34.10利用RNA作为模板，逆转录酶可以催化DNA合成逆转录病毒的基因组是RNA分子，在感染期间，RNA分子可以逆
转录为DNA分子。DNA再转录生产病毒RNA，或者与宿主DNA分子整合，使病毒潜伏于宿主后代中。将逆转录病毒R
NA转换成DNA的最关键酶是逆转录酶。该酶具有RNaseH活性（降解RNA活性）和DNA聚合酶活性。mRNARNA-DNA杂
化体单链DNA双链DNAmRNA的cDNA拷贝逆转录病毒生活循环中的7个主要过程①逆转录病毒进入宿主细胞；②在逆转
录酶的催化下，以病毒的RNA为模板合成互补DNA（cDNA），形成RNA-DNA杂化体，逆转录酶将杂化体中的RN
A降解，同时以剩下的DNA链为模板合成另一条互补的DNA链，结果形成双链DNA；③双链DNA整合到宿主DNA中；④
利用宿主复制和转录机器生产大量的病毒RNA；⑤转录出的mRNA翻译成病毒的包膜蛋白，逆转录酶和壳体蛋白；34.1
DNA复制是半保留式的34.2DNA复制是双向进行的34.3DNA聚合酶III催化复制叉处的聚合反应34.4
DNA聚合酶III同时催化两条链的合成34.5复制叉移动需要多蛋白复合物34.6DNA复制起始于细菌染色体上的唯一的
一个部位34.7DNA复制终止于ter区34.8DNA复制的其它方式34.9损伤的DNA可以修复第34章、D
NA复制遗传中心法则DNA复制RNA复制转录逆转录翻译蛋白质Meselson-Stahl实验：1、使E.co
li在含有唯一氮源15N（15NH4Cl）的培养基中培养，合成的所有核苷酸都含有15N，具有较高的密度，都整合到亲代DNA中。
2、将生长在15NH4Cl培养基的E.coli转移到含有唯一氮源，但密度较低的14N（14NH4Cl）培养基中培养。培养两代，
并分别取每一代的DNA进行密度梯度离心。34.1DNA复制方式是半保留式首先在15NH4Cl培养基中培养然后转到14NH4
Cl培养基中培养只在15NH4Cl中培养只在14NH4Cl中培养14N对照系统15N对照系统第一代
第二代提取DNA，进行密度梯度超离心E.coli细胞用15N标记的亲本DNA14N中第一次复制14N中第二
次复制实验结果表明DNA复制是半保留复制（a）密度梯度离心的DNA带（b）对应于左侧DNA带的解释Meselson-st
ahl实验从前面图可以看出，在含有14N氮源介质中培养一代的DNA经密度梯度离心后，DNA带位于在15N培养基
中的DNA带的上面。在含有14N氮源介质中培养两代后的DNA经密度梯度离心后，出现两条带，第一条带位置与培养一带
的DNA带相同，另一条DNA带位于第一条带上面，说明第二条带密度更轻。实验结果充分说明DNA复制是半保留复制。
两种复制模式（a）单向复制模式（b）双向复制模式34.2DNA复制是双向进行的大肠杆菌染色体DNA双向复制模式
复制起点复制叉复制叉真核生物DNA复制有多个复制起点，同时双向复制34.3DNA聚合酶III催化复制叉处的聚合反应
DNA合成时，核苷酸是通过酶催化加到一个正在延伸的DNA链上，这种酶要求一条完整的DNA链作为模板，去合成一条互
补链，所以这样的酶叫做DNA指导的DNA聚合酶。ArthurKornberg（斯坦福大学医学院教授）等人从
1955年开始寻找合成DNA的酶。于1956年在大肠杆菌的提取液中发现了DNA聚合酶。Kornberg发现的
DNA聚合酶就是现在的DNA聚合酶I，是分子量为109,000的一条多肽链，具有聚合活性及3ˊ-5ˊ外切酶活性，还有5ˊ-3ˊ核酸
酶活性。以后又陆续发现了功能不同的另外几种DNA聚合酶，下表归纳了到目前为止从大肠杆菌和哺乳动物中发现的DNA聚合酶的基本特征。
聚合反应的基本过程都是通过新合成的链的3ˊ-OH对进入的新的核苷三磷酸（用dNTP）的?磷进行亲核攻击，导致磷酯
键断裂，结果在链的3ˊ末端加上了一个新的核苷酸，即延长了一个核苷酸。释放出的焦磷酸经焦磷酸酶水解有利于聚合反应
的进行DNA聚合酶的校正反应34.4DNA聚合酶III同时催化两条链的合成
由于DNA的两条模板链是反平行的，又因为DNA总是沿5ˊ→3ˊ方向合成，即两条新链是沿着相反方向合成。换句话说，就是一条子链的合
成方向与复制叉移动的方向一致，该子链称为前导链；而另一条子链与复制叉移动的方向相反，这条链称之为滞后链，但也是通过通过5ˊ→3ˊ
方向聚合形成的。9.4.1在滞后链中DNA的合成是不连续的根据岗崎实验，可以确定复制叉的一个“杈”（
前导链）是沿5ˊ-3ˊ方向连续合成的，而另一条链（滞后链）是通过岗崎片段方式不连续合成的。连续和不连续合成的结合使得复制叉整体向一
个方向延伸。岗崎片段复制叉移动方向先导链滞后链DNA聚合酶III同时催化两条链的合成前导链和滞后链的合成34.4.
2每个岗崎片段的合成开始于一个RNA引物不连续合成解释了滞后链是怎样合成的，但不能解释每个岗崎片段是怎样开
始合成的。DNA聚合酶III不能从头开始进行聚合反应，它只能将核苷酸加到已有的多核苷酸链上。所以为了合成滞后链，需要在复制叉处合成
一系列的短的RNA引物。每个RNA引物都是与滞后链模板部分互补的，而且在DNA聚合酶III催化下从引物3ˊ端延伸形成岗崎片段。
RNA引物是通过引发酶合成的，引发酶是一个称为引发体的大的复合物中的成分，引发体还包括使DNA解旋的解旋酶和其它
的一些辅助蛋白。引发酶每秒钟催化一个大约长10个核苷酸的RNA引物的合成。由于复制叉移动的速度大约为每秒1000个核苷酸，所以大约
每1000个核苷酸就要合成一个RNA引物。34.4.3DNApolI切去RNA引物，并使岗崎片段延伸
DNApolI识别并结合于新DNA链的3ˊ端和下一个RNA引物之间的切口。然后5ˊ→3ˊ外切酶活性催化第1个RNA
核苷酸水解，而5ˊ→3ˊ聚合酶活性将一个脱氧核苷酸加到新DNA链的3ˊ端，这种同时降解和合成的过程称为切口平移。
通过这种方式，使得切口沿滞后链移动。在完成切去RNA引物和填充RNA引物切去后的空缺后，DNApolI脱离DNA，留下了
被一个切口（一个磷酸二酯键的空）分开的双链DNA。最后在DNA连接酶催化下，一个岗崎片段的3ˊ末端和另一个岗崎
片段的5ˊ磷酸基团之间形成一个磷酸二酯键，完成了两个岗崎片段的合成。引发体引物酶DNA聚合酶IIIDNA聚合酶IDN
A连接酶滞后链前导链单链结合蛋白解旋酶34.5复制叉移动需要多蛋白复合体复制叉的移动除了需要用于聚合反应的DNAp
olIII以外，至少还需要四种其它蛋白质。其中主要的蛋白是解旋酶、拓扑异构酶、单链结合蛋白和DNA引发酶（也称为引物合成酶）。
解旋酶：是个需要ATP的酶，该酶刚好在移动的复制叉的前面沿着单链DNA滑动。E.coli中最重要的解旋酶是DnaB，它是一个与引发
体中的引发酶紧密聚合的蛋白质。DnaB使复制叉前面的双螺旋DNA解旋，解旋过程是与核苷三磷酸水解过程相偶联的。拓扑异构酶I和I
I：是用来将解旋酶作用后产生的扭转张力释放掉。DNA快速解旋在复制叉处形成超螺旋头部。拓扑异构酶I是切断DNA中的一条链，使DNA
旋转，而拓扑异构酶II可以切断DNA的两条链。单链结合蛋白（SSB）：其作用是当解旋酶作用后，它可以防止解开的
螺旋恢复原来状态。它对单链DNA有非常高的亲和性，在滞后链合成的开始需要单链结合蛋白，螺旋解旋后，前导链可以连续合成时就不需要这种
蛋白了。DNA引发酶：这个酶沿着滞后链在有规则的间隔内合成短的RNA引物。然后通过DNApolIII在引物的3ˊ-OH端沿
着5ˊ-3ˊ方向合成岗崎片段。RNA引物可以被DNApolI除去，然后用互补的脱氧核苷酸填上。在复制起点处前导链合成开始时也需
要引发酶。E.coli中，是位于称为oriC遗传位点的单一一个起点。oriC区含有两种重复类型的多个拷贝，D
naA结合部位含有一个特殊的9碱基对重复序列（4个拷贝），另一部位是富含A-T碱基对的重复区（3个拷贝）（图a）。
图b给出了在oriC处复制起始模式。大约有20个DnaA蛋白与9碱基对重复区结合，并引起DNA结构的变化，导致富含13个A-T
碱基对重复区内双螺旋变性。富含A-T重复区的部位起着使复制泡中心定位的作用。一旦这个区接近其它DNA复制蛋白，在
解旋酶和SSB作用下复制泡沿双向延伸形成两个复制叉。然后引发酶合成RNA引物，而DNApolIII开始前导链和滞后链的合成。
34.6细菌中的DNA复制起始于染色体上唯一的一个部位E.coli的oriC结构模式：a.OriC内富含A-T序列和4个9
碱基对重复序列的分布；b.在oriC处复制起始模式34.7DNA复制终止于ter区在ter区内存在5个DN
A序列（terA到terE）。ter序列排列在染色体上制造了一个复制叉“陷井”区，复制叉可以进入但不能出来。顺时针陷井由terB
和terC构成，反时针陷井由terA、terD和terE构成。陷井区是终止子利用物质（Tus）的结合部位。Tu
s可以和每一个ter结合。一旦形成Tus-ter复合物，就可以通过阻止解旋酶解旋DNA来封闭复制叉的通路。Tus-ter复合物只捕
获来自一个方向（顺时针或反时针）的复制叉，而对来自另一个方向（反时针或顺时针）的复制叉不起作用。终止区这样安排
可确保两个从相反方向进入ter区的复制叉总能相遇，当一个复制叉遇到另一个复制叉时，DNA复制就完成了。E.Coli中的ter区
组织600kbter区含有5个非对称的ter部位，每个都可与Tus结合。箭头表示为每个复制体设置的可能的终止部位
真核生物染色体一般都比细菌染色体大得多，如E,coli基因组是由4.6×103kb组成的单一染色体，而真核生物通常含有一
个以上的染色体，一般在20至30对染色体之间。虽然染色体数目的增加使得基因组更复杂，但所有生物中的DNA复制的生物化学机制基本上是
类似的。真核生物DNA复制还有以下一些特点:真核生物所含的DNA聚合酶种类更多些。真核生物复制叉处需要的辅助蛋白不同。
真核生物也象E.coli那样，复制是双向的。但E.coli染色体含有唯一的复制起点，而真核生物染色体存在许多复制起点。34.
8真核生物DNA复制类似于原核生物DNA复制滚环复制首先一个引发体组装在模板链（＋链）上，开始合成RNA
引物，然后在DNApolIII作用下，引物延伸生成一个互补链（－链）。生成的双链DNA分子通过一个噬菌体编码的内切酶在＋链上的特定部位制造一个缺口。最后在DNApolIII作用下，＋链从暴露出的3ˊ羟基延伸，取代原来的＋链。34.9DNA复制的其它方式线粒体DNA的复制采取的是一种特殊的D-环复制方式：环状双螺旋DNA在某一点解旋，开始复制。但前导链和滞后链的起点不在同一位点。首先合成前导链，结果一条链（滞后链模板）仍维持单链。形成一个D字型的环。当前导链合成到某一点时，露出滞后链的起点，滞后链开始复制。D-环复制 |
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