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