第一节 DNA的生物合成
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
一.DNA的复制
② 随后链的合成
在 DNA聚合酶 Ⅲ 全酶的双活性部位。因此，随着聚合
酶的移动，两条链同时延伸。
（五）复制的过程 4.复制的结束
一.DNA的复制 复制的终止没有特殊的信号
原核生物中：
其 环 状 的 DNA 从
单点开始双向复制
，当两个复制叉在 复制原点的对面处 相遇并合并时，结 束复制，形成两个
C 染色体 E D A C G F B Tus 单体
为原料，从5'→3'方向合成出RNA片段，即引物。
为什么要用引物？
(四)参与复制的酶和蛋白质
2. DNA聚合酶(DNA polymease)
一.DNA的复制
催化活性 DNA聚合酶 5'→3'
聚合 DNA聚合 酶Ⅰ DNA聚合 酶Ⅱ 酶Ⅲ ＋ ＋ ＋
3'→5' 5'→3' 核酸外切 核酸外切
＋ ＋ ＋ ＋
功能
切去引物RNA，补上 正确的DNA片段 与修复有关(活性低)
原 核 生 物 DNA聚合
负责链的延长 (活性高)
(四)参与复制的酶和蛋白质
2. DNA聚合酶(DNA polymease)
一.DNA的复制
催化活性 DNA聚合酶 5'→3' 3'→5'
聚合 DNA聚合 酶a ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 负责链的延长 负责先导链的延长
（五）复制的过程
1. 复制的启动
一.DNA的复制
复制从特定的位点开始，这一位置叫复制原点 。 原核生物的 DNA 上一般只有一个复制原点，但 在迅速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起 点处启动第二轮复制； 真核生物则有多个复制原点，可以同时启动 复制过程。
（五）复制的过程
1. 复制的启动
一.DNA的复制
(四)参与复制的酶和蛋白质
一.DNA的复制
2. DNA聚合酶(DNA polymease)5'→3'核酸外切
(四)参与复制的酶和蛋白质
3. DNA连结酶 (DNA ligase)
一.DNA的复制
催化 DNA 双链中一条链上的缺口（ 3 ′ -OH 与
它下游相邻的核苷酸的 5′ - 磷酸之间）共价连结（ 形成磷酸二酯键）。
3′ 5′ 前导链 3′ 3′ 5′ 冈崎片段 5′Βιβλιοθήκη 5′（五）复制的过程
一.DNA的复制
3.复制叉的推进-复制叉推进的方式
另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向 相反，它显然不能被连续合成，需要复制叉推 进了一定的长度，有了一段DNA单链后，才能 以此为模板合成一个片段。因此这条新链的合 成是不连续的，而且总晚于先导链，所以称为 随后链。
(1) 光修复 由 DNA 光裂合酶（ photolyase） 催化。该酶需要 光（400700 nm）才能激活，它能切除嘧啶二聚体 之间的连键(C-C键)，从而修复由紫外照射而造成的 损伤。
3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
① 先导链的合成
引物酶在复制原点附近合成一段RNA 引物； DNA 聚合酶 Ⅲ ( 原核细胞 ) 在引物的 3'末端逐个添加脱氧核苷酸。 随着复制叉的推进，亲代 DNA 双螺 旋不断被解开，先导链也不断延伸。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
一.DNA的复制
水解 2 分子 ATP。方向为 5 ’ -3 ’，大肠杆菌中的
解螺旋酶又叫rep蛋白，但方向为3’-5’ 。
(四)参与复制的酶和蛋白质
4. 使DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
一.DNA的复制
单链结合蛋白(SSBP)： 与解链后的DNA单链结合，阻止其再次形成双
螺旋。大肠杆菌 SSB 为 177 aa 多肽，以四聚体形
(二) 复制的方式 半保留复制
一. DNA的复制
DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先解旋并分开，
然后以每条链为模板，按照碱基配对原则，各形 成一条互补链。这样，从亲代的一个DNA双螺旋分 子复制成两个与亲代的碱基序列完全相同的子代 DNA 分子。每个子代 DNA 分子中，有一条链来自亲
代DNA，另一条则是新形成的，这样的复制方式叫
冈崎片段的连结：DNA聚合酶 Ⅰ一面以其 DNA聚合活
性在上游冈崎片段的 3 ' -OH 末端添加
脱氧核苷酸，一面以其 5 '→ 3 ' 核酸外
切活性切除引物，直至将引物全部切
除。 DNA连接酶将最后的缺口补好。
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的过程
一.DNA的复制
③ 先导链和随后链中DNA的延伸由同一个DNA聚 合酶Ⅲ全 酶二聚体催化 随后链的模板回折成环，从而使冈崎片段的延伸 方向与先导链的延伸方向一致，它们的 3'末端分别落
14NH 4Cl，因此，形成不同区带，经过若干代培养
后，两个14NH4Cl区带增多。
(二) 复制的方式
一. DNA的复制
(二) 复制的方式
一.DNA的复制
半保留复制
全保留复制
(三) 复制反应注意点
一. DNA的复制
DNA复制除入DNA聚合酶, DNA模 板, dNTP外,还需要多种蛋白质因子 、引物、Mg2+等.
（五）复制的过程
2. 复制眼的形成-双螺旋解开的过程
一.DNA的复制
解螺旋酶使DNA双螺旋局部解链； SSB结合到解开的单链上； 拓扑异构酶Ⅱ向DNA中引入负超螺旋，以消除由 解链产生的扭曲张力(动画)。
（五）复制的过程
TopⅠ (-) (-) (-) 3个负超螺旋 （L=n) 结合TopⅠ 切开双链中 的一条链形 成DNA-磷酸 酪氨共价键
复制过程的调控主要取决于复制启动的频率，
而 DNA 延长的速度大体上是恒定的。由于真核生物
在多位点上启动复制，所以尽管其 DNA 比原核生物
DNA大得多，但复制的总速度反而比原核生物快。 DNA的复制是由引发体识别并结合于复制原点
而被启动的，其机理比较复杂，目前还不十分明了 。
（五）复制的过程
2. 复制眼的形成
（五）复制的过程 3.复制叉的推进-复制叉推进的方式
一.DNA的复制
这种前导链连续合成，随后链断续合成的 方式，称为半不连续复制。 随后链中合成的多个DNA片段，称为冈崎 片段。冈崎片段的长度原核细胞中约 1000~2000个核苷酸，真核细胞中约 100~200个核苷酸。
（五）复制的过程
一.DNA的复制
特点： A 对利福平不敏感 B 核糖核酸代替脱氧核糖核酸
(四)参与复制的酶和蛋白质
一.DNA的复制
DNA的合成不只是 dNTP之间形成磷酸二酯键的
问题，更重要的还有信息传递的问题，需要保持复制
的高保真度 ，所以复制过程涉及到许多酶及辅助因 子。
1. 引物酶(primer)
合成RNA引物，又叫引物合成酶、引发酶。 它以单链DNA为模板，以ATP、GTP、CTP、UTP
外环境中的射线：X-射线、紫外线等
—— 高剂量的紫外辐射使DNA链上邻
近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生
成二聚体；此外还有脱嘌呤作用和脱
氨基作用.
二. DNA的损伤与修复
2. 修复
所有细胞对DNA的损伤都有一定的修复能力， 以恢复正常的DNA结构。
修复的方式：光修复、切除修复、重组修复、SOS修复
一.DNA的复制
由于复制原点都是在 DNA 分子的内部，而不是在
末端，所以当复制启动后需要在复制原点处将 DNA双
螺旋局部解链，形成“眼状”结构 —— 复制眼。
（五）复制的过程
2. 复制眼的形成 复制眼的结构：
一.DNA的复制
双向复制 起点 单向复制 起点 复制叉 复制叉 复制叉
(a)
(b)
复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为复制叉。
一.DNA的复制
差错率为10-9-10-10
1. 新合成的子链与母链之间碱基配对严格性
2. 使用引物RNA 3. DNA聚合酶对底物专一性 4. DNA聚合酶的校对作用 5. DNA修复机制