生物化学：DNA的合成

生物化学：DNA的合成，本科和考研通用！常见的DNA损伤修复途径、有些DNA损伤可以【直接修复】、【切除修复】是最普遍的DNA损伤修复方式、DNA严重损伤时需要【重组修复】

DNA的合成

• 一、DNA复制的基本规律
  • 基本概念
  • 特点
    • DNA以【半保留方式】进行复制
      • 基本内容
      • 意义
    • DNA复制从起点【双向】进行
      • 原核生物基因复制
      • 真核生物基因复制
    • DNA复制反应以【半不连续】方式进行
    • DNA复制具有【高保真性】
• 二、DNA复制的酶学和拓扑学
  • DNA复制体系
  • 【DNA聚合酶】催化脱氧核苷酸间的【聚合】
    • 功能
      • 5‘——3’ 的聚合活性：催化核苷酸之间生成3‘，5’-磷酸二酯键
      • 核酸外切酶活性
        • 3‘—— 5’外切酶活性：能辨认错配的碱基对，并将其水解
        • 5‘—— 3’外切酶活性：能切除突变的 DNA片段，也能够特异性除去DNA合成所需的RNA引物
    • 原核生物DNA聚合酶
      • DNA-pol Ⅰ
      • DNA-pol Ⅱ
      • DNA-pol Ⅲ
      • 比较
    • 真核生物DNA-pol
  • 【DNA聚合酶】的【碱基选择和校对功能】
    • 复制的保真性依赖正确的【碱基选择】
    • 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
      • • 原核生物：I - 正常➡️负超 II - 正超➡️负超 真核生物：I、II - 正超➡️正常 DNA聚合酶 - 正常➡️正超
        • 正超螺旋：紧密- -绕长轴一周复制多于10bp 超级螺旋：正常- -绕长轴一周复制等于10bp 负超螺旋：松弛- -绕长轴一周复制少于10bp
  • 【DNA连接酶】连接复制中产生的单链缺口
  • 总结：能催化3‘，5’-磷酸二酯键生成的酶
• 三、原核生物的DNA复制过程
  • 复制的【起始】
    • DNA的【解链】
      • DNA复制的起始点
      • 参与原核生物复制起始的蛋白质
    • 【引物合成】和【起始复合物】的形成
      • 引物作用
      • 注意区别：引物、引发体、引物酶
  • DNA链的【延长】
    • 冈崎片段的处理
  • 复制的【终止】
  • 总结
• 四、真核生物的DNA复制过程
  • 真核生物DNA复制的【起始】与原核生物基本相似
    • 特点
      • 复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。转录活性高的DNA在S期早期复制，高度重复序列如卫星DNA、中心体和端粒在S期的最后阶段复制。
      • 真核生物复制起始点比E.coli的oriC短。酵母复制起始点含11bp富含AT的核心序列：A(T)TTTATA(G)TTTA(T)；称为自主复制序列（autonomously replicating sequences，ARS）。
      • 真核生物复制起始也是打开双链形成复制叉，形成引发体和合成RNA引物。 复制的起始需要DNA-pol α、pol ε和pol δ的参与。还需要解旋酶、拓扑酶和复制因子（RF），如RFA、RFC等。
      • 增殖细胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen，PCNA）在复制起始和延长中起关键作用。PCNA为同源三聚体，具有与E.coli DNA聚合酶Ⅲ的β亚基相同的功能和相似的构象，即形成闭合环形的可滑动DNA夹子，在RFC的作用下PCNA结合于引物－模板链；并且PCNA使pol δ获得持续合成能力。PCNA具有促进核小体生成的作用。PCNA水平也是检验细胞增殖的重要指标。
    • 比较
  • 真核生物DNA复制的【延长】发生DNA聚合酶转换
    • 特点
      • DNApol α 主要催化合成引物。然后迅速被具有持续合成能力的DNApol δ和DNApol ε所替换，这一过程称为聚合酶转换。
      • DNApol δ负责合成后随链，DNApol ε负责合成前导链。
      • 真核生物以复制子为单位各自进行复制，引物和冈崎片段都比原核生物短。
      • 真核生物的冈崎片段长度大致与一个核小体所含碱基数（135bp）或其若干倍相等。
      • FEN1和RNase H等负责去除真核复制RNA引物。
  • 真核生物DNA复制的【终止】及其端粒稳定机制
    • 终止
      • 引物水解（RNA酶+限制性内切酶） 补缺（DNA-pol ε） 连接（DNA连接酶）
    • 端粒稳定机制的作用
      • 稳定染色体末端的结构 防止染色体间末端连接 补偿DNA的5‘末端在消除引物后造成的空缺
    • 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（了解）
    • DNA单链母链如果不填补成双链，就会被核内DNase酶水解
    • 人的端粒重复序列为5‘-（TnGn）x-3’
    • 端粒酶通过一种【爬行模型的机制】合成端粒DNA
  • 真核生物染色体DNA在每个细胞周期中【只能复制一次】
    • 真核细胞DNA复制的起始分两步进行，即【复制基因的选择】和【复制起点的激活】。
    • 【复制基因】（replicator）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，基因组的每个复制基因位点均组装【前复制复合物】（pre-replicative complex，pre-RC）。
    • 复制起点的激活仅出现于细胞进入S期以后，这一阶段将激活pre-RC，募集若干复制基因结合蛋白和DNA聚合酶，并起始DNA解旋。
    • 细胞周期蛋白D的水平在G1后期升高，激活S期的CDK。复制许可因子是CDK的底物，为发动DNA复制所必需。复制许可因子一般不能通过核膜进入核内，但在有丝分裂末期、核膜重建之前进入细胞核，与DNA复制起始点结合。等待被刺激进入S期的CDK激活，启动复制。一旦复制启动，复制许可因子即失去活性或被降解。
  • 真核生物线粒体DNA按【D环方式】复制
    • D-环复制时需合成引物。mtDNA为双链，第一个引物以内环为模板延伸。至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引物，以外环为模板进行反向的延伸。最后完成两个双链环状DNA的复制。复制中呈字母D形状而得名。
    • D环复制的特点是复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制有时序差别。
    • mtDNA容易发生突变，损伤后的修复又较困难。
• 五、逆转录（理解就好）
  • 基本概念
  • 逆转录酶的三种活性（与端粒酶区别）
  • 逆转录病毒的基因组RNA以逆转录机制复制
  • 逆转录的发现发展了中心法则【意义】
• 六、DNA的损伤修复（了解）
  • 只要理解突变分子改变类型即可
  • DNA损伤
    • 多种【因素】通过不同机制导致DNA损伤
      • 【体内】因素
        • DNA复制错误
        • DNA自身的不稳定性
        • 机体代谢过程中产生的活性氧
      • 【体外】因素
        • 物理因素
        • 化学因素
          • 自由基导致的DNA损伤
          • 碱基类似物导致的DNA损伤
          • 碱基修饰剂导致的DNA损伤
          • 嵌入性染料导致的DNA损伤
        • 生物因素
    • DNA损伤有多种【类型】
      • 基本概念
      • 碱基【损伤】与糖基破坏
      • 碱基之间发生【错配】
      • DNA链发生【断裂】
      • DNA 链的【共价交联】
    • DNA损伤可【导致】
  • DNA损伤修复
    • 常见的DNA损伤修复途径
      • 哺乳动物细胞缺乏DNA光裂合酶，所以光复活修复不是高等生物修复嘧啶二聚体的主要方式
    • 有些DNA损伤可以【直接修复】
    • 【切除修复】是最普遍的DNA损伤修复方式
      • 着色性干皮病（xeroderma pigmentosum，XP）
      • 碱基错配修复
    • DNA严重损伤时需要【重组修复】
    • 【跨越损伤DNA合成】是一种差错倾向性DNA损伤修复
  • DNA损伤及其修复的意义
    • DNA损伤具有【双重效应】
    • DNA损伤修复障碍与多种【疾病】相关