第十章 DNA的合成

第三篇遺傳信息的傳遞與表達(dá)DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯逆向轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制中心法則基因（gene）：DNA上的功能單位，能夠編碼RNA或者蛋白質(zhì)的一段DNA序列?；虮磉_(dá)（geneexpression）：基因轉(zhuǎn)錄與翻譯的過程。第十章DNA的生物合成

——復(fù)制

replication復(fù)制(replication)

是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復(fù)制親代DNA子代DNA復(fù)制的基本規(guī)律BasicRulesofDNAReplication第一節(jié)一、半保留復(fù)制是DNA復(fù)制的基本特征*半保留復(fù)制的定義：

DNA合成時(shí)，母鏈雙鏈DNA解鏈為單鏈，并以各單鏈為模板（template），按照堿基互補(bǔ)規(guī)則合成子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一條單鏈為親代模板，另一條為與之互補(bǔ)的新鏈，兩個(gè)子細(xì)胞的DNA與親代的相同。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉子代DNA

目錄ThehypothesisofsemiconservativereplicationproposedbyWatsonandCrickin1953.含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第二代實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。半保留復(fù)制的意義遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的?！锓N的進(jìn)化二.雙向復(fù)制真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子(replicon)

。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位多復(fù)制子的復(fù)制DNA鏈的延伸方向:5’3’順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。

領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。

DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化第二節(jié)TheEnzymologyandTopologyofDNAReplication參與DNA復(fù)制的物質(zhì)：

底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTPDNA聚合酶:依賴DNA的DNA聚合酶(DDDP)模板(template):解開成單鏈的DNA母鏈引物(primer):

提供3

-OH末端

其他的酶和蛋白質(zhì)因子

在RNA引物的3’–OH末端，dNTP按堿基互補(bǔ)配對原則逐個(gè)加入而延長DNA鏈，其化學(xué)本質(zhì)是生成3’,5’-磷酸二酯鍵。全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol活性：1.5

3

聚合酶的活性2.核酸外切酶活性二、DNA聚合酶催化核苷酸之間聚合5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′3

5

外切酶活性:5

3

外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性:

323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

DNApolII基因發(fā)生突變，細(xì)菌仍然能夠存活。

DNApolII參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。DNApolII（二）常見的真核細(xì)胞DNA聚合酶有五種DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

三、復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)(一)核酸外切酶活性：校讀功能DNA-polI：5’3’外切酶活性3’5’外切酶活性5’3’聚合酶活性(二)*DNA復(fù)制的保真性

嚴(yán)格的遵守堿基配對規(guī)律：A與T、G與CDNA-polIII在復(fù)制延長中對堿基的選擇功能復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-polI有即時(shí)的校讀功能246頁四、復(fù)制中的分子解鏈伴有DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。

（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)解螺旋酶(helicase)

——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。引物酶(primase)——復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶。單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。

108局部解鏈后（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)、理順DNA鏈◆拓?fù)洚悩?gòu)酶I：

切斷DNA雙鏈中的一條鏈◆拓?fù)洚悩?gòu)酶II：無ATP時(shí)，切斷處于超螺旋狀態(tài)的DNA分子雙鏈某一部位◆共同特點(diǎn)：能水解、連接磷酸二酯鍵拓?fù)洚悩?gòu)酶（I、II）五、DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口連接DNA鏈3

-OH末端和相鄰DNA鏈5

-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶(DNAligase)作用方式：DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：DNA生物合成過程TheProcessofDNAReplication第三節(jié)（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體需要解決兩個(gè)問題：1.DNA解開成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列5

3

5

3

1.DNA解鏈AAACCTATTAATAGGTGT打開雙鏈DnaADnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶SSB3

5

3

5

2.引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。

3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。

引物3'HO5'引物酶（二）復(fù)制的延長過程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol目錄階段一階段二階段三階段四原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）復(fù)制的終止過程：切除引物、填補(bǔ)空缺、連接切口5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA連接酶隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接：端粒和端粒酶端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。功能?維持染色體的穩(wěn)定性?維持DNA復(fù)制的完整性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)?由末端DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。?末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、T堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒酶(telomerase)端粒酶RNA端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶組成（CnAn）x（GnTn）x移位逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)

逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組是RNA，其復(fù)制方式是逆轉(zhuǎn)錄RNADNA二、逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)發(fā)展了中心法則逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初