第十四章：DNA的生物合成

DNA復(fù)制：以DNA為模板的DNA合成，是基因組的復(fù)制過程。在這個過程中，親代DNA作為合成模板，按堿基互補配對原則合成子代分子，其化學(xué)本質(zhì)是酶促脫氧核苷酸聚合反應(yīng)。

第一節(jié)：DNA復(fù)制的基本特征

一：DNA以半保留方式進行復(fù)制

半保留復(fù)制：在復(fù)制時，親代雙鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板，依據(jù)堿基互補配對的原則，合成序列互補的子鏈DNA雙鏈。新合成的DNA雙鏈中，其中一條來自親代，另一條是新合成的，故稱為半保留復(fù)制。

半保留復(fù)制的一個實驗依據(jù)：

二：DNA復(fù)制從起始點向兩個方向延伸

雙向復(fù)制：復(fù)制從起始點開始，向兩個方向進行解鏈。

復(fù)制叉：復(fù)制中的模板DNA形成兩個延伸方向相反的開鏈區(qū)，稱為復(fù)制叉

復(fù)制子：從一個DNA復(fù)制起點起始的DNA復(fù)制區(qū)域稱為復(fù)制子。

三：DNA復(fù)制反應(yīng)呈半不連續(xù)特征

半不連續(xù)復(fù)制：在DNA復(fù)制過程中，沿著解鏈方向生成的子鏈DNA的合成是連續(xù)進行的，這股鏈稱為前導(dǎo)鏈；另一股鏈因為復(fù)制方向與解鏈方向相反，不能連續(xù)延長，只能隨著模板鏈的解開，逐段的從5；至3；生成引物并復(fù)制子鏈。模板被打開一段，起始合成一段子鏈；再打開一段，再起始合成另一段子鏈，這一不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為后隨鏈。前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而后隨鏈不連續(xù)復(fù)制的方式成為半不連續(xù)復(fù)制。

岡崎片段：沿著后隨鏈的模板鏈合成的新DNA片段被命名為岡崎片段。

第二節(jié)：DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓撲學(xué)變化

一：DNA聚合酶催化脫氧核苷酸間的聚合

（一）原核生物有3中DNA聚合酶

DNA聚合酶1=DNApol1：對復(fù)制中的錯誤進行校對，對復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進行填補

DNA聚合酶2=DNApol2：參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)的修復(fù)和催化核苷酸酶聚合

DNA聚合酶3=DNApol3：是原核生物復(fù)制延長中真正其催化作用的酶

以上三種酶均具有5；-3；延長脫氧核苷酸鏈的聚合活性?及3；5；核酸外切酶活性

Klenow片段：用特異的蛋白酶可將DNA聚合酶1水解為兩個片段，大的被稱為klenow片段，具有DNA聚合酶活性和3；-5；核酸外切酶活性，是實驗室合成DNA和進行分子生物學(xué)研究常用的工具酶。

（二）常見的真核細胞DNA聚合酶有5種

，a：引物酶

，b：DNA修復(fù)

，r：線粒體DNA合成

，e：錯配修復(fù)

，6：前導(dǎo)鏈和后隨鏈合成，錯配修復(fù)

二：DNA聚合酶的堿基選擇和校對功能實現(xiàn)復(fù)制的保真性

（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇

DNA復(fù)制保真的關(guān)鍵是正確的堿基選擇，而堿基配對的關(guān)鍵又在于氫鍵的形成。A與t形成兩個氫鍵，g與c形成三個氫鍵，錯配堿基之間難以形成氫鍵。除化學(xué)結(jié)構(gòu)限制外，DNA聚合酶對堿基配對具有選擇作用。此外DNA聚合酶3對堿基具有選擇功能。

（二）聚合酶中的核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認切除錯配堿基并加以校正

原核生物的DNA聚合酶1，真核生物的DNA聚合酶6和DNA聚合酶e的3；-5；核酸外切酶活性都很強，可以在復(fù)制過程中辨認并切除錯配的堿基，對復(fù)制錯誤進行校正，此過程又稱為錯配修復(fù)

三：復(fù)制中的解鏈伴有DNA分子拓撲學(xué)變化

（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈的狀態(tài)

Dna A：辨認復(fù)制起始點

Dna B=解旋酶：解開DNA雙鏈

Dna C=運動和協(xié)同DnaB

Dna G=引物酶：催化rna引物生成

Ssb=單鏈結(jié)合蛋白/DNA結(jié)合蛋白：穩(wěn)定已解開的單鏈DNA

拓撲異構(gòu)酶=拓撲異構(gòu)酶2又稱促旋酶：解開超螺旋

（二）DNA拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)

DNA拓撲異構(gòu)酶1：可以切斷DNA雙鏈中的一股，防止DNA解鏈旋轉(zhuǎn)中打結(jié)，適當(dāng)時候又把切口封閉，使DNA變?yōu)樗沙跔?，這一反應(yīng)無需atp

DNA拓撲異構(gòu)酶2：切斷處于正超螺旋狀態(tài)的DNA雙鏈，使雙螺旋松弛；然后利用atp供能，松弛狀態(tài)DNA的斷端在同一個酶的催化下連接修復(fù)。

四：DNA連接酶連接復(fù)制中產(chǎn)生的單鏈缺口

DNA連接酶：連接DNA鏈3；羥基末端和另一DNA鏈的5；磷酸末端，二者間生成磷酸二酯鍵，從而將兩端相鄰的DNA鏈連接成完整的鏈。此外DNA連接酶在DNA修復(fù)、重組中也起連接缺口作用。

第三節(jié)：原核生物DNA復(fù)制過程

一：復(fù)制的起始

（一）DNA的解鏈

1.?復(fù)制有固定的起始點

2.?DNA解鏈需要多種蛋白質(zhì)的參與

3.?解鏈過程中需要DNA拓撲異構(gòu)酶

（二）引物合成和引發(fā)體形成

引物和引物酶：復(fù)制起始過程需要先合成引物，引物是由引物酶催化合成的短鏈rna分子

二：DNA鏈的延長

三：復(fù)制的終止

復(fù)制的終止包括切除引物，填補空缺和連接切口

第四節(jié)：真核生物DNA生物合成過程

一：真核生物復(fù)制的起始與原核生物基本相似

二：真核生物復(fù)制的延長發(fā)生DNA聚合酶a/6轉(zhuǎn)換

三：真核生物DNA合成后立即組裝成核小體

四：端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題

端粒酶：

第五節(jié)：逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式

一：逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組rna以逆轉(zhuǎn)錄機制復(fù)制

逆轉(zhuǎn)錄酶：催化以rna為模板合成雙鏈dna的酶，稱為逆轉(zhuǎn)錄酶

二：逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)發(fā)展了中心法則

三：真核生物線粒體DNA按d環(huán)方式復(fù)制

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