DNA的合成-臨床助理醫(yī)師輔導(dǎo)：

一、DNA生物合成的概念

DNA分子在生物體內(nèi)通過(guò)酶促聚合反應(yīng)合成，即DNA的生物合成，DNA的生物合成有DNA指導(dǎo)的DNA合成、RNA指導(dǎo)的DNA合成以及修復(fù)合成三種方式。DNA指導(dǎo)的DNA合成是以DNA為模板，合成新的、與親代模板完全一樣的DNA分子，故稱這種DNA合成為DNA的復(fù)制，它是細(xì)胞內(nèi)DNA合成的最主要方式；RNA指導(dǎo)的DNA合成是以RNA為模板，合成與RNA核苷酸序列一致的DNA分子，因其過(guò)程與遺傳信息流動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)錄過(guò)程方向相反。故稱反轉(zhuǎn)錄合成；反轉(zhuǎn)錄作用廣泛存在于生物界，在RNA病毒感染宿主的致病過(guò)程有重要意義，某些物理、化學(xué)或生物學(xué)（病毒）因素可導(dǎo)致DNA分子的損傷，生物體細(xì)胞內(nèi)存在DNA修復(fù)合成體系，可使損傷的DNA分子得以修復(fù)。

二、DNA的復(fù)制合成

（一）復(fù)制的概念 DNA合成進(jìn)行時(shí)醫(yī)|學(xué)教育網(wǎng)搜集整理，以兩條親代DNA鏈中的每一條鏈為模板，在DNA依賴的DNA聚合酶催化下，按A與T、C與C堿基配對(duì)原則合成子代DNA的過(guò)程稱DNA的復(fù)制。由于復(fù)制合成的子代DNA兩條脫氧核糖核苷酸鏈中有一條來(lái)自親代DNA，另一條是以前者為模板新合成的子代DNA鏈，所以DNA的這種合成作用又稱半保留復(fù)制。

（二）DNA復(fù)制過(guò)程真核生物的DNA復(fù)制過(guò)程與原核基本相似，有些機(jī)制尚不十分清楚。根據(jù)目前認(rèn)識(shí)，可將E.coli DNA復(fù)制過(guò)程（圖2-10-1）分為以下階段。

1.螺旋的松弛與解鏈 在復(fù)制起始點(diǎn)ori所在部位首先由DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（Topo）和解鏈酶松馳DNA超螺旋結(jié)構(gòu)，解開(kāi)一段雙鏈，并由單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）保護(hù)和穩(wěn)定 DNA單鏈。形成復(fù)制點(diǎn)，這個(gè)復(fù)制點(diǎn)的形狀像一個(gè)叉子，即復(fù)制叉，將模板展示出來(lái)。

2.引物RNA的合成 當(dāng)兩股單鏈暴露出足夠數(shù)量的堿基對(duì)時(shí)，DNA復(fù)制即進(jìn)入引發(fā)階段，主要由引發(fā)酶和引發(fā)前體參與合成RNA引物。以3‘-5’走向的親代DNA鏈為模板進(jìn)行合成的子鏈，稱前導(dǎo)鏈；以5‘-3’走向的親代DNA鏈為模板進(jìn)行合成的子鏈，稱隨從鏈。前導(dǎo)鏈的引發(fā)較簡(jiǎn)單，在引發(fā)酶催化下合成一個(gè)短的RNA引物（10-60 nt），繼而從RNA引物的3‘末端開(kāi)始連續(xù)地沿著5’-3‘方向進(jìn)行DNA鏈的合成。隨從鏈引物的合成則是在引發(fā)酶和引發(fā)前體，以及DnaA蛋白聯(lián)合作用下臺(tái)成的。繼而在引物的3’-OH端進(jìn)行岡崎片段的合成。

3.DNA鏈的延長(zhǎng) DNA鏈的延長(zhǎng)是在DNA聚合酶（DNA pol）催化下，以四種三磷酸脫氧核苷（dNTP）即dATP、dGTP、dCTP和dTTP為原料進(jìn)行的聚合反應(yīng)。反應(yīng)體系中有DNA模板、引物及Mg2+存在。聚合作用是自引物的3‘-OH端上開(kāi)始，從5’—3‘方向逐個(gè)加入脫氧核苷酸dNMP而脫下焦磷酸PPi，使DNA鏈得以延長(zhǎng)。復(fù)制時(shí)DNA的兩條鏈均可作為模板，分別合成兩條子代DNA鏈。由于DNA的兩條鏈?zhǔn)欠雌叫械模匆粭l鏈走向是5’-3‘而另一條鏈?zhǔn)?’-5‘走向，但是DNA poI催化DNA鏈的合成只能沿著5’-3‘方向進(jìn)行，因此解開(kāi)雙鏈后在3’-5‘走向的模板上可以順利地按5’-3‘方向合成新的DNA鏈，即前導(dǎo)鏈；而以5’-3‘走向鏈為模板、仍然按5’-3‘方向合成只能是不連續(xù)的短DNA片段（岡崎片段）。

4.終止 DNA片段合成至一定長(zhǎng)度后，鏈中的RNA引物即被核酸酶水解而切掉。此時(shí)出現(xiàn)的缺口由DNA的繼續(xù)延長(zhǎng)而填補(bǔ)，然后由DNA連接酶將這些片段再連接起來(lái)，形成完整的DNA鏈。E.coli DNA的復(fù)制叉復(fù)制過(guò)程如簡(jiǎn)圖2—10—l.

DNA復(fù)制完畢后，DNA Topo將DNA分子引入超螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)行進(jìn)一步的裝配。真核生物DNA的復(fù)制與E.coli基本相似，但是還有一些特點(diǎn)，如真核生物復(fù)制速度約為50 nt/s（E.coli為500nt/s），其ori位點(diǎn)有多個(gè)，岡崎片段的長(zhǎng)度小于原核生物，DNA聚合酶也不同等。