第14章DNA的生物合成读书笔记

该图为根据医学教科书《生物化学与分子生物学》第14章DNA的生物合成制作的读书笔记，包括以下内容：DNA复制的酶学和拓扑学变化、原核生物DNA复制过程、真核生物DNA合成过程、非染色体基因组采用特殊方式进行复制。赶快收藏学起来吧！

DNA的生物合成

DNA复制的基本特征

半保留复制：DNA以半保留方式进行复制

双向复制：DNA复制从起点向两个方向延伸

单始点双向复制

原核生物基因组是环状DNA，只有一个复制起点，向两个方向解链

多起点双向复制

真核生物基因组庞大，每个起点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接

半不连续复制：DNA复制反应呈半不连续特征

前导链连续复制

后随链不连续复制

沿着后随链的模板链合成的新DNA片段被命名为冈崎片段

DNA复制的酶学和拓扑学变化

DNA复制是酶促（脱氧）核苷酸聚合反应

底物

dNTP：dATP、dGTP、dCTP、dTTP

模板

解开成单链的DNA母链

规则

碱基互补规律

基本化学反应

核苷酸和核苷酸之间生成3'，5'-磷酸二酯键而逐一聚合，是复制的基本化学反应

DNA聚合酶（DNA pol）催化脱氧核苷酸间的聚合

原核生物有3种DNA聚合酶

DNA polⅠ

主要功能是对复制中的错误进行校对，对复制和修复中出现的空隙进行填补

具有DNA聚合酶活性和3'-5'核酸外切酶活性

还有5'-3'外切酶活性，实施切除引物、切除突变片段的功能

Klenow片段

DNA polⅠ水解产生的大片段

具有DNA聚合酶活性和3'-5'核酸外切酶活性

DNA polⅡ

它参与DNA损伤的应急状态修复

DNA polⅢ

是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶

真核生物有5种DNA聚合酶

DNA polα

具有引物酶活性

DNA polβ

保真度低，参与应急修复

DNA polγ

线粒体DNA复制的酶

DNA polδ

真核生物DNA链延长中起催化作用的主要酶

DNA polε

与DNA polⅠ类似，起校对修复和填补引物去除后缺口的作用

DNA复制的保真性

严格的碱基配对规律

DNA复制保真的关键是正确的碱基配对

碱基配对的关键在于氢键的形成

DNA聚合酶的碱基选择功能

复制的保真性依赖正确的碱基选择

DNA聚合酶的校对功能

聚合酶中的核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基并加以校正

复制中的解链伴有DNA分子拓扑学变化

多种酶参与DNA解链和稳定单链状态

DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态

拓扑异构酶Ⅰ

可以切断DNA双链中一股，使DNA解链旋转不打结，然后封闭切口，使DNA变为松弛状态

拓扑异构酶Ⅱ（促旋酶）

可切断正超螺旋状态的NDA双链，使超螺旋松弛，然后利用ATP供能可以使断端连接恢复

DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口

连接DNA链3'-OH末端和另一DNA链的5'-P末端，二者间生成磷酸二酯键，从而将两段相邻的DNA链连接成完整的链

连接酶只能连接双链中的单链缺口，不能连接单独存在的DNA单链或RNA单链

复制中的后随链是分段合成的，产生的冈崎片段之间的缺口，是靠连接酶接合

需要消耗ATP

原核生物DNA复制过程 （以大肠杆菌DNA复制为例）

复制的起始

DNA的解链

复制有固定的起始点

富含AT序列

DNA解链需多种蛋白质参与

DnaA、DnaB、DnaC三种蛋白质解开DNA双链，形成复制叉

DnaA（解链酶）负责辨认并结合于起始点

DnaB（解旋酶）在DnaC的协助下结合并解链形成复制叉

SSB（单链结合蛋白）结合到DNA单链上，维持解链和复制叉稳定

解链过程中需要DNA拓扑异构酶

引物合成和引发体形成

引发体

解旋酶DnaB、DnaC、引物酶、和DNA复制起始区域共同构成的复合体称为引发体

引物

引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子

引物酶是复制起始时催化RNA引物合成的酶，属于RNA聚合酶

短链引物RNA为DNA的合成提供3'-OH末端

DNA链的延长

原核生物催化延长反应的酶是DNA polⅢ

由引物或延长中的子链提供3'-OH，供dNTP掺入生成磷酸二酯键

延长中的子链有前导链、后随链之分，复制产生的不连续片段称为冈崎片段

前导链沿5'→3'方向连续延长

后随链沿5'→3'方向不连续延长

复制的终止

切除RNA引物

引物的水解靠细胞核内的RNA酶

填补留下的空隙

空隙的填补由DNA polⅠ催化

连接片段之间的缺口使成为连续的子链

缺口由连接酶连接

真核生物DNA生物合成过程

真核生物复制的起始与原核生物基本相似

DNA polα

有引物酶活性

主要催化引物合成

DNA polδ

有解旋酶活性

主要催化链的延长

增殖细胞核抗原（PCNA）

在复制起始和延长中具有关键作用

真核生物复制的延长发生DNA聚合酶α/δ转换

真核生物DNA合成后立即组装成核小体

端粒酶参与解决染色体末端复制问题

端粒

是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构

在维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性中有重要作用

DNA测序发现端粒结构共同特点是：富含T-G短序列的多次重复

端粒酶

组成

约150nt的端粒酶RNA

端粒酶协同蛋白1

端粒酶逆转录酶

功能

提供RNA模板

催化逆转录

复制的终止需要端粒酶延伸端粒DNA

真核生物染色体DNA在每个细胞周期中只能复制一次

复制基因：是指DNA复制起始所必需的全部DNA序列

复制基因的选择出现于G1期

复制发生在S期

非染色体基因组采用特殊方式进行复制

逆转录

RNA病毒（逆转录病毒）的基因组是RNA而不是DNA，其复制方式是逆转录

逆转录酶（依赖RNA的DNA聚合酶）

以RNA为模板合成双链DNA的酶

dDNA法

应用逆转录酶作为获取目的基因的方法

逆转录的发现发展了中心法则

D-环复制

真核生物的线粒体DNA

原核生物的质粒