DNA的生物合成(精)
第十章 DNA的生物合成(共65张PPT)
配对
方向 引物
DNA(不对称转录）
NTP RNA聚合酶 mRNA,tRNA,rRNA，小RNA
A-U,T-A,G-C
5’ 3’ 不需要
DNA复制与转录的比较
以DNA为模板
相 遵循碱基配对原则 同 都需依赖DNA的聚合酶 点 聚合过程都是生成磷酸二酯键
新链合成方向为5’→3’
重组修复（recombination repair ）
• 又称复制后修复（ postreplication repair）
• 受损伤的DNA在进行复制时，跳 过损伤部位，在子代DNA链与损 伤相对应部位出现缺口。通过分子 间重组，从完整的母链上将相应的 碱基顺序片段移至子链的缺口处， 然后再用合成的多核苷酸来补上母 链的空缺，此过程即重复修复。并 非完全校正。
structures were observed; no single stranded
DNA is visible.
No complete unwinding of the two
parental strands occurred before the
daughter strands are synthesized
• 当DNA受到大剂量紫外线（波长260nm附近）照射 时，可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合 ，形成二聚体，例如TT二聚体。
2. DNA损伤修复
• 光复活 • 切除修复 • 重组修复 • SOS修复
光复活（photoreactivation）
• 可见光（最有效波长 400nm）激活生物界 广泛分布（高等哺乳 动物除外）的光复活 酶，该酶分解嘧啶二 聚体。
二、DNA的复制
dnaA蛋白与起始点形成复合物，促进其他 dna蛋白也与起始点形成复合物。一旦双螺旋 解开成单链，SSB即结合单链。
生物化学重点_第十一章dna的生物合成
生物化学重点_第十一章D N A的生物合成work Information Technology Company.2020YEAR第十一章 DNA的生物合成一、中心法则：① DNA的自我复制将遗传信息由亲代传递给子代；② 转录：以DNA为模板合成RNA；③ 翻译：mRNA指导蛋白质的生物合成，从而决定生物的表现型。
DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。
但在少数RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA中。
因此，在这些生物体中遗传信息的流向是④ RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；⑤ 通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，二、DNA复制的特点：1．半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semiconservative replication)。
DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证明。
2．需要引物(primer)：DNA聚合酶必须以一段具有3'端自由羟基（3'-OH）的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链。
3．半不连续复制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA链，因此两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。
以3'→5'方向的亲代DNA链作模板的子代链在聚合时基本上是连续进行的，这一条链被称为前导链(leading strand)。
而以5'→3'方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的，这条链被称为随后链(lagging strand)。
DNA在复制时，由随后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。
三、DNA复制的条件：1．底物：以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。
生物化学(11.2)--作业DNA的生物合成(附答案)
CDK(cyclin-dependent kinase) [答案] 即细胞周期蛋白依赖激酶。它是细胞周期调节蛋白的催化亚基，与细胞周期蛋白结合 后，促进细胞周期的运转。
问答题 1. 简述 DNA 复制的基本规律 2. 参与原核生物 DNA 的复制的酶类和蛋白质因子有哪些？ 3. 端粒酶的分子组成有何特点？有什么功能？ 4. 简述原核生物 DNA 复制的基本过程 5. 简述突变的类型及 DNA 损伤修复类型 6. 试述参与原核生物 DNA 复制过程所需的物质及其作用。 7. 比较 DNA 复制与转录的异同点 8. 列表比较原核生物三种 DNA 聚合酶的特点 9. 催化磷酸二酯键形成的酶有哪些?比较它们的作用特点。 10. 原核生物复制起始的相关蛋白质有哪些？各有何功能 11. 讨论复制保真性的机制 12. 什么是冈崎片段？合成结束时，是如何连接的？ 13. 试述细胞周期的调控机制。 14. 简述逆转录的基本过程，逆转录现象的发现在生命科学研究中有何重大研究价值？
Klenow 片段（Klenow fragment） [答案] 是原核生物 DNA-polⅠ 经特异的蛋白质酶水解后产生的大片段，具有 5’→3’核酸外切 酶活性和聚合活性，实验室合成 DNA 及分子生物学研究上，常用 Klenow 片段代替 DNA 聚合酶。
引发体（primosome） [答案] 含有解螺旋酶(DnaB)、DnaC 蛋白、引物酶(即 DnaG 蛋白)和 DNA 的起始复制区域的复 合结构称为引发体。
DNA的生物合成(基因信息传递)
复制的基本规律(重点) ➢ 复制的方式 —半保留复制 (semi-conservative replication) ➢ 双向复制 (bidirectional replication) ➢ 半不连续复制 (semi-discontinuous replication)
复制中不连续的两条单链
切断、整理后的两链
结果 (dNTP)n+1
不连续→连续链 改变拓扑状态
第三节 DNA生物合成过程
The Process of DNA Replication
一、原核生物的DNA生物合成
（一）复制起始：DNA解链形成引发体
需要解决两个问题： 1. DNA解开成单链，提供模板。 2. 形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。
二、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合
➢全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent
DNA polymerase，DNA-pol)
➢ 活性： 1. 53 的聚合活性 2. 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。
CG
AT
AT
CG
CG
TA
TA
GC
GC
GC
GC
子代DNA
二、DNA复制从起始点向两个方向延伸
➢ 原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链， 形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。
ori
ter
A
B
A. 环状双链DNA及复制起始点
C
B. 复制中的两个复制叉
C. 复制接近终止点(termination, ter)
基因的遗传与表达—DNA的生物合成(生物化学课件)
项目一 DNA的生物合成
❖ （二）复制必须具备的基本条件
模板：母链DNA
原料：dNTP(包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP) 酶和蛋白质因子： 引物：一小段RNA 能量（ATP）及某些无机离子
项目一 DNA的生物合成 参与DNA复制的酶类与蛋白质因子及其主要作用 1.拓扑异构酶（Topo）
6.DNA连接酶
项目一 DNA的生物合成
作用：在有模板指导的条件下，催化2个DNA片段(两片段间的距离 为1个3' ,5' -磷酸二酯键的键长)的连接。
原理：在一个DNA片段的3' -OH末端和另一个DNA片段的5'-P末端形 成3',5'-磷酸二酯键，从而实现连接。
特点：原核细胞:需辅助因子NAD+ 真核细胞:不需辅助因子NAD+,但需耗能(ATP)
解链酶
项目一 DNA的生物合成
3.单链DNA结合蛋白(DNA结合蛋白)(SSB)
作用：防止重新形成双 链和防止单链模板被核酸酶水解,维持 DNA单链状态和完整性
项目一 DNA的生物合成 4.引物酶 DNA不能从无→有合成，需在一小段RNA基础上合成DNA RNA的合成：需引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶。
项目一 DNA的生物合成 复制起始阶段的特点 真核细胞：具有多个
起始位点
原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制
项目一 DNA的生物合成
项目一 DNA的生物合成 链的延长
引物合成后，由DNA polⅢ（真核细胞为DNA聚合酶或)催 化，在引物3'-OH末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷 磷酸,使新合成的链不断延长。
生化-第十章DNA的生物合成
3. 大肠杆菌 大肠杆菌DNA聚合酶 Ⅲ——polⅢ 聚合酶 Ⅲ DNA复制酶，1972年发现 复制酶， 复制酶 年发现 是真正起复制作用的酶， （1）pol Ⅲ 是真正起复制作用的酶，由10种 ） 种 亚基组成不对称二聚体 不对称二聚体， 、 、 组成核心酶 亚基组成不对称二聚体，α、ε、θ组成核心酶 （2）功能： ）功能： 聚合酶活性； ① 5′→3′聚合酶活性； 聚合酶活性 外切酶活性。 ② 3′→5′外切酶活性。 外切酶活性 该酶在原核细胞中主要负责DNA链的延伸， 链的延伸， 该酶在原核细胞中主要负责 链的延伸 是复制延长中真正起催化作用的酶。 是复制延长中真正起催化作用的酶。
双向复制
复制叉
起点 单向复制 起点
的复制－－（ 三、原核细胞DNA的复制－－（ 原核细胞 的复制－－（DNA指导下的 指导下的 DNA合成） 合成） 合成 （一）DNA聚合酶 聚合酶 1956年kornberg等首先从大肠杆菌中发现 年 等首先从大肠杆菌中发现DNA 等首先从大肠杆菌中发现 聚合酶。其后在广泛不同的生物中都找到有这 聚合酶。 种酶。 种酶。
加入的dNTP 加入的
亲核攻击
5′
引 物
3′
DNA模板链 模板链 脱氧核糖
底物： 底物： dNTP (dATP dGTP dCTP dTTP)； ； 聚合酶（ 聚合酶（polymerase， DNA-pol): ， 依赖DNA的DNA聚合酶 是1种模板指导的酶 聚合酶,是 种 依赖 的 聚合酶 模板（ 解开成单链的DNA母链； 母链； 模板（template): 解开成单链的 母链 引物（ 提供3′-OH末端 使dNTP聚合； 末端,使 聚合； 引物（primer): 提供 末端 聚合 其它酶和蛋白质因子
Arthur Kornberg won the 1959 Nobel Prize in Medicine for his discovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid (before Watson and Crick won theirs!)
生物化学：第七章 核酸的生物合成
第七章核酸的生物合成（一）DNA的生物合成1. DNA的生物合成：指以亲代DNA的两条链为模板，以4种脱氧核苷三磷酸为底物，在DNA 聚合酶催化下进行的脱氧核苷酸聚合反应。
基因（顺反子）:泛指被转录的一个DNA片段。
在某些情况下，基因常用来指编码一个功能蛋白或DNA分子的DNA片段。
2.复制 (Replication)：以亲代DNA分子的双链为模板，按照碱基配对的原则，合成出与亲代DNA分子相同的双链DNA的过程。
3.转录(Transcription)：以DNA分子中一条链的部分片段为模板，按照碱基配对原则，合成出一条与模板DNA链互补的RNA分子的过程。
4.翻译(Translation)：把mRNA上的遗传信息按照遗传密码转换成蛋白质中特定的氨基酸序列的过程。
5.半保留复制：双链DNA 的复制方式，其中亲代链分离，每一子代DNA 分子由一条亲代链和一条新合成的链组成。
基因组中能独立进行复制的单位叫复制子。
6．DNA聚合酶反应的特点：以四种脱氧核苷三磷酸为底物；反应需要接受模板的指导；反应要有引物3’-OH的存在；需Mg2+激活；DNA链的生长方向为5’→3’；产物与模板的性质相同。
7. DNA聚合酶：DNA聚合酶I主要负责RNA引物的切除和校对；DNA聚合酶II主要负责修复；DNA聚合酶III主要负责复制。
8.DNA复制体：蛋白质和酶合理、精巧地分布在复制叉上，既可解离聚合，又彼此协调，形成一个高效、高精度复制的完整实体复合物。
包括解螺旋酶、单链结合蛋白(SSB)、拓扑异构酶、引发体、连接酶等。
9.复制叉：复制DNA 分子的Y 形区域,在此区域发生链的分离及新链的合成。
10.原核生物DNA的复制复制的启动：原核生物的DNA上一般只有一个复制原点，真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制过程。
DNA链的延伸：DNA链的延伸按5'→3'方向。
一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成能连续进行，称为先导链；另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向相反，这条新链的合成是不连续的，而且总晚于先导链，所以称为后随链。
细胞生物学中的DNA合成
细胞生物学中的DNA合成DNA是构成生物遗传信息的核心分子，它通过DNA合成来实现遗传信息的分离和复制。
DNA合成是细胞生物学中的一个重要过程，本文将从DNA的结构、DNA合成的步骤以及DNA合成时可能遇到的问题等方面展开，探讨DNA合成的相关知识。
一、DNA的结构DNA（脱氧核糖核酸）是由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳟氨酸）、脱氧核糖糖份和磷酸组成的双螺旋结构分子。
其中，碱基是遗传信息的基本单位，脱氧核糖糖份是连接碱基的背骨，磷酸是连接脱氧核糖糖份的“线”。
DNA的双螺旋结构由两个互相螺旋的链组成，每个链上的碱基通过氢键连接起来，而两个链则通过碱基之间的氢键相互连接。
两个链中的碱基按照一定规则配对，腺嘌呤配对胸腺嘧啶，鸟嘌呤配对鳟氨酸，这种配对关系称为碱基互补配对。
由于碱基互补配对的存在，当一条链被提取后，可以通过其碱基的互补配对五定位恢复另一条链的序列。
二、DNA合成的步骤DNA合成是细胞增殖时的基本过程，首先我们需要了解DNA合成的步骤。
DNA的合成是由DNA聚合酶（DNA polymerase）酶催化的，它使新的碱基按照一定序列加入到父链的3'-OH端。
DNA合成始于DNA解旋酶（helicase）对DNA的双链鱼片进行解旋，形成两个单链鱼片模板，然后单链鱼片模板上的DNA聚合酶开始工作。
在DNA聚合过程中，DNA聚合酶主要有三个步骤：装载、延长和校对。
1. 装载：DNA聚合酶需要与助酶一起结合，才能进行DNA合成。
助酶通常被称为PCNA（增殖细胞核抗原），它们形成一个叫做滑动环（sliding clamp）的结构，可以夹住DNA，使得DNA合成酶在DNA的长度方向上能够连续工作。
DNA合成酶和PCNA结合后，就可以开始进行DNA聚合的第二个步骤——延长。
2. 延长：DNA合成酶的聚合反应是以父链作为模板进行的，将新进来的核苷酸加入到父链的3'端。
这里需要解释一下，DNA是单向生长的，也就是新的碱基只能在链的3'端加入，而不能在5'端进行。
第一节 DNA的生物合成
第一节DNA的生物合成一、DNA 的复制不同的基因，其碱基的序列不同，携带着千变万化的遗传信息。
细胞有丝分裂之前，细胞中的DNA分子必须进行自我复制，将亲代DNA的遗传信息准确地传递到子代DNA分子中，这一过程称为DNA 复制(replication)。
由此，子代细胞则具有一套与亲代细胞完全相同的DNA分子，这就是遗传作用。
1．DNA复制在DNA复制过程中，首先是原DNA双螺旋的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，双链解开并分为两股单链。
然后，每条单链DNA 各自作为模板，以三磷酸脱氧核糖核苷(dNTP)为原料，按照碱基配对规律(A与T配对，G与C配对)，合成新的互补链。
这样形成的两个子代DNA分子与原来的亲代DNA分子的核苷酸顺序是完全相同的。
在此过程中，每个子代DNA分子的双链，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的。
这种复制方式称为半保留复制。
由于DNA 在代谢上的稳定性和复制的忠实性，经过许多代的复制，DNA分子上的遗传信息仍可准确地传给子代。
2.复制的方向①直线双向；②多起点双向；③θ双向；④θ单向；⑤滚动环。
二、参与DNA复制的酶类1．DNA聚合酶DNA的复制过程极为复杂，但其速度极快，这是由于许多酶和蛋白质因子参与了复制过程。
其中，DNA聚合酶起着重要作用。
在原有DNA模板链存在情况下，DNA聚合酶催化四种脱氧核苷酸(dATP、dTTP、dGTP、dCTP)，通过与模板链的碱基互补配对，合成新的对应DNA链，故此酶又称为DNA指导的DNA聚合酶(DNA directed DNA polymerase，缩写为DDDP)。
DNA聚合酶的特点是不能自行从头合成DNA链，而必须有一个多核苷酸链作为引物，DNA 聚合酶只能在此引物的端催化dNTP与末端作用，形成磷酸二酯键，从而逐步合成DNA链。
因此，DNA链的合成是有方向性的，即从5＇端→3＇端方向进行。
这一特点在DNA复制过程中具有重要意义。
生物化学 第十五章 DNA的生物合成
(二)与DNA复制有关的酶和蛋白质（原核生物）
5´ 3´
解旋酶 解链酶 引物酶和引 发体
SSB
RNA引物
DNA聚合 酶III DNA聚合 酶I
3´
5´
RNA引 物
3´
5´
1.DNA聚合酶 DNA聚合酶Ⅰ polⅠ
(1) 具5′
3′聚合酶活性
将脱氧核糖核苷三磷酸 dNTP 逐个添加到具有 3 ′ — OH 末端的 多核苷酸链上形成3， 5—磷酸二酯键。
4. 引发酶（引物合成酶）
引物的合成由引发酶催化完成，这些酶 在模板单链DNA上识别特殊序列，合成RNA引 物。它本身没有活性，需要与“引发前体” 结合在一起，形成“引发体”后才有活性。
复制早期易发生碱基参入错误，用 RNA较好，然后通过polⅠ的5′ 3′端 核酸外切酶的活性切去，代之以dNMP，可 消除最初阶段的错误。
• 2、方向 • DNA复制可以朝一个方向（单向复 制，unidirectional），也可以朝两个相反 方向进行（双向复制，bidirectional，主 要）。
•
DNA复制一般是对称的，两条链同时 进行，也有不对称的，一条链复制完后 再进行另一条链的复制。 • 在迅速生长的原核生物中，第一个染 色体DNA分子的复制还未完成，第二个 DNA分子就在同一个起始点上开始复制。
+
50 复制
转化率
功能
0 .05
修复
1999年发现聚合酶 和，它们涉及DNA的错误倾向修 复（errooune repair）
polⅠ不是DNA复制酶，理由：
A、该酶合成 DNA 速度太慢，只是细胞 内DNA复制速度的1%； B、持续合成能力较低，而细胞内 DNA 复制不会频繁中止； C、许多基因突变都会影响DNA复制， 但都与polⅠ无关。
DNA生物合成过程
DNA生物合成过程
DNA合成期
G 2 M
S G 1
哺 乳 动 物 的 细 胞 周 期
一、复制的起始
几个相关概念： 1. 复制起始点 (origin, ori)
原核生物只有一个复制起始点； 真核生物染色体DNA有多个复制起始
点，同时形成多个复制单位， 两个起始点 之间的DNA片段称为复制子(replicon)。
3 '
5 '
D N A -p o l III
5 '
dATP
d C T P
d G T P
dATP
d T T P
d T T P
d C T P
d G T P
(一) 半不连续复制
领头链 (leading strand) 顺着解链方向生成的子链，其复制是
连续进行的，得到一条连续的子链。
3'
5' 解 链 方 向 3 ' 5'
3. 真核生物端粒的合成
(一)不连续片段的连接
3' 5'
3' 5'
3' 5'
3 ' 5 '
5'
3'
RNA 酶
5'
OH P
3'
dNTP DN 聚 A 合 酶
5'
P
3'
AT D连 P N 接 酶 A
5 '
3 '
(二)原核生物复制的终止
原核生物环状DNA为双向复制， 复制片段在复制的终止点汇合。每个 方向的领头链和相反方向的随从链的 连接与不连续片段的连接相同。
(三)真核生物复制的终止
生物化学第四节 真核生物DNA生物合成过程
第四节真核生物DNA生物合成过程2015-07-14 71109 0真核生物的基因组复制在细胞分裂周期的DNA合成期（S期）进行。
细胞周期进程在体内受到微环境中的增殖信号、营养条件等诸多因素影响，多种蛋白因子和酶控制细胞进入S期的时机和DNA合成的速度。
真核生物的DNA合成的基本机制和特征与原核生物相似，但是由于基因组庞大及核小体的存在，反应体系、反应过程和调节都更为复杂。
一、真核生物复制的起始与原核生物基本相似真核生物DNA分布在许多染色体上，各自进行复制。
每个染色体有上千个复制子，复制的起始点很多。
复制有时序性，就是说复制子以分组方式激活而不是同步启动。
转录活性高的DNA在S期早期就进行复制。
高度重复的序列如卫星DNA、连接染色体双倍体的部位即中心体( centrosome)和线性染色体两端即端粒(telomere)都是S期的最后才复制的。
真核生物复制起始点比E．coli的oriC短。
酵母DNA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(autonomous replication sequence，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。
但详细的机制，包括酶及各种辅助蛋白起作用的先后，尚未完全明了。
复制的起始需要DNA pol α和pol δ参与，前者有引物酶活性而后者有解旋酶活性(表14-2)。
此外还需拓扑酶和复制因子(replication factor，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具有关键作用。
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的DNA夹子，在RFC的作用下PCNA结合于引物-模板链；并且PCNA使pol δ获得持续合成的能力。
高中生物第二章DNA的生物合成(复制)
第二章 DNA的生物合成（复制）教学大纲要求1. 描述遗传学中心法则，扩大的中心法则及生物学意义。
2. 记住DNA合成的概念，包括以DNA作为模板指导的DNA合成(复制)，以RNA作为模板指导的DNA合成(反转录)及DNA的修复合成，分别描述其概念。
3. 复述DNA复制特点，过程，参与的酶和因子(包括它们的功能)。
简要叙述复制过程及真核DNA复制特点。
4. 结合反转录酶的功能，简要叙述反转录过程及其生物学意义。
记住端粒酶的概念与功能。
5. 列举DNA损伤的几种类型，写出修复合成的几种方式名称。
叙述切除修复过程。
教材内容精要（一）遗传信息传递概述基本概念：1. 遗传：生殖过程中表现出来的子代与亲代的相似性。
2. 变异：生殖过程中表现出来的子代与亲代的差异性。
3. 基因: 能为生物大分子蛋白质，也包括RNA编码的核酸片段。
高等生物的基因是DNA，少数低等生物的遗传物质是RNA。
4. 复制: 即DNA的生物合成，DNA母链为模板，由核苷酸聚合成子代DNA的过程。
5. 转录即RNA的生物合成，DNA贮存的遗传信息作模板，转抄成RNA的碱基序列。
6. 翻译: 把mRNA的遗传信息用遗传密码的方式破读为蛋白质分子上的氨基酸排列次序，即蛋白质的生物合成。
7. 中心法则: 遗传信息从DNA流向RNA，再流向蛋白质的信息传递规律。
DNA有贮存、表达遗传信息功能，因此认为DNA处于生命活动中心。
8. 基因表达贮存在DNA上的遗传信息，通过转录和翻译，指导合成主要执行生命活动功能的蛋白质的过程。
9. 半保留复制亲代的DNA双链解开，各自作为模板，按照碱基配对规律(AT配对，GC配对)，指引子链的合成。
因此，子代DNA双链和亲代DNA双链有一致的碱基序列。
DNA是遗传的物质基础。
DNA分子中由4种不同碱基组成的核苷酸的排列顺序(以下简称碱基顺序)即是储藏的遗传信息。
所谓基因，即指DNA分子中碱基组成的功能片段。
DNA分子很大(如人类基因组DNA约含3 109个碱基对)，但全部由A、G、C和T四种碱基以不同的排列方式组成。
DNA的生物合成
13.DNA的生物合成13.1 DNA复制概况DNA复制：指亲本DNA双螺旋解开，两条链分别作为模板，合成子代DNA分子的过程。
13.1.1DNA的半保留复制半保留复制：DNA 的两条链彼此分开，各自作为模板，按碱基配对规则合成互补链。
由此产生的子代DNA的一条链来自于亲代，另一条链则是以这条亲代链为模板合成的新链。
13.1.2DNA复制的起点（富含A、T的区域）和方向①复制子：基因组中能独立进行复制的单位称为复制子。
②复制叉：从一个固定的起点开始复制，此时双链DNA解开形成两条单链，分别作为模板进行复制，由此形成的结构很想叉子。
③复制的方向：ⅰ）单向复制ⅱ）双向复制（大多数）：形成两个复制叉的复制泡或复制眼。
④滚环复制：⑤D环复制：13.2原核生物DNA的复制13.2.2原核生物DNA复制的起始①引发体：13.2.3 DNA链的延伸1.宏观：①模板：3’→5’方向的亲代链②延伸方向：从5’→3’方向聚合子代DNA链③酶：DNA聚合酶Ⅲ④原料：dATP、dTTP、dCTP、dGTP⑤连接形式：以dNMP的方式⑥连接的化学键：磷酸二酯键（延伸本质：前者的不断生成）2.微观：（以一个复制眼为例）①半不连续复制：一条链是连续合成的，另一条链是间断合成的短片段连接而成的。
②前导链：DNA的一条链按复制叉的移动方向，沿5’→3’方向连续合成。
③后随链：另一条链是在已经形成一段单链区后，先按与复制叉相反的方向（5’→3’方向）合成冈崎片段，再通过酶的作用将冈崎片段连在一起构成完整的链。
13.2.4 复制的终止（终止子ter）1.冈崎片段的连接：①RNA 引物的水解：RNA酶（DNA聚合酶Ⅰ）水解引物（切除引物），暴露出羟基端和磷酸基端。
②缺口的填补：DNA聚合酶Ⅰ③连接：当DNA聚合酶Ⅰ催化至还剩一个磷酸二酯键切口时，由DNA连接酶连接，形成完整连续的后随链。
①结构：②冈崎片段形成的过程图（作用）：13.5 DNA的损伤和修复13.5.1 DNA损伤的产生1.DNA的损伤：①化学诱变剂：ⅰ）5-溴尿嘧啶ⅱ）亚硝基ⅲ）羟胺ⅳ）烷化剂ⅴ）嵌合剂。
dna的生物合成
dna的生物合成DNA（脱氧核糖核酸）是构成生物基因的物质，是控制生命过程的基础。
它的生物合成过程是一个复杂而严谨的过程，在细胞内完成。
下面就来详细介绍DNA的生物合成过程。
第一步：DNA的解旋DNA的生物合成是从DNA的解旋开始的。
在DNA合成前，DNA双链需要被解开成两个单链。
这是由酶类分子引起的（解旋酶），它会在DNA的部位打开双链。
第二步：DNA的复制DNA的复制是整个生物合成的中心过程。
在细胞中，复制是由另一种酶类分子完成的——DNA聚合酶。
它能够识别并组装正确的碱基对，从而复制原始DNA链。
这个过程需要破坏氢键，将两个原始链分开，然后将两个新的链按照碱基配对规则，复制出一个新的DNA分子。
第三步：DNA的修复DNA的生物合成还包括修复过程。
生物体中，DNA会受到外界的胁迫，比如辐射、化学毒物等，它们都会导致DNA上的碱基失去完整性。
这时，生物体内的一些酶类分子就会介入，识别失去完整性的碱基并更换掉它们，从而维持DNA的完整性。
第四步：DNA的连接DNA的连接是DNA生物合成的关键步骤之一。
在DNA的生物合成过程中，聚合酶将新的DNA链加到原始链的3'端。
由于DNA链是反向复制的，所以新链的3'端和原始链的5'端相连，但还缺失一个连接。
这个连接需要由另一种酶类分子完成——连接酶，将它们连接在一起，形成完整的DNA链。
第五步：DNA的末端在DNA复制的最后，由于DNA链的反向复制，终止位置上新链是5'端，所以需要一些特殊的酶类分子，将DNA的末端完成成一个标准的双链螺旋。
这个过程由酶类分子DNA聚合酶完成。
综上所述，DNA的生物合成是一个复杂多样的过程，其中包括解旋、复制、修复、连接、末端等许多步骤。
这个过程需要一系列的酶类分子和协调配合，才能完成DNA的生物合成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一. DNA的复制
复制部位：
真核生物：细胞核
原核生物：细胞质的核质区
(一) 复制的反应
一. DNA的复制
n1d ATP n2d CTP n3d GTP n4d TTP
DNA聚合酶 DNA模板
DNA +（n1+n2+n3+n4)PPi
PPi随即被焦磷酸酶水解，从 而推动聚合反应的进行。
做半保留复制（semiconservative replication）。
(二) 复制的方式 半保留复制
一. DNA的复制
(二) 复制的方式
一. DNA的复制
如何证明半保留复制
1958年，Meselson 证明：用，15NH4Cl唯一氮源
培养大肠杆菌，之后，用14NH4Cl培养，然后进行
CsCl2进行密度梯度离心。由于15NH4Cl密度大于
双螺旋DNA
3′5′ 带切开的3′ 端单链穿越 与另一条连 接封口 Tyr
一.DNA的复制
TopⅠ被解离 (-) (-)
P OH
2个负超螺旋 DNA-酶中间物
O R HN CH C NH R′ CH 2 Tyrosine N O O O 5′ H Oˉ H P O O P Oˉ (b) O O H H DNA链 N H N NH 2 N
② 随后链的合成
引物的合成：随后链的每个冈崎片段都需要合成
RNA引物。也是由引物酶催化。
冈崎片段的合成： DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的 3'末端使DNA链延伸，直至抵达其 下游的另一个冈崎片段的 RNA引物
的5'端。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
一.DNA的复制
② 随后链的合成
在 DNA聚合酶 Ⅲ 全酶的双活性部位。因此，随着聚合
酶的移动，两条链同时延伸。
（五）复制的过程 4.复制的结束
一.DNA的复制 复制的终止没有特殊的信号
原核生物中：
其 环 状 的 DNA 从
单点开始双向复制
，当两个复制叉在 复制原点的对面处 相遇并合并时，结 束复制，形成两个
C 染色体 E D A C G F B Tus 单体
为原料，从5'→3'方向合成出RNA片段，即引物。
为什么要用引物？
(四)参与复制的酶和蛋白质
2. DNA聚合酶(DNA polymease)
一.DNA的复制
催化活性 DNA聚合酶 5'→3'
聚合 DNA聚合 酶Ⅰ DNA聚合 酶Ⅱ 酶Ⅲ ＋ ＋ ＋
3'→5' 5'→3' 核酸外切 核酸外切
＋ ＋ ＋ ＋
功能
切去引物RNA，补上 正确的DNA片段 与修复有关(活性低)
原 核 生 物 DNA聚合
负责链的延长 (活性高)
(四)参与复制的酶和蛋白质
2. DNA聚合酶(DNA polymease)
一.DNA的复制
催化活性 DNA聚合酶 5'→3' 3'→5'
聚合 DNA聚合 酶a ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 负责链的延长 负责先导链的延长
（五）复制的过程
1. 复制的启动
一.DNA的复制
复制从特定的位点开始，这一位置叫复制原点 。 原核生物的 DNA 上一般只有一个复制原点，但 在迅速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起 点处启动第二轮复制； 真核生物则有多个复制原点，可以同时启动 复制过程。
（五）复制的过程
1. 复制的启动
一.DNA的复制
(四)参与复制的酶和蛋白质
一.DNA的复制
2. DNA聚合酶(DNA polymease)5'→3'核酸外切
(四)参与复制的酶和蛋白质
3. DNA连结酶 (DNA ligase)
一.DNA的复制
催化 DNA 双链中一条链上的缺口（ 3 ′ -OH 与
它下游相邻的核苷酸的 5′ - 磷酸之间）共价连结（ 形成磷酸二酯键）。
3′ 5′ 前导链 3′ 3′ 5′ 冈崎片段 5′Βιβλιοθήκη 5′（五）复制的过程
一.DNA的复制
3.复制叉的推进-复制叉推进的方式
另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向 相反，它显然不能被连续合成，需要复制叉推 进了一定的长度，有了一段DNA单链后，才能 以此为模板合成一个片段。因此这条新链的合 成是不连续的，而且总晚于先导链，所以称为 随后链。
(1) 光修复 由 DNA 光裂合酶（ photolyase） 催化。该酶需要 光（400700 nm）才能激活，它能切除嘧啶二聚体 之间的连键(C-C键)，从而修复由紫外照射而造成的 损伤。
3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
① 先导链的合成
引物酶在复制原点附近合成一段RNA 引物； DNA 聚合酶 Ⅲ ( 原核细胞 ) 在引物的 3'末端逐个添加脱氧核苷酸。 随着复制叉的推进，亲代 DNA 双螺 旋不断被解开，先导链也不断延伸。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
一.DNA的复制
水解 2 分子 ATP。方向为 5 ’ -3 ’，大肠杆菌中的
解螺旋酶又叫rep蛋白，但方向为3’-5’ 。
(四)参与复制的酶和蛋白质
4. 使DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
一.DNA的复制
单链结合蛋白(SSBP)： 与解链后的DNA单链结合，阻止其再次形成双
螺旋。大肠杆菌 SSB 为 177 aa 多肽，以四聚体形
(二) 复制的方式 半保留复制
一. DNA的复制
DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先解旋并分开，
然后以每条链为模板，按照碱基配对原则，各形 成一条互补链。这样，从亲代的一个DNA双螺旋分 子复制成两个与亲代的碱基序列完全相同的子代 DNA 分子。每个子代 DNA 分子中，有一条链来自亲
代DNA，另一条则是新形成的，这样的复制方式叫
冈崎片段的连结：DNA聚合酶 Ⅰ一面以其 DNA聚合活
性在上游冈崎片段的 3 ' -OH 末端添加
脱氧核苷酸，一面以其 5 '→ 3 ' 核酸外
切活性切除引物，直至将引物全部切
除。 DNA连接酶将最后的缺口补好。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
一.DNA的复制
③ 先导链和随后链中DNA的延伸由同一个DNA聚 合酶Ⅲ全 酶二聚体催化 随后链的模板回折成环，从而使冈崎片段的延伸 方向与先导链的延伸方向一致，它们的 3'末端分别落
14NH 4Cl，因此，形成不同区带，经过若干代培养
后，两个14NH4Cl区带增多。
(二) 复制的方式
一. DNA的复制
(二) 复制的方式
一.DNA的复制
半保留复制
全保留复制
(三) 复制反应注意点
一. DNA的复制
DNA复制除入DNA聚合酶, DNA模 板, dNTP外,还需要多种蛋白质因子 、引物、Mg2+等.
（五）复制的过程
2. 复制眼的形成-双螺旋解开的过程
一.DNA的复制
解螺旋酶使DNA双螺旋局部解链； SSB结合到解开的单链上； 拓扑异构酶Ⅱ向DNA中引入负超螺旋，以消除由 解链产生的扭曲张力(动画)。
（五）复制的过程
TopⅠ (-) (-) (-) 3个负超螺旋 （L=n) 结合TopⅠ 切开双链中 的一条链形 成DNA-磷酸 酪氨共价键
复制过程的调控主要取决于复制启动的频率，
而 DNA 延长的速度大体上是恒定的。由于真核生物
在多位点上启动复制，所以尽管其 DNA 比原核生物
DNA大得多，但复制的总速度反而比原核生物快。 DNA的复制是由引发体识别并结合于复制原点
而被启动的，其机理比较复杂，目前还不十分明了 。
（五）复制的过程
2. 复制眼的形成
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的方式
一.DNA的复制
这种前导链连续合成，随后链断续合成的 方式，称为半不连续复制。 随后链中合成的多个DNA片段，称为冈崎 片段。冈崎片段的长度原核细胞中约 1000~2000个核苷酸，真核细胞中约 100~200个核苷酸。
（五）复制的过程
一.DNA的复制
特点： A 对利福平不敏感 B 核糖核酸代替脱氧核糖核酸
(四)参与复制的酶和蛋白质
一.DNA的复制
DNA的合成不只是 dNTP之间形成磷酸二酯键的
问题，更重要的还有信息传递的问题，需要保持复制
的高保真度 ，所以复制过程涉及到许多酶及辅助因 子。
1. 引物酶(primer)
合成RNA引物，又叫引物合成酶、引发酶。 它以单链DNA为模板，以ATP、GTP、CTP、UTP
外环境中的射线：X-射线、紫外线等
—— 高剂量的紫外辐射使DNA链上邻
近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生
成二聚体；此外还有脱嘌呤作用和脱
氨基作用.
二. DNA的损伤与修复
2. 修复
所有细胞对DNA的损伤都有一定的修复能力， 以恢复正常的DNA结构。
修复的方式：光修复、切除修复、重组修复、SOS修复
一.DNA的复制
由于复制原点都是在 DNA 分子的内部，而不是在
末端，所以当复制启动后需要在复制原点处将 DNA双
螺旋局部解链，形成“眼状”结构 —— 复制眼。
（五）复制的过程
2. 复制眼的形成 复制眼的结构：
一.DNA的复制
双向复制 起点 单向复制 起点 复制叉 复制叉 复制叉
(a)
(b)
复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为复制叉。
一.DNA的复制
差错率为10-9-10-10
1. 新合成的子链与母链之间碱基配对严格性
2. 使用引物RNA 3. DNA聚合酶对底物专一性 4. DNA聚合酶的校对作用 5. DNA修复机制