DNA复制与RNA转录小结Word下载.docx
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2.1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（semi-conservativereplication）。
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。
该实验首先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养约十五代,使其DNA中的碱基氮均转变为15N。
将大肠杆菌移至只含14N的培养基中同步培养一代、二代、三代。
分别提取DNA,作密度梯度离心,可得到下列结果:
2.2有一定的复制起始点DNA在复制时,需在特定的位点起始,这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段,即复制起始点。
每个DNA复制的独立单元被称为复制子（replicon）,主要包括复制起始位点（Origineofreplication）和终止位点（terminus）。
原核生物的整个染色体上一般只有一个复制起始位点。
真核生物有多个。
2.3需要引物参与DNA复制的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（primer）,才能开始聚合子代DNA链。
RNA引物的大小,在原核生物中通常为50~100个核苷酸,而在真核生物中约为10个核苷酸。
RNA引物的碱基顺序,与其模板DNA的碱基顺序相配对。
2.4双向复制DNA复制时,以复制起始点为中心,向两个方向进行复制。
但在低等生物中,也可进行单向复制（如滚环复制）。
由于DNA聚合酶只能以5'
→3'
方向聚合子代DNA链,即模板DNA链的方向必须为3'
→5'
。
因此,分别以两条亲代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复制时基本上是连续进行的,其子代链的聚合方向为5‘→3’,这一条链被称为前导链（leadingstrand）。
而以5‘→3’方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是不连续的,其链的聚合方向也是5‘→3’,这条链被称为滞后链（laggingstrand）。
2.5不连续性由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的,因此,随从链的合成也是一段一段的。
DNA在复制时,由滞后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段（Okazakifragment）。
冈崎片段的大小,在原核生物中约为1000~2000个核苷酸,而在真核生物中约为100个核苷酸。
2.6DNA复制的保真性为了保证遗传的稳定,DNA的复制必须具有高保真性。
DNA复制时的保真性主要与下列因素有关:
①遵守严格的碱基配对规律;
②DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择;
③对复制过程中出现的错误及时进行校正。
小结:
DNA复制的特点①半保留②起始点③引物④方向性⑤不连续⑥高度精确性
3.DNA复制的条件
3.1底物以四种脱氧核糖核酸（deoxynucleotidetriphosphate）为底物,即dATP,dGTP,dCTP,dTTP。
（dNMP）n+dNTP（dNMP）n+1+PPi
3.2模板（template）DNA复制是模板依赖性的,必须要以亲代DNA链作为模板。
亲代DNA的两股链解开后,可分别作为模板进行复制。
3.3引发体和RNA引物引发体（primosome）由引发前体与引发酶（primase）组装而成。
引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。
在原核生物中,引发前体至少由六种蛋白因子构成。
蛋白i、蛋白n、蛋白n”、蛋白dnaC与引物预合成有关,蛋白n’与蛋白dnaB与识别复制起始点有关,并具有ATPase活性。
引发酶本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP）,该酶以DNA为模板,聚合一段RNA短链引物（primer）,以提供自由的3'
-OH,使子代DNA链能够开始聚合。
3.4DNA聚合酶（DDDP）DNA聚合酶的种类和生理功能在原核生物中,目前发现的DNA聚合酶有三种,分别命名为DNA聚合酶Ⅰ（polⅠ）,DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ）,DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ）,这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。
参与DNA复制的主要是polⅢ和polⅠ。
polⅠ为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段,其中的大片段称为Klenowfragment,具有5'
聚合酶活性和3'
外切酶的活性。
polⅢ由十种亚基组成,其中α亚基具有5'
聚合DNA的酶活性,因而具有复制DNA的功能;
而ε亚基具有3'
外切酶的活性,因而与DNA复制的校正功能有关。
原核生物中的三种DNA聚合酶
在真核生物中,目前发现的DNA聚合酶有五种,分别命名为DNA聚合酶α（polα）,DNA聚合酶β（polβ）,DNA聚合酶γ（polγ）,DNA聚合酶δ（polδ）,DNA聚合酶ε（polε）。
其中,参与染色体DNA复制的是polα（延长滞后链）和polδ（延长先导链）,参与线粒体DNA复制的是polγ,polε与DNA损伤修复、校读和填补缺口有关,polβ只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。
3.5DNA连接酶DNA连接酶（DNAligase）可催化两段DN**段之间磷酸二酯键的形成,而使两段DNA连接起来。
DNA连接酶催化的条件是:
①需一段DN**段具有3'
-OH,而另一段DN**段具有5'
-Pi基;
②未封闭的缺口位于双链DNA中,即其中有一条链是完整的;
③需要消耗能量,在原核生物中由NAD+供能,在真核生物中由ATP供能。
3.6单链DNA结合蛋白单链DNA结合蛋白（singlestrandbindingprotein,SSB）又称螺旋反稳蛋白（HDP）。
这是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。
其作用为:
①使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在,即稳定单链DNA,便于以其为模板复制子代DNA;
②保护单链DNA,避免核酸酶的降解。
3.7解螺旋酶解螺旋酶（unwindingenzyme）,又称解链酶或rep蛋白,是用于解开DNA双链的酶蛋白,每解开一对碱基,需消耗两分子ATP。
目前发现存在至少存在两种解螺旋酶。
大肠杆菌拓朴异构酶Ⅰ的结构3.8拓扑异构酶（topoisomerase）拓扑异构酶Ⅰ可使DNA双链中的一条链切断,松开双螺旋后再将DNA链连接起来,从而避免出现链的缠绕。
拓扑异构酶Ⅱ可切断DNA双链,使DNA的超螺旋松解后,再将其连接起来。
4.DNA生物合成过程
4.1复制的起始DNA复制的起始阶段,由下列两步构成。
4.1.1预引发:
①解旋解链,形成复制叉:
由拓扑异构酶和解链酶作用,使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开,碱基间氢键断裂,形成两条单链DNA。
单链DNA结合蛋白（SSB）结合在两条单链DNA上,形成复制叉。
DNA复制时,局部双螺旋解开形成两条单链,这种叉状结构称为复制叉。
②引发体组装:
由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点,并与其他蛋白因子以及引发酶一起组装形成引发体。
4.1.2引发在引发酶的催化下,以DNA为模板,合成一段短的RN**段,从而获得3'
端自由羟基（3'
-OH）。
4.2复制的延长4.2.1聚合子代DNA:
由DNA聚合酶催化,以3‘→5’方向的亲代DNA链为模板,从5‘→3’方向聚合子代DNA链。
在原核生物中,参与DNA复制延长的是DNA聚合酶Ⅲ;
而在真核生物中,是DNA聚合酶α（延长滞后链）和δ（延长先导链）。
4.2.2引发体移动:
引发体向前移动,解开新的局部双螺旋,形成新的复制叉,随从链重新合成RNA引物,继续进行链的延长。
4.3复制的终止4.3.1去除引物,填补缺口:
在原核生物中,由DNA聚合酶Ⅰ来水解去除RNA引物,并由该酶催化延长引物缺口处的DNA,直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。
而在真核生物中,RNA引物的去除,由一种特殊的核酸酶来水解,而冈崎片段仍由DNA聚合酶来延长。
4.3.2连接冈崎片段:
在DNA连接酶的催化下,形成最后一个磷酸酯键,将冈崎片段连接起来,形成完整的DNA长链。
4.3.3真核生物端粒的形成:
端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分,通常膨大成粒状。
其共同的结构特征是由一些富含G、C的短重复序列构成,可重复数十次至数百次。
线性DNA在复制完成后,其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。
故需要在端粒酶（telomerase）的催化下,进行延长反应。
端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体,它可以其RNA为模板,通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。
整个DNA复制过程中,只有复制起始受细胞周期的严格调控。
DNA甲基化与DNA复制起始密切相关。
OriC中有11个GATC回文结构（一般说来,256bp才应有一个GATC重复）。
DNA子链被合成后,母链立即被甲基化（称为hemimethylated）。
此时,oriC与细胞原生质膜相结合。
只有当oriC被从膜上释放出来,子链被Dam甲基化后,才能有效地与DnaA蛋白结合,起始新一轮的DNA复制。
复制起始可能还受ATP水解过程调控,因为DnaA只有与ATP相结合时才能与oriC区DNA相结合。
Onceineachcellcycle
原核生物核真核生物DNA复制的异同:
不同点:
①复制起点数目②复制叉数目③调节方式
5.DNA的损伤与修复
5.1DNA的损伤（突变）由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤,也称为突变（mutation）。
常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联,链的断裂,重组等。
5.1.1引起突变的因素:
A.自发因素:
（1）自发脱碱基:
由于N-糖苷键的自发断裂,引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。
每日可达近万个核苷酸残基。
（2）自发脱氨基:
胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶,腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。
每日可达几十到几百个核苷酸残基。
（3）复制错配:
由于复制时碱基配对错误引起的损伤,发生频率较低。
B.物理因素:
由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤。
其中,X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂,而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成,如TT,TC,CC等二聚体。
这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构,因而会引起复制障碍。
C.化学因素:
（1）脱氨剂:
如亚硝酸与亚硝酸盐,可加速C脱氨基生成U,A脱氨基生成I。
（2）烷基化剂:
这是一类带有活性烷基的化合物,可提供甲基或其他烷基,引起碱基或磷酸基的烷基化,甚至可引起邻近碱基的交联。
（3）DNA加合剂:
如苯并芘,在体内代谢后生
成四羟苯并芘,与嘌呤共价结合引起损伤。
（4）碱基类似物:
如5-FU,6-MP等,可掺入到DNA分子中引起损伤或突变。
（5）断链剂:
如过氧化物,
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