导图社区 大学生物-DNA的生物合成
生物合成，特点，逆转录，生理学
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高血压：体循环动脉血压长期持续的不正常升高为主要表现的全身性疾病。下列思维导图内容包括：高血压的分类，高血压的发病机制，良性高血压与恶性高血压。
在致瘤因子的作用下，局部组织某一个细胞在基因水平上失去了对其生长的正常调控性增生而形成的新生物。这种新生物形成的过程称为肿瘤形成。这种新生物常表现为局部肿块，故名肿瘤；根据肿瘤的生物学特性及其对机体危害性的不同，肿瘤分为良性与恶性，后者常见的为癌与肉瘤；所有的恶性肿瘤总称为癌症。
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DNA的生物合成
一、DNA复制的基本特性
（一）复制—指在生物体内以亲代 DNA分子两条链为模板，合成两个子代DNA分子的过程。
（二）DNA复制的基本特性
半保留复制
DNA复制时，亲代DNA双螺旋解开成为两条单链，各自作为模板，按照碱基配对规律合成一条与模板相互补的新链，形成两个子代DNA分子。每一个子代DNA分子中都保留有一条来自亲代的链。这种DNA复制的方式称为半保留复制。
半不连续复制
领头链
与解链方向相同
随从链
冈崎片段
双向复制
（三）DNA复制的方向和方式
模板DNA的阅读方向是3’→ 5’
新链的延伸方向是5’→ 3’
（四）DNA的复制泡及复制叉
原核生物的DNA为环状，复制时要在特定的复制起始点上开始解链，形成“复制泡”，并向两个方向解链，形成两个复制叉。
复制叉的方向就是解链的方向
（五）复制的保真性
新链的延伸过程严格遵守碱基配对的规律，即A＝T，G ≡ C
DNA聚合酶对碱基的选择能力，能选择与亲代模板链正确配对的碱基进入子链相应的位置；校读修正错配碱基，通过DNA聚合酶的3′→5′外切酶活性，在碱基发生错配时，及时切除并更换上正确碱基。
二、DNA复制的反应体系
（一）DNA复制的反应体系组成
①模板(template)，DNA的两条单链均作为模板
②主要的复制酶，DNA dependent DNA；polymerase or DDDP, DNA pol
③底物(substrate)， dNTP（dNMP掺入新链）
④引物(primer)，是一段短的特殊RNA
⑤其他的酶和蛋白质因子，包括拓扑异构酶、解螺旋酶、DNA单链结合蛋白、引物酶、DNA连接酶等。
（二）DNA聚合酶
功能
5’→3’聚合活性：碱基选择并聚合、碱基配对、dNMP掺入新链
外切活性
5 ′→3 ′外切活性
3 ′→5 ′外切活性
分类
1.原核生物DNA聚合酶
E coli中的DNA聚合酶，至少有三种，分别为DNA pol Ⅰ，DNA pol Ⅱ，DNA pol Ⅲ
5 ′ →3 ′聚合活性
5 ′ →3 ′外切活性，切除引物
3 ′ →5 ′外切活性，校读作用
E．coli 中三种DNA聚合酶的比较
2，真核生物DNA聚合酶
DNA 聚合酶α
有引物酶活性，参与复制的引发过程
DNA 聚合酶β
主要参与DNA的修复过程（类似于原核DNA-pol I）
DNA 聚合酶γ
参与线粒体中DNA的复制
DNA 聚合酶δ
是最主要的复制酶，参与链的延伸
DNA 聚合酶ε
参与修复过程（低保真度）
（三）DNA解螺旋酶、DNA拓扑异构酶 单链DNA结合蛋白
1.DNA解螺旋酶
现知为Dna B蛋白
使DNA双链解开成为单链
每解开一对碱基，需消耗2分子ATP
2.DNA拓扑异构酶
使DNA超螺旋旋松，理顺超螺旋，便于DNA解链
特点
既能水解、又能连接磷酸二酯键
拓扑异构酶Ⅰ
切断DNA双链中的一股，松弛后再封闭，不需要ATP
拓扑异构酶Ⅱ
切断DNA的双股链，松弛后再封闭。需要ATP
3.DNA单链结合蛋白
与解开的DNA单链结合，稳定并保护DNA单链
意义
防止单链重新形成双螺旋，保持模板的单链状态以便于复制
防止单链模板被核酸酶水解
（四）引物酶和引发体
引物酶，即Dna G蛋白，催化引物的生成
引发体，由ori C，Dna A、Dna B、Dna C及Dna G组成 （OABCG)
引物为一段短的RNA片段；需要引物是因为DNA聚合酶不能催化游离的dNTP聚合
（五）DNA连接酶
催化DNA分子中两段相邻单链片段的连接，但不能连接单独存在的DNA单链
DNA连接酶催化的反应是耗能的，在真核生物中利用ATP供能，而在原核生物中则消NAD+
三、DNA复制过程
（一）原核生物DNA复制的基本过程
1.复制的起始
原核生物DNA复制起始以形成引发体(primosome)，催化引物(primer)的生成为标志。
①DNA拓扑异构酶松解超螺旋，解螺旋酶使DNA双链解开
②引发体的组装及引物的形成
含有解螺旋酶(Dna B )、Dna A、DnaC、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。
在引发体引物酶的作用下，催化合成一段短的RNA作为引物
2.复制的延伸
当引物合成后，DNA聚合酶可在引物的3’-OH基础上逐步催化脱氧核苷酸的聚合，以3’，5’-磷酸二酯键相连，使新链不断向前延伸。
本质： 3’，5’-磷酸二酯键的不断生成
3.复制的终止
从一个亲代DNA分子到两个子代DNA分子的合成结束
细菌的环状DNA从两个复制叉向前复制延伸，在同一个终止点上结束
两个复制叉上的延伸速度可以是不同的
E. coli的复制起始点在82位点，终止点在32位点
在复制的终止阶段，要切除引物，并填补引物切除后留下的空隙。对于E. coli DNA的复制，主要由DNA pol Ⅰ发挥这一作用。最后，由DNA连接酶将不连续的片段进行连接，从而成为完整的DNA分子。
（二）滚环复制
一些简单的环状DNA如质粒、病毒DNA或F因子经接合作用转移DNA时，采用滚环复制
滚环复制时，亲代双链DNA的一条链在复制起点处被切开， 5' 端游离出来。DNA pol Ⅲ可以将脱氧核苷酸聚合在3'-OH端
外环的5’-端不断向外侧伸展，作为模板指导另一条链的合成延伸
（三）真核生物DNA复制的特点
真核生物DNA复制也比原核生物的复制过程复杂得多，在细胞的S期完成DNA复制
真核生物DNA复制为多点双向复制，有多个复制起始点，形成多个复制子
真核生物的DNA复制与核小体装配同步进行
真核生物的DNA末端有端粒结构，由端粒酶催化形成
（四）端粒DNA及端粒酶
端粒的概念
由特殊DNA即短的GC丰富区重复序列及蛋白质组成，覆盖在染色体两个末端的庞大结构，称为端粒。
端粒的功能
对维持染色体DNA的稳定，防止DNA链的缩短有重要意义
端粒的特征序列
端粒的重复序列有种属特异性，在四膜虫为TTGGGG / AACCCC；在脊椎动物包括人为TTAGGG / AATCCC
端粒酶
是一种由RNA及蛋白质组成的复合酶
以端粒酶中的RNA为模板，经逆转录而延伸末端的DNA
人的端粒酶组成
端粒酶RNA；端粒酶协同蛋白；端粒酶逆转录酶
四、DNA损伤、突变和修复
（一）引起DNA损伤的因素
1.物理因素，如紫外线，辐射等
2.化学因素
3.生物因素
（二）基因突变类型
1.点突变
DNA分子上的碱基发生错配称为点突变，包括碱基的转换、颠换
2.缺失、插入及框移突变
包括多个碱基或一段核苷酸序列的缺失、插入 ，常导致翻译的读码框架改变，称框移突变
3.重排
DNA分子中的某个片段从一位置转到另一个位置，或不同DNA分子间DNA片段的转移及重新组合
（三）DNA损伤的修复
概念
即通过细胞内一系列酶系统的作用，消除DNA分子上的突变部位，使其恢复正常结构
1.光修复
300～600nm范围内的光波可激活细胞内的光修复酶，使二聚体解聚，恢复DNA原来的结构
2.切除修复
切除修复可分为碱基切除修复和核苷酸切除修复等方式，其基本过程包括识别、切除、修补和连接
(1) 碱基切除修复
指切除和替换由内源性化学物质作用产生的DNA碱基损伤， DNA糖基化酶参与此过程
(2) 核苷酸切除修复
3.重组修复
当DNA分子损伤来不及修复完善时所采用的修复机制
4.SOS修复
生物体内DNA损伤面较大的紧急状态下诱导产生的一种修复机制
不能将大范围内受损伤的DNA完全精确地修复，留下的错误较多，故也称为错误倾向修复
在一定程度下保证细胞的存活，但有较高的突变率
五、逆转录现象和逆转录酶
逆转录概念
含有逆转录酶的RNA病毒是通过逆转录过程传递遗传信息的，即以RNA为模板，指导DNA的合成，也称为逆转录
逆转录酶
是一种依赖RNA的DNA聚合酶(RNA dependent DNA polymerase，RDDP)，是一多功能酶
已知RNA病毒
人类免疫缺陷病毒(human immuno- deficiency virus, HIV)，可引起艾滋病
小鼠白血病病毒MuLV ，可引起淋巴瘤及白血病
