湛江海关关长:父代的DNA是如何组合为子代的DNA的？

你所说的碱基互补配对原则，只得是在细胞分裂时DNA复制自己的方式。而在精子和卵子中，它们都各含有一半的染色体，它们的DNA是不完整的。受精以后才能合成完整的DNA，并开始复制。

你说的分裂是细胞的有丝分裂，这种分裂方式是生物在生长过程中的细胞分裂方式，它主要是复制，就像你所说的是按照碱基互补配对原则来复制的；而升值的分裂方式是减速分裂，我们知道DNA是双螺旋结构，在减速分裂中父方和母方的DNA分子各自复制出“半个”（就像麻花被抽去一股的样子），然后由父母各自的那“半个”再重新组合成一个完整的DNA分子，所以子代一半的基因来自父亲一半来自母亲。

第33章 核酸的生物合成?
第一节 DNA的生物合成（Biosynthesis of DNA）
一、概述：
（一）、中心法则（central dogma）：
脱氧核糖核酸(DNA)是生物遗传的主要物质基础。生物有机体的遗传特征是以遗传密码(code)的形式编码在DNA分子上的特定的核苷酸排列顺序即遗传信息。在细胞分裂前通过DNA的复制(Replication)，将遗传信息由亲代传递给子代，在后代的个体发育过程中，遗传信息自DNA转录(Transcription)给RNA，并指导蛋白质合成，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状，这种遗传信息的传递方向，是从DNA到RNA再到蛋白质，即所谓的生物?quot;中心法则"，80年代以后在某些致癌RNA病毒中发现遗传信息也可存在于RNA分子中，由RNA通过逆转录(reverse transcription)的方式将遗传信息传递给DNA。这为中心法则加入了新的内容。目前认为生物界遗传信息传递的中心法则（central dogma）：
DNA，RNA和蛋白质生物合成间存在下列联系：

由于DNA是遗传信息贮存和发布者，它在上述联系中居于中心地位，这发展成为分子遗传的"中心法则"理论。它是首先由F.Crick解说并命名的。
"复制"就是指以原来分子为模板合成出相同分子的过程。
"转录"就是在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。
"翻译"就是在以rRNA和蛋白质组成的核蛋白体上，以mRNA为模板，即每三个相邻核苷酸决定一种氨基酸规律，由tRNA担当运送和交接工具，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。
在某些情况下，RNA也可以是遗传信息的携带者。如RNA病毒能以自身为模板进行RNA复制。又如致癌的RNA病毒还能通过反转录的方式将遗传信息传递给DNA。DNA，RNA和蛋白质三者联系及各自生物合成研究是在1953年Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋结构模型后开始的。
（二）、核酸合成的研究工作进展：在30年左右的时间里，很多问题基本上解决了。其主要成果是：
（1）核酸合成相关酶的相继发现：
①1956-1959年，A.Kornberg和S.B.Weiss等人先后发现了E.coli DNA指导的DNA聚合酶和DNA指导的RNA聚合酶。
现有的核酸生物合成知识是用大肠杆菌培养物的无细胞提取液作实验所取得的。早在1956年Kornberg，A.首先从大肠杆菌（E.Coli）提取液中发现了一种酶。在有ATP和Mg2+存在条件下，它能使标记的dTTP参入DNA分子。后来更发现，在有组成DNA的4种5′-脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP dCTP和dTTP）、Mg2+和引物DNA（即天然螺旋DNA，早期实验中所用的是小牛胸腺DNA）同时存在时，这种酶能很快地使4种脱氧核苷三磷酸合成DNA，但缺少任何1种脱氧核苷三磷酸或缺少Mg2+或引物DNA都会阻碍DNA的合成。用提纯的这种酶作实验，更发现产生的DNA有90％～95％都是由所加入的脱氧核苷三磷酸合成的。
这种能催化DNA合成的酶称DNA聚合酶（DNA polymerase）。微生物或哺乳动物组织中都含有这种酶。小牛胸腺组织、肿瘤和一切快速增殖的细胞抽提物中DNA聚合酶的含量最多。由此，DNA聚合酶的功能即被认为是催化DNA合成的酶。

实验指出，DNA聚合酶的催化机制是它先和模板DNA形成一种复合物。新合成的DNA具有模板天然DNA的特点。即腺嘌呤对胸腺嘧啶和鸟嘌呤对胞嘧啶的相对性，而且总具有它的引物-模板DNA特殊的A-T/G-C碱基对比例。引物-模板DNA中的核苷酸次序完全在产物DNA分子中复现。
合成反应机制是正在生长的脱氧核苷酸链末端的3′-OH基与另一新来的三磷酸脱氧核苷（焦磷酸活化的5′-磷酸脱氧核苷酸）结合，释出焦磷酸，每释放1个无机焦磷酸，即形成1个磷酸二酯键，链便延长一个单位（图12-11）。

DNA聚合酶的发现，启发了人们探索能生成与DNA模板碱基序列互补的RNA链的酶。1959年，美国有4个研究小组几乎同时从细菌提取液中分离出了DNA指导的RNA聚合酶。这种酶的性质与DNA聚合酶相似，在有Mg2+存在时，能以ATP、GTP、UTP和CTP4种核苷-5′-三磷酸为底物，以DNA为模板合成RNA，所合成的RNA核苷酸顺序能反映模板DNA的核苷酸顺序。

RNA聚合酶不需要引物，但需要DNA为合成模板，故被称为依赖DNA的RNA聚合酶。它的作用是在DNA模板上合成RNA。
②1961年及1967年Weiss等人先后发现E.coli DNA指导的RNA聚合酶和T4噬菌体DNA连结酶。
③出人意料的是1970年Temin和Baltimore同时从鸡肉瘤病毒的病毒粒中发现反转录酶，它向"中心法则"理论挑战，但并没能动摇它。
（2）、核酸合成的相关模型理论不断地被提出：
从遗传观点看，Watson和Crick关于DNA分子结构的假说最明显的特征是他们有关双螺旋DNA两股链是互补的，同时它的每一股链复制形成新的互补链，从而形成两个子代的假定，这过程就是"半保留复制"。1957年，M.S.Meselson和F.W.Stahl以及J.H.Taylor等人分别以E.coli和豆苗根细胞为材料，实验证实了"半保留复制"模型和理论。1968年，Okazaki提出DNA不连续复制（它与DNA连续复制并存）学说。
（3）、DNA体外重组。1972年Berg将SV-40 DNA与噬菌体P22DNA体外重组获得成功。
（4）、遗传基因的人工合成与表达研究：1970-1972年，Khorana人工合成了酵母丙氨酰tRNA的基因。1977年，Boyer等将人工合成的生长激素释放抑制因子基因在E.coli中表达成功。
（5）、1977年后，在核酸合成基础上发展了遗传工程学。1981年，我国人工合成酵母丙氨酰tRNA获得成功，这一切都将有力地促进核酸生物合成研究。
在上述成就基础上，目前对以E.coli为代表的原核细胞核酸生物合成，特别是DNA复制和RNA转录已建立起完整的理论概念和研究技术。真核细胞核酸生物合成研究也不断地取得进展。
（6）、核酸生物合成研究的近代成就：
自从DNA聚合酶与RNA聚合酶的发现以后，有关核酸合成机制的研究即大有发展，对DNA和RNA的合成过程有较清楚的了解。
补充：
总的来说，核酸的生物合成有两种途径，即核酸的复制和核酸的转录。
本章的内容主要涉及DNA生物合成的三个方面：DNA复制，又称DNA指导下的DNA合成；RNA反转录为DNA，又称RNA指导下的DNA合成；细胞内DNA受到损伤时进行的修复作用。
二、DNA的复制（DNA指导下的DNA合成）：
DNA复制是指DNA的自我复制，DNA做为遗传物质的基本特点就是在细胞分裂前进行准确地自我复制(self-replication)，也就是以亲代DNA为模板产生子代DNA的过程，使DNA的量成倍增加，这是细胞分裂的物质基础。最初称DNA的半保留复制（semiconservation replication），进一步的研究发现半保留复制为半不连续复制（semidiscontinuous replication）。
1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型指出，DNA是由二条互补的脱氧核苷酸链组成，所以一条DNA链上的核苷酸排列顺序是由图16-1双螺旋DNA的复制另一条决定的。这就说明DNA的复制是由原来存在的分子为模板来合成新的链。曾经有过多种关于DNA复制方式的学说，包括半保留复制，全保留复制以及分散复制等(图16-1)。
DNA复制存在着以下几类原则性的分歧与争论，它们是：
保留与半保留复制：亲代DNA两股链均可作为模板，在一定条件下都能复制出反向平行互补新链。四股链如何组合，存在两种可能性：保留性的和半保留性的。两股亲链、两股新链组合形成两个DNA分子为保留复制，亲链与新链组合成两个DNA分子为半保留复制。50年代后期，M.Meselson和F.W.Stahl的E.coli实验证明了DNA复制的半保留性质。他们作了如下设计合理的实验，取得令人信服的结论。E.coli长期生长于含有单一的14NH4Cl或15NH4Cl培养基中，经DNA分离，再密度梯度超速离心，管中仅分离出一条DNA区带。若将培养于含15NH4Cl培养基中的E.coli接种到含14NH4Cl培养基中，经DNA分离，再密度梯度超速离心，管中将分离出一条15N，14N-DNA各占50％的（即杂交形式的）区带，它位于14N-DNA与15N-DNA两条区带之间实验否定了DNA保留复制的可能性。
半保留复制的主要观点是：DNA两股链间氢键断裂，两股链解开。两股链均可作模板。按碱基配对，碱基互补原则，形成两条反向平行的互补新链，从而形成两个子代DNA分子。亲代DNA两股链分别被保留在两个子代DNA分子中。半保留复制对遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重要的。
连续与不连续复制：在概念上，所谓连续的与不连续复制的区别是相对的。冈崎主张DNA复制的不连续性，由各合成DNA片段连结成完整的DNA分子。目前公认领头链DNA复制是相对连续性的，而随从链却是相对不连续性的（DNA转录生成RNA或RNA复制是连续性的）。
双向与单向复制：60年代，J.Cairns等人观察H-脱氧核糖胸腺苷酸掺入E.coli染色体复制过程的情况，他的结论是：E.coli DNA复制不仅是半保留性质的，而且合成是从同一个起点同时进行的。为此，DNA必须解链，呈复制叉或复制泡形。随后，复制方向的问题就提出来了。有人主张E.coli DNA复制是双向的，即从同一个起点，分向相反两个方向进行合成。后又有人提出滚动式复制。目前很少人再提这些。当今流行的见解是：两股亲链分别复制出反向平行互补新链，然后按半保复制原则组成子代的DNA分子。

图16-1 双螺旋DNA的复制
（一）、DNA复制的方式：
1、DNA的半保留复制(semiconservative replication)：
①半保留复制学说：
这个学说认为：在复制过程中，双螺旋DNA分子的两条多核苷酸链先局部拆开为两条单链，每条单链分别作为模板各自合成一条同自己有互补碱基的新链（即新链的碱基与其模板链的碱基为互补），然后各自同具有互补碱基的新链配对，通过氢键联系形成与亲代双链DNA完全相同的两个新双链螺旋DNA分子。每个子代DNA分子的两条核苷酸链中，一条来自亲代DNA分子，另一条是新合成的（图12-12）。

②Meselson和Stahl证实DNA的半保留复制机制的著名实验：
Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时即推测，DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。1958年Meselson和Stahl利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制，他们将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖了15代，使所有的大肠杆菌DNA被15N所标记，可以得到15NDNA。然后将细菌转移到含有14N标记的NH4Cl培养基中进行培养，在培养不同代数时，收集细菌，裂介细胞，用氯化铯(CsCl)密度梯度离心法观察DNA所处的位置。由于15NDNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化铯密度梯度离心(density gradient centrifugation)时，两种密度不同的DNA分布在不同的区带。?
实验结果表明：在全部由15N标记的培养基中得到的15NDNA显示为一条重密度带位于离心管的管底。当转入14N标记的培养基中繁殖后第一代，得到了一条中密度带，这是15NDNA和14N-DNA的杂交分子。第二代有中密度带及低密度带两个区带，这表明它们分别为15N14N－DNA和14N14N-DNA。随着以后在14N培养基中培养代数的增加，低密度带增强，而中密度带逐渐减弱，离心结束后，从管底到管口，CsCl溶液密度分布从高到低形成密度梯度，不同重量的DNA分子就停留在与其相当的CsCl密度处，在紫外光下可以看到DNA分子形成的区带。为了证实第一代杂交分子确实是一半15N-DNA－半14N－DNA，将这种杂交分子经加热变性，对于变性前后的DNA分别进行CsCl密度梯度离心，结果变性前的杂交分子为一条中密度带，变性后则分为两条区带，即重密度带(15N－DNA)及低密度带(14N－DNA)。它们的实验只有用半保留复制的理论才能得到圆满的解释(图16－2和16-3)。

图16-2 DNA的半保留复制第一代分子
含有一条亲代的链(用黑色素示)，与另
一条新合成的链(用白色表示)配对。在
以后的连续复制过程中，原来亲代的两
条链仍然保持完整，因此总有两个分子
各具有一条原来亲代的链。 图16-3 DNA的半保留复
制－Meslson?Stahl实验
密度梯度离心后的DNA位
置：左三管为对照；右三
管为实验结果

2、半不连续复制：
继DNA半保留复制学说之后，1968年R．Okazaki发现在DNA复制过程中产生的两条DNA子链，一条连续合成的子链称前（先）导链（leading strand），另一条不连续合成的子链称滞后链（lagging strand）。两条子链的合成方向都是5′→3′。滞后链是一些不连续的片段称冈崎片段（Okazaki fragments）。原核细胞的冈崎片段约为1000～2000个核苷酸所组成，真核细胞的冈崎片段约含100～200个核苷酸。这些片段由DNA连接酶（DNA ligase）连接成DNA链，也就是所谓DNA半不连续学说（图12-13）。实际上半不连续复制学说是半保留学说的补充。

DNA双螺旋是由两条方向相反的单链组成，复制开始时，双链打开，形成一个复制叉(replicative fork,从打开的起点向一个方向形成)或一个复制泡(replicative bubble，从打开的起点向两个方向形成。)两条单链分别做模板。各自合成一条新的DNA链。由于DNA一条链的走向是5′→3′方向，另一条链的走向是3′→5′方向，但生物体内DNA聚合酶只能催化DNA从5′→3′的方向合成。那么，两条方向不同的链怎样才能做模板呢?这个问题由日本学者岗崎先生解决。原来，在以3′→5′方向的母链为模板时，复制合成出一条5′→3′方向的前导链(leadingstrand)，前导链的前进方向与复制叉打开方向是一致的，因此前导链的合成是连续进行的，而另一条母链DNA是5′→3′方向，它作为模板时，复制合成许多条5′→3′方向的短链，叫做随从链(lagging strand)或滞后链，随从链的前进方向是与复制叉的打开方向相反的。随从链只能先以片段的形式合成，这些片段就叫做冈崎片段(Okazaki fragments)，原核生物冈崎片段含有1000-2000核苷酸，真核生物一般100?00核苷酸。最后再将多个岗崎片段连接成一条完整的链。由于前导链的合成是连续进行的，而随从链的合成是不连续进行的，所以从总体上看DNA的复制是半不连续复制(图16-4)。?

图16－4 DNA的半不连续复制
冈崎片段的合成除需要dATP，dGTP，dCTP和dTTP4种脱氧核苷酸作为前体外，还需要一个引物作为前导。在大多数情况下，引物是一个RNA短片段，一般只含1～10个核苷酸残基，其碱基顺序与模板DNA的碱基顺序成互补。通过DNA聚合酶Ⅲ，在引物的3′端逐个加上与模板链碱基顺序互补的脱氧核苷酸单位以完成冈崎片段的合成，然后经外切酶将引物除去。
DNA聚合酶Ⅲ，可在后随链的引物上合成冈崎片段，也可在前导链的3′端上逐个加上脱氧核苷酸直接延长前导链。
DNA复制的全部过程可以人为地分成三个阶段，第一个阶段为DNA复制的起始阶段，这个阶段包括起始点，复制方向以及引发体的形成，第二阶段为DNA链的延长，包括前导链及随从链的形成和切除RNA引物后填补空缺及连接岗崎片段。第三阶段为DNA复制的终止阶段。在DNA复制的整个过程中需要30多种酶及蛋白质分子参加，我们将在DNA复制的各个阶段中着重介绍它们的作用。?
3、滚环复制（rolling circular replication）：
在上述不连续复制与半保留复制的关系作了更深入的阐述之外，W．Gilbert和D．Dressler在1968年更提出所谓滚环学说以解释噬菌体ФX174DNA的特殊复制方式，事实上所谓滚环复制也是半保留复制的一种特殊形式。噬菌体ФX174DNA是单向复制的环状单链分子。Gilbert与Dressler发现在噬菌体ФX174的复制过程中，其原来的闭环单链分子首先形成闭环双链分子，外环链称为正（+）链，内环链称为负（-）链（图12-14）。正链为噬菌体的基因组DNA，负链是以正链为模板合成的与正链为互补的新链。其次是经核酸内切酶的作用在正链的复制起始点造成切口，双链解开，使正链具有一个3′-OH末端和一个5′-磷酸末端。然后以负链为模板在正链切口的3′-OH端上逐个接上脱氧核苷酸使正链延长。未开环的负链即边滚动边连续复制，正链的5′- 端逐渐从负链分离，待长度超过1个基因组时即被核酸内切酶切断，被切断的尾链经环化即成1个新的DNA分子，正负两链均可作为模板，产生新的2个双链环状子代。这一复制过程可表示如图12-14。

（二）、DNA复制的过程：
1、DNA复制的起始点和方向：
（1）、DNA复制的起始点：
很多实验都证明：复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起始点(origin of replication)常用ori或o表示。细胞中的DNA复制一经开始就会连续复制下去，直至完成细胞中全部基因组DNA的复制。DNA复制从起始点开始直到终点为止，每个这样的DNA单位称为复制子或复制单元(replicon)。在原核细胞中，每个DNA分子只有一个复制起始点，因而只有一个复制子，而在真核生物中，DNA的复制是从许多起始点同时开始的，所以每个DNA分子上有许多个复制子。?
DNA复制起始点有结构上的特殊性，例如：大肠杆菌染色体DNA复制起始点Oric由422个核苷酸组成，是一系列对称排列的反向重复序列，即回文结构(palindrome)，其中有9个核苷酸或13个核苷酸组成的保守序列，这些部位是大肠杆菌中DnaA蛋白识别的位置，大肠杆菌染色体DNA是环状双链DNA，它的复制是典型的"θ"型复制(由于形状像希腊字母θ)。从一个起点开始，同时向两个方向进行复制，当两个复制方向相遇时，复制就停止。而有些生物的DNA复制起始区是一段富含A·T的区段。这些特殊的结构对于在DNA复制起始过程中参与的酶和许多蛋白质分子的识别和结合都是必须的。?
（2）、DNA复制的方向：?
①定点开始双向复制：?
这是原核生物和真核生物DNA复制最主要的形式，从一个特定位点解链，沿着两个相反的方向各生长出两条链，形成一个复制泡，用电子显微镜可以观察到复制泡的存在(图16－5)。

?图16－5 SV40DNA；复制泡生长的电镜图谱
②定点开始单向复制：?
质粒colE1是个典型的例子，复制从一个起始点开始，以同一方向生长出两条链，形成一个复制叉(replication fork)。?
③两点开始单向复制：?
腺病毒DNA的复制是从两个起点开始的，形成两个复制叉，各以一个单一方向复制出一条新链(图16－6)。?

图16-6 DNA的半不连续复制和复制泡的形成
总之DNA复制的起点及方向不仅原核细胞与真核细胞不同，就是同属于原核生物和真核生物的不同种属也有相当大的差异(图16－7)。?

图16-7 DNA链生长方向的三种机制
2、DNA复制起始引发体的形成及所参与的酶和蛋白质：

（1）解链酶或解旋酶(helicase)：
DNA开始复制时首先在起始点处解开双链，反应是在一种解链酶(helicase)的催化下进行的。解链酶需要ATP分解供给能量。DNA解螺旋酶是单体蛋白质，其功用与ФX174的Rep蛋白质相似，但不是同一种蛋白质。在ATP存在时解螺旋酶能使DNA两链间碱基对的氢键断裂，从而使两链分别作为模板进行复制。大肠杆菌中DnaB蛋白就有解链酶活性，与随从链的模板DNA结合，沿5′→3′方向移动，还有一种叫做Rep蛋白和前导链的模板DNA结合沿3′→5′方向移动。解链酶的作用就是打开DNA双链之间的氢键。?
（2）单链结合蛋白：(single strand binding proteins, SSBP)?
它与解开的单链DNA结合，使其稳定不会再度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链DNA的水解，保证了单链DNA做为模板时的伸展状态，SSBP可以重复利用(图16－8)。?

转载自http://www.fltc.net.cn

人有23对染色体，生殖细胞分裂时染色体会进行配对联会，这时染色体可能进行交换，产生变异（不是基因级别的变异），然后配对后的染色体分别被拉向两极，形成两组染色体，分裂后，产生两个性细胞，带有减半的染色体，精卵结合后，精子带的13条染色体与卵子带的
13条染色体又组合成23对染色体。

人体的是一对对的染色体的，并不是单倍体，所以受精后，当然是还是原来的样子没有再结合呀，
精子和卵子都是各自带着23条染色体，这个你知道吗

三楼的废话太多
不就是通过在间期时DNA复制吗？？