DNA的生物合成

第九章核酸的生物合成
引言：遗传是生物的基本特征之一，而DNA是生物的主要遗传物质，它贮存着生物体的遗传信息，遗传信息的功能单位是基
因。

基因编码的产物主要是RNA和蛋白质。

蛋白质是生命
活动的体现者。

遗传中心法则：1958 , F.Crick提出。

复制翻译
复制 DNA →
RNA →蛋白质
←
第一节DNA的复制
＊概念：以亲代为模板合成子代DNA，并将遗传信息由亲代传给子代的过程。

＊意义：维持物种的稳定
一、DNA复制的方式――半保留复制
⒈概念：DNA生物合成时，在子代细胞的双螺旋DNA分子中，一股
单链从亲代完整的接受过来，另一股单链则完全重新合
成，两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这
种复制方式称～。

⒉模板：亲代DNA的两股单链
⒊原料：dATP、dGTP 、dCTP、 dTTP (dNTPs)
⒋规则：碱基互补配对规律
5．意义：维护种系遗传的保真性
述：通过碱基互补，按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，子代保留了亲代DNA的全部遗传信息。

二、参与DNA复制的酶类和蛋白质因子：
(一) 拓扑异构酶――引入负超螺旋，解缠绕、解结
1．分类：拓扑异构酶Ⅰ、拓扑异构酶Ⅱ（Top Ⅰ和Top Ⅱ）
2．作用特点：既能水解，又能连接磷酸二酯键
3．作用机制
⑴拓扑异构酶Ⅰ：切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致
打结，适当时封闭切口，DNA变为松弛状态，反
应不需ATP。

⑵拓扑异构酶Ⅱ：切断DNA的两股链，断端通过切口旋转使超螺
旋松弛。

利用ATP供能，连接断端，DNA分子
进入负超螺旋状态。

（二）解链（旋）酶――解开DNA双螺旋
＊作用：利用ATP供能作用于氢键，使DNA双链解开成单链（三）单链DNA结合蛋白（SSB）――使DNA保持单链状态述：SSB曾称螺旋反稳定蛋白，SSB可与解开的DNA单链可逆结合，使单链稳定。

＊作用：结合、保护单链DNA模板。

防止再度螺旋化；
避免核酸内切酶的水解。

（四）引物酶――合成RNA引物
述：DNApol不能催化单核苷酸直接聚合成核苷酸链,需要引物。

1.引物：复制的引物是短链RNA，体外复制可用DNA片段
2.引物酶：一种特殊的RNA聚合酶，以DNA复制起始部位
为模板，利用NTP合成RNA引物。

3.RNA引物为DNA提供3’－OH末端，在DNA聚合酶催化
下逐一加入dNTP延长DNA子链。

（五）DNA聚合酶――合成子链DNA
＊全称：依赖DNA的DNA聚合酶（DNA-pol）
＊活性：5 '→3 '的聚合活性；3 '→5 '核酸外切酶活性
1．DNA-pol的聚合酶活性：
⑴DNA-polI ：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中
出现的空隙进行填补
⑵DNA-polⅡ：其基因发生突变，细菌依然能存活，它参与
DNA损伤的应急状态修复
⑶DNA-polⅢ：原核生物复制延长中真正起催化作用的酶
2．DNA-pol的核酸外切酶活性：
①3 '→5 '外切酶活性：能辨认错配的碱基对，并将其水解
②5 '→3 '外切酶活性：能切除突变的DNA片段
＊校读作用：DNApol识别错配碱基，利用其3 '→5 '外切酶活性切除，5'→3 '聚合酶活性补上正确碱基。

注：碱基配对正确时3 '→5 '外切酶活性不起作用。

（六）DNA连接酶――将DNA片段连接成完整链
1．作用方式：
催化DNA单链3’－OH末端和另一相邻DNA单链5’－P末端之间形成磷酸二酯键，从而把两段不连续的DNA链连接成一条完整的链。

2．功能
⑴在复制中起最后接合缺口的作用
⑵在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用
⑶也是基因工程的重要工具酶
三、DNA复制的过程
述：复制是一个连续的过程，可分为起始、延长和终止三个阶段。

（一）复制的起始
1．复制起点
原核细菌（如大肠杆菌）：固定、单一起点，双向复制。

真核生物：多起点双向复制。

1）DNA解链（pri、Dna、解链酶、SSB、Top酶）形成复制叉复制叉：复制时双链DNA解链形成的“Y”形结构。

2）合成引物
引发体：促进引物合成的蛋白质因子，DNA复制起始区
的复合结构
合成RNA引物的过程：
☏引发体在ATP供能的情况下沿着结合了SSB的DNA单链定向运动，在适当位置，按模板碱基顺序从5 ' → 3 '方向
合成RNA引物，引物长度为十几个至数十个核苷酸不等。

合成原料是NTP，引物保留3'-OH。

☏在每一个复制子，领头链只合成一次引物，即引发一次；
而随从链需多次引发，在不同部位合成多个引物。

（二）复制的延伸
1．复制延长的生化反应
酶：DNA-polⅢ
它在引物的3’－OH端，按碱基互补规律沿着模板链
3 '→5 '移动，合成3'，5 '－磷酸二酯键。

原料：四种dNTP
新链延长方向： 5 '→3 '
延长速度：大肠杆菌2500bp/s
2．复制的半不连续性
⑴原因：DNA的两条链方向相反，复制时引物和子链的延长
方向必须是5 '→3 ' ，而在一个复制叉上解链方向只
能是一个。

这就使得一条链的复制方向与解链方向
不一致，另一条链的复制方向与解链方向一致。

顺着解链方向延长的子链，复制连续进行，称为前导链
延长方向与解链方向相反的链不连续合成，称为后随链
1968年，日本科学家冈崎观察到在DNA复制中存在不连续
的片段，后人证实只存在于复制叉的一条链，把这种不连续
复制的DNA片段称作冈崎片段（Okazaki fragment），原核生
物约1～2千核苷酸，真核生物只数百个核苷酸。

⑵随从链的合成
①冈崎片段1延长至冈崎片段2引物前方时，RNA酶水解RNA引物
②polI催化dNTPs聚合填补水解留下的空隙，使冈崎片段1继续
延长至冈崎片段2的5’－P末端
⑶半不连续复制：DNA复制中一条链是连续合成的，另一条是不连
续合成的复制方式。

（三）复制的终止
1．原核生物的基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点（ter）处汇合
2．RNA酶水解前导链和随从链的RNA引物，由DNA-polⅠ的
5 '→3 '聚合酶活性填补缺口。

3．DNA连接酶连接相邻的3’－OH和5’－P的缺口，形成完整DNA链。

课外作业：
一、名解：半保留复制；冈崎片段
二、简答：简述DNA复制的过程。