Question

7.参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质有那些?其功能分别是什么?

Answer 1

复制的过程和参与酶及因子
复制的过程分四个阶段.第一阶段,亲代DNA分子超螺旋的构象变化及双螺旋的解链,将复制的模板展现出来.第二阶段为复制的引发阶段,有引物RNA进行5′～3′方向的合成.第三阶段为DNA链的延长,在引物RNA合成基础上,进行DNA链的5′～3′方向合成,前导链连续地合成出一条长链,随从链合成出冈崎片段.去除RNA引物后,片段间形成了空隙,DNA聚合酶作用使各个片段靠近.在连接酶作用下,各片段连接成为一条长链.第四阶段为终止阶段,复制叉行进到一定部位就停止前进,最后前导链与随从链分别与各自的模板形成两个子代DNA分子,到此复制过程就完成了.
螺旋的松弛与解链 包括超螺旋的构象变化及双螺旋的解链,参与者主要为拓扑异构酶、解链酶及单链结合蛋白等.
DNA聚合酶
在原核生物及真核生物,DNA聚合酶有几种类型.
（1）原核生物大肠杆菌DNA聚合酶
1)DNA聚合酶Ⅰ.在随从链合成时,先合成了许多冈崎片段,而后由于RNA引物的去除形成了空隙,此时DNA PolⅠ它催化聚合反应,延长了各个片段,从而填补了片段间的间隙,使以上片段得以靠近,为片段连接成长链创造了条件.所以DNA polⅠ的聚合作用主要是在填补随从链片段间空隙上发挥作用.
DNA PolⅠ还具有3′→5′外切酶活性可识别并去除错误的碱基.这种活性在DNA复制中起了校对功能.DNA PolⅠ的校对活性对DNA复制的准确性起着重要作用. DNA PolⅠ还具有5′→3′外切酶活性.5′→3′外切酶活性也有修正错误的功能,补充其3′→5′外切酶修正错误的作用.例如紫外照射产生的嘧啶二聚体,就是在其5′→3′切酶作用下切除的.
DNA Pol Ⅲ结构中不对称的二聚体,同时分别催化着前导链和随从链的合成.
DNA Pol Ⅲ也具有3′→5′外切酶活性,所以对于DNA复制也有校对的功能,可停止加入或除去错误的核苷酸然后继续加正确的核苷酸.因此,DNA PolⅢ配合DNAPolI可将复制的错误率大大地降低,从10-4降为10-6或更少. 当此片段接近前方的片段时,由DNA Pol Ⅲ的5′→3′外切酶活性切除了RNA引物,造成了片段间的空间；继而DNA PolI催化进行5′→3′方向的聚合作用,填补了片段间的空隙.

PolⅠ
PolⅡ
PolⅢ

酶活性
5′→3′聚合作用
3′→5′外切酶活性
5′→3′外切酶活性

+
+
+

+
+
-

+
+
+

体外链延长速度(核苷酸/分)
600
30
9000

分子数/细胞
400
不详
10～20

功能
修复合成
去除引物填补空隙
校对
不详
复制
校对

（2）真核生物DNA聚合酶. 真核生物DNA Pol有α、β、γ、δ及 ε五种.
真核生物的DNA复制是在DNA聚合酶α与DNA聚合酶δ互配合下催化进行的,还有一些酶及蛋白质因子参与反应.DNA Polα与引发酶共同起引发作用,然后由DNA Polδ催化前导链及随从链的合成.DNA Polγ是线粒体中DNA复制酶.
DNA Polδ及ε均有外切酶活性,因此也有编辑功能,校正复制中的错误.它们的5′→3′外切酶活性可能在切除引物RNA中有作用.（2）真核生物DNA聚合酶. 真核生物DNA Pol有α、β、γ、δ及 ε五种.
酶活性
5′→3′聚合作用
3′→5′外切作用
α
β
γ
δ
ε

+
-
+

-
+

+
+

+
+

+

细胞内定位
功能
核
复制、引发
核
修复
线粒体
复制
核
复制
核
复制

真核生物DNA的复制特点 真核生物中复制进行的速度约为50个核苷酸／秒,仅为原核生物的1／10,但真核生物染色体上DNA复制起始点有多个,因此可以从几个起始点上同时进行复制.
三 修复
（一）DNA复制过程中的校正修复
DNA复制过程中会发生错误的,这可以由DNA聚合酶来修正错误.在大肠杆菌DNA复制过程中,如果有错误核苷酸掺入,DNA聚合暂时停止催化聚合作用,而是由DNA PolⅠ或 Pol的Ⅲ 3′→5′外切酶活性切除错误的碱基,然后继续再催化正确的聚合作用.真核生物DNA Polδ也具有此种校对作用.所以DNA聚合酶的校对作用是DNA复制中的修复形式,可使错配率下降至10－6.
其他能够保证DNA复制准确性的机制在于：
（1）以亲代DNA为模板,按碱基互补配对方式进行DNA复制.
（2）细胞内DNA错配修复机制,可使错配减少至10-9以下.
（二）DNA的损伤修复
修复是指针对已发生了的缺陷而施行的补救机制,DNA的修复机制的有数种方式,有光修复、切除修复、重组修复、SOS修复等,其中以切除修复最为重要.
1光修复 通过光修复酶催化而完成的,仅需300-600nm波长照射即可活化,普遍存在于各种生物,人体细胞中也有发现.通过此酶作用,可使环丁基二聚体分解为原来的非聚合状态,DNA完全恢复正常.
2切除修复 切除修复是指对DNA损伤部位先行切除,继而进行正确的合成,补充被切除的片段.大肠杆菌有两种切除修复方式.
3重组修复 当DNA分子的损伤面较大,还来不及修复完善就进行复制时,损伤部位因无模板指引,复制出来的新子链会出现缺口,这时,就靠重组蛋白recA的核酸酶活性将别一股健康的母链与缺口部分进行交换,以填补缺口.
4 SOS修复 指DNA损伤时,应急而诱导产生的修复作用,称为SOS修复.在正常情况下,修复蛋白的合成是处于低水平状态的,这是由于它们的mRNA合成受到阻遏蛋白的抑制.