DNA的合成
一、DNA生物合成的概念
DNA分子在生物体内通过酶促聚合反应合成，即DNA的生物合成，DNA的生物合成有DNA指导的DNA合成、RNA指导的DNA合成以及修复合成三种方式。DNA指导的DNA合成是以DNA为模板，合成新的、与亲代模板完全一样的DNA分子，故称这种DNA合成为DNA的复制，它是细胞内DNA合成的最主要方式；RNA指导的DNA合成是以RNA为模板，合成与RNA核苷酸序列一致的DNA分子，因其过程与遗传信息流动时的转录过程方向相反．故称反转录合成；反转录作用广泛存在于生物界，在RNA病毒感染宿主的致病过程有重要意义，某些物理、化学或生物学（病毒）因素可导致DNA分子的损伤，生物体细胞内存在DNA修复合成体系，可使损伤的DNA分子得以修复。
二、DNA的复制合成
(一)复制的概念 DNA合成进行时，以两条亲代DNA链中的每一条链为模板，在DNA依赖的DNA聚合酶催化下，按A与T、C与C碱基配对原则合成子代DNA的过程称DNA的复制。由于复制合成的子代DNA两条脱氧核糖核苷酸链中有一条来自亲代DNA，另一条是以前者为模板新合成的子代DNA链，所以DNA的这种合成作用又称半保留复制。
(二)DNA复制过程真核生物的DNA复制过程与原核基本相似，有些机制尚不十分清楚。根据目前认识，可将E.coli DNA复制过程（图2-10-1)分为以下阶段。
1．螺旋的松弛与解链 在复制起始点ori所在部位首先由DNA拓扑异构酶(Topo)和解链酶松驰DNA超螺旋结构，解开一段双链，并由单链DNA结合蛋白（SSB)保护和稳定 DNA单链．形成复制点，这个复制点的形状像一个叉子，即复制叉，将模板展示出来。
2.引物RNA的合成 当两股单链暴露出足够数量的碱基对时，DNA复制即进入引发阶段，主要由引发酶和引发前体参与合成RNA引物。以3’-5’走向的亲代DNA链为模板进行合成的子链，称前导链；以5’-3’走向的亲代DNA链为模板进行合成的子链，称随从链。前导链的引发较简单，在引发酶催化下合成一个短的RNA引物(10-60 nt)，继而从RNA引物的3’末端开始连续地沿着5’-3’方向进行DNA链的合成。随从链引物的合成则是在引发酶和引发前体，以及DnaA蛋白联合作用下台成的。继而在引物的3’-OH端进行冈崎片段的合成。
3．DNA链的延长 DNA链的延长是在DNA聚合酶(DNA pol)催化下，以四种三磷酸脱氧核苷(dNTP)即dATP、dGTP、dCTP和dTTP为原料进行的聚合反应。反应体系中有DNA模板、引物及Mg2+存在。聚合作用是自引物的3’-OH端上开始，从5’—3’方向逐个加入脱氧核苷酸dNMP而脱下焦磷酸PPi，使DNA链得以延长。复制时DNA的两条链均可作为模板，分别合成两条子代DNA链。由于DNA的两条链是反平行的，即一条链走向是5’-3’而另一条链是3’-5’走向，但是DNA poI催化DNA链的合成只能沿着5’-3’方向进行，因此解开双链后在3’-5’走向的模板上可以顺利地按5’-3’方向合成新的DNA链，即前导链；而以5’-3’走向链为模板、仍然按5’-3’方向合成只能是不连续的短DNA片段(冈崎片段)。
4．终止 DNA片段合成至一定长度后，链中的RNA引物即被核酸酶水解而切掉。此时出现的缺口由DNA的继续延长而填补，然后由DNA连接酶将这些片段再连接起来，形成完整的DNA链。E.coli DNA的复制叉复制过程如简图2—10—l。
DNA复制完毕后，DNA Topo将DNA分子引入超螺旋结构，进行进一步的装配。真核生物DNA的复制与E.coli基本相似，但是还有一些特点，如真核生物复制速度约为50 nt／s(E.coli为500nt／s)，其ori位点有多个，冈崎片段的长度小于原核生物，DNA聚合酶也不同等。
【执业】7．tRNA分子上3′一端序列的功能是
A.辨认mRNA上的密码子
B.剪接修饰作用
C.辨认与核糖体结合的组分
D.提供-OH基与氨基酸结合
E.提供-OH基与糖类结合
答案：D
【执业】9．关于DNA聚合酶的叙述，错误的是 (2002,2005)
A.需模板DNA
B.需引物RNA
C.延伸方向为5′→3′
D.以NTP为原料
E.具有3′→5′外切酶活性
答案：D
三、反转录合成
(—)反转录的概念 又称逆转录，是RNA指导下的DNA合成作用，即以RNA为模板，由dNTP聚合生成DNA的作用。因为此RNA指导的DNA合成作用恰好与转录作用中遗传信息的流动呈相反方向进行，所以称为反转录作用。催化此反应的酶为反转录酶或逆转录酶。反(逆)转录酶首先从Rous肉瘤病毒(一种能引发禽类肉瘤的RNA病毒)中被发现，后来证明各种致癌RNA病毒都有反(逆)转录酶存在，其作用与这类病毒的致癌性有关。
(二)反转录酶与反转录 反转录酶具有三种酶活性：可催化RNA指导的DNA合成反应、RNA的水解反应和DNA指导的DNA聚合反应。反转录合成DNA的过程首先是，以病毒基因组RNA为模板、催化合成一条与RNA互补的单链DNA(cDNA)，产物与模板形成DNA-RNA杂交分子。杂交分子中的RNA被水解后，再以单链DNA为模板合成另一条互补DNA链，产生双链DNA分子。反转录酶催化的DNA合成反应也是按5’-3’方向进行；在DNA开始合成时也需要引物，此引物为存在于病毒颗粒中的tRNA。反转录新生成的DNA分子中存在着原有病毒RNA的信息。—旦反转录合成的双链互补DNA分子整合到宿主染色体的基因组中，可导致宿主DNA结构和功能变化，致使宿主细胞发生癌变。
【执业】8.逆转录的遗传信息流向是
A.DNA→DNA
B.DNA→RNA
C.RNA→DNA
D.RNA→蛋白质
E.RNA→RNA
答案： C
【执业】12.能以RNA为模板催化合成与RNA互补的DNA(cDNA)的酶称为(2001)
A.DNA聚合酶Ⅰ
B.DNA聚合酶Ⅱ
C DNA聚合酶Ⅲ
D.RNA聚合酶
E.反转录酶
答案：E
端粒酶是一种存在于真核染色体端区、由RNA和蛋白质组成的反转录酶，RNA和蛋白质是酶活性必不可少的组分。该酶以组成中的RNA作为模板，催化合成端区的DNA片段，防止染色体缩短。
反转录酶的发现对重组DNA技术的发展具有重要意义，它被广泛应用于分子生物学实验中，催化以mRNA为模板、合成cDNA，继而构建cDNA文库，从中筛选出为特异蛋白质编码的核苷酸序列。
【助理】6下列关于cDNA叙述正确的是（2003）
A.与模板链互补的DNA
B.与编码链互补的DNA
C.与任一DNA单链互补的DNA
D.与RNA互补的DNA
E.指RNA病毒
答案：D
(三)反转录病毒 反转录病毒是一类RNA病毒，因含反转录酶而得名。某些反转录病毒有致癌作用，系通过其病毒癌基因(v—one)使细胞癌变。与病毒癌基因类似的基因也存在于脊椎类动物的正常基因组中，称为细胞癌基因(c-onc)。这些癌基因的激活可能导致细胞的癌变(详见第十四单元)。人类免疫缺陷病毒(HlV)也是一种反转录病毒，它感染人的T细胞，导致人体免疫缺陷，患者因丧失免疫力而死于广泛的感染。
四、DNA的修复类型
(一)DNA损伤与突变 DNA复制可能因碱基对错配而发生自发突变；在某些理、化或生物学因素(如电离辐射、紫外线、化学诱变剂或致癌病毒等)作用下，常可引起DNA链的损伤或突变。根据DNA分子的变化，DNA损伤可有DNA的断链、链内交联和链间交联等；DNA的突变可分为点突变、缺失突变、插入突变和置换突变。上述DNA分子结构变化称DNA损伤。如果这些DNA的复制错误或损伤不被校正，则会影响DNA的复制和转录功能；某些突变可引起生物体的变异。然而，生物体内存在着DNA修复系统，可保证DNA复制的高度准确性和损伤的修复。
【执业】 3．涉及核苷酸数目变化的DNA损伤形式是
A.DNA(单链)断链
B.链间交联
C.链内交联
D.插入突变
E.置换突变
答案：D
【执业】4．镰刀形红细胞贫血患者，其血红蛋白β链N端第六个氨基酸残基谷氨酸被下列哪种氨基酸代替
A.缬氨酸
B.丙氨酸
C.丝氨酸
D.酪氨酸
E.色氨酸
答案：A
【执业】6．紫外线对DNA的损伤主要是引起
A.碱基缺失
B.碱基插入
C.碱基置换
D.嘧啶二聚体形成
E.磷酸二酯键断裂
答案：D
(二)DNA损伤修复 修复有多种方式，如切除修复、重组修复和SOS修复。切除修复可分为4个步骤：由特异的核酸内切酶识别损伤部位，并将损伤的DNA单链切断；在切口处由DNA聚合酶作用，以另一条正常的DNA链为模板进行修复合成；在酶的作用下切除损伤的片段；由DNA连接酶将新合成的DNA链与原来的DNA链连接而成正常的DNA。
