导图社区 DNA的生物合成
DNA的生物合成，DNA复制的酶学， DNA生物合成过程，逆转录和其他复制方式，复制的基本规律知识点总结。
这是一篇关于生化 葡萄糖氧化分解代谢途径的思维导图，包括：葡萄糖的氧化分解途径、化学渗透学说、电子传递链。
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DNA的生物合成
DNA复制的酶学
复制的化学反应
参与DNA复制的物质
底物: dATP, dGTP, dCTP, dTTP
聚合酶: 依赖DNA的DNA聚合酶，简写为 DNA-pol
模板: 解开成单链的DNA母链
引物: 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合
其他的酶和蛋白质因子
聚合反应的特点
DNA新链生成需引物和模板
新链的延长只可沿5→ 3方向进行
DNA聚合酶
全称：依赖DNA的DNA聚合酶
定义：以dNTP为底物，催化合成DNA的一类酶
原核生物的DNA聚合酶
DNA-pol Ⅰ
功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。
核酸外切酶活性
3→ 5外切酶活性
能辨认错配的碱基对，并将其水解。
5→ 3外切酶活性
能切除突变的 DNA片段。
DNA pol II
DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。
它参与DNA损伤的应急状态修复。
DNA-pol Ⅲ
是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
真核生物的DNA聚合酶
DNA-polα
起始引发，有引物酶活性。
没有3’外切酶活性（无校对作用）
在复制起始区，先合成短的RNA引物（约10 Nt）再合成20~30 Nt的DNA，然后被polδ 和ε取代
DNA-polβ
参与低保真度的复制 。
最小的DNA pol
进行性极低
没有3’外切酶活性
DNA-polγ
在线粒体DNA复制中起催化作用。
有3’外切酶活性
DNA-polδ
延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。
内在进行性低，但是有PCNA存在时进行性增加40倍，大大高于pol α
DNA-polε
在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。
内在进行性高
复制保真性
至少要依赖三种机制
遵守严格的碱基配对规律
聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能
复制出错时DNA-pol的及时校读功能
DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读
DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。
碱基配对正确， DNA-pol不表现活性。
复制中的分子解链及DNA 分子 拓扑学变化
解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白
解螺旋酶
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
复制起始时催化生成RNA引物的酶
单链DNA结合蛋白（SSB）
在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整
DNA拓扑异构酶
特点
既能水解 、又能连接磷酸二酯键
分类
拓扑异构酶Ⅰ
切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。
拓扑异构酶Ⅱ
切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。
解链酶（又称DNA解螺旋酶。E.coli解链酶由基因dnaB编码，所以解链酶又称DnaB蛋白质）。
功能
DNA的双螺旋解链，并在DNA上沿一定的方向移动。解开一对碱基，需2分子ATP。
作用点
DNA上局部单链处，向双链方向解链。
种类
E.coli有四种解螺旋酶，I、II、III和rep蛋白。 I、II、III中任一种沿模板5`→3 `方向移动，rep蛋白沿模板3 `→5’方向移动。
单链结合蛋白
功能：防止单链再次形成双链，防止核酸酶水解多核苷酸链，保护DNA。
DNA连接酶
作用方式
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。
是基因工程的重要工具酶之一。
DNA生物合成过程
原核生物的DNA生物合成
E.coil的DNA生物合成
复制的起始
复制的起始需解决
DNA解开成单链，提供模板
合成引物，提供3-OH末端
E.coli复制起始点 oriC
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。
起始复合物的形成
大约20-40个DnaA蛋白各带一个ATP聚集结合在4个9bp位点上，DNA缠绕其上，成起始复合物（HU蛋白质帮助）。
开链复合物的形成
富含AT的3个13bp序列被解链。
前引发复合物
DnaB在DnaC帮助下结合于解链区，借助水解ATP 的能量，双链沿5`-3`方向移动，形成前引发复合物。
引物是由引物酶（DnaG蛋白）在起点处催化合成的短链RNA分子。
复制的延长
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。
随从链的合成
分段合成
不断合成冈歧片段的引物
DNApolIII聚合dNTP
前导链和后随链合成的协调一致
DNA的两条互补链方向相反，为使后随链能与前导链被同一DNApolIII的不对称二聚体所聚合，后随链绕成了一个突环形构象。
复制的终止
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处汇合。
逆转录和其他复制方式
逆转录病毒细胞内的逆转录现象
逆转录研究的意义
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世纪初已注意到的病毒致癌理论。
复制的基本规律
DNA的半保留复制
半保留复制的实验依据和意义
半保留复制的概念
DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。
子链继承母链遗传信息的几种可能方式
全保留式
半保留式
混合式
半保留复制的意义
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。
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。
DNA复制的起点、方向和复制叉
复制起点
复制是从DNA分子上特定的位置开始的，这 一位点叫复制的原点或起点。
原核DNA只有一个复制起始点（ori），而真 核DNA上一般有多个ori。
现细菌、酵母以及线粒体、叶绿体的DNA复 制起始点已克隆，并测序。
用遗传学和生物化学的方法可以确定 DNA复制的ori在基因图谱上的位置。
复制的方向
相向复制
两个起始点，两个生长端，相向生长。双螺旋DNA的每一条链上有一个复制起始点，分别合成一条新链，两条链以相向方向生长。
单向复制
从一个起始点，一个复制叉，单向复制。
双向复制
即一个复制起始点，两个复制点，形成两个复制叉。
复制子、复制眼、复制叉
复制子
DNA分子中能独立进行复制的单位称为复制子。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子。
复制眼
DAN正在复制的部分在电镜下观察起来犹如一只眼睛，称为复制眼。
复制叉
复制一开始，复制起始点要形成一个特殊的叉型结构，是复制有关的酶和蛋白质组成复合物和新链合成的部位，这种结构称为复制叉；亲代链分开及新生DNA开始复制称为复制叉；DNA分子中正在进行复制的分叉部位称为复制叉。
复制的半不连续性
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。
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复制的模型
θ型复制
双链环状DNA的复制方式
单链环状DNA的滚环复制
许多病毒DNA，细菌F因子、λ噬菌体DNA等用滚环复制方式进行 DNA扩增。
滚环复制
是某些低等生物的复制形式，如X174和 M13噬菌体等。
D环复制
线粒体、叶绿体DNA复制方式。
染色体DNA复制方式
多复制子复制， 即DNA上先形成多个复制眼，双向复制。“眼”扩大互相相连，形成“大眼睛”，最后完成整个DNA的复制，形成两个DNA分子。
复制
概念
是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板 合成子链DNA的过程。
染色体DNA的复制
与细胞分裂之间存在着密切的关系：一旦复制完成，即发动细胞分裂，细胞分裂结束，又开始新的一轮复制。
染色体外的遗传因子（如质粒）的复制
或是受染色体复制的控制（严紧型），或是不受其控制（松弛 型）。
细胞器DNA的复制
不限于核DNA的合成期，可在整个细胞周期中进行，进入或不进入复制是随机的，有些DNA的复制不止一次，但就整体而言，细胞器中DNA的总量增加一倍。
病毒DNA的复制
病毒DNA整合进入宿主的染色体中，作为宿主染色体 的一部分而被复制。
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。
