DNA的生物合成(精)

生物化学重点_第十一章D N A的生物合成work Information Technology Company.2020YEAR第十一章 DNA的生物合成一、中心法则：① DNA的自我复制将遗传信息由亲代传递给子代；② 转录：以DNA为模板合成RNA；③ 翻译：mRNA指导蛋白质的生物合成，从而决定生物的表现型。

DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。

但在少数RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA中。

因此，在这些生物体中遗传信息的流向是④ RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；⑤ 通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，二、DNA复制的特点：1．半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semiconservative replication)。

DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证明。

2．需要引物(primer)：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。

3．半不连续复制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA链，因此两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。

以3'→5'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，这一条链被称为前导链(leading strand)。

而以5'→3'方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的，这条链被称为随后链(lagging strand)。

DNA在复制时，由随后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。

三、DNA复制的条件：1．底物：以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。

第七章核酸的生物合成（一）DNA的生物合成1. DNA的生物合成：指以亲代DNA的两条链为模板，以4种脱氧核苷三磷酸为底物，在DNA 聚合酶催化下进行的脱氧核苷酸聚合反应。

基因（顺反子）:泛指被转录的一个DNA片段。

在某些情况下，基因常用来指编码一个功能蛋白或DNA分子的DNA片段。

2.复制 (Replication)：以亲代DNA分子的双链为模板，按照碱基配对的原则，合成出与亲代DNA分子相同的双链DNA的过程。

3.转录(Transcription)：以DNA分子中一条链的部分片段为模板，按照碱基配对原则，合成出一条与模板DNA链互补的RNA分子的过程。

4.翻译(Translation)：把mRNA上的遗传信息按照遗传密码转换成蛋白质中特定的氨基酸序列的过程。

5.半保留复制：双链DNA 的复制方式，其中亲代链分离，每一子代DNA 分子由一条亲代链和一条新合成的链组成。

基因组中能独立进行复制的单位叫复制子。

6．DNA聚合酶反应的特点：以四种脱氧核苷三磷酸为底物；反应需要接受模板的指导；反应要有引物3’-OH的存在；需Mg2+激活；DNA链的生长方向为5’→3’；产物与模板的性质相同。

7. DNA聚合酶：DNA聚合酶I主要负责RNA引物的切除和校对；DNA聚合酶II主要负责修复；DNA聚合酶III主要负责复制。

8.DNA复制体：蛋白质和酶合理、精巧地分布在复制叉上，既可解离聚合，又彼此协调，形成一个高效、高精度复制的完整实体复合物。

包括解螺旋酶、单链结合蛋白(SSB)、拓扑异构酶、引发体、连接酶等。

9.复制叉：复制DNA 分子的Y 形区域,在此区域发生链的分离及新链的合成。

10.原核生物DNA的复制复制的启动：原核生物的DNA上一般只有一个复制原点，真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制过程。

DNA链的延伸：DNA链的延伸按5'→3'方向。

一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成能连续进行，称为先导链；另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向相反，这条新链的合成是不连续的，而且总晚于先导链，所以称为后随链。

细胞生物学中的DNA合成DNA是构成生物遗传信息的核心分子，它通过DNA合成来实现遗传信息的分离和复制。

DNA合成是细胞生物学中的一个重要过程，本文将从DNA的结构、DNA合成的步骤以及DNA合成时可能遇到的问题等方面展开，探讨DNA合成的相关知识。

一、DNA的结构DNA（脱氧核糖核酸）是由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳟氨酸）、脱氧核糖糖份和磷酸组成的双螺旋结构分子。

其中，碱基是遗传信息的基本单位，脱氧核糖糖份是连接碱基的背骨，磷酸是连接脱氧核糖糖份的“线”。

DNA的双螺旋结构由两个互相螺旋的链组成，每个链上的碱基通过氢键连接起来，而两个链则通过碱基之间的氢键相互连接。

两个链中的碱基按照一定规则配对，腺嘌呤配对胸腺嘧啶，鸟嘌呤配对鳟氨酸，这种配对关系称为碱基互补配对。

由于碱基互补配对的存在，当一条链被提取后，可以通过其碱基的互补配对五定位恢复另一条链的序列。

二、DNA合成的步骤DNA合成是细胞增殖时的基本过程，首先我们需要了解DNA合成的步骤。

DNA的合成是由DNA聚合酶（DNA polymerase）酶催化的，它使新的碱基按照一定序列加入到父链的3'-OH端。

DNA合成始于DNA解旋酶（helicase）对DNA的双链鱼片进行解旋，形成两个单链鱼片模板，然后单链鱼片模板上的DNA聚合酶开始工作。

在DNA聚合过程中，DNA聚合酶主要有三个步骤：装载、延长和校对。

1. 装载：DNA聚合酶需要与助酶一起结合，才能进行DNA合成。

助酶通常被称为PCNA（增殖细胞核抗原），它们形成一个叫做滑动环（sliding clamp）的结构，可以夹住DNA，使得DNA合成酶在DNA的长度方向上能够连续工作。

DNA合成酶和PCNA结合后，就可以开始进行DNA聚合的第二个步骤——延长。

2. 延长：DNA合成酶的聚合反应是以父链作为模板进行的，将新进来的核苷酸加入到父链的3'端。

这里需要解释一下，DNA是单向生长的，也就是新的碱基只能在链的3'端加入，而不能在5'端进行。

第一节DNA的生物合成一、DNA 的复制不同的基因，其碱基的序列不同，携带着千变万化的遗传信息。

细胞有丝分裂之前，细胞中的DNA分子必须进行自我复制，将亲代DNA的遗传信息准确地传递到子代DNA分子中，这一过程称为DNA 复制(replication)。

由此，子代细胞则具有一套与亲代细胞完全相同的DNA分子，这就是遗传作用。

1．DNA复制在DNA复制过程中，首先是原DNA双螺旋的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，双链解开并分为两股单链。

然后，每条单链DNA 各自作为模板，以三磷酸脱氧核糖核苷(dNTP)为原料，按照碱基配对规律(A与T配对，G与C配对)，合成新的互补链。

这样形成的两个子代DNA分子与原来的亲代DNA分子的核苷酸顺序是完全相同的。

在此过程中，每个子代DNA分子的双链，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的。

这种复制方式称为半保留复制。

由于DNA 在代谢上的稳定性和复制的忠实性，经过许多代的复制，DNA分子上的遗传信息仍可准确地传给子代。

2.复制的方向①直线双向；②多起点双向；③θ双向；④θ单向；⑤滚动环。

二、参与DNA复制的酶类1．DNA聚合酶DNA的复制过程极为复杂，但其速度极快，这是由于许多酶和蛋白质因子参与了复制过程。

其中，DNA聚合酶起着重要作用。

在原有DNA模板链存在情况下，DNA聚合酶催化四种脱氧核苷酸(dATP、dTTP、dGTP、dCTP)，通过与模板链的碱基互补配对，合成新的对应DNA链，故此酶又称为DNA指导的DNA聚合酶(DNA directed DNA polymerase，缩写为DDDP)。

DNA聚合酶的特点是不能自行从头合成DNA链，而必须有一个多核苷酸链作为引物，DNA 聚合酶只能在此引物的端催化dNTP与末端作用，形成磷酸二酯键，从而逐步合成DNA链。

因此，DNA链的合成是有方向性的，即从5＇端→3＇端方向进行。

这一特点在DNA复制过程中具有重要意义。

第四节真核生物DNA生物合成过程2015-07-14 71109 0真核生物的基因组复制在细胞分裂周期的DNA合成期（S期）进行。

细胞周期进程在体内受到微环境中的增殖信号、营养条件等诸多因素影响，多种蛋白因子和酶控制细胞进入S期的时机和DNA合成的速度。

真核生物的DNA合成的基本机制和特征与原核生物相似，但是由于基因组庞大及核小体的存在，反应体系、反应过程和调节都更为复杂。

一、真核生物复制的起始与原核生物基本相似真核生物DNA分布在许多染色体上，各自进行复制。

每个染色体有上千个复制子，复制的起始点很多。

复制有时序性，就是说复制子以分组方式激活而不是同步启动。

转录活性高的DNA在S期早期就进行复制。

高度重复的序列如卫星DNA、连接染色体双倍体的部位即中心体( centrosome)和线性染色体两端即端粒(telomere)都是S期的最后才复制的。

真核生物复制起始点比E．coli的oriC短。

酵母DNA复制起始点含11bp 富含AT的核心序列：A(T)TTTATA(G)TTTA(T)，称为自主复制序列(autonomous replication sequence，ARS)。

真核生物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。

但详细的机制，包括酶及各种辅助蛋白起作用的先后，尚未完全明了。

复制的起始需要DNA pol α和pol δ参与，前者有引物酶活性而后者有解旋酶活性(表14-2)。

此外还需拓扑酶和复制因子(replication factor，RF)，如RFA、RFC等。

增殖细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen，PCNA)在复制起始和延长中具有关键作用。

PCNA为同源三聚体，具有与E．coli DNA聚合酶Ⅲ的β亚基相同的功能和相似的构象，即形成闭合环形的可滑动的DNA夹子，在RFC的作用下PCNA结合于引物-模板链；并且PCNA使pol δ获得持续合成的能力。

第二章 DNA的生物合成（复制）教学大纲要求1. 描述遗传学中心法则，扩大的中心法则及生物学意义。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

教材内容精要（一）遗传信息传递概述基本概念：1. 遗传：生殖过程中表现出来的子代与亲代的相似性。

2. 变异：生殖过程中表现出来的子代与亲代的差异性。

3. 基因: 能为生物大分子蛋白质，也包括RNA编码的核酸片段。

高等生物的基因是DNA，少数低等生物的遗传物质是RNA。

4. 复制: 即DNA的生物合成，DNA母链为模板，由核苷酸聚合成子代DNA的过程。

5. 转录即RNA的生物合成，DNA贮存的遗传信息作模板，转抄成RNA的碱基序列。

6. 翻译: 把mRNA的遗传信息用遗传密码的方式破读为蛋白质分子上的氨基酸排列次序，即蛋白质的生物合成。

7. 中心法则: 遗传信息从DNA流向RNA，再流向蛋白质的信息传递规律。

DNA有贮存、表达遗传信息功能，因此认为DNA处于生命活动中心。

8. 基因表达贮存在DNA上的遗传信息，通过转录和翻译，指导合成主要执行生命活动功能的蛋白质的过程。

9. 半保留复制亲代的DNA双链解开，各自作为模板，按照碱基配对规律(AT配对，GC配对)，指引子链的合成。

因此，子代DNA双链和亲代DNA双链有一致的碱基序列。

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3 109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。

13.DNA的生物合成13.1 DNA复制概况DNA复制：指亲本DNA双螺旋解开，两条链分别作为模板，合成子代DNA分子的过程。

13.1.1DNA的半保留复制半保留复制：DNA 的两条链彼此分开，各自作为模板，按碱基配对规则合成互补链。

由此产生的子代DNA的一条链来自于亲代，另一条链则是以这条亲代链为模板合成的新链。

13.1.2DNA复制的起点（富含A、T的区域）和方向①复制子：基因组中能独立进行复制的单位称为复制子。

②复制叉：从一个固定的起点开始复制，此时双链DNA解开形成两条单链，分别作为模板进行复制，由此形成的结构很想叉子。

③复制的方向：ⅰ）单向复制ⅱ）双向复制（大多数）：形成两个复制叉的复制泡或复制眼。

④滚环复制：⑤D环复制：13.2原核生物DNA的复制13.2.2原核生物DNA复制的起始①引发体：13.2.3 DNA链的延伸1.宏观：①模板：3’→5’方向的亲代链②延伸方向：从5’→3’方向聚合子代DNA链③酶：DNA聚合酶Ⅲ④原料：dATP、dTTP、dCTP、dGTP⑤连接形式：以dNMP的方式⑥连接的化学键：磷酸二酯键（延伸本质：前者的不断生成）2.微观：（以一个复制眼为例）①半不连续复制：一条链是连续合成的，另一条链是间断合成的短片段连接而成的。

②前导链：DNA的一条链按复制叉的移动方向，沿5’→3’方向连续合成。

③后随链：另一条链是在已经形成一段单链区后，先按与复制叉相反的方向（5’→3’方向）合成冈崎片段，再通过酶的作用将冈崎片段连在一起构成完整的链。

13.2.4 复制的终止（终止子ter）1.冈崎片段的连接：①RNA 引物的水解：RNA酶（DNA聚合酶Ⅰ）水解引物（切除引物），暴露出羟基端和磷酸基端。

②缺口的填补：DNA聚合酶Ⅰ③连接：当DNA聚合酶Ⅰ催化至还剩一个磷酸二酯键切口时，由DNA连接酶连接，形成完整连续的后随链。

①结构：②冈崎片段形成的过程图（作用）：13.5 DNA的损伤和修复13.5.1 DNA损伤的产生1.DNA的损伤：①化学诱变剂：ⅰ）5-溴尿嘧啶ⅱ）亚硝基ⅲ）羟胺ⅳ）烷化剂ⅴ）嵌合剂。

dna的生物合成DNA（脱氧核糖核酸）是构成生物基因的物质，是控制生命过程的基础。

它的生物合成过程是一个复杂而严谨的过程，在细胞内完成。

下面就来详细介绍DNA的生物合成过程。

第一步：DNA的解旋DNA的生物合成是从DNA的解旋开始的。

在DNA合成前，DNA双链需要被解开成两个单链。

这是由酶类分子引起的（解旋酶），它会在DNA的部位打开双链。

第二步：DNA的复制DNA的复制是整个生物合成的中心过程。

在细胞中，复制是由另一种酶类分子完成的——DNA聚合酶。

它能够识别并组装正确的碱基对，从而复制原始DNA链。

这个过程需要破坏氢键，将两个原始链分开，然后将两个新的链按照碱基配对规则，复制出一个新的DNA分子。

第三步：DNA的修复DNA的生物合成还包括修复过程。

生物体中，DNA会受到外界的胁迫，比如辐射、化学毒物等，它们都会导致DNA上的碱基失去完整性。

这时，生物体内的一些酶类分子就会介入，识别失去完整性的碱基并更换掉它们，从而维持DNA的完整性。

第四步：DNA的连接DNA的连接是DNA生物合成的关键步骤之一。

在DNA的生物合成过程中，聚合酶将新的DNA链加到原始链的3'端。

由于DNA链是反向复制的，所以新链的3'端和原始链的5'端相连，但还缺失一个连接。

这个连接需要由另一种酶类分子完成——连接酶，将它们连接在一起，形成完整的DNA链。

第五步：DNA的末端在DNA复制的最后，由于DNA链的反向复制，终止位置上新链是5'端，所以需要一些特殊的酶类分子，将DNA的末端完成成一个标准的双链螺旋。

这个过程由酶类分子DNA聚合酶完成。

综上所述，DNA的生物合成是一个复杂多样的过程，其中包括解旋、复制、修复、连接、末端等许多步骤。

这个过程需要一系列的酶类分子和协调配合，才能完成DNA的生物合成。