第一節DNA的合成一、DNA的半保留復制DNA雙螺旋的兩條鏈堿基順序互補的性質是DNA自我復制的基本要點第九章核酸代謝復制部位：真核生物：細胞核原核生物：細胞質的核質區DNA復制時，親代DNA的雙螺旋先解旋并分開，然后以每條鏈為模板，按照堿基配對原則，各形成一條互補鏈。這樣，從親代的一個DNA雙螺旋分子復制成兩個與親代的堿基序列完全相同的子代DNA分子。每個子代DNA分子中，有一條鏈來自親代DNA，另一條則是新形成的，這樣的復制方式叫做半保留復制（semiconservativereplication）。半保留復制DNA半保留復制實驗證據1958年Meselson(梅塞爾森)和Stall(斯塔爾)用同位素（15N）和氯化銫密度梯度離心，首次證明了DNA的半保留復制。用15NH4Cl唯一氮源培養大腸桿菌，之后，用14NH4Cl培養，然后進行CsCl2進行密度梯度離心。由于15NH4Cl密度大于14NH4Cl，因此，形成不同區帶，經過若干代培養后，兩個14NH4Cl區帶增多。復制的反應n1dATPn2dCTPn3dGTPn4dTTPDNA聚合酶DNA模板DNA+（n1+n2+n3+n4)PPiPPi隨即被焦磷酸酶水解，從而推動聚合反應的進行。二、聚合酶I1956年Kornberg科恩伯格提取出了DNA聚合酶I。此酶為單肽鏈蛋白質，它以脫氧核苷三磷酸為活性單體物質來合成DNA鏈DNA聚合酶I在合成DNA時需下列物質：（1）所有四種脫氧核苷三磷酸-dATP、-dGTP、-dCTP、-dTTP(脫氧胸苷三磷酸)及Mg2+。（2）帶有自由3'-羥基末端的有一定長度的DNA鏈作為前體，DNA聚合酶I不能從頭開始合成DNA。（3）DNA模板DNA合成時增鏈的方向是從5‘3’的方向進行，增鏈速度約為10個核苷酸/秒脫氧核苷三磷酸上的-磷酸親核進攻DNA鏈的3‘-OH末端。DNA聚合酶I具有外切酶的功能(3‘5’或5‘3’)。三、DNA聚合酶II和III1970年從大腸桿菌中分離出了DNA聚合酶II和III在生物體中，聚合酶III的功能是合成新的DNA鏈；DNA聚合酶I的功能是除去RNA引鏈和修補裂口。DNA聚合酶II的功能尚不清楚。DNA聚合酶III是大腸桿菌DNA復制過程中真正的復制酶！解鏈酶四、解鏈酶（helicase）

作用：能斷裂互補堿基間的氫鍵,使DNA雙鏈分離形成“復制叉”。五、單鏈DNA結合蛋白(singlestrandedDNA-bindingprotein,SSB)

選擇性地與單鏈DNA結合。作用：穩定DNA單鏈模板,包括防止重新形成雙鏈、雙螺旋結構以及防止被核酸酶水解。六、引物酶(Primase)

實際上該酶是一種特殊的RNA聚合酶。

作用:在DNA復制開始時,在5′–端(5′3′方向）合成一小段RNA引物。5′3′

5′RNA引物5′RNA引物5′3′七、DNA聚合連接酶1967年，在幾個實驗室同時發現了一種DNA連接酶作用：催化一條鏈的5’-磷酸末端與另一條鏈的3’-OH末端之間形成磷酸二酯健。只能連接處于nick（缺口）狀態的雙鏈DNA，不能連接游離的兩條單鏈DNA八、DNA的復制真核細胞的復制是從多個起點開始的，以雙向方式復制可是任何一種DNA聚合酶只能進行5‘3’的復制（領頭鏈）。如何解決以5‘3’為模板進行復制的過程？復制的起始1、在拓撲異構酶、解鏈酶及單鏈DNA結合蛋白的共同作用下，DNA解旋、解鏈，形成復制叉。2、依賴于單鏈模板，由引物酶催化按堿基配對規律合成一小段RNA引物(原核細胞引物長50-100個堿基，真核約10個堿基。）復制起始階段的特點真核細胞：具有多個起始位點原核細胞：僅有一個復制起始位點，但往往是雙向復制（如E.Coli）

復制過程的調控主要取決于復制啟動的頻率，而DNA延長的速度大體上是恒定的。由于真核生物在多位點上啟動復制，所以盡管其DNA比原核生物DNA大得多，但復制的總速度反而比原核生物快。

DNA的復制是由引發體識別并結合于復制原點而被啟動的，其機理比較復雜，目前還不十分明了。鏈的延長引物合成后，由DNA聚合酶Ⅲ催化，在引物3′-OH末端逐一添加與模板鏈對應互補的脫氧核苷三磷酸。隨著復制叉的推進，兩條新鏈的合成方向是不同的：領頭鏈:

鏈的延長方向（5′3′）與解鏈方向（復制叉移動方向）相同，為連續合成。隨后鏈：

另一條鏈延伸的方向與復制叉前進的方向相反，它顯然不能被連續合成，需要復制叉推進了一定的長度，有了一段DNA單鏈后，才能以此為模板合成一個片段。因此這條新鏈的合成是不連續的，而且總晚于先導鏈，所以稱為隨后鏈。這種前導鏈連續合成，隨后鏈斷續合成的方式，稱為半不連續復制。隨后鏈中合成的多個DNA片段，稱為岡崎片段。岡崎片段的長度原核細胞中約1000~2000個核苷酸，真核細胞中約100~200個核苷酸。

引物酶在復制原點附近合成一段RNA引物；

DNA聚合酶Ⅲ

(原核細胞)在引物的3'末端逐個添加脫氧核苷酸。隨著復制叉的推進，親代DNA雙螺旋不斷被解開，先導鏈也不斷延伸。

①先導鏈的合成②隨后鏈的合成引物的合成：隨后鏈的每個岡崎片段都需要合成RNA引物。也是由引物酶催化。

岡崎片段的合成：DNA聚合酶Ⅲ(原核細胞)在引物的3'末端使DNA鏈延伸，直至抵達其下游的另一個岡崎片段的RNA引物的5'端。②隨后鏈的合成岡崎片段的連結：DNA聚合酶Ⅰ一邊以其DNA聚合活性在上游岡崎片段的3'-OH末端添加脫氧核苷酸，一面以其5'→3'核酸外切活性切除引物，直至將引物全部切除。

DNA連接酶將最后的缺口補好。③先導鏈和隨后鏈中DNA的延伸由同一個DNA聚合酶Ⅲ全酶二聚體催化

隨后鏈的模板回折成環，從而使岡崎片段的延伸方向與先導鏈的延伸方向一致，它們的3'末端分別落在DNA聚合酶Ⅲ全酶的雙活性部位。因此，隨著聚合酶的移動，兩條鏈同時延伸。復制的終止水解引物及填補空隙岡崎片段合成后，由DNA聚合酶Ⅰ水解去除RNA引物，并填補留下的空隙(5′3′)聚合。最后由DNA連接酶催化連接成完整的鏈，從而產生完整的雙鏈DNA分子。九、DNA的復修修復步驟如下：（1）特異的內切酶與損傷部位結合，在損傷部位的5'-端切斷磷酸二酯鍵；（限制性內切酶降解陌生的DNA）（2）外切酶水解除去包括損傷部位在內的一小段DNA單鏈。（3）DNA聚合酶I催化以母體為模板進行修復5‘3’。（4）連接酶進行連接。差錯率為10-9-10-10新合成的子鏈與母鏈之間堿基配對嚴格性使用引物RNADNA聚合酶對底物專一性DNA聚合酶的校對作用5.DNA修復機制DNA分子的完整性對細胞至關重要，這一點是其它生物分子無法比擬的。在生物的進化中，DNA復制中可因DNA聚合酶催化作用引發出偶然的錯誤。環境因素（如輻射、紫外光照射、化學誘變物等）也可引起DNA序列上的錯誤，這些錯誤若不能予以改正而保留下來，會直接影響機體的生理功能，以致影響到后代的正常生長和發育。但是，生物體內存在有效的修復（repair）體系，保證了DNA復制的高度精確性。

1.DNA損傷的原因外環境中的射線：X-射線、紫外線等——高劑量的紫外輻射使DNA鏈上鄰近的嘧啶核苷酸之間形成化學鍵，生成二聚體；此外還有脫嘌呤作用和脫氨基作用.

2.修復

所有細胞對DNA的損傷都有一定的修復能力，以恢復正常的DNA結構。修復的方式：光修復、切除修復、重組修復、SOS修復(1)光修復由DNA光裂合酶（photolyase）催化。該酶需要光（400700nm）才能激活，它能切除嘧啶二聚體之間的連鍵(C-C鍵)，從而修復由紫外照射而造成的損傷。(2)切除修復

該類修復是指在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除，并以完整的那一條鏈為模板，合成出新的被切去的部分，然后使損傷的DNA恢復正常結構的過程。切除修復系統可對多種損傷起修復作用。切除修復有核苷酸切除修復（nucleotideexcisionrepair,NER）和堿基切除修復（baseexcisionrepair,BER）兩種。

(2)切除修復修復機制:其過程是：切→補→切→縫由專一性核酸內切酶催化，在離損傷處附近切斷由DNA聚合酶在斷口處進行DNA合成由5′核酸外切酶將損傷部位切掉由連接酶將新合成的DNA鏈與原來的鏈連接知識窗NER缺陷與癌癥和遺傳疾病

核苷酸切除修復（nucleotideexcisionrepair,NER）缺陷與癌癥的發生有關，如著色性皮膚病是由于體內NER系統缺陷引起皮膚細胞對日光或紫外線特別敏感，其所形成的T-T二聚體就是因缺乏能切除T-T二聚體的特異性核酸內切酶所致，以致在后續的復制中造成遺傳信息改變，最終出現皮膚癌。一些常染色體退行性疾病患者對太陽光極其敏感。還有的患者在嬰兒時期皮膚明顯地改變，如干燥、進行性的雀斑和角質化（一種皮膚腫瘤）并伴有