十四、DNA的生物合成
*1.DNA复制是以DNA为模板的DNA合成，是基因组的复制过程。
2. DNA复制的主要特征包括：半保留复制、双向复制和半不连续复制。还具有高保真性。 3.子代DNA中保留了亲代的全部遗传信息，亲代与子代DNA之间碱基序列高度一致，称遗传的保守性。遗传的保守性是相对的。
4.原核生物基因组是环状DNA，只有一个复制起点（origin）。复制从起点开始，向两个方向进行解链，是单点起始双向复制。
5.复制中的模板DNA形成2个延伸方向相反的开链区，称复制叉。复制叉指的是正在进行复制的双链DNA分子所形成的Y形区域。
6.真核细胞每条染色体有多个复制起点，为多起点双向复制。复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。
7.从一个DNA复制起点起始的DNA复制区域称为复制子。复制子是含有一个复制起点的独立完成复制的功能单位。
8.沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续进行的，称为前导链；另一股链复制方向与解链方向相反，不能连续延长，只能逐段地从5’→3’生成引物并复制子链，称后随链。 9.前导链连续复制而后随链不连续复制的方式称为半不连续复制。沿着后随链的模板链合成的新DNA片段称为冈崎片段。
10.DNA复制的底物是dNTP，最靠近核糖的称为α-P，向外依次为β-P、γ-P。在聚合反应中，α-P与子链末端核糖的3’-OH连接。
11.引物的作用是提供3’-OH末端使dNTP可以依次聚合。DNA复制的反应可简示为： (dNMP)n + dNTP →(dNMP)n+1 + PPi
12.DNA聚合酶全称是依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA pol。 13.原核生物有3种DNA聚合酶，分别是DNA pol Ⅰ、DNA pol Ⅱ、DNA pol Ⅲ，都有5’→3’的聚合酶活性和3’→5’的核酸外切酶活性。 14. DNA pol Ⅲ是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶，由2个核心酶、1个γ-复合物和1对β亚基构成。β亚基夹稳DNA模板链，并使酶沿模板滑动。
15.核心酶由α、ε、θ亚基共同组成，ε执行碱基选择功能，使DNA复制具有保真性。 16.DNA pol Ⅰ可水解为2个片段，小片段共233个残基，有5’→3’核酸外切酶活性。大片段（Klenow片段）604个残基，具有DNA聚合酶活性和3’→5’核酸外切酶活性。 17.DNA pol Ⅰ在活细胞内的功能主要是对复制中的错误进行校对，对复制和修复中出现的空隙进行填补。
18.DNA pol Ⅱ在 pol Ⅰ和 pol Ⅲ缺失情况下暂时起作用，故参与DNA损伤的应急状态修复。
19.真核生物的DNA聚合酶 引物酶 DNA pol α DNA修复 DNA pol β 线粒体DNA合成 DNA pol γ 前导链和后随链的合成，错配修复 ΔDNA pol δ 错配修复 DNA pol ε 真核生物的DNA链延长中起催化作用的主要是DNA pol δ，相当于原核生物的DNA pol Ⅲ；此外它还有解旋酶的活性。 20.生物体至少有3种机制实现保真性： ①遵守严格的碱基互补配对规律；
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②聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能； ③复制出错时有即时的校对功能。
21.嘌呤核苷酸的化学结构能形成顺式和反式构型，但只有反式构型能与嘧啶形成氢键配对。
DNA pol Ⅲ对嘌呤的不同构性表现不同亲和力，因此实现碱基选择功能。 22.原核生物的DNA pol Ⅰ、真核生物的DNA pol δ和DNA pol ε的3’→5’核酸外切酶活性
很强，可以在复制过程中辨认并对复制错误进行校正，此过程称错配修复。 23.原核生物复制中参与DNA解链的相关蛋白质 蛋白质（基因） 通用名 功能 辨认复制起始点 解开DNA双链 运送和协同DNA B 催化RNA引物生成 稳定已解开的单链DNA 解开超螺旋 DNA A（DNA） DNA B（DNA） DNA C（DNA） DNA G（DNA） SSB 拓扑异构酶 解旋酶 引物酶 单链DNA结合蛋白 拓扑异构酶Ⅱ又称促旋酶 24.拓扑酶既能水解，又能连接DNA分子中磷酸二酯键，可在将要打结或已打结处切口，下游的DNA穿越切口并作旋转，打开或解松结，然后旋转复位连接。 25.拓扑异构酶Ⅰ可以切断DNA双链中一股，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。 26.拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子双链，使超螺旋松弛；然后利用ATP供能，连接断端。 27.DNA连接酶连接DNA链3?-OH末端和相邻DNA链5?-P末端，生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成完整的链。消耗ATP。
28.连接酶只能连接双链中的单链缺口，不能连接单独存在的DNA单链或RNA单链。 *29.DNA连接酶功能 ①在复制中起最后接合缺口的作用。
②在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。 ③基因工程的重要工具酶之一。
30.三种催化生成磷酸二酯键的酶：DNA聚合酶、DNA连接酶、拓扑酶。
31.复制的起始是装配引发体，形成复制叉并合成RNA引物的过程。 32.E.coli的复制起始点是一段DNA序列，包含有3组串联重复序列和2对反向重复序列。上游的串联重复序列称为识别区；下游的反向重复序列碱基组以A、T为主，为富含AT区。 33.DNA的解链过程由DNA A、B、C三种蛋白质共同参与： ①DNA A蛋白辨认并结合于oriC的串联重复序列（AT区） ②DNA B在DNA C的协同下，结合并沿解链方向移动，使双链解开足够用于复制的长度，并逐步置换出DNA A蛋白。 ③SSB结合到DNA单链上，使复制叉保持适当的长度。 34.含有解螺旋酶DNA B、DNA C、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构，称为引发体。 35.引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子，为DNA的合成提供3’-OH末端。
36.复制的延长指在DNA pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
37.同一复制叉上前导链和后随链在同一个DNA pol Ⅲ催化下进行延长的。 38.引物的水解需靠细胞核内的DNA pol Ⅰ，水解后留下的空隙也由DNA pol Ⅰ催化修补；缺口则由连接酶连接。
*39.真核生物每个染色体有多个复制起始点。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不
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是同步起动。
40.复制的起始需要DNA pol ?（引物酶活性）和pol ?（解螺旋酶活性）参与，还需拓扑酶和复制因子。
41.增殖细胞核抗原(PCNA)在复制起始和延长中起关键作用，促进核小体的生成。PCNA的蛋白质水平是检测细胞增殖能力的重要指标。
*42.在复制叉及引物生成后，DNA pol δ通过PCNA的协同作用，逐步取代pol α，在RNA引物的3?-OH基础上连续合成前导链。后随链引物也由pol α催化合成。然后由PCNA协同，pol δ置换pol α，继续合成DNA子链。
43.端粒是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构，维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性。
44.端粒的DNA和它的结合蛋白紧密结合，富含T-G短序列的多次重复。 45.端粒酶组成由3部分组成：端粒酶RNA（hTR）、端粒酶协同蛋白1（hTP1）、端粒酶逆转录酶（hTRT），故端粒酶兼有提供RNA模板和催化逆转录的功能。 46.端粒酶催化作用的爬行模型
①hTR（An Cn）x辨认及结合母链DNA（Tn Gn）x的重复序列并移至3’端，以逆转录的方式复制；
②延伸至足够长度后，DNA pol 取代端粒酶，母链形成非标准的G—G发夹结构并使3?-OH反折，同时起引物和模板的作用，在DNA pol催化下完成双链末端的复制。 47.真核染色体DNA复制仅出现在细胞周期的S期，而且只能复制一次。复制基因是指DNA复制起始所必需的全部DNA序列。
48.真核细胞DNA复制的起始分两步进行，即复制基因的选择和复制起点的激活。 （1）复制基因的选择出现于G1期，组装前复制复合物（pre-RC）；
（2）复制起点的激活出现于S期，这一阶段将激活pre-RC，募集若干复制基因结合蛋白和DNA聚合酶，并起始DNA解旋。
49.在原核细胞中，复制基因的识别与DNA解旋、募集DNA聚合酶偶联进行。而在真核细胞中，这两个阶段相分离可以确保每个染色体在每个细胞周期中仅复制一次。
50.真核细胞通过依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶（CDK）严格控制pre-RC的形成和激活。 ? 激活pre-RC，以起始DNA复制； ? 抑制形成新的pre-RC。
51.真核生物与原核生物DNA复制的差异
（1）真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前进速度慢等；
（2）DNA复制从引发进入延伸阶段发生DNA聚合酶?/?转换 （3）切除冈崎片段RNA引物的是核酸酶RNAse HⅠ和FEN1
52.RNA病毒的基因组是RNA，其复制方式是逆转录，也称为逆转录病毒。 53.催化逆转录的酶是逆转录酶，全称是依赖RNA的DNA聚合酶。该酶 ? 具有RNA或DNA作模板的dNTP聚合活性； ? 具有RNase活性； ? 合成反应按照5′→3′延长的规律。 54.逆转录分三步
①以病毒基因组RNA为模板，催化dNTP聚合生成DNA互补链，产物是RNA/DNA杂化双链；
②RNA被RNase活性组分水解； ③RNA分解后剩下的单链DNA再用作模板，由逆转录酶催化合成第二条DNA互补链。 55.RNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒。前病毒基因组通过基因重组参加到细胞
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基因组内，并随宿主基因一起复制和表达，称为整合。
56.线粒体DNA复制特点
? 环形线粒体DNA两条链（H和L）的复制不同步； ? 线粒体DNA复制开始以H链作为模板合成新的L链，取代原来的L链并和H链互补，
而原来的L链则保持单链状态，形成类似英文字母D的区域； ? 两条链具有不同的复制起点和相反的合成方向；
? 线粒体DNA复制也需要RNA引物。 57.化学诱变剂的细菌检测法(Ames)试验 （1）材料：含有缺陷的沙门菌： ①组氨酸异养型，需加组氨酸才能生长。 ②胞壁缺陷，化学物质易透入。 ③修复系统不活化。
（2）沙门菌具有回复突变性，即致癌物质能使之突变为能自身合成组氨酸的菌种，由此间接判断致癌物质的致癌能力。
58.突变的分子改变类型包括：错配、缺失、插入、重排。
59.DNA分子上的碱基错配称点突变，包括转换和颠换。
? 转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 ? 颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。
60.缺失或插入都可导致框移突变，即三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。
61.DNA损伤（突变）可能造成两种结果： ①导致复制或转录障碍；②导致复制后基因突变 62.DNA损伤修复途径 修复途径 修复对象 光复活修复 碱基切除修复 核苷酸切除修复 错配修复 重组修复 损伤跨越修复 63.碱基切除修复 ①DNA糖基化酶水解去除受损的碱基； ②无碱基位点核酸内切酶将DNA链的磷酸二酯键切开，去除剩余的磷酸核糖部分； ③DNA聚合酶合成互补序列； ④DNA连接酶将切口重新连接。 64.核苷酸切除修复
①酶系统识别DNA损伤部位； ②损伤两侧切开DNA链，去除两个切口之间受损的寡核苷酸； ③DNA聚合酶作用下合成新DNA，填补缺损区； ④由连接酶连接，完成损伤修复。
65.核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中的损伤，而且能修复正在转录的模板链损伤，
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参与修复的酶或蛋白 光修复酶（DNA光裂合酶） 嘧啶二聚体 受损的碱基 嘧啶二聚体、DNA螺旋结构的改变 复制或重组中的碱基配对错误 双链断裂 大范围的损伤或复制中来不及修复的损伤 DNA糖基化酶 大肠杆菌中UvrA 、UvrB 、UvrC 和UvrD，人的XP（A~G）系列蛋白 E.coli：MutH、MutL、MutS，人的MSH、MLH RecA RecA、DNA聚合酶
即参与转录偶联修复。
66.着色性干皮病患者缺乏核酸内切酶，不能修复被紫外线损伤的皮肤的DNA。
67.由错误的模板复制的子链带有错误甚至缺口，这种损伤需以重组方式修复。重组蛋白
RecA的核酸酶活性将另一股健康母链与缺口部分进行交换，以填补缺口。 68.当DNA损伤广泛难以继续复制时，需要SOS修复，这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。会使DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。
69.人类遗传性非息肉大肠直肠癌是由于MLH1和MSH2基因突变，导致错配修复、转录
偶联修复缺陷而引起。
70.BRCA基因参与DNA损伤修复的启动，细胞周期调控。BRCA1发生突变而失活导致家族遗传性乳腺癌和卵巢癌。
十六、RNA的生物合成
*1.生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。
2. RNA依赖的RNA合成是RNA复制，由RNA依赖的RNA聚合酶催化，常见病毒RNA的复制。
*3.复制和转录的相似之处
? 都以DNA为模板
? 都需依赖DNA的聚合酶
? 都是核苷酸之间生成磷酸二酯键 *4.复制和转录的区别 模板 原料 复制 两股链均复制， 全部基因组被复制 ? 都从5’至3’方向延伸聚核苷酸链 ? 都遵从碱基配对规律
转录 仅模板链转录（不对称转录），对一种细胞来说仅部分基因转录 NTP 酶 RNA聚合酶 产物 模板半保留的子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA等 配对 A-T，G-C A-U，T-A，G-C 5.DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。转录时DNA双链中作为RNA合成模
板一股单链，称为模板链，相对的另一股单链是编码链。 6.在DNA分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录，这种模板选择性称为不对称转录（asymmertric transcription）。在DNA的不同区段，模板链并非永远在同一条单链上。
7. RNA合成的总反应式：( NMP )n ＋ NTP → ( NMP ) n+1 ＋ PPi
8.RNA聚合酶能直接启动转录起始点的两个核苷酸间形成磷酸二酯键，RNA链的起始合成不需要引物。
9.E.coli的RNA聚合酶是由α、α、β、β’、σ亚基组成的五聚体蛋白质。
亚基 *分子量 功能 决定被转录的基因 36512 催化聚合反应 150618 结合模板链，双螺旋解链 155613 辨认起始点，结合启动子 70263 10.RNA pol的4个主要亚基（α2ββ’）称为核心酶。σ亚基与核心酶共称全酶。转录起始需要全酶，转录延长阶段则仅需要核心酶。
临八12室女座出品
dNTP DNA聚合酶
α Δβ β’ Δσ