《生物化学》课程教学资源（教案讲义）DNA的生物合成

第十章DNA的生物合成本科六版第十章DNA的生物合成一、基因（gene）1868年瑞士外科医生Miescher从细胞中分离到核酸，1909Johannsen首先提出用基因代表遗传物质。而关于基因的本质直至五十年代后才得以逐渐揭示。定义：DNA分子上编码生物活性产物的功能片段。这些生物活性产物包括蛋白质和RNA。二、中心法则（the centraldogma of molecular biology）DNA上的基因只是一种信息，这种信息只有表达出来才有意义。在生物体内基因表达的具体方式主要是蛋白质。1、1958年Crick基于诸多室验依据提出生物体内遗传信息表达的基本规律一一中心法则：转录翻译复制RNA蛋白质DNA逆转录1970年H.Temin发现了逆转录现象，使中心法则得以扩充。2、复制（replication）：以DNA为模板合成DNA的过程。其本质是将遗传信息由亲代准确地传给子代的过程。3、转录（transcription）：以DNA如模板合成RNA的过程，即将遗信息由DNA传给RNA的过程。4、翻译（translation）：以RNA的模板合成蛋白质的过程，即将遗传信息由RNA传给蛋白质的过程。5、基因表达（geneexpression）：指遗传信息由DNA经RNA最终表达为蛋白质的过程。包括转录、翻译两个步骤。6、逆转录（Reversetranscription）以RNA为模板合成DNA的过程。即将遗信息由RNA逆向传给DNA的过程。其遗传信息传递方向与转录相反。故名逆转录。-1

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 1 - 第十章 DNA 的生物合成 一、基因（gene） 1868 年瑞士外科医生 Miescher 从脓细胞中分离到核酸，1909 Johannsen 首先提出用基因代表遗传物质。而关于基因的本质直至五十年代后才得以逐渐 揭示。 定义：DNA 分子上编码生物活性产物的功能片段。 这些生物活性产物包括蛋白质和 RNA。 二、中心法则（the central dogma of molecular biology） DNA 上的 基因只是一种信息，这种信息只有表达出来才有意义。在生物 体内基因表达的具体方式主要是蛋白质。 1、1958 年 Crick 基于诸多室验依据提出生物体内遗传信息表达的基本规 律——中心法则： 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 1970 年 H.Temin 发现了逆转录现象，使中心法则得以扩充。 2、复制（replication）：以 DNA 为模板合成 DNA 的过程。其本质是将遗 传信息由亲代准确地传给子代的过程。 3、转录（transcription）：以 DNA 如模板合成 RNA 的过程，即将遗信 息由 DNA 传给 RNA 的过程。 4、翻译（translation）：以 RNA 的模板合成蛋白质的过程，即将遗传信 息由 RNA 传给蛋白质的过程。 5、基因表达（gene expression）：指遗传信息由 DNA 经 RNA 最终表达为 蛋白质的过程。包括转录、翻译两个步骤。 6、逆转录（Reverse transcription）以 RNA 为模板合成 DNA 的过程。 即将遗信息由 RNA 逆向传给 DNA 的过程。其遗传信息传递方向与转录相反。故 名逆转录

第十章DNA的生物合成本科六版本篇以中心法则为主线索，着重阐述遗传信息传递的基本规律（复制、转录、翻译）。在此基础上，介绍基因表达的调控和分子生物学的新技术。DNA的生物合成包括复制和逆转录，复制为大多数生物所共有，而逆转录只存在于个别生物体中，故本章着重讲述与复制相关的内容。第一节复制的方式一一半保留复制当细胞分裂时，DNA即开始复制，其主要特征为半保留复制(semi-conservative replication)。一、半保留复制的定义：DNA的两条链均可作为模板，合成出子代DNA与母代完全相同，且一条链来自母链，一条链是新合成的，这种复制方式称为Semi-conservative replicatior二、半保留复制的实验依据：1953年Watson和Cmick在提出双螺旋模型时即已推测出复制方式。1958年M.Messe1son和F.W.Stahl用实验加以证实。实验方法见P221图11-1三、半保留复制的意义：由于DNA分子中两股链有碱基互补关系，一条链即可确定其互补链的碱基序列。按半保留复制的方式，子代保留了亲代的全部遗传信息，通过基因表达，决定了子代生物的特性和类型。故半保留复制的意义为：保持了代与代之间DNA序列的一致性，体现了遗传过程的相对保守性。第二节参与复制的酶参与复制大分子物质有：1、底物（substrate)：dNTP(N：A、T、C、G)2、模板（template）：母代DNA的两条单链。3、引物（primer）：为一有3一OH的寡核苷酸。4、酶和蛋白：包括聚合酶、解链解旋酶、引物酶、连接酶等。一、DNA 聚合酶- 2 -

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 2 - 本篇以中心法则为主线索，着重阐述遗传信息传递的基本规律（复制、 转录、翻译）。在此基础上，介绍基因表达的调控和分子生物学的新技术。 DNA 的生物合成包括复制和逆转录，复制为大多数生物所共有，而逆转录 只存在于个别生物体中，故本章着重讲述与复制相关的内容。 第一节 复制的方式——半保留复制 当细胞分裂时， DNA 即开始复制，其主要特征为半保留复制 （semi-conservative replication）。 一、半保留复制的定义：DNA 的两条链均可作为模板，合成出子代 DNA 与母代完全相同，且一条链来自母链，一条链是新合成的，这种复制方式称为 Semi-conservative replication 二、半保留复制的实验依据：1953 年 Watson 和 Cmick 在提出双螺 旋模型时即已推测出复制方式。1958 年 M.Messelson 和 F.W.Stahl 用实验加以 证实。 实验方法见 P221 图 11-1 三、半保留复制的意义：由于 DNA 分子中两股链有碱基互补关系，一 条链即可确定其互补链的碱基序列。按半保留复制的方式，子代保留了亲代的 全部遗传信息，通过基因表达，决定了子代生物的特性和类型。故半保留复制 的意义为：保持了代与代之间 DNA 序列的一致性，体现了遗传过程的相对保守 性。 第二节 参与复制的酶 参与复制大分子物质有： 1、底物（substrate）：dNTP(N：A、T、C、G) 2、模板(template)：母代 DNA 的两条单链。 3、引物(primer)：为一有 3’—OH 的寡核苷酸。 4、酶和蛋白：包括聚合酶、解链解旋酶、引物酶、连接酶等。 一、DNA 聚合酶

第十章DNA的生物合成本科六版全称为DNAdependentDNApolymerese（DDDP），1958年A.Kornberg在大肠杆菌中发现了polI，并在试管内证明了其聚合酶活性（一）DDDP催化的反应较清楚的是原核生物的DDDP。1、5'一3'聚合活性以母链为模板，按碱基互补规律，DDDP在引物3一OH上逐个加上dNTP使新链延长，见P223反应式为（dNMP）n+dNTP→(dNMP)n+1+PPiDDDP的聚合方向只能是5，一3。2、核酸外切酶（exonucleasae）活性：表现为3'-5’外切酶和5'-3"外切酶活性。3”-5”外切酶在复制的校读及损伤修复中起作用，5’-3”外切酶则在引物切除及损伤修复中起作用。（二）种类1、原核生物的DNA聚合酶：E.coli中有PolI、PolII和polIⅢl，三者在细胞中的分子数之比为400：40：20，但活性polIII是PolI的10倍以上，故认为polIII是复制中起主要作用的酶。po1III的分子量约140KD，由10种亚基组成不对称的二聚体（图11-5A)，有聚合酶和3'-5外切酶活性，每分钟催化约10'个核苷酸聚合。其中α、&、0组成核心酶，α亚基有5-3’聚合酶活性，8亚基有3’-5’外切酶活性及碱基选择功能，e亚基可能起维系二聚体的作用。两边的β亚基起结合模板的作用。其余的亚基统称为-复合物，具体功能尚在研究中。Po1I的分子量约为109KD，为单一肽链，以a螺旋为主，有A-R共18个α螺旋区（图11-5B），有聚合酶、3”-5’外切酶和5，-3”外切酶活性，每秒钟催化约10个核苷酸聚合。由于Po1I只能催化合成约20个核苷酸，即从模板上脱离，故主要在校读和修复中起作用。在特异蛋白酶作用下，Po1I可被水解为67KD和36KD大小两个片段（图11-5B的F、G螺旋间)：大片段又称K1enow片段，具有聚合酶和3，-5，外切酶活性，小片段具有5，-3，外切酶活性。这两个片段均为分子生物学研究的工具酶。- 3 -

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 3 - 全称为 DNA dependent DNA polymerese（DDDP），1958 年 A.Kornberg 在 大肠杆菌中发现了 polⅠ，并在试管内证明了其聚合酶活性. (一）DDDP 催化的反应 较清楚的是原核生物的 DDDP。 1、5’—3’聚合活性 以母链为模板，按碱基互补规律，DDDP 在引物 3’—OH 上逐个加上 dNTP 使新链延长，见 P223 反应式为（dNMP）n+dNTP (dNMP)n+1+PPi DDDP 的聚合方向只能是 5’—3’。 2、核酸外切酶（exonucleasae）活性：表现为 3’-5’外切酶和 5’-3’ 外切酶活性。3’-5’外切酶在复制的校读及损伤修复中起作用，5’-3’外切 酶则在引物切除及损伤修复中起作用。 (二）种类 1、原核生物的 DNA 聚合酶： E.coli 中有 PolⅠ、PolⅡ和 polⅢ，三者在细胞中的分子数之比为 400： 40：20，但活性 polⅢ是 PolⅠ的 10 倍以上，故认为 polⅢ是复制中起主要作 用的酶。 polⅢ的分子量约 140KD，由 10 种亚基组成不对称的二聚体（图 11-5A）， 有聚合酶和 3’-5’外切酶活性，每分钟催化约 105个核苷酸聚合。其中α、ε、 θ组成核心酶，α亚基有 5’-3’ 聚合酶活性，ε亚基有 3’-5’外切酶活性及 碱基选择功能，θ亚基可能起维系二聚体的作用。两边的β亚基起结合模板的 作用。其余的亚基统称为γ-复合物，具体功能尚在研究中。 PolⅠ的分子量约为 109KD，为单一肽链，以α螺旋为主，有 A-R 共 18 个 α螺旋区（图 11-5B），有聚合酶、3’-5’外切酶和 5’-3’外切酶活性，每秒 钟催化约 10 个核苷酸聚合。由于 PolⅠ只能催化合成约 20 个核苷酸，即从模 板上脱离，故主要在校读和修复中起作用。 在特异蛋白酶作用下，PolⅠ可被水解为 67KD 和 36KD 大小两个片段（图 11-5B 的 F、G 螺旋间）：大片段又称 Klenow 片段，具有聚合酶和 3’-5’外切 酶活性，小片段具有 5’-3’外切酶活性。这两个片段均为分子生物学研究的 工具酶

第十章DNA的生物合成本科六版PolII只在无polIⅢ和PolI存在的情况下才起作用，其真正功能尚未明了。2、真核生物的DNA聚合酶：真核生物的DNA聚合酶有α、β、、8及ε五种pola及8相互配合参与复制。以往曾认为pol催化前导链的合成，pola催化随从链的合成。现在认为pola与引发酶共同起引发作用，由pol8催化前导链和随从链的合成。在链的延伸中有PCNA（增殖细胞核抗原，proliferatatingcellnucleusantigen）参与。pol&与原核的polI相似，起校读、修复作用。polβ则与原核的polII相似。pol存在于线粒体内参与线粒体DNA（mitochondiaDNA，mtDNA）的复制。MtDNA已知有37个基因，13为编码蛋白质或酶的基因，其余只转录RNA（22条转录tRNA，2条转录rRNA）。由于缺乏蛋白质的保护及相应的损伤修复系统，mtDNA容易发生突变，而损伤后修复较困难。随年龄的增长，由此引发的疾病（如盲、聋、痴呆、肌无力、糖尿病等）日显突出，已引起医学界的广泛兴趣。原核及真核生物的DNA聚合酶归纳如下表：种类功能外3'-5'外5-3°聚5″-3*合切切原核生+Pol I修复及校读++物-不清++Pol II复制+pol III++引发+pol a一+pol β修复（同PolII）真核生++pol线粒体DNA复制物复制+pol 8+++pol e修复（同PolI）(三）特点：1、聚合方向：DDDP只能催化5一3的聚合反应。2、需引物：DDDP不能催化游离的dNTP从头聚合，只能以寡核苷酸的3-4

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 4 - PolⅡ只在无 polⅢ和 PolⅠ存在的情况下才起作用，其真正功能尚未明了。 2、真核生物的 DNA 聚合酶： 真核生物的 DNA 聚合酶有α、β、γ、δ及ε五种 polα及δ相互配合参与复制。以往曾认为 polδ催化前导链的合成，pol α催化随从链的合成。现在认为 polα与引发酶共同起引发作用，由 polδ催化 前 导 链 和随 从 链 的合 成 。在 链 的延 伸 中有 PCNA （增 殖 细 胞核 抗 原 ， proliferatating cell nucleus antigen）参与。 polε与原核的 polⅠ相似，起校读、修复作用。 polβ则与原核的 polⅡ相似。 polγ存在于线粒体内参与线粒体 DNA（mitochondia DNA,mtDNA）的复制。 MtDNA 已知有 37 个基因，13 为编码蛋白质或酶的基因，其余只转录 RNA（22 条转录 tRNA，2 条转录 rRNA）。由于缺乏蛋白质的保护及相应的损伤修复系统， mtDNA 容易发生突变，而损伤后修复较困难。随年龄的增长，由此引发的疾病 （如盲、聋、痴呆、肌无力、糖尿病等）日显突出，已引起医学界的广泛兴趣。 原核及真核生物的 DNA 聚合酶归纳如下表： 原核生 物 种类 功能 5’-3’聚 合 5’-3’外 切 3’-5’外 切 Pol Ⅰ 修复及校读 + + + Pol Ⅱ 不清 + - + pol Ⅲ 复制 + + + 真核生 物 polα 引发 + - polβ 修复（同 Pol Ⅱ） + - polγ 线粒体 DNA 复制 + + polδ 复制 + + polε 修复（同 Pol Ⅰ） + + (三）特点： 1、聚合方向：DDDP 只能催化 5’—3’ 的聚合反应。 2、需引物： DDDP 不能催化游离的 dNTP 从头聚合，只能以寡核苷酸的 3’

第十章DNA的生物合成本科六版一OH作为合成新DNA链的起点，该寡核苷酸称作引物。3、高度保真性：也就是对模板的高度依赖性（即与模板保持高度的一致性，体现在：1）DDDP能严格遵循碱基互补规律，选择与母链对应的dNTP与之配时，然后催化聚合反应。2）当复制出错时，DDDP有即时的校读功能（Proofread）二、解旋解链酶类：至少有三大类（一）解链酶（helicase）：又名rep蛋白、DnaB蛋白1、作用：解开DNA双链，分开两链间的碱基对。2、特点：每解开一对碱基耗2个ATP3、种类：有DnaA、DnaB（即解链酶））、DnaC。DnaA辨认ori，DnaC辅助解链酶（DnaB）在起始点结合并结开双链。（二）DNA拓扑异构酶（拓扑酶：topoisomerase）：拓扑是指物体或图象作弹性移位而又保持物体不变的性质。1、种类及作用形式：1）拓扑酶I只切断DNA双链中的一股，使螺旋松驰不打结，然后再将切口封起。2）拓扑酶II（即旋转酶，gyrase）可切断超螺旋DNA的两股链，切口处的两链旋转，使超螺旋结构松驰，在ATP存在时，DNA分子由松驰一一负超螺旋。最后将断端封好。2、作用：理顺DNA的结构，防止其打结、缠绕，配合复制过程。在DNA复制时，拓扑酶可松弛超螺旋结构，有利于复制叉的行进和DNA的合成；复制完成后，拓扑酶又可将DNA引入超螺旋结构，以形成染色质。（三）单链DNA结合蛋白（singlestrandedDNAbindingprotein，SSB）1、组成：SSB由177个氨基酸残基组成的相同四聚体，每个SSB可覆盖DNA单链上32个核苷酸。2、作用：1）与单链DNA结合，防止重新形成双螺旋2）保护单链DNA，免受Dnase作用而降解。- 5 -

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 5 - —OH 作为合成新 DNA 链的起点，该寡核苷酸称作引物。 3、高度保真性：也就是对模板的高度依赖性（即与模板保持高度的一致 性），体现在： 1）DDDP 能严格遵循碱基互补规律，选择与母链对应的 dNTP 与之配时，然 后催化聚合反应。 2）当复制出错时，DDDP 有即时的校读功能（Proofread） 二、解旋解链酶类： 至少有三大类 (一）解链酶（helicase）：又名 rep 蛋白、DnaB 蛋白 1、作用：解开 DNA 双链，分开两链间的碱基对。 2、特点：每解开一对碱基耗 2 个 ATP 3、种类：有 DnaA、DnaB（即解链酶））、DnaC。DnaA 辨认 ori，DnaC 辅助 解链酶（DnaB）在起始点结合并结开双链。 (二）DNA 拓扑异构酶（拓扑酶：topoisomerase）: 拓扑是指物体或图象作弹性移位而又保持物体不变的性质。 1、种类及作用形式： １）拓扑酶Ⅰ只切断 DNA 双链中的一股，使螺旋松驰不打结，然后再将切 口封起。 ２）拓扑酶Ⅱ（即旋转酶,gyrase）可切断超螺旋 DNA 的两股链，切口处 的两链旋转，使超螺旋结构松驰，在 ATP 存在时，DNA 分子由松驰——负超螺 旋。最后将断端封好。 ２、作用：理顺ＤＮＡ的结构，防止其打结、缠绕，配合复制过程。 在ＤＮＡ复制时，拓扑酶可松弛超螺旋结构，有利于复制叉的行进和ＤＮ Ａ的合成；复制完成后，拓扑酶又可将ＤＮＡ引入超螺旋结构，以形成染色质。 (三）单链 DNA 结合蛋白（single stranded DNA binding protein，SSB） １、组成：SSB 由 177 个氨基酸残基组成的相同四聚体，每个 SSB 可覆盖 ＤＮＡ单链上 32 个核苷酸。 ２、作用：1）与单链 DNA 结合，防止重新形成双螺旋 2）保护单链 DNA，免受 Dnase 作用而降解

第十章DNA的生物合成本科六版三、引物酶和引发体：（一）引物酶（primase）：为一特殊的RNApolymerase1、作用：在模板复制起始部位，可催化四种NTP聚合成RNA，为DDDF提供3”OH未端。2、特点：只以DNA为模板，聚合方向只能为5'一3'。（二）引发体（primosome）：为蛋白，酶的复合体由DnaA、DnaC、解链酶（DnaB）和其它复制因子+引物酶构成引发体。其作用是解开双链，合成引物。四、DNA连接酶（DNA1igaSe）（一）作用：催化单链缺口3-OH与5，一P形成磷酸二酯键，将DNA片段连接起来。（二）特点：1、消耗ATP2、只连接双链中的单链切口。三种酶催化形成磷酸二酯键的比较DNApolgmerase：在oligdn或olign引导下，催化dNTP间形成磷酸二脂键，使dNTP聚合成DNA链。DNA连接酶：催化DNA两片段间形成磷酸二脂键，修复单链缺口。Topoisomerase：先切断DNA螺旋结构，再将断端连成磷酸二脂键，改变拓朴状态。第三节复制的过程P231一、复制的特征：（一）复制的起始点DNA的复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位叫复制的起始点（originofreplication，ori)。原核生物只有一个特定的起始部位，如E.coli的oriC。而真核生物则有多个ori，如酵母S.cerevisiae的17号染色体约有400个起始点。两个ori之间的DNA片段称为复制子（replicon）。- 6 -

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 6 - 三、引物酶和引发体： (一）引物酶（primase）:为一特殊的 RNA polymerase １、作用：在模板复制起始部位，可催化四种 NTP 聚合成 RNA，为 DDDP 提供 3’—OH 未端。 ２、特点：只以 DNA 为模板，聚合方向只能为 5’—3’。 (二）引发体（primosome）：为蛋白，酶的复合体 由 DnaＡ、DnaＣ、解链酶（DnaＢ）和其它复制因子+引物酶构成引发体。 其作用是解开双链，合成引物。 四、DNA 连接酶（DNA ligase） (一）作用：催化单链缺口３’－OH 与５’ －P 形成磷酸二酯键，将 DNA 片 段连接起来。 (二）特点：１、消耗 ATP ２、只连接双链中的单链切口。 三种酶催化形成磷酸二酯键的比较 DNA polgmerase：在 oligdn 或 olign 引导下，催化 dNTP 间形成磷酸二脂 键，使 dNTP 聚合成ＤＮＡ链。 DNA 连接酶：催化ＤＮＡ两片段间形成磷酸二脂键，修复单链缺口。 Topoisomerase：先切断ＤＮＡ螺旋结构，再将断端连成磷酸二脂键，改 变拓朴状态。 第三节 复制的过程 P231 一、复制的特征： (一）复制的起始点 DNA 的复制要从 DNA 分子的特定部位开始，此部位叫复制的起始点（origin of replication，ori）。原核生物只有一个特定的起始部位，如 E.coli 的 oriC。 而真核生物则有多个 ori，如酵母 S.cerevisiae 的 17 号染色体约有 400 个起 始点。 两个 ori 之间的 DNA 片段称为复制子（replicon）

第十章DNA的生物合成本科六版复制开始时，复制的起始点呈现的叉形（Y形）结构称为复制叉(replicationfork)。（二）复制的方向复制的方向可以有三种不同的方式：1、单向单链复制：两个ori，如腺病毒DNA的复制。2、双向单链复制：一个ori，形成一个复制叉，如质粒ColEI，后叙的滚环式复制亦属此类。3、双向双链复制：一个ori，，形成两个复制一一双向复制（bidirectionalreplication）。这种方式最为常见。（三）复制的半不连续性作为模板的DNA双链是反向平行的，而DDDP的聚合方向只能是5”一3'，故合成的子代DNA，一条链的延伸方向与复制又的行进方向一致，可连续合成，称为前导链或领头链（leadingstrand）；而另一条链的延伸方向与复制叉的行进方向相反，只能间断合成，称为随从链（laggingstrand）。由于领头链的合成是连续的，而随从链的合成是不连续的，故从总体上看DNA的复制是半不连续复制（semidiscontinuousreplication）。二、复制的过程主要介绍原核生物的复制过程。（一）复制的起始1、解链1）DnaA蛋白辨认起始点上的特有序列，并与之结合，形成类似核小体的DNA蛋白质复合体结构，促使邻近的DNA解链。在DnaC的协助下，DnaB与局部双链结合，继续前移使双链解到足以复制的长度。. 7-

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 7 - 复制开始时 ，复制 的起始点 呈现的叉 形（Y 形）结构 称为复 制叉 （replication fork）。 (二）复制的方向 复制的方向可以有三种不同的方式： 1、单向单链复制：两个 ori，如腺病毒 DNA 的复制。 2、双向单链复制：一个 ori，形成一个复制叉，如质粒 ColEⅠ，后叙的 滚环式复制亦属此类。 3、双向双链复制：一个 ori，形成两个复制叉——双向复制(bi directional replication) 。这种方式最为常见。 (三）复制的半不连续性 作为模板的 DNA 双链是反向平行的，而 DDDP 的聚合方向只能是 5’—3’， 故合成的子代 DNA，一条链的延伸方向与复制叉的行进方向一致，可连续合成， 称为前导链或领头链（leading strand）；而另一条链的延伸方向与复制叉的行 进方向相反，只能间断合成，称为随从链（lagging strand）。 由于领头链的合成是连续的，而随从链的合成是不连续的，故从总体上看 DNA 的复制是半不连续复制（semidiscontinuous replication）。 二、复制的过程 主要介绍原核生物的复制过程。 (一）复制的起始 1、解链 1）DnaA 蛋白辨认起始点上的特有序列，并与之结合，形成类似核小体的 DNA 蛋白质复合体结构，促使邻近的 DNA 解链。在 DnaC 的协助下，DnaB 与局部 双链结合，继续前移使双链解到足以复制的长度

第十章DNA的生物合成本科六版2）SSB与解开的DNA单链结合，可稳定单链以发挥其模板作用。2、引发一一引发体的合成上述过程中形成的Dna蛋白与DNA复合物，引入引物酶即构成引发体。当引发体解链到适当的位置，引物酶（primnase）以DNA为模板，合成一小段RNA引物（primer）3、螺旋的松驰（解螺旋）当解链开始后，其下游（复制叉前方）的DNA分子过度拧转，易盘绕、打结。拓扑酶在打结或要打结处作切口，松驰超螺旋结构，然后复位连接，可解连环，解结，以利于复制叉的行进及DNA的合成。(二)DNA链的延长：在DDDP催化下，以四种dNTP为原料，在引物的3'一OH端，逐个加入dNMP，脱下PPI，提供能量，使DNA链沿5一3，不断延长。Leadingstrand的合成是连续的，Laggingstrand的合成是间断的，形成的片段为冈崎片段（Okazakifragments）。1968年在美的冈崎首先观察到了上述半不连续复制现象，故以此命名。冈崎为此获得1972年的诺贝尔医学奖。（三）复制的终止：1、填补空缺：在Laggingstrant合成时，后一个Okazakifragment接近前方片段时，polI可发挥其5'一3外切酶（exonuclease）活性切除RNA引物，其空隙由polI催化合成新的片段填补，而polI只能填补空缺，不能将两个片段连接起来。2、连接成链：laggingstrard的每个片段由DNAligase连接成连续的子链。复制完成后，在topoisomerase作用下，将DNA引入超螺旋，在真核生物DNA接着与组蛋白（histone）和非组蛋白（non-histone）结合成染色体。三、真核生物DNA的复制真核生物复制的研究还很不够，目前已知的内容基本与原核生物相似，但有一些特点，现小结如下：（一）特点- 8 -

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 8 - 2）SSB 与解开的 DNA 单链结合，可稳定单链以发挥其模板作用。 2、引发——引发体的合成 上述过程中形成的 Dna 蛋白与 DNA 复合物，引入引物酶即构成引发体。 当引发体解链到适当的位置，引物酶（primnase）以 DNA 为模板，合成一 小段 RNA 引物（primer） 3、螺旋的松驰（解螺旋） 当解链开始后，其下游（复制叉前方）的 DNA 分子过度拧转，易盘绕、打 结。拓扑酶在打结或要打结处作切口，松驰超螺旋结构，然后复位连接，可解 连环，解结，以利于复制叉的行进及 DNA 的合成。 (二)DNA 链的延长： 在 DDDP 催化下，以四种 dNTP 为原料，在引物的 3’—OH 端，逐个加入 dNMP， 脱下 PPI，提供能量，使 DNA 链沿 5—3’不断延长。 Leading strand 的合成是连续的，Lagging strand 的合成是间断的，形 成的片段为冈崎片段（Okazaki fragments）。 1968 年在美的冈崎首先观察到了上述半不连续复制现象，故以此命名。冈 崎为此获得 1972 年的诺贝尔医学奖。 (三）复制的终止： 1、填补空缺：在 Lagging strant 合成时，后一个 Okazaki fragment 接 近前方片段时，polI 可发挥其 5’—3’外切酶（exonuclease）活性切除 RNA 引物，其空隙由 polI 催化合成新的片段填补，而 polI 只能填补空缺，不能将 两个片段连接起来。 2、连接成链： lagging strard 的每个片段由 DNA ligase 连接成连续的子链。 复制完成后，在 topoisomerase 作用下，将 DNA 引入超螺旋，在真核生物， DNA 接着与组蛋白（histone）和非组蛋白（non-histone）结合成染色体。 三、真核生物 DNA 的复制 真核生物复制的研究还很不够，目前已知的内容基本与原核生物相似，但 有一些特点，现小结如下： (一）特点

第十章DNA的生物合成本科六版1、真核生物DNA复制的速度约为50个核苷酸/秒，为大肠杆菌的1/50，但真核生物有多个复制起始点，可同时进行复制，整体速度也很快。2、真核生物DNA复制过程中产生的引物及冈崎片段的长度均小于原核生物。动物细胞中的引物约为10个核苷酸，而原核则可高达数十个：真核生物中冈崎片段约有100-200个核苷酸，而原核则可高达1000-2000个核苷酸。3、真核生物DNA复制过程中参与的酶及各种因子众多。4、真核生物的染色体DNA呈线形，与原核生物的环状DNA不同，当最前端5引物去除后，留下的空隙无法填补，意味着染色体DNA每复制一次就缩短一次。事实上，染色体虽经多次复制，却不会越来越短。这主要由于染色体有一种特殊的结构。（二）端粒和端粒酶1、端粒：端粒是真核生物染色体未端的结构，形态学上呈粒状膨大，故而得名。端粒具有保护DNA双链未端，使其免遭降解及彼此融合的功能。端粒存在特殊的复制机制，即端粒酶。2、端粒酶：是由RNA和蛋白质组成的复合体，是一种特殊的逆转录酶。它以其内部的RNA为模板，催化合成端粒的DNA片段。故端粒酶对于维持染色体DNA的完整性具有重要意义。3、作用：维持染色体的稳定性；维持DNA的完整性。端粒的变化及端粒酶活性的改变与衰老、肿瘤发生、细胞凋亡等有关，已成为目前研究中的一个新领域第四节DNA的损伤与修复P239一、突变：（一）概念：遗传物质结构的改变引起的遗传信息的改变。（二）原因：自发突变：不明原因，在遗传过程发生。诱变：各种物理或化学因素使DNA突变。(三)后果：1、致死性的突变：2、仅改变基因型的突变：只改变基因型（genotype）而不影响表现型- 9 -

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 9 - 1、真核生物 DNA 复制的速度约为 50 个核苷酸/秒，为大肠杆菌的 1/50， 但真核生物有多个复制起始点，可同时进行复制，整体速度也很快。 2、真核生物 DNA 复制过程中产生的引物及冈崎片段的长度均小于原核生 物。动物细胞中的引物约为 10 个核苷酸，而原核则可高达数十个；真核生物中 冈崎片段约有 100-200 个核苷酸，而原核则可高达 1000-2000 个核苷酸。 3、真核生物 DNA 复制过程中参与的酶及各种因子众多。 4、真核生物的染色体 DNA 呈线形，与原核生物的环状 DNA 不同，当最前 端 5’引物去除后，留下的空隙无法填补，意味着染色体 DNA 每复制一次就缩短 一次。事实上，染色体虽经多次复制，却不会越来越短。这主要由于染色体有 一种特殊的结构。 (二）端粒和端粒酶 1、端粒：端粒是真核生物染色体末端的结构，形态学上呈粒状膨大，故 而得名。端粒具有保护 DNA 双链末端，使其免遭降解及彼此融合的功能。 端粒存在特殊的复制机制，即端粒酶。 2、端粒酶：是由 RNA 和蛋白质组成的复合体，是一种特殊的逆转录酶。 它以其内部的 RNA 为模板，催化合成端粒的 DNA 片段。故端粒酶对于维持染色 体 DNA 的完整性具有重要意义。 3、作用：维持染色体的稳定性；维持 DNA 的完整性。 端粒的变化及端粒酶活性的改变与衰老、肿瘤发生、细胞凋亡等有关，已 成为目前研究中的一个新领域。 第四节 DNA 的损伤与修复 P239 一、突变： (一)概念：遗传物质结构的改变引起的遗传信息的改变。 (二）原因：自发突变：不明原因，在遗传过程发生。 诱变：各种物理或化学因素使 DNA 突变。 (三)后果： 1、致死性的突变： 2、仅改变基因型的突变：只改变基因型（genotype）而不影响表现型

本科六版第十章DNA的生物合成（phenotype），如同一种生物不同个体的DNA多态性即由此产生。3、功能缺失性的突变：为某些疾病产生的原因，这些疾病包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的疾病。4、进化：物种的自然演变就是长期突变积累的结果。（四）类型：1、错配：主要形式有点突变：DNA上一个base的改变（转换：同型base取代，颠换，异型base取代）。如镰刀状红细胞贫血，见p241图11-23。2、缺失：。一个或一段核酸的缺失。见p242图11-25。3、插入：外来的一个或一段核苷酸的插入。4、重组：DNA分子内发生的片段交换，也可发生在染色体之间。见p242图11-26。二、损伤的修复（一）光修复（photoreactivationrepair）紫外线相邻的两个TTT二聚体光修复酶（300-600nm的光即可激活）光修复过程普遍存在于各种生物，尤其是细菌，人体细胞中有发现。（二）切除修复（excisionrepair）先对损伤部位进行切除，再行正确的合成以填补空缺。见P243图11-27。（三）重组修复（recombinationalrepair）当DNA损伤面较大而来不及修复就进行复制时，则采用该种修复。其特点为：损伤不会完全去除，但随着复制的进行，损伤链所占比例越来越小，逐渐被“稀释”。见p244图11-28。（四）Sos修复（SoSrepair）当DNA损伤较严重，以致复制不能进行时，而诱发该种应急修复，特点：这一修复反应的特异性低，对模板的识别能力差，DNA仍能复制，但错误较多，可引起广泛的突变。DNA的损伤与修复：是目前研究癌变的一个重要方面：现认为对肿瘤易感的人：①其体内DNA对某些因素敏感，易损伤；- 10 -

第十章 DNA 的生物合成 本科六版 - 10 - （phenotype），如同一种生物不同个体的 DNA 多态性即由此产生。 3、功能缺失性的突变：为某些疾病产生的原因，这些疾病包括遗传病、 肿瘤及有遗传倾向的疾病。 4、进化：物种的自然演变就是长期突变积累的结果。 （四）类型： 1、错配：主要形式有点突变：DNA 上一个 base 的改变（转换：同型 base 取代，颠换，异型 base 取代）。如镰刀状红细胞贫血，见 p241 图 11-23。 2、缺失：。一个或一段核苷酸的缺失。见 p242 图 11-25。 3、插入：外来的一个或一段核苷酸的插入。 4、重组：DNA 分子内发生的片段交换，也可发生在染色体之间。见 p242 图 11-26。 二、损伤的修复 （一）光修复（photoreactivation repair） 紫外线 相邻的两个 T TT 二聚体 光修复酶（300-600nm 的光即可激活） 光修复过程普遍存在于各种生物，尤其是细菌，人体细胞中有发现。 （二）切除修复（excision repair） 先对损伤部位进行切除，再行正确的合成以填补空缺。见 P243 图 11-27。 （三）重组修复（recombinational repair） 当 DNA 损伤面较大而来不及修复就进行复制时，则采用该种修复。其特 点为：损伤不会完全去除，但随着复制的进行，损伤链所占比例越来越小，逐 渐被“稀释”。见 p244 图 11-28。 （四）SOS 修复（SOS repair） 当 DNA 损伤较严重，以致复制不能进行时，而诱发该种应急修复。 特点：这一修复反应的特异性低，对模板的识别能力差，DNA 仍能复制， 但错误较多，可引起广泛的突变。 DNA 的损伤与修复：是目前研究癌变的一个重要方面； 现认为对肿瘤易感的人：①其体内 DNA 对某些因素敏感，易损伤；