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生 化 小 结 第十章 DNA的生物合成 一．DNA复制(replication)：是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。 分子基础：碱基互补配对和DNA的二级结构。 化学本质：酶促反应。 参与物质：酶和蛋白质因子。 二．半保留复制是DNA复制的基本特征。 1.半保留复制(semi-conservative replication)：DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。 2.意义：按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。 三．DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制。 1.双向复制：原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉。 2.复制子(replicon)：真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。 四．DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制。 1.DNA复制是有方向性：总是沿着子链的5’--3’方向合成，这种方向的形成取决于DNA聚合酶的聚合活性，在同一个复制叉上只有一个解链方向。 2.顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(leading strand)。 3.另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链(lagging strand) 。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazaki fragment)。 4.领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。 五．参与DNA复制的物质：底物(dATP, dGTP, dCTP, dTTP)、聚合酶(依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol)、模板(解开成单链的DNA母链)、引物(提供3’-OH末端使dNTP可以依次聚合)、其他的酶和蛋白质因子 六．核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应，(dNMP)n + dNTP → (dNMP)n+1 + PPi。 1.DNA聚合酶（DNA-pol）催化核苷酸之间聚合。活性：3’--5’的聚合活性，核酸外切酶活性（3’--5’外切酶能辨认错配的碱基对，并将其水解；5’--3’外切酶能切除突变的 DNA片段）。 2.原核生物的DNA聚合酶分为DNA-polⅠ、DNA-polⅡ、DNA-polⅢ三型，都具有5`——3`聚合的活性和3`——5`核酸外切酶的活性。 DNA-polⅠ：只能催化延长约20核苷酸左右；对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。 DNA-polⅡ：DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活；在I和III缺失情况下暂时起作用；对模板的要求不高，它参与DNA损伤的应急状态修复。 DNA-polⅢ：活性远高于I，是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。 3.常见的真核细胞DNA聚合酶有DNA-pol(（起始引发，有引物酶活性）、DNA-pol(（参与低保真度的复制）、DNA-pol(（在线粒体DNA复制中起催化作用）、DNA-pol(（延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性）、DNA-pol(（在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用）五种。 4.核酸外切酶的校读活性和碱基选择功能是复制保真性的酶学依据。 核酸外切酶(exonuclease)：能从核酸链的末端把核苷酸依次水解出来的酶，外切酶是有方向性的。 5.DNA复制的保真性至少要依赖三种机制。（遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时DNA-pol的及时校读功能） 七．复制中的分子解链伴有DNA 分子拓扑学变化。 1.解螺旋酶（helicase)：利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。 2.引物酶：依赖DNA的RNA聚合酶在模板的复制起始部位催化NTP的聚合, 形成短片段的RNA。这一小段RNA作为复制的引物，提供3’-OH末端，使DNA-pol能够催化dNTP聚合。 3.单链DNA结合蛋白(SSB)：在复制中维持模板处于单链状态，保护单链的完整。 八．DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链。包括拓扑异构酶Ⅰ、拓扑异构酶Ⅱ，既能水解 、又能连接磷酸二酯键。 1.拓扑异构酶Ⅰ作用机制：切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结