的生物合成复制

1、第十一章 DNA的生物合成（复制）一、教学基本要求描述遗传学中心法则，扩大的中心法则及生物学意义。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。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。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。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。二、教学内容精要（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

2、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。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

3、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

4、，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53 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

5、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E coli DNA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（1060nt）；继而在DNA聚合酶 催化下，以53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

6、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（DNA pol)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53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53方向的聚合作用，因此，解开双链后在35方向的模板上可以按53方向合成前导链；而以53方向链为模板，仍然按53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D

7、NA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，DNA Topo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500nt/s)，有多个起始点，冈崎片段的长度小于原核生物，在DNA聚合酶与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

8、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：RNA指导的DNA合成反应；RNA的水解反应；DNA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53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，

9、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，

10、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。【记忆方法】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

11、比较法便于记忆。三、典型试题分析（一）A型题1.DNA复制时，以序列5-TpApGpAp-3为模板合成的互补结构是(2001年生化试题）A.5-pTpCpTpA-3 B.5-pApTpCpT-3 C.5-pUpCpUpA-3D.5-pGpApCpA-3 E.3-pTpCpTpA-5【答案】A【评析】本题考点：本题考点为复制时的碱基配对及链的方向。DNA复制时，除了以AT,GC的碱基配对之外，新合成的子链与母链方向相反。；2.与冈崎片段的概念有关的是A.半保留复制 B.半不连续复制 C.不对称转录D.RNA的剪接 E.蛋白质的修饰【答案】B【评析】本题考点：冈崎片断的生物学意义，复制的过程及上述

12、术语的念义。在DNA复制的过程中，领头链的合成是连续的，而由于DNA复制的53的特性，随从链的合成是先合成小片段，而后连接的方式进行的，即新合成的两条链中，有一条是以不连续的方式进行合成的，称为半不连续合成。3.在DNA复制中RNA引物A.使DNA聚合酶 活化 B.使DNA双链解开C.提供5末端作合成新DNA链起点 D.提供3OH作合成新DNA链起点E.提供3OH作合成新RNA链起点【答案】C【评析】本题考点：引物的作用及作用方式。在DNA复制时，由于DNA聚合酶无法从头合成DNA，需以53的方向先合成小段RNA作为DNA合成的引物。4.DNA复制时，下列哪种酶是不需要的A.DNA指导的DNA

13、聚合酶 B.DNA连接酶 C.拓扑异构酶D.解链酶 E.限制性内切酶【答案】E【评析】本题考点：DNA复制所需的酶类。DNA复制时，已知拓扑异构酶参与了DNA的剪切和连接，而非DNA限制性内切酶。因此根据目前资料尚不能确定限制性内切复制中有限制性内切酶的作用。5.在紫外线照射对DNA分子的损伤中最常见形成的二聚体是（2003年生化试题）A.C-C B.C-T C.TT D.T-U E.G-G【答案】C【评析】本题考点：DNA分子的损伤类型。DNA分子的损伤包括碱基丢失、缺失、插入、链断裂和环丁基二聚体等。T-T二聚体是因紫外线照射DNA引起的损伤，即损伤后两个嘧啶核甘酸形成环丁基二聚体。（二）

14、X型题反转录酶催化的反应有（1998年生化试题）1.RNA指导的DNA合成 2.RNA水解反应3.DNA指导的DNA合成 4.35外切酶作用【答案】A（1，2，3正确）【评析】本题考点：反转录酶的功能。反转录酶有多种功能。然而由于其无35外切酶作用，所以无校对功能。这也是反转录病毒易变异的原因。四、复习自测试题（一）名词解释1复制 (replication)2半保留复制 (semi-conservative replication)（二）选择题A型题类题1.Meselson和Stahl利用15N及14N标记大肠杆菌的实验证明的反应机制是A.DNA能被复制 B.DNA可转录为mRNA C.DNA

15、可表达为蛋白质 D.DNA的半保留复制 E.DNA的全保留复制2.合成DNA的原料是A.dAMP，dGMP，dCMP，dTMP B.dATP，dGTP，dCTp，dTTPC.dADP，dGDP，dCDP，dTDP D.ATP，GTP，CTP，UTPE.AMP，GMP，CMP，UMPB型题A. DNA Pol B. DNA Pol I C. DNA Pol D. DNA Pol E. DNA Pol1.参与真核线粒体DNA合成的酶是2.参与真核核内DNA随从链合成的酶是3.参与原核DNA复制的酶是4.参与原核DNA修复合成的酶是5.参与真核DNA复制引发过程的酶是X型题类题1.DNA连接酶催化的

16、反应A.在两股单链DNA互补碱基之间形成氢键生成双螺旋，完成复制过程B.需ATP供能C.使复制中的RNA引物与冈崎片段相互聚合D.使相邻的DNA片段间以3，5磷酸二酯键相连2.DNA聚合酶催化的反应A.以一磷酸核昔为作用物 B.合成反应的方向为53C.以NAD为辅酶 D.生成磷酸二酯键类题1.DNA聚合醉工具有A.5-3外切酶活性 B.3- 5外切酶活性C.5-3聚合酶活性 D.3- 5聚合酶活性2.以下对反转录酶催化的反应描述正确的是A.RNA指导的DNA合成反应 B.RNA的水解反应C.DNA指导的DNA合成反应 D.有3-5外切酶活性（三）填空题1.每个冈崎片段是借助于连接在它的_末端上

17、的一段_而合成的。2.所有的冈崎片段链的增长都是按_方向进行的。（四）简答题1.原核生物参与复制的生物分子包括哪些及其功能？2参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质因子有哪些？各是什么作用？五、习题参考答案（一）名词解释1是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。2半保留复制指DNA复制过程中，双螺旋解开成单链各自作为模板合成与其互补的子链，从一个亲代DNA双螺旋复制出两个与亲代完全相同的子代DNA，子代DNA中的一条DNA链来自亲代，另一条链是新合成的复制方式。（二）选择题A型题类题1.D 2.B 类题1.A 2.A B型题1.C 2.D X型题类题1.BD 2.ABD 类题1

18、.ABC 2.ABC （三）填空题1.5RNA引物；2.53 （四）简答题1.DNA的复制是一个非常复杂的生物学过程，有许多酶、特异的蛋白因子及小分子化合物的参与，共同完成复制的起始、链的延伸和链的终止等过程。包括：模板：解开的DNA单链；底物：4种脱氧三磷酸核糖核苷（dNTP），即dATP、dGTP、dCTP和dTTP；引物：3-OH末端的RNA；酶和蛋白因子：DNA聚合酶，原核生物E. coli中分别称为DNA聚合酶、；引物酶；DNA解旋酶；拓扑异构酶；单链DNA结合蛋白；DNA连接酶。DNA聚合酶（DNA dependant DNA polymerase，DDDP或DNA-pol）是催化底物dNTP以dNMP方式聚合为新生DNA的酶，聚合时需要DNA为模板，故称为依赖于DNA的DNA聚合酶。解螺旋酶(helicase) 在原核生物又称为DnaB，其功能是利用ATP供能将DNA双螺旋间的氢键解