备课素材：环状DNA的复制-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

环状DNA的复制 环状DNA存在于真核生物的线粒体（mtDNA）和叶绿体（cpDNA）、原核生物的拟核（大型环状DNA）和质粒（小型环状DNA），以及少数病毒（如噬菌体）中。其复制方式分为滚环式复制、D环复制和θ型复制三种类型。 复制的一些基本定义 复制子：生物体内能独立进行复制的单位称为复制子；一般真核生物核DNA上有多个复制子，因此是多起点复制的。原核生物及病毒DNA只有一个复制子，因此是单起点复制的。 复制原点：复制子中控制复制的起始位点为复制原点。复制原点含有丰富的AT序列，有利于复制启动时双链的解开。 复制终点：复制子中控制复制的终止位点为复制终点。 滚环式复制 滚环式复制常见于噬菌体及质粒中。滚环式复制大致过程如下： 1.复制起始蛋白RepA（由质粒基因编码）与复制原点结合并使一条链断裂，与5’端结合。起始蛋白RepA可以吸引解旋酶，使DNA双链解开。DNA聚合酶可以把游离的3’羟基作为引物，以未断裂的链（内侧负链）为模板进行复制。 2.复制过程中游离出的单链（外侧正链）会被与其结合的SSB（单链DNA结合蛋白）扭曲，单链会不断结合SSB蛋白，一直到复制完成，最终游离出的单链DNA上遍布SSB蛋白。 3.游离单链的两端会被RepA蛋白连接起来，然后RepA蛋白从游离单链释放。与此同时，DNA连接酶补全双链DNA的缺口。 4.以游离出的单链（正链）为模板进行DNA的复制，某一处的DNA会环化以使RNA聚合酶结合并形成引物，DNA聚合酶利用引物合成新DNA，最后DNA连接酶补上缺口，形成完整的双链质粒。 D环复制 线粒体、叶绿体和某些病毒DNA复制方式为D环复制，D环复制大致过程如下：线粒体DNA为两条链，其中内环链含有大量鸟嘌呤，鸟嘌呤是一种具有两个环的嘌呤，密度更大，因此称作重链或H链。与鸟嘌呤互补的是只具有一个环的胞嘧啶，其密度较小，因此外环链被称为轻链或L链。 重链和轻链的复制原点所在位置不同，重链的复制原点称为OH，而轻链的复制原点称为OL。 1.解旋酶与两条DNA链结合，形成以下结构，此时两条DNA链相互分开。为了防止其被核酸酶水解或重新盘绕折叠，线粒体单链结合蛋白会与单链DNA结合。 2. RNA聚合酶在开口处合成一段引物，DNA聚合酶将脱氧核苷酸连接至引物的3’。与此同时，解旋酶持续将DNA双链打开，DNA聚合酶持续将脱氧核苷酸连接至3’，形成类似字母D的结构，称为D环。 3.由于轻链还未复制，因此单链结合蛋白会持续与轻链结合，当重链的子代DNA通过轻链复制原点时，轻链DNA开始以相反方向进行复制。轻链DNA与重链DNA复制过程类似，首先利用RNA聚合酶合成一段引物，随后DNA聚合酶将原料连接在引物的3’，直至完成子链延伸。 4.最后，RNA水解酶切除RNA引物并用DNA取代，DNA连接酶补上缺口。由于四条链堆叠在一起，可能相互缠绕或形成超螺旋结构。因此利用某些酶将两个DNA分子分开。至此，线粒体DNA复制完成。 θ环复制 某些细菌拟核DNA（如大肠杆菌）复制方式为θ复制，过程如下： 学科网（北京）股份有限公司 $$