DNA生物合成

DNA生物合成的思维导图，汇总了DNA复制的基本规律、DNA复制的酶学和拓扑学、DNA的复制过程、逆转录、DNA的损伤和修复的知识。

DNA的生物合成

• DNA复制的基本规律
  • 1、半保留复制
    • 在复制时，亲代双链DNA解开为两股单链，各自作为模板，依据碱基互补配对规律，合成序列互补的子链DNA双链（利用细菌以NH4Cl为氮源合成DNA的特性，先将细菌放在N15培养若干带，再放回普通的N14培养液，对不同代数DNA做密度梯度离心）
  • 2、双向复制
    • 复制从起点开始向两个方向进行解链，是单点起始的双向复制，形成两个方向相反的开链区，称为复制叉。原核生物只有一个复制起点，而真核生物每个染色体有多个复制起点，复制完成时，复制叉相遇汇合连接，从一个DNA复制起点起始的DNA复制区域称为复制子，是独立完成复制的功能单位
  • 3、半不连续复制
    • DNA复制过程中，沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续的，称为前导链；另一条因为复制方向与DNA解链方向相反，不能连续延长，只能随着模板链的解开，逐段地合成，这一不连续合成的子链称为后随链（冈琦片段），而这种复制方式就称为半不连续复制
  • 4、高保真性
    • 1）半保留复制确保了亲代与子代DNA分子之间信息传递的绝对保真性；2）高保真的DNA聚合酶利用严格的碱基互补配对原则保证复制的保真性；3）复制叉的复杂结构提高了复制的准确性；4）DNA聚合酶具有核酸外切酶和校读功能以及复制后修复功能对错配进行修复。四种机制协同保证了DNA复制的高保真性
• DNA复制的酶学和拓扑学
  • 1、DNA聚合酶催化dNTP间的聚合
    • 1、原核生物的3种常见DNA聚合酶
      • DNApol1：去除RNA引物；填补复制中的空隙；对复制中的错误进行校对和修复
      • DNApol2：对模板特异性不高，参与DNA损伤的应急修复
      • DNApol3：是复制延长过程中真正起到催化作用的酶，β亚基构成滑动夹
    • 2、真核生物的五种常见DNA聚合酶
      • α：引物酶
      • ε：前导链合成
      • δ：后随链合成
      • β：DNA修复
      • γ：线粒体DNA合成
  • 2、DNA聚合酶有碱基选择和校读功能
    • 1、复制的保真性依赖正确的碱基选择（一般辅助延长的酶都有选择功能）
    • 2、负责延长的酶一般有3’-5’的核酸外切酶活性，辨认切除错配碱基（DNApol1有5’-3’核酸外切酶活性，实施切除引物或切除突变片段的功能）
  • 3、复制中DNA分子拓扑学变化
    • 1、多种酶参与DNA解链和稳定单链状态（DnaA、B、C（解旋酶）G、SSB、拓扑异构酶）
    • 2、DNA拓扑异构酶可以切断，连接DNA，改变DNA超螺旋状态
• DNA的复制过程
  • 原核生物
    • 1、复制的起始
      • 1、DNA的解链：DnaA识别结合oriC；DnaB、DnaC解链，并置换出A，SSB结合单链；解链过程中拓扑异构酶也发挥作用
      • 2、引物合成和起始复合物的形成：引物酶合成引物，DnaB、DnaC、引物酶、DNA复制起始区构成复合体结构
    • 2、复制的延长
      • 在DNApol3催化下延长
    • 3、复制终止：切除引物、填补空缺（DNApol1）、连接缺口（DNA连接酶）
  • 真核生物
    • 1、复制起始于原核生物相似：染色体上复制子的激活是有时序性的，增殖细胞核抗原起到滑动架的作用
    • 2、DNA复制延长时发生DNA聚合酶的转换：α合成引物后迅速被两个延长酶替换
    • 3、DNA合成后迅速组装为核小体
    • 4、端粒酶参与解决染色体末端复制问题：有提供RNA模板和催化逆转录的活性（爬行模型）
    • 5、DNA在每个细胞周期只能复制一次
• 逆转录
  • 1、逆转录病毒的基因组RNA以逆转录的机制复制：RNA为模板合成cDNA形成杂化双链；RNA酶水解RNA，逆转录酶催化cDNA合成双链，可整合到基因组
  • 2、逆转录的发现发展了中心法则
• DNA的损伤和修复
  • 1、DNA损伤
    • 体内因素：DNA复制错误、DNA自身的不稳定性、机体代谢产生活性氧
    • 体外因素：物理射线，紫外线引起胸腺嘧啶二聚体（影响双螺旋结构，复制转录受阻）；化学元素：自由基，碱基类似物，碱基修饰剂，烷化剂，嵌入性染料；生物因素：病毒，霉菌
    • 类型：碱基损伤和糖基破坏、碱基错配、DNA链断裂、DNA链共价交联。碱基置换发生转换和颠换，会发生错义突变、同义突变、无义突变
  • 2、DNA损伤修复
    • 1、有些DNA损伤可以直接修复：嘧啶二聚体可在DNA光裂合酶作用下光复活修复；单链断裂可直接修复；烷化碱基直接修复
    • 2、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式：碱基切除修复、核苷酸切除修复（缺陷导致遗传性着色性干皮症）、碱基错配修复
    • 3、DNA严重损伤（双链断裂）时需要重组修复：同源重组修复、非同源末端连接的重组修复