DNA的生物合成也没有那么难[一键搞定系列]

题目

2014N35A真核生物体为解决庞大基因组复制问题的适应性机制是

A.循环复制

B.双向复制

C.半不连续复制

D.多复制子复制

2009N158X下列有关DNA聚合酶III的叙述正确的有

A.在复制延长中起主要催化作用的酶

B.5′-3′聚合酶活性

C. 3′-5′外切酶活性

D. 5′-3′外切酶活性

DNA的生物合成

一. DNA复制的基本特征

1.半保留复制：两条单链各自作为模板合成子代链，再与子代链组成子代DNA。

2.双向复制：从起点向两个方向延伸。

原核生物：环状DNA，单起点双向复制。

真核生物：多起点双向复制，从一个DNA复制起点起始的DNA复制区域称为复制子。

3.半不连续复制：沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续的，是前导链；另外一条子链是逐段进行复制的，是后随链。

复制方向：5′→3′。

沿着后随链的模板链合成的新DNA片段被命名为冈崎片段；冈崎片段经去除引物，填补空隙，连接成完整的DNA。

二. DNA复制的酶学和拓扑学变化

DNA复制是酶促核苷酸聚合反应，底物是dNTP，有3个磷酸基团，最靠近核糖的称为α-P，向外依次是β-P、γ-P；α-P与3′-OH连接。

模板指解开成单链的DNA母链，引物提供3′-OH末端使dNTP依次聚合。

复制的基本化学反应：核苷酸与核苷酸之间生成3′，5′-磷酸二酯键。

DNA pol Ⅲ是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶，有5′→3′核酸外切酶活性；DNA pol Ⅰ二级结构以α螺旋为主，可分解为大、小片段，大片段叫Klenow片段具有DNA聚合酶活性和3′→5′核酸外切酶活性，小片段有5′→3′核酸外切酶活性；DNA polⅡ参与DNA损伤的应急状态修复，有5′→3′核酸外切酶活性。

真核生物DNA polδ负责合成后随链，DNA polε负责合成前导链；所有酶都有5′→3′核酸外切酶活性。

实现保真性的机制：遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能；复制出错时有即时的校对功能。

碱基配对以氢键连接，G和C以3个氢键、A和T以2个氢键维持配对；聚合酶对核苷酸的掺入有选择作用。

原核生物的DNA polⅠ和真核生物的DNA polδ、ε有3′→5′核酸外切酶活性，可以在复制过程中辨认并切除错配的碱基。

三. 原核生物DNA复制过程

1.复制的起始

（1）DNA解链

复制有固定起始点：DNA双链中，AT间的配对只有两个氢链维系，故富含AT的部位容易发生解链。

DNA解链需要多种蛋白质参与：DnaA、DnaB、DnaC、SSB等。

解链过程中需要DNA拓扑异构酶：拓扑异构酶Ⅱ通过切断、解旋、再连接的作用实现DNA超螺旋的转型，由正超螺旋转变为负超螺旋。

（2）引物合成和起始复合物的形成

引物：引物酶催化合成的短链的RNA分子。该RNA分子为DNA的合成提供3′-OH末端，在DNA聚合酶下形成子链DNA。

利福平是转录用RNA聚合酶的特异性抑制剂，而引物酶对利福平不敏感。

解旋酶DnaB、DnaC、引物酶和DNA复制起始区域共同构成的起始复合物结构。其蛋白质组分在DNA链上的移动需要ATP供给能量。引物合成的方向也是5′→3′方向呈不连续复制。

同一个复制叉上，同一个DNA pol Ⅲ催化下，前导链的复制先于后随链。

后随链沿着5′→3′方向，呈不连续复制的片段称为冈崎片段。

2.复制终止

（1）复制终止过程包括：切除引物、填补空缺、连接切口。原核生物DNA是环状的，复制是双向，并且同时在终止点上汇合。

（2）后随链上有许多的冈崎片段，同时有RNA引物，复制的完成需要去除RNA引物换成DNA，最后把其连成子链。

（3）DNA polⅠ完成复制过程中的校对、修复、填补空隙；缺口由连接酶连接；DNA polⅡ完成DNA损伤的应急状态修复；DNA polⅢ是复制延长中真正起催化作用的酶。

四. 真核生物DNA的合成

1.真核生物复制的起始

（1）DNA分布于很多染色体，复制子众多，复制的起始点也很多，并且他们非同步启动，复制具有时序性。

（2）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。

（3）复制起始需要DNA polα、polɛ和polδ，此外还需解旋酶，拓扑酶和复制因子。

（4）增殖细胞核抗原（PCNA）在复制和延长中具有关键作用，形成闭合环形的可滑动的DNA夹子，使polδ获得持续合成的能力并有促进核小体生成的作用。

2.真核生物复制的延长

（1）DNA polα主要催化合成引物，DNA polδ负责合成后随链，polɛ负责合成前导链。

（2）真核生物以复制子为单位进行复制，引物和后随链的冈崎片段都比原核生物要短，冈崎片段长度大约和一个核小体所含的DNA碱基数或其若干倍相等。

（3）后随链合成到核小体单位之末时，DNA polδ会脱落，DNA polα再引发下游引物合成，引物的引发频率相当高。

（4）真核生物的酶的催化速率较原核生物慢，但多复制子复制使得总体速度不慢。

3.真核生物DNA合成以后立即组装成核小体

真核生物DNA合成以后立即组装成核小体，复制叉的移动会破坏核小体，但是，复制叉向前移动时核小体在子链上迅速形成。

4.端粒酶参与解决染色体末端复制问题

（1）端粒：真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。形态学上染色体DNA末端膨大成粒状。

（2）端粒酶：由端粒酶RNA、端粒酶协同蛋白1和端粒酶逆转录酶组成，兼有提供RNA模板和催化逆转录的功能。

（3）染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙，剩下的单链若不及时填补成双链，就会被酶解，这样染色体会变得越来越短。

（4）正常情况下染色体末端没有出现遗传信息丢失的情况，可见，端粒在维持染色体稳定性和DNA复制的完整性方面有着重要作用。

（5）细胞水平，老化和端粒酶活性下降有关。另外，增值活跃的肿瘤细胞中端粒酶活性增高。

5.真核生物染色体DNA在每个细胞周期中只能复制一次

真核生物染色体DNA复制的一个重要特征是复制仅仅出现在细胞周期的S期，而且只能复制一次。

复制基因指DNA复制起始所必需的全部DNA序列，G1期选择复制基因；复制起始点的激活仅出现在S期。

五. 逆转录和其他复制方式

1. 逆转录

逆转录酶有三种活性：RNA指导的DNA聚合酶活性，DNA指导的DNA聚合酶活性和RNase H活性，作用需要Zn2+辅助因子。

方向：5′→3′。

意义：发展了中心法则。

2.线粒体DNA

按D-环复制方式，复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制有时序差别。

聚合酶：DNA polγ