DNA的合成

这是一个关于DNA的合成的思维导图，包括：特征、酶、原核生物DNA合成过程、真核生物DNA合成过程、其他的复制方式、DNA损伤、DNA修复。

DNA的合成

• 特征
  • 半保留复制
    • 以一条链为模板
    • 需要引物，一般为RNA
  • 双向复制
    • 原核生物，单点起始双向复制
    • 真核生物，多点起始双向复制
  • 半不连续性
    • 前导链
    • 后导链→冈崎片段
  • 延伸方向：5′→3′
• 酶
  • DNA聚合酶
    • 原核生物
      • I
        • 聚合酶活性
        • 核酸外切酶活性
          • 3′→5′辩认错误配对的碱基对，并将其水解
          • 5′→3′去引物
        • DNA修复主要的酶
      • II
        • DNA损伤的应急修复
      • III→DNA复制中真正起催化作用的酶
        • α亚基 合成DNA
        • ε亚基 3′→5′外切酶
        • θ亚基I 酶的组装
        • ˋβDNA夹子，使酶在DNA滑动
    • 真核生物
      • α亚基 引物酶活性
      • β亚基 DNA应急修复→DNA-pol II
      • γ亚基 线粒体DNA复制起作用
      • δ亚基 聚合酶活性，后随链合成→DNA-pol III
      • ε亚基 聚合酶活性，前导链合成→DNA-pol III
  • 拓扑异构酶:改变超螺旋状态，理顺DNA链
    • 拓扑异构酶I→切断DNA双链中的一股链，使DNA解链旋转不致打结，DNA变为松弛状态，反应不需要ATP
    • 拓扑异构酶II→切断DNA两条链，断口通过切口旋转使超螺旋松弛，反应需要ATP供能
  • DNA连接酶
    • 形成磷酸二酯键
      • 连接冈崎片段的缺口
      • 在DNA修复和重组时缝合缺口
      • 基因工程的重要工具酶
  • 解旋酶：解开DNA双链
  • 单链DNA结合蛋白(SSB)：维持解开的DNA单链紧密结合，防止重新形成单链状态
  • 引物酶：催化RNA引物的合成
• 原核生物DNA合成过程
  • DNA复制的起始
    • 识别起始点(只有一个)
      • 短重复序列，富含AT区
    • 解旋，解链
    • 形成引发复合体
      • 原核生物
        • DnaA识别起始位点
        • DnaB、DnaC以及拓扑异构酶等参与解链
        • 引发复合体形成(含有DnaB｜解旋酶｜、DnaC、DnaG｜引物酶｜和DNA复制起始区域的复合结构)
      • DNA解旋酶
      • DNA引物酶
      • DNA聚合酶
  • DNA链的延伸
    • 前导链
    • 后随链(冈崎片段)
  • DNA复制的终止
    • Tus反解旋酶参与复制终止
    • RNA引物去除，填补空缺和连接冈崎片段
    • 特点
      • 一个起点
      • 双向复制
      • 速度快
      • RNA引物和冈崎片段都长
      • 可以连续发生复制
• 真核生物DNA合成过程
  • DNA复制的起始
    • 真核生物每个染色体上有多个起始点，是多复制子复制
    • 复制有时序性，复制子分组方式激活而非同步启动
  • DNA链的延伸：DNA聚合酶α/δ转换
    • DNA聚合酶α引物酶作用
    • DNA聚合酶δ聚合酶作用
    • 由于真核生物DNA含有多个复制子，产生的冈崎片段较短，因此，引物引发频率相当高
  • DNA复制的终止：端粒的合成
    • 冈崎片段连接
    • 复制子间的连接
  • DNA复制结束后立即组装为核小体
  • 端粒：维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性
  • 端粒酶(逆转录酶)：采用爬行模式维持染色体完整(逆转录方式)
    • 结合→延伸→移位
    • 端粒酶有活性的细胞
      • 生殖细胞
      • 干细胞
      • 肿瘤细胞
  • 特点
    • 多个起始位点(复制子)
    • 双向复制
    • 复制速度比较慢（局部），因为起点多，整体很快
    • RNA和冈崎片段都很短
    • 端粒
• 其他的复制方式
  • 逆转录复制
    • 概念，在逆转录酶的作用下，以RNA为模板，根据碱基互补配对的选择，合成双链DNA
    • 逆转录酶(RNA依赖的DNA聚合酶)
    • 意义
      • ①逆转录病毒 HIV和莫罗尼鼠白血病病毒
      • ②端粒酶参与端粒的形成
    • 应用
      • ①利用逆转录酶为靶点开发治疗HIV等疾病的“鸡尾酒”疗法
      • ②借鉴逆转录过程对新冠病毒进行检测
      • ③借鉴逆转录复制过程实现目的基因在细胞中稳定表达
      • ④RNA测序→组学检测技术，对细胞内转录本进行高通量检测
  • 噬菌体的滚环复制
  • 线粒体的D环复制
    • 两个起始位点
    • 不同时开始
• DNA损伤
  • 因素
    • 体内因素
      • 复制错误
        • 4种dNTP浓度不同
        • 碱基异构互变
      • 自身不稳定
        • 受热
        • pH改变
      • 活性氧
    • 体外因素
      • 物理因素
        • 辐射
      • 化学因素
        • 自由基
        • 嵌入性染料
        • 碱基类似物→抗癌类药物和促突变剂
        • 碱基修饰剂
      • 生物因素
        • 病毒或霉菌
  • 类型
    • 碱基损伤和糖基破坏
    • 碱基之间发生错配
    • DNA链断裂
      • 单链断裂
      • 双链断裂
    • DNA链共价偶联
      • 链内偶联
      • 链间偶联
  • DNA具有遗传保守性和稳定性
    • 半保留复制（碱基互补配对）
    • 酶学机制确保复制的保真性
  • 意义
    • ①导致多种遗传性疾病的产生
      • →也可以用于肿瘤的治疗
    • ②生物进化的分子基础
    • ③导致死亡
    • ④用于个体识别
    • CRISPR/Cas系统（片段的碱基修复)
• DNA修复
  • 意义：是机体维持DNA结构的完整性和稳定性，保证生命延续和物种稳定的重要环节
  • 直接修复
    • 嘧啶二聚体直接连接~DNA光聚酶
    • 烷基化的直接修复~烷基转移酶
    • 单链断裂直接修复~DNA连接酶
  • 切除修复（最普遍）
    • 碱基切除修复
    • 核苷酸切除修复
    • 碱基错配修复
  • 重组修复
    • 同源→依赖另一个染色单体提供的模板
    • 非同源末端连接
  • 损伤跨越修复
    • 重组跨越损伤修复
    • 合成跨越损伤修复