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。医学教育网|搜索整理

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。