DNA生物合成s
核酸合成(DNA)
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Reverse transcription
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第一节 DNA的生物合成
• 一、DNA的半保留复制
• 二、与DNA复制有关的酶和蛋白质
• 三、DNA的复制过程 • 四、逆转录
• 五、DNA的损伤修复
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DNA的生物合成方式 两种方式
DNA→DNA
DNA复制
RNA→DNA
反转录
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一、DNA的半保留复制 • 定义：由亲代DNA生成子代 DNA时，每个新形成的子代 DNA中，一条链来自亲代DNA， 而另一条链则是新合成的，这 种复制方式叫半保留复制. • 半保留复制的实验证据:1958 年Meselson和Stahl用同位素 15N标记大肠杆菌DNA,首先证 明了DNA的半保留复制。
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DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅱ DNA聚合酶Ⅲ 亚基数目 1（单体酶）＞1（多亚基酶）＞1（多亚基酶）
5’ 3’聚合活性 3‘ 5’外切活性
（保护DNA复制的 忠实性fidelity）
+ 中 +
+ 很低 +
+ 很高 +
5‘ 3’外切活性
+
-
DNA 复制的主要 聚合酶，还具有 3’-5‘ 外切酶 的校对功能，提 高DNA复制的保真 性
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4.引物酶(Primase)
5´ DNA 不能从无→ 有合成，需 在一小段 RNA基础上 合成DNA
3´
RNA的合成：需引 物酶，它是一种特 殊的RNA聚合酶。
5´
3´ 5´
5´
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• 5。DNA聚合酶: . 以DNA为模板的DNA合成酶，其催化反应的特点
（1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物 （2）反应需要有模板的指导； （3）反应需要有3-OH存在； （4）DNA链的合成方向为5 3
11.DNA的生物合成
The model of DNA-pol III
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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
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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）
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3’
5’ 5’ 3’
OH
P
DNA-pol
5’
3’ 5’
3’
DNA-pol 的 5´3´聚合作用
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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
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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
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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
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生物合成是指一种将不同的DNA片段（反式DNA，cDNA，或者其它）组装起来形成一条完整的DNA链的过程。
它经常被用于建立重
组DNA。
原核生物DNA生物合成通常需要5个步骤：
1.合成引物：用于将反式DNA与生物合成模板混合，这些引物是从特
定的DNA序列中经由多种方法经历的化学合成的无机物。
2. 崔英 (Annealing)：将反式DNA和引物合成物混合在一起，以在
特定温度下使反式DNA与引物匹配，以形成一个双链。
3.扩增：将双链DNA片段放入PCR反应，以使其扩增和扩大。
4.电泳：将扩增的DNA片段在电泳中离心析出，以确定纯度和精确的
长度。
5.合成完成：将DNA片段组装起来，以形成一条完整的DNA链。
生物化学与分子生物学课件-第十二章-DNA的生物合成
第十二章DNA的生物合成教学要求（一）掌握内容1. 复制、半保留复制、双向复制、半不连续性复制、复制叉、复制子、领头链、随从链、冈崎片段的概念。
2. 参与DNA复制的主要物质。
3. 原核和真核生物DNA聚合酶作用、种类及其特点。
4. 拓扑异构酶、引物酶、单链DNA结合蛋白和DNA连接酶的作用和特点。
5. 原核生物DNA复制过程和各阶段的特点。
6. 端粒和端粒酶概念；反转录概念、作用特点及作用过程。
7. DNA损伤（突变）的概念、突变的类型；切除修复的基本原理。
（二）熟悉内容1. 半保留复制的实验依据。
2. DNA复制的化学反应、保真性的酶学依据。
3. 真核生物DNA复制过程和各阶段的特点。
4. 突变的意义、引发因素；光修复、SOS修复及重组修复的概念。
（三）了解内容1. 端粒延长机制。
2. 反转录的生物学意义。
3. 光修复、SOS修复及重组修复的作用方式。
教学内容（一）复制的基本规律1. 半保留复制2. 双向复制3. 复制的半不连续性（二）DNA复制的酶学和拓扑学变化1. 复制的化学反应2. DNA聚合酶（1）原核生物DNA聚合酶；（2）真核生物DNA聚合酶。
3. 复制保真性的酶学依据4. 复制中的解链和DNA分子的拓扑学变化（1）解螺旋酶和单链DNA结合蛋白；（2）引物酶；（3）DNA拓扑异构酶。
5. DNA连接酶（三）DNA生物合成过程1. 原核生物的DNA生物合成（1）复制的起始；（2）复制的延长；（3）复制的终止。
2. 真核生物的DNA生物合成（1）复制的起始；（2）复制的延长；（3）复制的终止和端粒酶。
（四）反转录和其它复制方式1. 反转录病毒和反转录酶2. 反转录研究的意义3. 滚环复制和D环复制（自学）（五）DNA的损伤（突变）与修复1. 突变的概念及意义2. 引发突变的因素3. 突变分子改变类型（1）错配；（2）缺失和插入；（3）重排。
4. DNA损伤的修复（1）直接修复；（2）切除修复；（3）重组修复；（4）SOS修复。
论述参与原核生物DNA合成的主要物质及其各自的生物学功能
论述参与原核生物DNA合成的主要物质及其各自的生物学功
能
DNA合成是原核生物细胞中的一种重要的生物学过程，它涉
及到DNA的合成、修饰和保护。
主要物质包括DNA聚合酶、DNA原料、核糖核酸、核酸引物、核酸外切酶和DNA修复酶。
DNA聚合酶是一种酶，它可以将两个DNA片段结合在一起，使DNA片段结合在一起形成长的双链DNA。
它在DNA合成
过程中起着关键作用。
DNA原料是原核生物细胞中参与DNA合成的主要物质之一，它包括DNA片段、核酸碱基和核苷酸等。
DNA片段是由一系列核苷酸组成的，它们共同构成DNA链。
核糖核酸是DNA合成过程中的一种重要的物质，它能够将DNA片段和核酸碱基结合在一起，从而形成双链DNA。
核酸引物是DNA合成过程中的一种重要的物质，它能够将DNA片段和核酸碱基结合在一起，从而形成双链DNA。
核酸外切酶是一种酶，它能够将DNA片段切割成较小的片段，从而为DNA合成提供原料。
DNA修复酶是一种酶，它能够修复DNA中受损的部分，从而确保DNA的正确合成。
第九章 DNA的生物合成
主要内容
• 概述 • DNA的生物合成 • DNA的损伤与修复
概
述
遗传信息传递的中心法则
反映了从DNARNA蛋白质的遗传信息主 流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和 表达的规律。
复制
DNA
转录
RNA
翻译
蛋白质
反转录
复制
RNA （病毒）
翻译
蛋白质 （病毒）
第一节
★ 定义：
DNA的复制
复制是指以亲 代DNA为模板合成 子链DNA的过程。
四、DNA的复制过程
大致分为三阶段： 复制的起始 链的延长 复制的终止
（一）复制的起始
1. DNA解成单链
由特定蛋白质识别复制起始位点（ori）解螺 旋酶、TOPO酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下， DNA解链，解旋，形成复制叉 2. 引发体的生成 解旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体
3. RNA引物的合成 依赖于单链模板，由引物酶催化按碱基配对 规律合成一小段RNA引物(原核细胞引物长50-100 个碱基，真核约10个碱基)。
（4）在RNA引物上合成DNA
DNA复制的精确性（高保真复制）
DNA复制必须具有高度精确性，在大肠杆菌的细 胞DNA复制中其错误率约为1/109～1/1010，即每109～ 1010个核苷酸才出现一个错误，也就是大肠杆菌染色 体DNA复制1000～10000次才出现一个核苷酸的错误。 这么高的精确性的保证主要与下列因素有关： 1、碱基的配对规律：摸板链与新生链之间的碱 基配对保证碱基配错几率约为1/104～1/105。 2、DNA聚合酶的3’→5’外切酶活性的校对功能， 使碱基的错配几率又降低100～1000倍。 3、DNA的损伤修复系统。
（1）DNA聚合酶 即依赖于DNA的DNA聚合
DNA的生物合成
(5)断链剂：如过氧化物，含巯基化合 物等，可引起DNA链的断裂。
（二）DNA突变的类型：
点突变 复突变
转换–––相同类型碱基的取代。 颠换–––不同类型碱基的取代。 插入–––增加一个碱基。 缺失–––减少一个碱基。
一、底物
以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为底物，即dATP，dGTP， dCTP，dTTP。
(dNMP)n+dNTP
(dNMP)n+1+PPi
二、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。
大肠杆菌拓朴异构酶Ⅰ的结构
第三节 DNA生物合成过程
一、复制的起始
DNA复制的起始阶段，由下列两步构成。 （一）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。
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，由随从链所形成的一些子 代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。
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。
第二节 DNA复制的条件
六、单链DNA结合蛋白
单链DNA结合蛋白（single strand binding protein, 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。
DNA合成的机制和过程
DNA合成的机制和过程DNA是生物体内遗传信息的载体，人类的基因组需要24小时进行数十亿次的DNA复制，以保证正常生物学功能和繁衍后代。
了解DNA合成的机制和过程，对我们深入理解生物学知识和相关疾病的治疗具有重要意义。
DNA合成的机制DNA合成是DNA复制的过程，是一种半保存的过程。
DNA在合成过程中，通过DNA复制酶进行链式合成，脱氧核苷酸作为合成DNA的原料，DNA复制酶把脱氧核苷三磷酸(dNTPs)与模板DNA的互补碱基配对，形成新的连续核苷酸链。
每对碱基的配对都需要参与DNA复制的酶和辅酶，由ATP提供能量支持，形成一个新的链，这些链最终的拼接使得DNA双螺旋结构不断延伸。
DNA合成的过程DNA合成的过程是依靠三个阶段完成的，包括初级复制的启动，以及中间及结束复制的连续性。
初级复制的启动阶段通常是由多个蛋白质进行的，这些蛋白质协助合成专门的启动复合物，然后在这种复合物的基础上进行DNA合成。
这个启动复合物由多个蛋白质组成，在DNA的特定区域进行结合，然后通过DNA合成的酶和辅酶继续完成DNA的初步合成。
接下来，DNA复制的中间和结束阶段将核苷酸连接在一起，最终形成一个具备完整拓扑结构的DNA双螺旋。
在这个阶段，复制酶保持与DNA不断运动。
研究显示，DNA复制的中间阶段形成的复合物是非常大的，而且由成千上万的蛋白质组成。
这些蛋白质将被复合物的组合方式分成不同的模块，挂在复合物内。
桥性酶是一类帮助DNA复制酶绕过DNA拓扑问题的酶。
当DNA复制酶在复制DNA双螺旋时，由于双螺旋结构复杂，很难避开所有的拓扑转换问题，导致复制酶被“绊住”。
桥性酶能够释放复制酶的束缚，并协助复制酶顺畅地进行工作。
结论DNA合成的机制和过程是非常复杂的，需要借助辅酶，酶和蛋白质等因素，才能完成DNA的合成。
深入了解DNA合成的机制和过程，对我们探索生物学知识以及相关疾病的治疗具有重要的意义，因此我们应该加强对这方面知识的学习和研究，推动生物学领域的发展。
第九章 DNA的生物合成
• (4)引物酶（primase）
• (5)拓扑异构酶（topoisomerase） • (6)DNA连接酶（DNA ligase） •
请看动画
问： 参加DNA复制的酶类包括：（1）DNA聚合 酶Ⅲ；（2）解链酶；（3）DNA聚合酶Ⅰ； （4）RNA聚合酶（引物酶）；（5）DNA 连接酶。其作用顺序是：
• 一些特殊的蛋白质可以识别并结合于复制起点， 随即使DNA双螺旋局部解链，形成“复制眼”， 在其两端DNA的两股链呈Y字状，称为复制叉， 分别向两侧进行复制。
2.2 链的延伸
• 当复制引发过程完成之后，DNA聚合酶Ⅲ 即结合到DNA模板上，在RNA引物3'—OH后 面合成新的DNA链。
DNA复制时， 5′—TpApGpAp－3′序列产 生的互补结构是下列哪一种： A．5′—TpCpTpAp－3′ B．5′—ApTpCpTp－3′ C．5′—UpCpUpAp－3′ D．5′—GpCpGpAp－3′ E．3′ —TpCpTpAp－5′
• 拓扑异构酶Ⅱ也叫旋转酶(gyrase)。 • 拓扑异构酶Ⅱ在有ATP功能的情况下， 可引入负超螺旋，可消除复制叉前 进时产生的扭曲张力，它和拓扑异 构酶Ⅰ一起共同控制着DNA的拓扑 结构。
请看动画
• 拓扑异构酶Ⅰ. • 它可先切开DNA双螺旋的一条链，同时牵 动另一条链通过切口，再把切断的链重 新连接上。拓扑异构酶Ⅰ可消除负超螺 旋，对正超螺旋无作用。
5 ´ 3 ´聚合活性 功 3 ´ 5 ´外切酶活性 能 5 ´ 3 ´外切酶活性
DNApol Ⅰ + +
DNApol Ⅱ + +
DNApol Ⅲ + +
+
-
-
简述体内与体外dna合成的异同点。
体内与体外DNA合成的异同点DNA合成是生物学中的一个重要过程，它涉及到许多生物学领域的研究和应用，比如分子生物学、基因工程等。
DNA合成可以分为体内合成和体外合成两种方式，它们有着一些相似之处，也存在一些不同点。
下面就来简要介绍一下体内与体外DNA合成的异同点。
一、体内DNA合成体内DNA合成是指在生物体内发生的DNA合成过程，主要发生在细胞的细胞核中。
体内DNA合成是由细胞内的酶和其他辅助蛋白质协同作用完成的。
它的特点主要包括以下几点：1. 需要细胞分裂：体内DNA合成通常发生在细胞分裂的过程中，即在有丝分裂或减数分裂过程中进行。
细胞在进行有丝分裂或减数分裂时，需要合成新的DNA来配对成染色体，完成细胞分裂过程。
2. 遵循自然规律：体内DNA合成遵循生物体内部的生物学规律，受到细胞周期、生长发育等因素的调控，是一个自然、有序的过程。
3. 受到生物体内环境的影响：体内DNA合成受到生物体内外环境的影响，比如细胞内的营养物质、酶活性、温度等因素都会对DNA合成过程产生影响。
二、体外DNA合成体外DNA合成是指在实验室环境中进行的DNA合成过程，通常通过分子生物学技术来实现。
体外DNA合成的特点如下：1. 可人工操作：体外DNA合成是在实验室环境中进行的，可以通过人为干预、调控DNA合成的过程，比如通过PCR技术复制特定的DNA片段。
2. 可定向设计：体外DNA合成可以根据需要进行定向设计，可以合成特定序列的DNA分子，为基因工程和生物技术研究提供重要的材料基础。
3. 受实验条件限制：体外DNA合成受到实验条件的限制，比如需要合成DNA的序列长度、纯度等都需要在实验室条件下得到充分保证。
总结：体内DNA合成和体外DNA合成在实质上都是指DNA合成的过程，但是在发生环境、受控制因素、应用领域等方面存在一些差异。
体内DNA合成是生物体内的正常生物学过程，受到生物体内环境和生物学规律等因素的调控；而体外DNA合成则是在实验室环境中进行的，可以根据需要进行人为调控和干预。