DNA合成

第九版生物化学与分子生物学的DNA合成部分。聚合酶的碱基选择和校读功能，解链伴有DNA分子拓扑学变化，DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口

DNA复制与损伤修复

• 基本规律
  • A. 基本信息
    • DNA复制
      • 以DNA为模版的DNA合成，是基因组复制的过程
    • DNA是由四种脱氧核糖核苷酸所组成的长链大分子，是遗传信息的携带者
  • B. DNA的半保留复制
    • semi-conservative replication
    • 以亲代DNA的每一股作模版，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA
    • 意义
      • 按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列高度一致，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
  • C. 复制从起点双向复制
    • 复制起始点（origin ）
      • 复制需要在特定的位点起始，具有特定核苷酸排列顺序都片段
      • 原核生物通常为一个，真核有多个
      • 从一个DNA复制起始点开始的DNA复制区域定为一个复制子（replicon ）
        • 独立完成复制的功能单位
    • 复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行解链，称为双向复制（bidirectional replication ）
      • 形成两点延伸方向相反的复制叉
  • D. DNA复制以半不连续性方式进行
    • 参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3’端自由羟基（3’-OH）的RNA作为，才能开始聚合子代DNA链
    • 方向
      • DNA聚合酶：5.’→3’模版DNA:3’→5’
    • 前导链：3→5方向的亲代DNA，子代链是连续的后随链:5→3，子代链不连续
    • 冈崎片段：由随从链所形成的一些子代DNA短链
  • E. DNA复制具有高保真性
    • 1| 半保留复制
    • 2| 体内复制叉的复杂结构
    • 3| 高保真度DNA聚合酶
    • 4| DNA聚合酶
• 酶学
  • 原料：dATP dGTP dCTP dTTP
  • DNA聚合酶
    • 依赖DNA的DNA的聚合酶（DDDP）
    • 活性：1.5’→ 3’聚合酶活性 2.3’→5’或5’→3’核酸外切酶活性
    • 主要
      • pol-3（子代DNA链的延伸）
        • 核心酶
        • 滑动夹
        • r-复合物
      • pol-1（矫正错误，填补复制及修复中出现的缺口）
        • 小片段：5→3核酸外切酶活性
        • 大片段（Klenow 片段：DNA聚合酶活性及3-5核酸外切酶活性）——工具酶
  • 聚合酶的碱基选择和校读功能
    • 复制的保真性依赖于正确的碱基选择
    • 核酸外切酶在复制中辨认并切除错配碱基
  • 解链伴有DNA分子拓扑学变化
    • 解旋酶——解开
    • 单链DNA结合蛋白SSB——稳定和保护单链DNA
    • DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态——理顺
  • DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口
    • 催化条件：一段具有3-OH，另一段有5’-Pi基一条链是完整的，缺口在于双链DNA消耗ATP
• 过程（原核生物）
  • 起始
    • DNA解链
      • DnaA蛋白识别复制起始点
      • 拓扑异构酶 解旋酶
      • SSB形成复制叉
    • 引发体形成和引物合成
      • 引物为RNA片段，从而获得3’-自由羟基
      • 引物酶对利福平不敏感
  • 延长
    • DNA聚合酶lll，dNTP以dNMP的方式加入引物，催化磷酸二酯键不断生成
  • 终止
    • 去除引物，填补空缺
      • DNA聚合酶l水解去除引物，再催化延长空缺的DNA
      • 连接冈崎片段
• 端粒
  • telomere
  • 结构特点
    • 末端DNA序列和蛋白质构成
    • 富含G T碱基
  • 功能
    • 维持染色体的稳定性
    • 保证DNA复制的完整性
• 逆转录
  • RNA→DNA
  • 意义
    • 1. 发展了中心法则的内容
    • 2. RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能
    • 3. 病毒致癌
• • DNA损伤修复
    • 由各种体内，外因素引起的DNA以及结构的任何异常改变称为DNA的损伤，也称为突变。
    • 体外因素
      • 物理
        • 紫外线引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC
      • 化学
        • 自由基，碱基类似物，脱氨剂（亚硝酸和亚硝酸盐）
      • 生物
        • eg黄曲霉素
    • 分类
      • 点突变
        • 转换（同型碱基）颠倒（异型碱基）
      • 复突变
        • 缺失（一个碱基或一段）
        • 插入
        • 重排
    • 修复
      • 1| 直接修复
        • 最简单的DNA损伤修复方式。——修复酶
          • 嘧啶二聚体的直接修复（光复活修复）——DNA光裂合酶
            • 哺乳动物细胞缺乏DNA光裂合酶
          • 烷基化的直接修复
          • 单链断裂的直接修复——DNA连接酶
      • 2| 碱基切除修复
        • 最普遍的修复方式
      • 3| 同源重组修复和非同源重组修复
        • 修复后可能会产生错误
          • 依赖DNA的蛋白激酶（DNA-PK ）
      • 4| 跨越损失修复（SOS修复）
        • 修复特异性低，导致较广泛和长期的突变
    • 意义
      • 突变是进化的分子基础。
      • 突变也是许多遗传性疾病的发病基础
        • 肿瘤
        • 遗传性疾病
        • 免疫系统疾病
        • 衰老