dna生物合成过程
原核生物DNA生物合成过程
原核生物DNA生物合成过程原核生物DNA的合成过程称为DNA复制，是指通过复制一个DNA分子来产生两个完全相同的DNA分子。
DNA复制是生物体繁殖中最基本的过程之一，也是维持遗传物质稳定性的保证。
下面将详细介绍原核生物DNA复制的过程。
DNA复制需要一系列酶和蛋白质的协同作用，其中最重要的酶是DNA聚合酶，它能将单链DNA合成双链DNA。
DNA复制过程可以分为三个阶段：初始化、扩展与终止。
初始化阶段：复制起始点和原核生物的染色体数量密切相关。
大多数原核生物只有一个染色体，复制起始点只有一个。
在初始化阶段，DNA复制起始点被特定酶组合所识别。
这些酶会解开DNA双链，形成一个起始点复制泡。
在这个复制泡周围，一个叫做“起始点复制泡”(replication bubble)的结构被形成。
扩展阶段：在扩展阶段，DNA聚合酶从复制起始点开始沿着DNA双链进行扩展。
当DNA聚合酶在复制泡两侧的DNA链上移动时，它会读取模板链上的碱基序列，并将互补的碱基加到新合成的DNA链上。
DNA复制是一个半连续的过程，其中一个DNA链被称为连续链，另一个被称为离散链。
在连续链的合成过程中，DNA聚合酶能够连续地合成DNA链，但在离散链的合成过程中，DNA聚合酶只能合成一小段DNA，这个段落被称为Okazaki片段。
当一个Okazaki片段生成后，另外一种酶称为DNA连接酶会将各个Okazaki片段连接起来形成一个完整的DNA链。
终止阶段：在DNA复制的最后，当整个DNA分子被复制完毕后，DNA聚合酶会到达染色体的末端。
在这个位置，酶无法继续进行DNA的合成，因为无法找到连接新的核苷酸的3'-OH末端。
当DNA聚合酶到达末端后，DNA分子会被一种酶称为DNA拓扑异构酶解开，这样两个DNA分子就完全分离了。
在DNA复制过程中，还有一种酶称为核切酶会解开DNA双链，以允许DNA复制进行顺利进行。
此外，还有其他一些酶和蛋白质参与DNA复制的调控、修复和保护等过程。
DNA的生物合成(精)
一. DNA的复制
复制部位：
真核生物：细胞核
原核生物：细胞质的核质区
(一) 复制的反应
一. DNA的复制
n1d ATP n2d CTP n3d GTP n4d TTP
DNA聚合酶 DNA模板
DNA +（n1+n2+n3+n4)PPi
PPi随即被焦磷酸酶水解，从 而推动聚合反应的进行。
做半保留复制（semiconservative replication）。
(二) 复制的方式 半保留复制
一. DNA的复制
(二) 复制的方式
一. DNA的复制
如何证明半保留复制
1958年，Meselson 证明：用，15NH4Cl唯一氮源
培养大肠杆菌，之后，用14NH4Cl培养，然后进行
CsCl2进行密度梯度离心。由于15NH4Cl密度大于
双螺旋DNA
3′5′ 带切开的3′ 端单链穿越 与另一条连 接封口 Tyr
一.DNA的复制
TopⅠ被解离 (-) (-)
P OH
2个负超螺旋 DNA-酶中间物
O R HN CH C NH R′ CH 2 Tyrosine N O O O 5′ H Oˉ H P O O P Oˉ (b) O O H H DNA链 N H N NH 2 N
② 随后链的合成
引物的合成：随后链的每个冈崎片段都需要合成
RNA引物。也是由引物酶催化。
冈崎片段的合成： DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的 3'末端使DNA链延伸，直至抵达其 下游的另一个冈崎片段的 RNA引物
的5'端。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
DNA生物合成过程
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。
第十章 DNA的生物合成(共65张PPT)
配对
方向 引物
DNA(不对称转录）
NTP RNA聚合酶 mRNA,tRNA,rRNA，小RNA
A-U,T-A,G-C
5’ 3’ 不需要
DNA复制与转录的比较
以DNA为模板
相 遵循碱基配对原则 同 都需依赖DNA的聚合酶 点 聚合过程都是生成磷酸二酯键
新链合成方向为5’→3’
重组修复（recombination repair ）
• 又称复制后修复（ postreplication repair）
• 受损伤的DNA在进行复制时，跳 过损伤部位，在子代DNA链与损 伤相对应部位出现缺口。通过分子 间重组，从完整的母链上将相应的 碱基顺序片段移至子链的缺口处， 然后再用合成的多核苷酸来补上母 链的空缺，此过程即重复修复。并 非完全校正。
structures were observed; no single stranded
DNA is visible.
No complete unwinding of the two
parental strands occurred before the
daughter strands are synthesized
• 当DNA受到大剂量紫外线（波长260nm附近）照射 时，可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合 ，形成二聚体，例如TT二聚体。
2. DNA损伤修复
• 光复活 • 切除修复 • 重组修复 • SOS修复
光复活（photoreactivation）
• 可见光（最有效波长 400nm）激活生物界 广泛分布（高等哺乳 动物除外）的光复活 酶，该酶分解嘧啶二 聚体。
二、DNA的复制
dnaA蛋白与起始点形成复合物，促进其他 dna蛋白也与起始点形成复合物。一旦双螺旋 解开成单链，SSB即结合单链。
DNA的生物合成
组装
大分子的
第十三章
第十四章
第十五章
DNA的生物合成
RNA的生物合成
蛋白质的生物合成
第十三章
DNA的生物合成
DNA 是
主要的遗传物质
DNA
中心法则
复制
◆ 转录
◆ 翻译
RNA
◆
蛋白质
第十三章 DNA的生物合成
引言
第一节
第二节
中心法则
★
DNA的生物合成
★
DNA的损伤与修复
底物：dNTP
★
（三）DNA的复制过程(大肠杆菌)
（四）真核细胞的DNA复制
★
（五）复制高度准确性的保障
（六）逆转录
（五）复制高度准确性的保障
在碱基互补配对的结构基础上，
细胞通过RNA引物、DNA聚合
酶的识别及外切酶活性、复制组
分的协同作用、端粒酶的作用及
强大的损伤修复系统最终保证了
复制的高保真。
正常生理情况下，错配率在10-10以下。
链的延长具有严格
的方向性：
5’ → 3’
7、DNA的半不连续复制：
酶作用的严格的延长方向
的制约所导致。
7、DNA的半不连续复制：
前导链，后随链。
冈崎片段：
5’→3’，1000~2000bp，
7~11s 的均一小片段。
8、RNA引物的切除与填补
及子链DNA片段的连接：
DNA聚合酶Ⅰ切除引物
并合成DNA填补片段；
半保留
复制的
生物学
意义？
→超螺旋的解旋？
→双螺旋的解旋？
→单核苷酸链的稳定？
→复制的具体过程？
11.DNA的生物合成
The model of DNA-pol III
11/62
DNA pol I
H B
J
小片段 大片段 （Klenow fragment）
5 ‘ →3 ’聚合功能， 3 ' →5 '外切酶活性 5 ' →3 '外切酶活性
12/62
真核细胞中DNA聚合酶
种类： DNA-pol α、β、γ、δ、ε… DNA pol δ：合成领头链
UGA（终止密码子）：Trp AGA/AGG（Arg）：终止密码子 AUA（Ile）：Met（起始密码子）
14/62
3’
5’ 5’ 3’
OH
P
DNA-pol
5’
3’ 5’
3’
DNA-pol 的 5´3´聚合作用
15/62
外切酶与内切酶作用图解
内切酶 （限制性内切酶） 5´ 3´外切 5’ 3´5´外切 3’
4. 冈崎片段（Okazaki fragment）：
不连续复制的片段
38/62
ori 5. 双向复制 以起始点为中 心，向两个方 向进行复制。
6. 复制子(replicon) 真核生物两个相 邻复制起始点之 间的DNA片段。 ori
ori
ori
39/62
滚环复制
是某些病毒，质粒、线粒体 DNA的特殊复制形式。
性质
Ⅲ 20 100000 有 无 有 复制
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Leading strand synthesis
Lagging strand synthesis
’
form the catalytic core
生物化学重点_第十一章dna的生物合成
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13章 DNA生物合成(简明生物化学)
Dna A辨认复制启始点，然后引物酶进入（DnaG 蛋白） ，加上解螺旋酶、 DnaB蛋白和DnaC蛋 白等，与DNA的起始复制区域形成引发体。
DNA聚合酶Ⅲ 由其β亚单位辨认引物，新链的 第一个脱氧核苷酸与引物的3-OH形成磷酸二酯键， 开始复制
滚动环式：单向复制，低等生物如质粒 共价闭环双链分子的正链由核酸内切酶在一特
定位点切开，游离出的5’-磷酸基末端固定在细胞膜 上，然后以环状负链为模板，从正链的3’-OH末端 延长形成正链。不需要另外合成引物。
3′ 5′
5′
3′
领头链
5′Leabharlann 5′ 随从链3′ 3′
5′
（二）引发体的生成
复制过程需要引物--短链RNA
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA连接酶 引物
冈崎片段
领头链 3′ 5′
随从链 3′
5′
五、 DNA连接酶（ligase）
• 催化两段DNA之间的连接
′
5P
3′ OH
+ 5′ P
γ
P O-
β
O PO Oα-
3′
OH
DNA
ligase +AMP
5′ P
PPi
O 3′ OH
一种是全部轻的14N-14N。为1∶1； 3代：仍有两种分子，但14N-14N增多，为
1∶3； 4代：两者比为1∶7。
DNA半保留复制的证据
细菌 （含15N-DNA)
普通培养基
第一代
普通培养基
普通DNA
普通DNA 重DNA
第二代
重DNA