DNA的生物合成

这是一篇关于DNA的生物合成的思维导图。其中包含DNA的生物合成，RNA的生物合成，s核酸生物合成的抑制剂

核酸的生物合成

• DNA的生物合成
  • DNA的复制
    • DNA的半保留复制
      • DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。
    • 参与大肠杆菌DNA复制的酶类及蛋白质因子
      • DNA聚合酶
        • DNA聚合酶I
        • DNA聚合酶II
        • DNA聚合酶III
        • 参与复制
        • DNA聚合酶IV
        • DNA聚合酶V
        • 与DNA错误修复有关
      • 引发酶和引发体
        • 引物酶以单链 DNA 为模板，利用核糖核苷酸合成 RNA 作为 DNA 合成的引物。
        • 功能：识别合成起始位点功能，可沿模板链方向移动，移动到一定位置即可引发RNA引物合成，从而合成领头链和冈崎片段。
      • DNA连接酶
        • 催化子代双链DNA中的切口处的相邻3′—OH和5′—磷酰基之间形成磷酸二酯键。但不能将两条游离的DNA单链连接起来。同时该酶要求含有3′—OH和5′—磷酰基的DNA片段能以氢键与互补链结合。
      • DNA解旋酶
        • DNA复制时，螺旋酶促使DNA在复制叉处打开双链DNA。
      • 单链结合蛋白
        • 螺旋酶沿复制叉方向推进产生一段单链区,细胞内有大量ssDNA结合蛋白(SSB)。
      • 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
          • 拓扑异构酶Ⅱ
        • 功能
          • 使DNA复制时, 模板DNA超螺旋松弛复制后超螺旋恢复。
    • 原核生物的DNA复制
      • 复制的起始
      • DNA链的合成与延伸
      • 终止
        • 子主题
      • 保证高保真度复制的机制
        • 首先，DNA聚合酶的5‘到3’聚合活性部位对底物有选择作用
        • 其次，模板链碱基与进入的dNTP碱基之间必须正确匹配
        • 最后，DNA聚合酶的3'到5‘外切活性具有校对功能，可以及时切除掺入新链3'-端的错误残基
    • 真核生物的DNA复制
      • 染色质复制
        • 半保留、半不连续复制
        • 有多个复制起点，构成了多个复制子
      • 端粒复制
        • 端粒
          • 真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体。
        • 功能
          • 维持染色体的完整性。若无端粒，两个染色体末端很可能融合一起。
          • 解决末端复制问题。端粒酶能与端粒作用，延伸其长度。
  • 反转录作用
    • 反转录酶的性质
      • 依赖RNA的DNA聚合酶活性，即以RNA为模板，合成一条与RNA互补的DNA链，形成RNA-DNA杂合分子
      • 核糖核酸酶H的活性
      • DNA指导的DNA聚合酶活性，即以新合成的DNA为模板，合成互补DNA链，形成DNA双螺旋
    • 反转录过程
      • 子主题
    • 反转录的生物学意义
      • 扩充了中心法则
      • 有助于对病毒致癌机制的了解
      • 与真核细胞分裂和胚胎发育有关
      • 逆转录酶是分子生物学重要工具酶
  • DNA的损伤、修复与突变
    • DNA的损伤与修复
      • 光裂合酶修复
      • 切除修复
      • 重组修复
    • DNA突变
      • 置换
        • 转换
          • 子主题
        • 颠换
          • 子主题
      • 插入
        • 子主题
      • 缺失
        • 子主题
• RNA的生物合成
  • 转录
    • 转录是在 DNA指导的RNA聚合酶催化下，按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA 的过程。RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。
    • DNA的编码链和模板链
    • RNA聚合酶
      • 为多亚基酶
      • 原核生物只有一种RNA聚合酶
    • 转录过程
      • 转录的起始
        • RNA链的起始通常是在RNA聚合酶所结合的DNA区域的一端，在解开的双链部分，离-10开始处大约12或13个碱基处。
        • 第一个核苷酸通常是pppA或pppG。
      • RNA链的延伸
        • 在RNA聚合酶β亚基催化下形成 RNA的第一个磷酸二酯键。
      • 转录的终止
        • 终止子
          • 提供转录停止信号的DNA序列。
        • 终止因子
          • 协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。
    • RNA的转录后加工
      • rRNA前体的转录后加工
      • tRNA前体的转录后加工
    • 真核生物中的转录
      • 真核生物转录与翻译在不同的区域
      • 真核生物中存在多种RNA聚合酶
      • 启动子不同
      • 转录后RNA加工修饰不同
  • RNA的复制
    • 复制方法归纳分类
      • 含正链RNA的病毒进人宿主细胞后，首先翻译产生复制酶和相关蛋白质，然后由RNA复制酶以正链RNA为模板合成负链RNA,再以负链RNA为模板合成新的病毒RNA,与蛋白质组装成病毒颗粒。
      • 含有负链RNA的病毒，如狂犬病病毒和水泡性口炎病毒,侵入宿主细胞后,借助病毒带入的RNA复制酶合成正链RNA,再以正链RNA为模板合成新的负链RNA,同时由正链RNA翻译出病毒RNA复制酶及相关蛋白质,再组装成新的病毒颗粒。
      • 含有双链RNA的病毒，如呼肠孤病毒,侵入宿主细胞后在病毒复制酶作用下，以双链RNA为模板进行不对称转录，合成正链RNA,再以正链RNA为模板合成负链,形成病毒RNA分子，同时由正链RNA翻译出复制酶及相关蛋白质，组装成新的病毒颗粒。
      • 反转录病毒含正链RNA,在病毒特有反转录酶的催化下合成负链DNA,进一步生成双链DNA(前病毒)，然后以负链DNA为模板合成病毒的正链RNA,同时翻译出病毒蛋白和反转录酶,组成新的病毒颗粒。
• 核酸生物合成的抑制剂
  • 核苷酸合成抑制剂
    • 氨基酸类似物
    • 叶酸类似物
    • 碱基和核苷类似物
  • 与DNA模板结合的抑制剂
    • 嵌合剂
      • 低浓度下，选择性阻止RNA延伸
      • 高浓度下，抑制转录起始和DNA复制
    • 烷化剂
      • 毒性较大，有致癌作用
  • 作用于聚合酶的抑制剂
    • 直接作用于DNA聚合酶或RNA聚合酶
• 基因工程简介
  • 基因工程的概念
    • 亦称遗传工程,是在分子水平上利用人工方法对DNA进行重组的技术。
    • 是生物工程的核心组成部分
  • 基因工程的操作技术
    • 体外基因重组
      • 目的基因的制备
        • 进行DNA重组，首先要取得所需的目的基因
        • 制备目的基因的方法
          • 直接从细胞中分离出染色体，再用工具酶切下所需要的DNA片段
          • 合成所需要的目的基因
      • 基因载体
        • 常用的载体有质粒和噬菌体
      • 目的基因与载体
        • 根据目的基因的大小和不同用途选择适当的载体。
        • 通常利用相同的限制酶切割载体和目的片段，产生完全相同的黏度。
    • 重组体DNA的转化、筛选、增殖和表达
      • 转化
        • 重组体DNA必须导入受体细胞才能得到表达
      • 筛选
        • 为了从大量受体细胞中筛选出带有重组体的细胞，首先把转化后的受体细胞涂布于含有标记抗生素的培养基上。
      • 增殖和表达
        • 使筛选出的转化细胞在适宜的培养条件下大量增殖，就能使重组DNA在受体细胞内的拷贝数目大大增加。
  • 基因工程的应用与前景
    • 利用基因工程可以将一种生物全部基因组的遗传信息贮存在可以长期保存的稳定的重组体中，需要时只需培养被这些重组体转化的细胞,就能分离足够的DNA片段，用于DNA序列测定和其他研究工作。
    • 质粒复制的频率通常远大于染色体复制和细胞分裂的频率，通过基因工程可以迅速增加目的基因的拷贝数，而且基因表达产物的合队成摆脱了原受体细胞调节基因的控制，有利于高效表达。
    • 利用基因工程改造生物原有遗传性状,培育出人类需要的新物种。