。 因为夹板装载器被用来
从 DNA上卸载 β复合物, 两个核心具有不同的和 DNA分离的能力 。 这个是
和前导链连续的合成 （ 聚合酶需要一直和模版结合 ） 以及后随链间断的
合成 （ 聚合酶需要反复的与模版结合和分离 ） 相对应的 。 γ复合物和合成
后随链的核心酶结合, 并且在冈崎片段的合成中起着重要的作用 。
图 15.14 DNA聚合酶 III全酶的
β子基包括一个首尾连接的
（两个子基分别用红和橙色来
表示）二聚体形成了一个完全
包围 DNA双链（在中间）的环。
上面的一幅图显示一个被酶包
围的 DNA双链的横截面；下面
的一幅图是一个从侧面看的空
间填充图（两条链分别用白色
和绿色表示）
?β二聚体使得全酶的持续性非
常高 。 β和 DNA结合的很紧密,
但是可以沿着双链分子滑动 。
β的晶体结构表明它形成了一
个环状结构的二聚体 。 在 图
15.14的模型中表明了 β环和
DNA双链螺旋结构的关系 。 这
个二聚体包围着双链, 提供了
一个, 活动夹板, 允许全酶沿
着 DNA滑动 。 这种结构解释了
高持续性 --因为酶无法脱落 ！
?,.\..\..\flash\Coordina
tion of Leading- and
Lagging-Strand
Synthesis.swf
终止与分离
? ?Terminus,containing several terminator sites (ter)
approximately 180o opposite oirC.
? ?Tus protein,ter binding protein,an inhibitor of the
DnaB helicase
? 两个复制叉在 oriC约 180的对面。在这一区域内有几
个终止子的位点，它们与 tus基因产物即一种 DnaB
解旋酶的抑制剂结合，从而阻止复制叉的移动。这
样即使一个复制叉由于某种原因拖延了，它们仍会
在终止处相遇。复制结束时，两个子链仍是相扣的，
它们由拓扑异构酶 解旋，结果随着膜的附着点移动
而相互分离，分配到 2个子细胞中。
Eukaryotic
DNA replication
Iniation of multiple
replicons
? 1,Clusters of about 20-50 replicons initiate
? simultaneously at defined times throughout
Sphase
? ? Early S-phase,euchromatin replication
? ? Late S-phase,heterochromatin replication
? ? Centromeric and telomeric DNA replicate last
? Eukaryotic cells
have many DNA
polymerases,The
replicative enzymes
operate with high
fidelity,Except for
the β enzyme,the
repair enzymes all
have low fidelity,
Replicative enzymes
have large
structures,with
separate subunits
for different
activities,Repair
enzymes have
much simpler
structures.
? Elongation,three different DNA polymerases are
? involved,
? 1,DNA pol α,contains primase activity and synthesizes
RNA primers for the leading strands and each lagging
strand fragments,Continues elongation with DNA but
is replaced by the other two polymerases quickly.
? 2,DNA pol δ,on the leading strand that replaces DNA
pol a,can synthesize long DNA
? 3,DNA pol ε,on the lagging strand that replaces DNA
pol a,synthesized Okazaki fragments are very short
(135 bp in SV40),reflecting the amount of DNA
unwound from each nucleosome.
三种职责不同的 DNA聚合酶
作业
? 1名词解释,θ 型, 滚环复制, D环复制,
半保留复制, 复制子, 半不连续复制,
前导链, 后随链, RNA引导, 引发酶,
引发体, DNA聚合酶, 冈崎片段, DNA
连接酶, 单链结合蛋白
? 2简述细菌 DNA复制过程
? 3简述细菌 DNA聚合酶 Ⅲ 组成, 及各亚基
的组装方式
DNA复制
一 DNA 复制概述 an overview
? 复制子 (Replicons)：以单一单位复制的任一段 DNA
称为复制子，在单个复制子内部,DNA复制从起始
点开始复制，通常复制叉从起始点（ origin）两个方
向进行复制，随着双链的解链模板被复制直至终点
（ terminus）。
? 每个复制子使用一次，并且在每个细胞周期中只使
用一次。原核基因组中只含一个复制子，细菌染色
体本身就是一个最大的复制子。
1.半保留复制
? 半保留复制（ semiconservative
replication)：在复制中,DNA双螺旋的
两条链解开，并分别作为模板指导以
dNTT为前体的互补子链的合成，这样每
个子代细胞接受亲代 DNA双链中的一条。
Semi-conservative mechanism
2半不连续复制
（ semidiscontinuous replication）
每个复制叉中的前导链（ leading strand）
是连续复制的，而后随链（ lagging strand）
是以反方向合成不连续的短片段，这样的
短片断在原核生物中约 1000-2000nt，在
真核生物中约 100-200nt长，由 DNA连接酶
连接。这种机制存在的原因是 DNA只能由
5‘-3’方向复制。
3 复制的起点、方向和速度
? 复制起点是固定的，表现为固定的序列，
并识别参与复制的特殊蛋白质。
? 复制叉移动的方向和速度多种多样，但
以双向等速为主。
4 复制的几种方式
线性 DNA的复制
环状双链 DNA的复制
θ型 滚环型 D－环型
线性 DNA复制
? A replication eye is a region in which DNA has
been replicated within a longer,unreplicated region,
? A replication fork (Growing point) is the point at
which strands of parental duplex DNA are separated
so that replication can proceed,A complex of
proteins including DNA polymerase is found at the
fork,
? Unidirectional replication refers to the movement
of a single replication fork from a given origin,
? Bidirectional replication describes a system in
which an origin generates two replication forks that
proceed away from the origin in opposite directions,
? The rolling circle is a mode
of replication in which a
replication fork proceeds
around a circular template
for an indefinite number of
revolutions; the DNA strand
newly synthesized in each
revolution displaces the
strand synthesized in the
previous revolution,giving
a tail containing a linear
series of sequences
complementary to the
circular template strand.
? its name as the
displacement or D
loop
5 解决线性 DNA的起始复制问题）
? RNA引导：前导链及所有的后随链片段的 DNA合成都由短的
RNA片段引导起始，然后沿 DNA模板延伸。引物在连接前被
去掉并填补上 DNA。这种机制有助于保持高度的复制保真
性。
? All DNA polymerases require a 3 –OH priming end
to initiate DNA synthesis,
? The priming end can be provided by an RNA
primer,a nick in DNA,or a priming protein,
? For DNA replication,a special RNA polymerase
called a primase synthesizes an RNA chain that
provides the priming end,
Priming（ 引导） is required to
start DNA synthesis
Primase（引发酶）
? A primase is required to catalyze the actual priming
reaction,This is provided by a special RNA polymerase
activity,the product of the dnaG gene,The enzyme is a
single polypeptide of 60 kD (much smaller than RNA
polymerase),
? The primase is an RNA polymerase that is used only under
specific circumstances,that is,to synthesize short
stretches of RNA that are used as primers for DNA
synthesis,DnaG primase associates transiently with the
replication complex,and typically synthesizes an 11-12
base primer,
二 Bacterial DNA replication
? 第一轮复
制完成前，
细菌在新
的起始点
（ O）又
起始了新
一轮复
制,T表示
终止点。
? 起始：复制是通过起始的速率来调控的。
在大肠杆菌的复制起始点 oriC处的起始涉
及到在起始蛋白符合体（ DnaA－ ATP）
处的 DNA的缠绕以及在富含 AT序列处双
链的 解链 。
? DnaA酶的含量与生长速度相关。起始蛋
白的合成与生长速度相偶联，因而复制
的起始也与生长速度相偶联。
Initiation
? ori C是一段包含 4个 9bp的序列和 3个
13bp的序列，能与与起始蛋白 DnaA结合，
在细菌细胞中与细胞膜相连。
? DnaA形成 30-40个分子构成的复合体，
帮助 3个长 13bp富含 AT的重复序列的解
旋，提供 DnaB（解旋酶）结合。
? DnaB是个 DNA解旋酶（ DNA helicase），
利用 ATP水解的能量进一步解开双链 DNA，
形成的单链泡与单链结合蛋白 SSB结合，
防止发生断裂及重新复性。
? SSB蛋白的作用是保证被解旋酶解开的单
链在复制完成前保持单链状态，不具有
解链作用。
? DnaA 解链的作用
? DnaB是个 DNA解旋酶，
利用 ATP水解的能量
进一步解开双链 DNA。
? 形成的单链泡与单链
结合蛋白 SSB结合，
防止发生断裂及重新
复性 。
解旋 Unwinding
? 为了使起始于起始点的复制不断进行,DNA解
旋酶沿着模板前进，并打开双螺旋使复制顺利
进行。除 DnaB外，另一解旋酶（ Rep蛋白）可
结合到另一条链（前导链）上以帮助复制，
SSB蛋白的结合进一步推进了解链的进行。
? Ⅱ 型拓扑异构酶即 DNA旋转酶引入负超螺旋，
抵消复制叉的推进产生的正超螺旋。
延伸 Elongation
? DNA引发酶结合到 DNA上并合成一段短的 RNA
引物，从而引发第一个复制叉的先导链的复制。
? 引发体（ primosome)的移动复合体在后随链上
每隔 1000-2000nt就合成 1个 RNA引物。
? 前导链和后随链的引物都由 DNA polⅢ 延伸。
? DNA pol Ⅲ 是二聚体，一个单体用于先导链的
合成，另一个用于后随链的合成。一个复合体
中具有两个聚合酶可以保证两条链以同样的速
度进行合成。
? 一旦后随链的引物被 DNA pol Ⅲ 延伸，会由 DNA
polⅠ 来将引物去除，并填补上 DNA。 DNA polⅠ 具有
5‘－ 3’聚合酶,5‘-3’外切核酸酶以及 3‘-5’校正外切核酸
酶活性。
? 5‘-3’外切核酸酶在去掉引物的同时，聚合酶通过延伸
邻近冈崎片段 3‘DNA来填补缺口。两个片段最后的磷酸
二酯键是由 DNA连接酶 来催化完成的。
? 在大肠杆菌中 DNA聚合酶利用 NAD+作为能量来源。
DNA聚合酶 (DNA polymerase)
DNA聚合酶的共同特点是：
（ 1）需要提供合成模板；
? （ 2） 不能起始新的 DNA链, 必须要有引
物提供 3'－ OH；
? （ 3） 合成的方向都是 5‘→ 3’
? （ 4） 除聚合 DNA外还有其它功能 。
大肠杆菌的三合酶种聚合酶
? DNA聚合酶 I在半保留复制中起一个辅助
的作用，涉及到修复被破坏的 DNA，冈
崎片段引物缺口 DNA合成
? DNA聚合酶 II同样隐含有修复的作用。
? DNA聚合酶 III，一个多亚基的蛋白质，
是负责全程合成新的 DNA链的复制酶，
E.coli 中的三种 DNA多聚酶
DNApolⅠ DNApol Ⅱ DNA pol Ⅲ
结
构
分子量 109 KD 90 KD 900 KD
构成 单体 单体 异多聚体
分子数 /细胞 400？ 10-20
酶
活
性：
5 → 3`聚合酶 + + +
3`→ 5`外切酶 + + +
5`→ 3`外切酶 + － － (可切单链 )
突
变
体
突变位点 pol A pol B polC(dnaE),dnaN,
dnaZX,dnaQ,dnaT
突变表型 修复有缺陷 能修复 阻止复制
? α Α alpha ['?lfa]
β Β beta ['bi:t? / 'beit?]
γ Γ gamma ['g?m?]
δ Γ delta ['delt?]
ε Δ epsilon ['epsil?n / ep'sail?n]
δ Ε zeta ['zi:t?]
ε Ζ eta ['i:t? / 'eit?]
ζ Θ theta ['ζit?]
η Η iota [ai'out?]
θ Κ kappa ['k?p?]
ι Λ lamda ['l?md?]
? κ Μ mu [mju:]
λ Ν nu [nju:]
μ Ξ xi [ksai / gzai / zai]
ν Ο omicron [ou'maikr?n]
π Π pi [pai]
ξ Ρ rho [rou]
ζ ? sigma ['sigm?]
η Σ tau [tau]
υ Τ upsilon ['ju:psilon / ju:p'sail?n] o 是反 c 。
θ Φ phi [fai]
χ Υ chi [kai]
ψ Φ psi [psi:]
ω Χ omega ['oumig? / ou'mi:g?]
DNA多聚酶 Ⅲ
? The Pol Ⅲ holoenzyme,在 DNA合成过程
中延伸前导链和滞后链, 是一个多亚基酶,
由 10个不同的多肽构成,900kD
? 在大肠杆菌 DNA复制过程中,在体内复制
速率是 1000nt/sec,在体外是 700nt/sec.
? 核心酶,由 αθ ε三个亚基构成,α具有聚
合酶活性,θ 激发 ε外切酶活性,ε 3’-5’
外切酶活性,
DNA多聚酶 Ⅲ 的结构
P o l Ⅲ
*
核心酶 α, 1 3 0 K ( p o l C 即 d n a E) — D N A 合成
( 4 7 0 K ) ( 1 6 5 K ) ε, 2 5 K ( dna θ ) — 3 ' － 5' 外切酶活性,校对
2 核心＋ 2 τ 合成 D N A θ, 10K —使核心酶相互连接。
Pol Ⅲ ' 增加进行性
( 7 5 0 K ) τ, 7 1 K ( d n a Z X ) —使核心酶形成二聚体，与模板连接。具有
全酶 使 γδ 复 ATP 活性。
合成前 合体结合
导 链和 模板 δ, 3 2 K E F Ⅲ,催化 β 亚基转移到模板链上。 E F Ⅱ
后滞链 γδ 复合体 γ, 5 2 K ( d n a Z X ) 催化 β 亚基转移到模板链上。
( 附加亚基 ) δ ', 35K
χ, 1 5 K
ψ, 12K
β, 4 0 K ( d n a N ) —识别模板链，将酶,夹”到 D N A 链上。
图 1 1 - 2 3 D N A 聚合酶 Ⅲ 的成分与功能
一个理论的 DNA聚合酶 III的组装模型
一个全酶在 DNA上分三个阶段组装：
l一个 β二聚体和一个 γ复合物识别一个引物模版形成一个初始前复合物 。
在这个反应中, γ复合物切断 ATP并且将 β子基转到引导模版上去 。 一对 β
子基形成了一个夹板, 和 DNA结合 。 γ复合物是一个使用 ATP水解产生的
能量驱动 β子基和 DNA结合的, 夹板装载器, 。
? l和 DNA的结合改变了 β子基和 γ复合物结合点的构造, 并且, 导致它现
在和核心聚合酶更亲密 。 这个促进了核心聚合酶的结合, 也就是核心聚
合酶被带到 DNA上的方法 。
? l一个 τ二聚体和核心聚合酶结合, 并且提供了一个二聚化的功能和第二
个 （ 与另外一个 β夹板相结合的 ） 核心聚合酶结合 。 这个全酶是不对称
的, 因为它只有一个 γ复合物 。
? 每一个全酶的核心复合物合成一条新的 DNA链 。 因为夹板装载器被用来
从 DNA上卸载 β复合物, 两个核心具有不同的和 DNA分离的能力 。 这个是
和前导链连续的合成 （ 聚合酶需要一直和模版结合 ） 以及后随链间断的
合成 （ 聚合酶需要反复的与模版结合和分离 ） 相对应的 。 γ复合物和合成
后随链的核心酶结合, 并且在冈崎片段的合成中起着重要的作用 。
图 15.14 DNA聚合酶 III全酶的
β子基包括一个首尾连接的
（两个子基分别用红和橙色来
表示）二聚体形成了一个完全
包围 DNA双链（在中间）的环。
上面的一幅图显示一个被酶包
围的 DNA双链的横截面；下面
的一幅图是一个从侧面看的空
间填充图（两条链分别用白色
和绿色表示）
?β二聚体使得全酶的持续性非
常高 。 β和 DNA结合的很紧密,
但是可以沿着双链分子滑动 。
β的晶体结构表明它形成了一
个环状结构的二聚体 。 在 图
15.14的模型中表明了 β环和
DNA双链螺旋结构的关系 。 这
个二聚体包围着双链, 提供了
一个, 活动夹板, 允许全酶沿
着 DNA滑动 。 这种结构解释了
高持续性 --因为酶无法脱落 ！
?,.\..\..\flash\Coordina
tion of Leading- and
Lagging-Strand
Synthesis.swf
终止与分离
? ?Terminus,containing several terminator sites (ter)
approximately 180o opposite oirC.
? ?Tus protein,ter binding protein,an inhibitor of the
DnaB helicase
? 两个复制叉在 oriC约 180的对面。在这一区域内有几
个终止子的位点，它们与 tus基因产物即一种 DnaB
解旋酶的抑制剂结合，从而阻止复制叉的移动。这
样即使一个复制叉由于某种原因拖延了，它们仍会
在终止处相遇。复制结束时，两个子链仍是相扣的，
它们由拓扑异构酶 解旋，结果随着膜的附着点移动
而相互分离，分配到 2个子细胞中。
Eukaryotic
DNA replication
Iniation of multiple
replicons
? 1,Clusters of about 20-50 replicons initiate
? simultaneously at defined times throughout
Sphase
? ? Early S-phase,euchromatin replication
? ? Late S-phase,heterochromatin replication
? ? Centromeric and telomeric DNA replicate last
? Eukaryotic cells
have many DNA
polymerases,The
replicative enzymes
operate with high
fidelity,Except for
the β enzyme,the
repair enzymes all
have low fidelity,
Replicative enzymes
have large
structures,with
separate subunits
for different
activities,Repair
enzymes have
much simpler
structures.
? Elongation,three different DNA polymerases are
? involved,
? 1,DNA pol α,contains primase activity and synthesizes
RNA primers for the leading strands and each lagging
strand fragments,Continues elongation with DNA but
is replaced by the other two polymerases quickly.
? 2,DNA pol δ,on the leading strand that replaces DNA
pol a,can synthesize long DNA
? 3,DNA pol ε,on the lagging strand that replaces DNA
pol a,synthesized Okazaki fragments are very short
(135 bp in SV40),reflecting the amount of DNA
unwound from each nucleosome.
三种职责不同的 DNA聚合酶
作业
? 1名词解释,θ 型, 滚环复制, D环复制,
半保留复制, 复制子, 半不连续复制,
前导链, 后随链, RNA引导, 引发酶,
引发体, DNA聚合酶, 冈崎片段, DNA
连接酶, 单链结合蛋白
? 2简述细菌 DNA复制过程
? 3简述细菌 DNA聚合酶 Ⅲ 组成, 及各亚基
的组装方式
