DNA的合成-臨床助理醫(yī)師輔導：

一、DNA生物合成的概念

DNA分子在生物體內(nèi)通過酶促聚合反應合成，即DNA的生物合成，DNA的生物合成有DNA指導的DNA合成、RNA指導的DNA合成以及修復合成三種方式。DNA指導的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的復制，它是細胞內(nèi)DNA合成的最主要方式；RNA指導的DNA合成是以RNA為模板，合成與RNA核苷酸序列一致的DNA分子，因其過程與遺傳信息流動時的轉(zhuǎn)錄過程方向相反。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程有重要意義，某些物理、化學或生物學（病毒）因素可導致DNA分子的損傷，生物體細胞內(nèi)存在DNA修復合成體系，可使損傷的DNA分子得以修復。

二、DNA的復制合成

（一）復制的概念 DNA合成進行時醫(yī)|學教育網(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堿基配對原則合成子代DNA的過程稱DNA的復制。由于復制合成的子代DNA兩條脫氧核糖核苷酸鏈中有一條來自親代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制。

（二）DNA復制過程真核生物的DNA復制過程與原核基本相似，有些機制尚不十分清楚。根據(jù)目前認識，可將E.coli DNA復制過程（圖2-10-1）分為以下階段。

1.螺旋的松弛與解鏈 在復制起始點ori所在部位首先由DNA拓撲異構(gòu)酶（Topo）和解鏈酶松馳DNA超螺旋結(jié)構(gòu)，解開一段雙鏈，并由單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）保護和穩(wěn)定 DNA單鏈。形成復制點，這個復制點的形狀像一個叉子，即復制叉，將模板展示出來。

2.引物RNA的合成 當兩股單鏈暴露出足夠數(shù)量的堿基對時，DNA復制即進入引發(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鏈為模板進行合成的子鏈，稱前導鏈；以5‘-3’走向的親代DNA鏈為模板進行合成的子鏈，稱隨從鏈。前導鏈的引發(fā)較簡單，在引發(fā)酶催化下合成一個短的RNA引物（10-60 nt），繼而從RNA引物的3‘末端開始連續(xù)地沿著5’-3‘方向進行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)合作用下臺成的。繼而在引物的3’-OH端進行岡崎片段的合成。

3.DNA鏈的延長 DNA鏈的延長是在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為原料進行的聚合反應。反應體系中有DNA模板、引物及Mg2+存在。聚合作用是自引物的3‘-OH端上開始，從5’—3‘方向逐個加入脫氧核苷酸dNMP而脫下焦磷酸PPi，使DNA鏈得以延長。復制時DNA的兩條鏈均可作為模板，分別合成兩條子代DNA鏈。由于DNA的兩條鏈是反平行的，即一條鏈走向是5’-3‘而另一條鏈是3’-5‘走向，但是DNA poI催化DNA鏈的合成只能沿著5’-3‘方向進行，因此解開雙鏈后在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片段合成至一定長度后，鏈中的RNA引物即被核酸酶水解而切掉。此時出現(xiàn)的缺口由DNA的繼續(xù)延長而填補，然后由DNA連接酶將這些片段再連接起來，形成完整的DNA鏈。E.coli DNA的復制叉復制過程如簡圖2—10—l.

DNA復制完畢后，DNA Topo將DNA分子引入超螺旋結(jié)構(gòu)，進行進一步的裝配。真核生物DNA的復制與E.coli基本相似，但是還有一些特點，如真核生物復制速度約為50 nt/s（E.coli為500nt/s），其ori位點有多個，岡崎片段的長度小于原核生物，DNA聚合酶也不同等。