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生物化學-DNA複製過程,基礎醫學教室
重要考點
聚合反應的特點：
(1)以單鏈DNA為範本；
(2)以dNTP為原料；
(3)引物提供3'-OH；
(4)聚合方向為5' →3'；
(5)遵守堿基互補原則。
(1)以單鏈DNA為範本；
(2)以dNTP為原料；
(3)引物提供3'-OH；
(4)聚合方向為5' →3'；
(5)遵守堿基互補原則。
說明
DNA 半保留複製的體系
| 原料 | dNTP（包括 dATP、dGTP、dCTP、dTTP） |
| 酶 | DNA-pol（依賴 DNA 的 DNA 聚合酶，DNA-dependent DNA polymerase） |
| 引子(primer) | 提供 3’-OH 末端的 RNA 短片斷 |
| DNA 範本(template) | 解開成單鏈的 DNA 母鏈 |
| 其他酶 | 拓撲異構酶、解螺旋酶、單鏈 DNA 結合蛋白(SSB)、引子酶、連接酶(註) |
(註)
| DNA 拓樸異構酶 (DNA topoisomerase) (在解鏈過程中，DNA 分子會打結、纏繞等現象，故須 DNA 拓撲異構酶來理順 DNA 鏈。它既能水解，又能連接磷酸雙酯鍵) |
DNA 拓撲異構酶-Ⅰ | DNA 拓撲異構酶-Ⅱ(主要) |
| 切斷 DNA 雙鏈中一股，使 DNA 解鏈旋轉不致打結；適當時封閉切口，DNA 變為鬆弛狀態。反應不需 ATP | 切斷 DNA 分子兩股，斷端通過切口旋轉使超螺旋鬆弛。利用 ATP 供能，連接斷端，DNA 分子進入負超螺旋狀態 | |
| 引子酶(Primerase) | (1)依賴 DNA 的 RNA 聚合酶； (2)可以催化游離 NTP 聚合； (3)催化 RNA 引物的生成 |
|
| 單鏈 DNA 結合蛋(SSB) | 穩定已解開的單鏈 | |
| DNA 連接酶 (DNA ligase) |
連接 DNA 鏈 3’-OH 末端和相鄰 DNA 鏈 5’-P 末端，使二者生成磷酸雙酯鍵，故把兩段相鄰的 DNA 鏈連接成一條完整鏈。故在複製中有接合雙鏈中單鏈缺口的作用；此外，在 DNA 修復、重組及剪接中也起縫合缺口作用 | |
| 解螺旋酶 DnaA | 辨認起始點 | |
| 解螺旋酶 DnaB | 解開 DNA 雙鏈 | |
| 解螺旋酶 DnaC | 輔助解螺旋酶 DnaB ，使其在起始點上結合並打開雙鏈 | |
| 解螺旋酶 DnaG | 催化 RNA 引子的生成 | |
DNA聚合酶
| 原核生物的 DNA 聚合酶 | 真核生物的 DNA 聚合酶 | |||
| DNA-pol Ⅰ | DNA-pol Ⅱ | DNA-pol Ⅲ | (1)DNA-pol α：起始引發，有引子酶活性，延長遲緩股(lagging strand) (2)DNA-pol β：無其他 DNA-pol 時起催化作用； 參與低保真度的複製 (3)DNA-pol γ：在線粒體 (4)DNA 複製中起催化作用 (5)DNA-pol δ：複製的主要酶，有解螺旋酶活性，可延長領頭鏈 (6)DNA-pol ε：在複製過程中起校讀、修復、填補缺口作用 |
|
| 5’→3’ 聚合酶活性 |
+ | + | + | |
| 3’→5’ 外切酶活性 |
+ | + | + | |
| 5’→3’ 外切酶活性 |
+ | -- | -- | |
| 功能 | 校讀、參與 DNA 損傷的修復、切除 RNA 引物、填補缺口 | 在無 pol Ⅰ及 pol Ⅲ的情況下暫時起作用，參與 DNA 損傷的應急狀態修復 | 延長中新鏈核苷酸的聚合；是複製延長中真正起催化作用的酶 | |
相關考題
(問題來了) 以下題目摘自考選部公佈醫師專技高考試題
1.在E. coli 中修護較大之 DNA 損壞如紫外線照射，是靠：<96-1-52>
- UvrA 及UvrB 蛋白尋找破壞之位置結合上去
- UvrC 切斷被破壞之鹼基
- Apunic endonuclease 切斷DNA一股
- DNA 複製3/4 III 修補
解答：A
2.細胞中基因轉錄（transcription）負責各種不同基因的表達。在轉錄的過程中，不需要下列那一項目？<96-2-31>
- 核糖核酸聚合酶（RNA polymerase）
- 啟動子（promoter）
- 去氧核糖核酸聚合酶（DNA polymerase）
- 促進子（enhancer）
解答：C
3.在試管中進行polymerase chain reaction（PCR）合成DNA，需要：<96-2-43>
- DNA 範本（template），引子（primer），DNA 聚合酶（polymerase）
- DNA 範本（template），DNA 解旋酸（helicase），DNA 聚合酶（polymerase）
- 引導體（primosome），引子（primer），DNA 聚合酶（polymerase）
- 複製叉（replication fork），引子（primer），DNA 聚合酶（polymerase）
解答：A
4.E. coli 修護DNA 複製產生之錯配（mismatch），須靠辨識母股（parental strand）上的何種修飾？<96-2-49>
- adenine 甲基化
- guanine 甲基化
- cytosine 甲基化
- thymine 甲基化
解答：A
5.引子（primer）是DNA複製時的必須材料，下列何者為引子的主要功能？<97-1-45>
- 誘發DNA生合成的起點及方向，並決定生合成的終點
- 可幫助DNA雙螺旋的解旋工作，誘發DNA的生合成
- 確定DNA生合成的起點及方向，提供一個羥基（-OH）作為DNA延伸之用
- 可決定前導股（leading strand），但無法決定遲緩股（lagging strand）的形成
解答：C
6.下列有關E. coli DNA複製之敘述，何者正確？<97-1-50>
- 複製原點（replication origin）附近有許多富含GU之序列
- 由DNA聚合酶I負責前導股（leading strand）之合成
- 需要從一段RNA引子（primer）開始合成
- 單股DNA結合蛋白（single-strand DNA-binding proteins）負責打開雙股
解答：C
7.下列何種酵素活性增加可造成癌細胞無法進行正常細胞的老化現象？<97-2-26>
- 去氧核糖核酸聚合酶－甲型（DNA polymerase alpha）
- 去氧核糖核酸聚合酶－丁型（DNA polymerase delta）
- 去氧核糖核酸接合酶（DNA ligase）
- 端粒酶（telomerase）
解答：D
8.下列何種酵素不會參與DNA複製（DNA replication）？<98-2-40>
- DNA拓樸異構酶（DNA topoisomerase）
- 解螺旋酶（helicase）
- 單股DNA鍵結蛋白（single-stranded DNA binding protein）
- 依賴DNA的RNA聚合酶（DNA-dependent RNA polymerase）
解答：D
9.在DNA複製中，下列何酵素功能主要是用以增加DNA複製之準確度？<99-1-35>
- 單股DNA結合蛋白
- 3’→5’外切核酸酶
- DNA連接酶
- DNA解螺旋酶
解答：B
10.在DNA複製時，原核細胞的primase之功能為：<99-1-41>
- 合成RNA的引子，做為DNA合成的啟始
- 填補Okazaki片段間的空隙
- 作用方向是從3’→5’
- 有校正功能
解答：A
11.下列有關DNA複製（DNA replication）的敘述，何者錯誤？<99-2-35>
- DNA複製以半保留（semiconservative）模式進行
- DNA複製過程中會產生引導股（leading strand）與落後股（lagging strand）
- DNA合成（DNA synthesis）由3’往5’端進行
- DNA複製後，原始模版（parental strand）與新合成模版（newly synthesized strand）兩股以反向平行（antiparallel）形成雙股結構
解答：C
12.在人類細胞中，DNA複製（DNA replication）時是以何種物質為引子（primer）？<99-2-36>
- DNA
- RNA
- 蛋白質
- 不需引子
解答：B
13.有關真核細胞（eukaryotic cells）與原核細胞（prokaryotic cells）DNA複製（DNA replication）的敘述，何者錯誤？<101-1-36>
- 皆需引子（primer）
- 皆會有引導股（leading strand）與落後股（lagging strand）形成
- 皆由一個複製起始點（replication origin）進行所有DNA複製
- 皆需DNA連接3/4（DNA ligase）參與
解答：C
刊名
關鍵詞
DNA複製、DNA聚合酶、DNA拓樸異構酶、DNA連接酶、RNA聚合酶