第十章 DNA的合成

第三篇遗传信息的传递与表达DNA复制RNA转录蛋白质翻译逆向转录RNA复制中心法则基因（gene）：DNA上的功能单位，能够编码RNA或者蛋白质的一段DNA序列。基因表达（geneexpression）：基因转录与翻译的过程。第十章DNA的生物合成

——复制

replication复制(replication)

是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication第一节一、半保留复制是DNA复制的基本特征*半保留复制的定义：

DNA合成时，母链双链DNA解链为单链，并以各单链为模板（template），按照碱基互补规则合成子链。子代细胞的DNA，一条单链为亲代模板，另一条为与之互补的新链，两个子细胞的DNA与亲代的相同。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

目录ThehypothesisofsemiconservativereplicationproposedbyWatsonandCrickin1953.含重氮-DNA的细菌培养于普通培养液

第一代继续培养于普通培养液第二代实验结果支持半保留复制的设想按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。——物种的进化二.双向复制真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)

。复制子是独立完成复制的功能单位多复制子的复制DNA链的延伸方向:5’3’顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。

领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

DNA复制的酶学和拓扑学变化第二节TheEnzymologyandTopologyofDNAReplication参与DNA复制的物质：

底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTPDNA聚合酶:依赖DNA的DNA聚合酶(DDDP)模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):

提供3

-OH末端

其他的酶和蛋白质因子

在RNA引物的3’–OH末端，dNTP按碱基互补配对原则逐个加入而延长DNA链，其化学本质是生成3’,5’-磷酸二酯键。全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)简称：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间聚合5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´3

5

外切酶活性:5

3

外切酶活性:?能切除突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性:

323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604个氨基酸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片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。

DNApolII基因发生突变，细菌仍然能够存活。

DNApolII参与DNA损伤的应急状态修复。DNApolII（二）常见的真核细胞DNA聚合酶有五种DNA-pol

起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

三、复制保真性的酶学依据(一)核酸外切酶活性：校读功能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复制的保真性

严格的遵守碱基配对规律：A与T、G与CDNA-polIII在复制延长中对碱基的选择功能复制出错时DNA-polI有即时的校读功能246页四、复制中的分子解链伴有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。

（一）多种酶参与DNA解链和稳定单链状态解螺旋酶(helicase)

——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。引物酶(primase)——复制起始时催化生成RNA引物的酶。单链DNA结合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。

108局部解链后（二）DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链◆拓扑异构酶I：

切断DNA双链中的一条链◆拓扑异构酶II：无ATP时，切断处于超螺旋状态的DNA分子双链某一部位◆共同特点：能水解、连接磷酸二酯键拓扑异构酶（I、II）五、DNA连接酶连接DNA双链中的单链缺口连接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。DNA连接酶(DNAligase)作用方式：DNA连接酶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作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication第三节（一）复制起始：DNA解链形成引发体需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。2.形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成E.coli复制起始点oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串联重复序列反向重复序列5

3

5

3

1.DNA解链AAACCTATTAATAGGTGT打开双链DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3

5

3

5

2.引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

引物3'HO5'引物酶（二）复制的延长过程：领头链连续复制，随从链不连续复制复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol目录阶段一阶段二阶段三阶段四原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）复制的终止过程：切除引物、填补空缺、连接切口5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA连接酶随从链上不连续性片段的连接：端粒和端粒酶端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性结构特点•由末端DNA序列和蛋白质构成。•末端DNA序列是多次重复的富含G、T碱基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒酶(telomerase)端粒酶RNA端粒酶协同蛋白端粒酶逆转录酶组成（CnAn）x（GnTn）x移位逆转录和其他复制方式ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays第四节逆转录酶(reversetranscriptase)逆转录(reversetranscription)

逆转录酶一、逆转录病毒的基因组是RNA，其复制方式是逆转录RNADNA二、逆转录的发现发展了中心法则逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。

逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪初