DNA的合成讲义-生物化学与分子生物学.docxVIP

DNA的合成

1.掌握遗传信息传递的中心法则；DNA复制的基本规律；DNA复制的概念、方式及主要酶；逆转录的概念与过程。

2.熟悉复制起点、冈崎片段、引发体、负超螺旋的概念；DNA复制的过程，原核生物DNA复制与真核生物DNA复制的主要区别；DNA复制过程及各阶段的特点。

3.了解逆转录的发现发展了中心法则；半保留复制的实验依据和意义；真核生物复制的起始、延长、终止过程；逆转录研究的意义；真核生物DNA端粒及端粒酶。

第一节DNA复制的基本规律

DNA复制的特征主要包括半保留复制（semi-conservativereplication）、双向复制（bidirectionalreplication）、半不连续复制（semi-discontinuousreplication）。同时，DNA的复制还具有高保真性（highfidelity）。

一、DNA以半保留方式进行复制

半保留复制指的是在复制时，亲代双链DNA解开为两股单链，各自作为模板，依据碱基配对规律，合成序列互补的子代DNA双链。依据半保留复制的方式，子代DNA中保留了亲代的全部遗传信息，亲代与子代DNA之间碱基序列的高度一致遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。

二、DNA复制从起点双向进行

原核生物基因组是环状DNA，只有一个复制起点（origin）。复制从起点开始，向两个方向进行解链，进行的是单点起始双向复制。真核生物每个染色体又有多个起点，呈多起点双向复制特征。每个起点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。从一个DNA复制起点起始的DNA复制区域称为复制子（replicon）。复制子是含有一个复制起点的独立完成复制的功能单位。

三、DNA复制以半不连续方式进行

沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续进行的，这股链称为前导链（leadingstrand），另一股链因为复制方向与解链方向相反，不能连续延长，只能随着模板链的解开，逐段地从5′→3′生成引物并复制子链。模板被打开一段，起始合成一段子链；再打开一段，再起始合成另一段子链，这一不连续复制的链称为后随链（laggingstrand），沿着后随链的模板链合成的新DNA片段被命名为冈崎片段（Okazakifragment）。

四、DNA复制具有高保真性

半保留复制确保亲代和子代DNA分子之间信息传递的绝对保真性，高保真度DNA聚合酶利用严格的碱基配对原则是保证复制保真性的机制之一；体内复制叉的复杂结构提高了复制的准确性；DNA聚合酶的核酸外切酶活性和校读功能以及复制后修复系统对错配加以纠正。

第二节DNA复制的酶学和拓扑学

参与DNA复制的体系包含：①4种不同的底物（substrate）：dATP、dGTP、dCTP、dTTP；②聚合酶（polymerase）：依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol；③模板（template）：解开成两条单链的DNA母链；④引物（primer）：提供3′-OH末端，使dNTP可以依次聚合；⑤其他的酶和蛋白质因子。

一、DNA聚合酶催化脱氧核苷酸间的聚合

DNA聚合酶具有5′→3′的聚合活性和核酸外切酶活性。原核生物有3种DNA聚合酶，分别为DNA-polⅠ、DNA-polⅡ、DNA-polⅢ，其中DNA-polⅠ对复制中的错误进行校对，对复制和修复中出现的空隙进行填补；DNA-polⅡ对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合，因此认为，它参与DNA损伤的应急状态修复；DNA-polⅢ是在复制过程中真正起延长作用的酶。

二、DNA聚合酶的碱基选择和校对功能

DNA复制的保真性至少要依赖三种机制：①遵守严格的碱基配对规律；②聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；③复制出错时有即时校对功能。

三、复制中DNA分子拓扑学变化

DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。解螺旋酶（helicase）使DNA双链解开成为两条单链。引物酶（primase）是复制起始时催化生成RNA引物的酶。单链DNA结合蛋白（singlestrandedDNAbindingprotein，SSB）可在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。拓扑异构酶可使DNA处于松弛状态。

四、DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口

DNA连接酶可连接DNA链3′-OH末端和相邻DNA链5′-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。在复制中起最后接合缺口的作用，在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口的作用，是基因工程中重要的工具酶之一。

第三节原核生物DNA复制过程

原核生物DNA复制的过程分为起始、延长和终止。

一、复制的起始

DNA复制的起