内容精要DNA的生物合成复制

（一）遗传信息传递概述

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×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。不同的基因由不同的碱基序列构成，并携带不同的遗传信息。细胞分裂时，通过DNA的复制，遗传信息从亲代DNA分子传到子代DNA分子中。另一方面，DNA分子储藏的信息要通过指导特异蛋白质的合成来体现其生物学功能。以DNA分子为模板，用四种dNTP做原料，以碱基互补配对原则将DNA的遗传信息抄录到mRNA分子中。这种将DNA的遗传信息传递给mRNA的过程称为转录。以mRNA为模板，按其碱基排列顺序，以三个相邻碱基序列决定一个氨基酸的密码子形式，决定蛋白质（肽链）合成时氨基酸排列顺序的过程称为翻译。通过转录和翻译，基因遗传信息从DNA传递到蛋白质，由蛋白质赋予细胞一定的表型。遗传信息传递的规律，称为遗传信息传递的中心法则。

自然界某些RNA病毒还可以RNA为模板，指导DNA的合成。这种遗传信息传递方向与转录过程相反，称为反（逆）转录，它使遗传信息传递的中心法则被补充。

（二）DNA的合成

1.DNA生物合成的概念

DNA分子在生物体内经酶促聚合反应进行合成，DNA合成反应主要有DNA指导的DNA合成、RNA指导的DNA合成以及修复合成三种方式。以DNA作为模板指导的DNA合成作用称为DNA复制，由此将DNA携带的信息传至子代DNA。它是细胞内DNA最主要的合成方式；DNA的合成也可以RNA为模板指导DNA合成作用，这称为反向转录作用，可见于病毒。环境因素可以造成DNA分子结构的损伤，损伤的DNA可进行修复合成，即校正错误的序列，以保持DNA结构的稳定性。

2.DNA的复制合成

(1)复制的概念：DNA复制开始时，亲代DNA双链分子打开，分别作为模板，在DNA依赖的DNA聚合酶催化下，按A与T、G与C碱基配对原则，自5′→3′连续的合成一条前导链；不连续的合成一些片断，从而合成一条随从链，，所以DNA复制是半不连续合成。在子代DNA双链分子中，一条来自亲代的旧链，另一条为新合成的链，故DNA复制是半保留复制。

(2)DNA复制过程：真核生物的DNA复制过程与原核生物基本相似，但机理尚不十分清楚。以原核生物为例，将EcoliDNA复制过程分为以下阶段：

1)螺旋的松弛与解链：在DNA复制起始部位ori,先由DNA拓扑异构酶（Topo）改变DNA分子的超螺旋结构，然后在解链酶的作用下，解开双股链，再由单链DNA结合蛋白保护和稳定DNA单链，形成复制点。复制点的形状像叉子———即复制叉。

2)引发：主要由引发酶和引发前体参与合成RNA引物。在前导链合成中，先由引发酶催化合成一段RNA引物（10～60nt）；继而在DNA聚合酶Ⅲ催化下，以5′→3′方向连续的合成DNA链。随从链引物的合成是在引物酶，引发前体以及DnaA蛋白联合作用下合成的。继而在引物的3′-OH端进行冈崎片段的合成。

3）DNA链的延长：DNA链的延长是在DNA聚合酶（DNApol)催化下，以四种脱氧三磷酸(dNTP)即dATP、dGTP、dCTP、dTTP为原料进行的合成反应。反应体系中有DNA模板、引物及Mg2+存在。聚合作用是自引物3′-OH端开始，沿5′→3′方向逐个加入脱氧核苷酸dNMP而脱下焦磷酸PPi，使DNA链得以延长。DNApol仅催化DNA链沿5′→3′方向的聚合作用，因此，解开双链后在3′→5′方向的模板上可以按5′→3′方向合成前导链；而以5′→3′方向链为模板，仍然按5′→3′方向合成不连续的短冈崎片段。

4)终止：在DNA合成的片段内，由DNA聚合酶I外切酶活性切除RNA引物，致使各片段之间形成空隙，然后由DNA聚合酶I的聚合酶活性催化填补空隙，最后由DNA连接酶将这些片段再连接起来，成为一条长链。DNA复制完毕后，DNATopo将DNA分子引人超螺旋结构。真核生物的DNA复制与Ecoli基本相似，但仍有一些特点，如复制的速度约为50nt/s(Ecoli.为nt/s)，有多个起始点，冈崎片段的长度小于原核生物，在DNA聚合酶δ与α配合下催化合成反应等不同。

（三）反转录合成

1.反转录的概念：反转录又称逆转录，是RNA指导下的DNA合成作用，即以RNA为模板，由dNTP聚合生成DNA的作用，因为此RNA指导下的DNA合成作用恰好与转录作用中遗传信息的流动呈反方向进行，所以称为反转录作用。催化此反应的酶为反转录酶或逆转录酶。在致癌的RNA病毒中，有反转录酶的存在。

2.反转录酶与反转录：反转录酶具有三种酶活性：①RNA指导的DNA合成反应；②RNA的水解反应；③DNA指导的DNA聚合反应。反转录合成以病毒基因组RNA为模板，在反转录酶的催化下，先合成一条与RNA模板互补的DNA单链，产物与模板形成DNA-RNA杂交分子。然后，以此新合成的DNA单链为模板，合成另一条互补DNA链，形成双链DNA分子。反转录合成的方向也是自5′→3′进行；在DNA合成开始时需要tRNA作为引物。经反转录合成的DNA分子，一旦整合到宿主染色体的基因组中，可导致宿主细胞癌变。

端粒酶类似于反转录酶，由RNA和蛋白质组成，该酶利用自身的RNA为模板，催化染色体DNA端粒的合成，防止染色体缩短。

3.反转录病毒：是一类RNA病毒，因含反转录酶而得名。人类免疫缺陷病毒（HIV）也是一种反转录病毒，因它的感染导致艾滋病。

（四）DNA的修复合成

(1)DNA损伤与突变：DNA复制过程中的错误可产生碱基突变，这可以由DNA聚合酶在复制过程中来修正错误。环境中某些理化因素或生物学因素，也引起DNA序列上的改变，DNA损伤的类型有链的断裂、链内交联和链间交链等；DNA的突变分为点突变、缺失突变、插入和置换突变。这些DNA的损伤不校正，则会影响DNA的复制和转录功能，引起生物体变异。

(2)DNA损伤修复：DNA的损伤修复是通过一系列酶完成的，并可通过切除修复、重组修复和SOS修复等不同方式来进行，而切除修复最为重要。切除修复包括光化酶修复UvrABC修复两种方式。

本章知识的记忆分为三部分，一是基本概念，例如，什么是半保留复制、不连续合成、何谓逆转录等。这需要在理解的基础上加以记忆。二是具体的合成过程，包括DNA复制；DNA损伤修复及反转录合成。首先分清各个合成体系都有哪些组分及因子参加。例如DNA复制体系中有合成模板、合成方向、合成原料、参与的酶及蛋白因子等。其次记住合成每一阶段的具体内容。三是比较原核系统与真核系统的差异，例如DNA聚合酶，用比较法便于记忆。

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