第十四章DNA的生物合成.doc

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1、第十四章DNA的生物合成生物体内或细胞内进行的DNA合成主要包括DNA复制、DNA修复合成和逆转录合成DNA等过程。DNA复制（replication)是以DNA为模板的DNA合成，是基因组的复制过程。在这个过程中，亲代DNA作为合成模板，按照碱基配对原则合成子代分子，其化学本质是酶促脱氧核苷酸聚合反应。DNA的忠实复制以碱基配对规律为分子基础，酶促修复系统可以校正复制中可能出现的错误。原核生物和真核生物DNA复制的规律和过程非常相似，但具体细节上有许多差别，真核生物DNA复制过程和参与的分子更为复杂和精致。本章主要讨论DNA复制和DNA的逆转录合成

2、，DNA的修复将在下一章叙述。第一节DNA复制的基本特征DNA复制的主要特征包括：半保留复制（semi-conservativereplication)、双向复制（bidire-ctionalreplication）和半不连续复制（semi-discontinuousreplication).。DNA的复制具有高保真性（highfidelity）。一、DNA以半保留方式进行复制DNA生物合成的半保留复制规律是遗传信息传递机制的重要发现之一。在复制时，亲代双链DNA解开为两股单链，各自作为模板，依据碱基配对规律，合成序列互补的子链DNA双链。亲代DNA

3、模板在子代DNA中的存留有3种可能性，全保留式、半保留式或混合式（图14-1a）。1958年，M.Meselson和F.W.Stahl用实验证实自然界的DNA复制方式是半保留式的。他280第十四章DNA的生物合成281们利用细菌能够以NH4Cl为氮源合成DNA的特性，将细菌在含15NH4Cl的培养液中培养若干代（每一代约20min)，此时细菌DNA全部是含15N的“重”DNA；再将细菌放回普通的14NH4Cl培养液中培养，新合成的DNA则有14N的掺入；提取不同培养代数的细菌DNA做密度梯度离心分析，因15N-DNA和14N-DNA的密度不同，DNA

4、因此形成不同的致密带。结果表明，细菌在重培养基中生长繁殖时合成的15N-DNA是1条高密度带；转人普通培养基培养1代后得到1条中密度带，提示其为15N-DNA链与14N-DNA链的杂交分子；在第二代时可见中密度和低密度2条带，表明它们分别为15N-DNA链/14N-DNA链、14N-DNA/14N-DNA链的组成的分子（图14-1b)。随着在普通培养基中培养代数的增加，低密度带增强，而中密度带保持不变。这一实验结果证明，亲代DNA复制后，是以半保留形式存在于子代DNA分子中的。半保留复制规律的阐明，对于理解DNA的功能和物种的延续性有重大意义。依据半

5、保留复制的方式，子代DNA中保留了亲代的全部遗传信息，亲代与子代DNA之间碱基序列的高度一致（图14-2）。遗传的保守性是相对而不是绝对的，自然界还存在着普遍的变异现象。遗传信息的相对稳定是物种稳定的分子基础，但并不意味着同一物种个体与个体之间没有区别。例如病毒是简单的生物，流感病毒就有很多不同的毒株，不同毒株的感染方式、毒性差别可能很大，在预防上有相当大的难度。又如，地球上曾有过的人口和现有的几十亿人，除了单卵双胞胎之外，两个人之间不可能有完全一样的DNA分子组成（基因型）。在强调遗传恒定性的同时，不应忽视其变异性。二、DNA复制从起点向两个方向延

6、伸细胞的增殖有赖于基因组复制而使子代得到完整的遗传信息。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，进行的是单点起始双向复制（图14-3a)。复制中的模板DNA形成2个延伸方向相反的开链区，称为复制叉（repli-cationfork）。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，其中，已解旋的两条模板单链以及正在进行合成的新链构成了Y形的头部，尚未解旋的DNA模板双链构成了Y形的尾部。282第三篇遗传信息的传递真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，全部染色体均需复制，每个染色

7、体又有多个起点，呈多起点双向复制特征（图14-3b）。每个起点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。从一个DNA复制起点起始的DNA复制区域称为复制子（repli-con）。复制子是含有一个复制起点的独立完成复制的功能单位。高等生物有数以万计的复制子，复制子间长度差别很大，约在13kb一900kb之间。三、DNA复制反应呈半不连续特征DNA双螺旋结构的特征之一是两条链的反向平行，一条链为5'至3'方向，其互补链是3'至5'方向。DNA合成酶只能催化DNA链从5'至3'方向的合成，故子链沿着模板复制时，只能从5'至3'方向延伸

8、。在同一个复制叉上，解链方向只有一个，此时一条子链的合成方向与解链方向相同，可以边解链，边合成新链。然而，另