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1、
第13章 DNA的生物合成
一、DNA復制的基本規(guī)律：
1．半保留復制*：DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全重新合成。這種復制方式稱為半保留復制。
2．半不連續(xù)復制：由于兩條親代DNA鏈以逆向平行的方式存在，而DNA聚合酶又只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，因此以3'→5'方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在聚合時基本上是連續(xù)進行的，這一條鏈被稱為領頭鏈(leading strand)。而以5'→3'方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在聚合時則是不連續(xù)的，這條
2、鏈被稱為隨從鏈(lagging strand)。DNA在復制時，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazaki fragment)。
3．雙向復制：DNA復制時，以復制起始點為中心，向兩個方向進行復制。但在低等生物中，也可進行單向復制。
4．復制的高保真性：為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復制必須具有高保真性。DNA復制時的保真性主要與下列因素有關：①遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；②在復制時對堿基的正確選擇；③對復制過程中出現(xiàn)的錯誤及時進行校正。
二、參與DNA復制的主要酶類：
1．DNA聚合酶（DNA dependent DNA polymerase, DDDP）：
在原核生
3、物中，DNA聚合酶有三種，分別為DNA聚合酶Ⅰ、DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ。pol Ⅰ具有5'→3'聚合酶活性、3'→5'外切酶活性和5'→3'外切酶的活性；其功能主要是去除引物、填補缺口以及修復損傷。DNA聚合酶Ⅲ具有5'→3'聚合酶活性和3'→5'外切酶活性，是原核生物中參與DNA復制的主要酶。
在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種。其中，參與染色體DNA復制的是pol α和pol δ，參與線粒體DNA復制的是pol γ，polε與DNA損傷修復、校讀和填補缺口有關，pol β只在其他聚合酶無活性時才發(fā)揮作用。
DNA聚合酶催化的反應特點*:
(1) 以單鏈DNA為模板；
4、
(2) 以dNTP為原料；
(3) 需要引物提供3′-OH；
(4) 聚合方向(新鏈的延長)只能為5′→3′；
（5） 遵守堿基互補規(guī)律；
（6） 需要Mg2+。
2．解旋、解鏈酶類：
（1）解螺旋酶：利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。
（2）單鏈DNA結(jié)合蛋白（single strand binding protein, SSB）：是能夠與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。其作用為：①穩(wěn)定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA；② 保護單鏈DNA，避免核酸酶的降解。
（3）拓撲異構(gòu)酶：拓撲異構(gòu)酶可將DNA雙鏈中的一條鏈或兩條鏈切斷，松開超螺旋后再將DNA
5、鏈連接起來，從而避免出現(xiàn)DNA鏈的纏繞、打結(jié)。
3.引物酶：是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），為DNA-pol發(fā)揮作用提供的3'-OH。
4.DNA連接酶(DNA ligase)：DNA連接酶可催化雙鏈DNA分子中單鏈片段之間形成磷酸二酯鍵，從而使DNA片段連接起來。
三、參與DNA復制的物質(zhì)：
1．底物：以四種脫氧核糖核酸為底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。
2．模板：以親代DNA的兩股鏈解開后，分別作為模板進行復制。
3．需要引物：DNA聚合酶必須以一段具有3'端自由羥基（3'-OH）的RNA作為引物，才能開始聚合子代DNA鏈。
4．各種酶和蛋
6、白因子：DNA聚合酶、拓撲異構(gòu)酶、解螺旋酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白、引物酶、連接酶。其中DNA聚合酶是DNA復制最主要的酶。
四、DNA生物合成過程：
DNA在復制時，需在特定的位點起始，在原核生物中，復制起始點通常為一個，而在真核生物中則為多個。
1．復制的起始：由拓撲異構(gòu)酶和解鏈酶作用，使局部DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，形成兩條單鏈DNA，單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在單鏈DNA上，形成復制叉；在引物酶的催化下，合成一段短的RNA引物。
2．復制的延長：催化合成領頭鏈和隨從鏈。
3．復制的終止：去除引物，填補缺口，在DNA連接酶的催化下，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長
7、鏈。
五、DNA的損傷：
由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級結(jié)構(gòu)的任何異常改變均稱為DNA的損傷突變。
引起DNA損傷的因素有：1．自發(fā)因素；2．物理因素；3．化學因素。4．生物因素
六、DNA突變的常見類型：點突變、插入、缺失、重排
七、基因突變的后果*
（一）僅改變基因型，不改變表型
（二）導致遺傳性疾病的發(fā)生
（三）致死性突變
（四）突變是進化、分化的分子基礎
八、DNA損傷的修復：
DNA損傷的修復方式有光復活、切除修復、重組修復和SOS修復，后二者屬于有差錯傾向修復。
切除修復*：是細胞內(nèi)最重要和有效的修復機制，可適用于多種DNA損傷的修復。主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。
修復的大概過程：①特異性的核酸內(nèi)切酶（如原核中的UvrA、UvrB和UvrC）或DNA糖苷酶識別DNA受損傷的部位，并在該部位的5'端作一切口；②由核酸外切酶（或DNA聚合酶Ⅰ）從5'→3'端逐一切除損傷的單鏈；③在DNA聚合酶的催化下，以互補鏈為模板，合成新的單鏈片段以填補缺口；④由DNA連接酶催化連接片段，封閉缺口。
生物化學與分子生物學：第13章DNA的生物合成
