DNA合成过程及其在细胞分裂中的应用
DNA是生物体内重要的遗传物质，它的合成是生物发育、增殖和分裂的基础。DNA合成是指在细胞分裂或自我复制过程中DNA分子的合成。这个过程虽然简单，但是却非常重要，因为DNA合成失效往往会导致细胞死亡或突变。
一、DNA合成过程
DNA合成是在细胞的S期进行的。这个过程涉及到多个酶和蛋白质的复杂协同作用。DNA合成的基本步骤如下：
1. 模板链拆开
DNA合成开始时，双链的DNA分子会解开成两条互补的单链。如果一条链作为中心模板，在模板链的基础上合成互补串联基序列的链被称为子链，而合成过程称为DNA合成。
2. 合成子链
在合成过程中，催化合成反应的酶被称为DNA聚合酶。DNA聚合酶在模板链上寻找互补的单个核苷酸，并把它们加到子链上，形成一条新的DNA链。子链的合成顺序始终是从3'端到5'端，而模板链则是从5'端到3'端，因此这个过程被称为反向合成。
3. 连接子链
合成完毕后，两个新的DNA子链需要连接起来。该过程通过另一种酶——连接酶——完成。连接酶能够把两个单链合成一条完整的DNA链。
4. 修复过程
在DNA合成的过程中，会出现一些错误或者受到外界因素的影响导致DNA发生突变，这就需要启动修复系统。一些特殊的酶在DNA上发现错误后，会对其进行修复，确保新合成的DNA分子正确无误。
二、DNA合成在细胞分裂中的应用
DNA合成在细胞分裂和自我复制过程中扮演了重要的角色。细胞分裂是指一个细胞分裂成两个或更多细胞的过程，而这些细胞都是通过DNA合成产生的。DNA合成是细胞分裂的基础，它影响了细胞的增殖、生长和分裂，是生命体的基本过程之一。
在有丝分裂过程中，细胞在G1和G2之间的S期进行DNA合成，保证每个子细胞都有一个完整的复制后的DNA分子。此外，减数分裂过程中DNA合成也是非常重要的，它确保了每个生殖细胞在早期产生的DNA分子数量和质量都是相同的，从而保证下一代生物有准确的基因组。
RNA组学：后基因组时代的科学前沿
历史表明, 每当DNA研究取得重大突破后, 都会出现一个RNA研究的高潮。1953年DNA双螺旋结构的解析, 掀起了在RNA转录和翻译水平解读遗传信息的高潮, 导致mRNA, tRNA和rRNA 的发现以及遗传密码和"中心法则"的建立。1977年分裂基因(split gene)的发现, 极大地促进了在RNA转录后加工水平解读遗传信息表达的过程及机制, 深入解析了mRNA, snRNA,
snoRNA和gRNA的结构与功能, 提出了RNA剪接、编辑以及ribozyme和"RNA世界"等新的概念。2001年人类基因组计划完成, 宣告后基因组时代的开始, 同时也预示新一轮的RNA研究, 从非编码RNA基因(non-protein-coding RNA genes, ncRNA genes)的角度解读遗传信息的组成及其表达调控的研究高潮的到来。
人类基因组中编码蛋白质的基因数目不足3万个, 约占整个基因组序列的2%, 远远低于人类基因组计划完成之前所预期的10万个基因, 而98%的基因组序列没有得到注释。显然, 仅仅按照生物体编码蛋白质的基因数目的多少无法解释高等哺乳动物的复杂度。科学家们认为高等生物拓宽其分子水平差异并不完全取决于基因的数目, 而主要依靠对基因表达的调控。在高等哺乳动物中, 基因表达调控有两个主要策略：(1) 通过对基因组转录的mRNA前体中内含子和外显子的可变剪接加工等, 从一个基因可以产生大量的蛋白同源异形体, 有效地增加了蛋白组的复杂度。mRNA可变剪接的调控有大量的RNA顺式元件和反式因子参加; (2) 占基因组序列98%的非蛋白质编码区实际上编码了大量的非编码RNA。除rRNA, tRNA, snRNA,
snoRNA等非编码RNA外, 近年来发现的miRNA, endo-siRNA和piRNA等调控型的小分子非编码RNA, 在基因的转录和翻译、细胞分化和个体发育、遗传和表观遗传等生命活动中发挥重要组织和调控作用, 形成了细胞中高度复杂的RNA网络。
第三十六章 RNA 的生物合成及调控
第一节 DNA 指导下RNA 的合成
一、DNA 指导的RNA 聚合酶
原核生物的RNA聚合酶由α2ββ′构成核心酶，σ为起始因子，σ因子引导RNA聚合酶稳定地结合到DNA的启动子上，不同的菌种σ因子的大小差别很大,不同的σ因子可以识别不同的启动子，β亚基借助疏水作用与DNA结合,β′亚基是碱性蛋白，借助静电作用与DNA结合，ββ′构成RNA聚合酶的催化中心，α亚基与启动子上游元件和活化因子结合，促进酶的装配，ρ因子参与某些基因转录的终止。
真核生物的RNA聚合酶Ⅰ对α-鹅膏蕈碱不敏感，转录45S rRNA前体，经加工产生5.8S rRNA，18S rRNA 和28S rRNA； RNA聚合酶Ⅱ对α-鹅膏蕈碱敏感，转录编码蛋白质的基因和大多数snRNA；RNA聚合酶Ⅲ 对α-鹅膏蕈碱中等敏感，转录小RNA，包括tRNA，5S rRNA， snRNA和scRNA 。
转录的步骤
研究转录起点的方法：足迹法
二、启动子和转录因子
原核生物的启动
真核生物RNA聚合酶Ⅱ启动子的共有序列
RNA聚合酶Ⅱ基本启动子的共有序列TATA位于-25至 -30，转录起始部位有一保守序列PyPyA*NT（A）PyPy, 其中的Py表示嘧啶，*表示+1位点。上游调控元件包括CAAT框，GC框和八聚体框等，位置不很确定，不同的细胞可以有不同的上游调控元件，不同的上游调控元件与不同的转录因子相互作用（表36-4）。
真核生物RNA聚合酶Ⅱ启动子与转录因子的相互作用
TFⅡD是包含TATA结合蛋白（TATA-binding protein,TBP）和多种TBP联结因子（TBP-associated factor,TAF）的寡聚蛋白，可以与RNA聚合酶Ⅱ的C端相互作用。
TFⅡB有两个结构域，一个结合TBP。另一个可以引进TFⅡF/polⅡ复合物。
TFⅡF有ATP酶，解螺旋酶，激酶等多种活性，可以使RNA聚合酶Ⅱ大亚基的C端磷酸化，引起构像变化，促进转录。还可以参与DNA损伤的修复。
RNA的生物合成
RNA转录的特点：
不对称性：模板链不总是在同一单链上
连续性：以DNA为模板，从头连续合成一段RNA链
单向性:只能向一个方向进行聚合5’→3’，不需要引物
有特定的起点和终点：启动子，终止子
RNA聚合酶：以单链DNA为模板，催化由核苷三磷酸合成RNA的酶
作用位点：磷酸二酯键
特点：
1) 不需要引物
2) DNA单链为模板
3) 碱基互补配对：A-U;G-C
4) 合成方向：5’→3’
5) 需要Mg2+或Mn2+
作用：
1) 识别启动子
2) 使DNA解旋、解链
3) 催化RNA聚合反应
启动子：
真核生物：3种真核生物启动子
原核生物：RNA聚合酶与启动子结合的识别亚基
转录过程（RNA合成过程）
原核生物
起始：
RNA聚合酶识别启动子
DNA双链打开
形成转录起始复合物
延长：
亚基脱落
核心酶作用RNA链延长
终止：
新RNA链脱落，DNA双链恢复
真核生物
起始：转录起始前复合物
延长：和原核生物相似，但转录和翻译不能同步
终止：
加尾信号处切断
RNA聚合酶脱磷酸化
RNA转录后的加工
剪接 ：
内含子的剪接：2种自我剪接（不需要蛋白质，ATP）；2种非自我剪接（需要蛋白质，ATP）；
选择性剪接
修饰：首尾的修饰：
5’-端加帽：
1) 提高mRNA的稳定性
2) 提高mRNA的可翻译性
3) 有助于mRNA通过核孔进入细胞质
4) 提高mRNA的剪接效率
3’-端加尾
1) 延长mRNA寿命
2) 增强mRNA翻译效率
3) 调节基因表达
添加
RNA的复制：RNA病毒以自身RNA为模板合成与自身RNA完全相同RNA分子的过程
