生物化学与分子生物学：第13章DNA的生物合成

第13章 DNA的生物合成一、DNA复制的基本规律：1半保留复制*：DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。这种复制方式称为半保留复制。2半不连续复制：由于两条亲代DNA链以逆向平行的方式存在，而DNA聚合酶又只能以53方向聚合子代DNA链，因此以35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，这一条链被称为领头链(leading strand)。而以53方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的，这条链被称为随从链(lagging strand)。DNA在复制时，由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。3双向复制：DNA复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制。但在低等生物中，也可进行单向复制。4复制的高保真性：为了保证遗传的稳定，DNA的复制必须具有高保真性。DNA复制时的保真性主要与下列因素有关：遵守严格的碱基配对规律；在复制时对碱基的正确选择；对复制过程中出现的错误及时进行校正。二、参与DNA复制的主要酶类：1DNA聚合酶（DNA dependent DNA polymerase, DDDP）：在原核生物中，DNA聚合酶有三种，分别为DNA聚合酶、DNA聚合酶、DNA聚合酶。pol 具有53聚合酶活性、35外切酶活性和53外切酶的活性；其功能主要是去除引物、填补缺口以及修复损伤。DNA聚合酶具有53聚合酶活性和35外切酶活性，是原核生物中参与DNA复制的主要酶。在真核生物中，目前发现的DNA聚合酶有五种。其中，参与染色体DNA复制的是pol 和pol ，参与线粒体DNA复制的是pol ，pol与DNA损伤修复、校读和填补缺口有关，pol 只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。DNA聚合酶催化的反应特点*:(1) 以单链DNA为模板；(2) 以dNTP为原料；(3) 需要引物提供3-OH；(4) 聚合方向(新链的延长)只能为53；（5） 遵守碱基互补规律；（6） 需要Mg2+。2解旋、解链酶类：（1）解螺旋酶：利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。（2）单链DNA结合蛋白（single strand binding protein, SSB）：是能够与单链DNA结合的蛋白质因子。其作用为：稳定单链DNA，便于以其为模板复制子代DNA； 保护单链DNA，避免核酸酶的降解。（3）拓扑异构酶：拓扑异构酶可将DNA双链中的一条链或两条链切断，松开超螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现DNA链的缠绕、打结。3.引物酶：是一种依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP），为DNA-pol发挥作用提供的3-OH。4.DNA连接酶(DNA ligase)：DNA连接酶可催化双链DNA分子中单链片段之间形成磷酸二酯键，从而使DNA片段连接起来。三、参与DNA复制的物质：1底物：以四种脱氧核糖核酸为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。2模板：以亲代DNA的两股链解开后，分别作为模板进行复制。3需要引物：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。 4各种酶和蛋白因子：DNA聚合酶、拓扑异构酶、解螺旋酶、单链DNA结合蛋白、引物酶、连接酶。其中DNA聚合酶是DNA复制最主要的酶。四、DNA生物合成过程：DNA在复制时，需在特定的位点起始，在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。1复制的起始：由拓扑异构酶和解链酶作用，使局部DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，形成两条单链DNA，单链DNA结合蛋白（SSB）结合在单链DNA上，形成复制叉；在引物酶的催化下，合成一段短的RNA引物。2复制的延长：催化合成领头链和随从链。3复制的终止：去除引物，填补缺口，在DNA连接酶的催化下，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长链。五、DNA的损伤：由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常改变均称为DNA的损伤突变。引起DNA损伤的因素有：1自发因素；2物理因素；3化学因素。4生物因素六、DNA突变的常见类型：点突变、插入、缺失、重排七、基因突变的后果*（一）仅改变基因型，不改变表型（二）导致遗传性疾病的发生（三）致死性突变（四）突变是进化、分化的分子基础八、DNA损伤的修复：DNA损伤的修复方式有光复活、切除修复、重组修复和SOS修复，后二者属于有差错倾向修复。切除修复*：是细胞内最重要和有效的修复机制，可适用于多种DNA损伤的修复。主要由DNA-pol和连接酶完成。修复的大概过程：特异性的核酸内切酶（如原核中的UvrA、UvrB和UvrC）或DNA糖苷酶识别DNA受损伤的部位，并在该部位的5端作一切口；由核酸外切酶（或DNA聚合酶）从53端逐一切除损伤的单链；在DNA聚合酶的催化下，以互补链为模板，合成新的单链片段以填补缺口；由DNA连接酶催化连接片段，封闭缺口。