核酸合成

（可见光）
T+T
3' 5' 3' 5'
2.切除修复：由3种酶共同参与完成。
5' 3' 5' 3' 5' 3'
特异性核酸内切酶 DNA pol I
DNA连接酶
3' 5'
5' 3'
3' 5'
3.重组修复：亦称复制后修复
3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5'
复制
DNA的复制过程
复制的起始 链的延长 复制的终止
复制的起始
2.依赖于单链模板，由引物酶催化按碱 基配对规律合成一小段RNA引物 (原核细胞引物长50-100个碱基，真 核约10个碱基)。
1.在拓扑异构酶、解链酶及单链结合蛋 白的共同作用下，DNA解旋、解链， 形成复制叉。
复制起始阶段的特点
5. 释放因子（RF）
3´
5´
模板链
3´
5´
DDDP 5´3´聚合作用示意图
5´ 3´外切 3´5´外切
5´
C 3´
3´
A
DDDP 的
5´3´外切及3´5´外切作用示意图
6. DNA连接酶(DNA Ligase)
作用：在有模板指导的条件下，催化2个 DNA片段(两片段间的距离为1个3' ,5' 磷酸二酯键的键长)的连接。 原理：在一个DNA片段的3' -OH末端和另一 个DNA片段的5'-P末端形成3',5'-磷酸 二酯键，从而实现连接。
起始密码子：AUG。 终止密码子：UAA， UGA ， UAG。 . 6.摆动性
二、 tRNA（transfer RNA） — 蛋白质生物合成的 “高级搬运工”
氨基酸臂
反密码子环
l tRNA的功能：
¶ 特定的tRNA搬运特定的氨基酸， 保证了遗传信息传递的准确性。
· 活化氨基酸，跨越能障，使肽键的 形成变得容易。
（二）参与转录的酶和有关因子 ⒈ RNA聚合酶 常称为转录酶
▲ E.Coli的DDRP 由 5 个亚基组成 +σ因子 σα2ββ'(全酶)
α2ββ'(核心酶)
大肠杆菌RNA聚合酶亚基组成及其功能 ──────────────────────── 类型 亚基/酶分子 主 要 功 能 ──────────────────────── α 2 决定哪些基因被转录 β 1 参与转录的全过程 β' 1 与模板DNA结合 σ 1 识别转录起始点 ────────────────────────
一 蛋白质生物合成体系
一、 mRNA（messenger RNA） • —— 蛋白质生物合成的直接模板
DNA mRNA 蛋白质
一、 mRNA
* mRNA分子中每三个相临碱基组成一个 密码子，代表一种氨基酸，或起始信号， 或终止信号。
* mRNA上的四种碱基可组成64(43)个密码子， 其中61个代表不同的氨基酸，其余三个 代表终止信号。
4.引物酶
DNA不能从无→有合成，需在一小段 RNA基础上合成DNA RNA的合成：需引物酶，它是一种特殊 的RNA聚合酶。
5´ 3´
5´
3´
5´
5´

5、原核生物（E.coli）迄今已知只有 3种：DNA polⅠ、 DNA polⅡ、 DNA
polⅢ。
酶 作用
DNA聚合酶Ⅰ 5‘－3’聚合酶及外切酶作用，3‘－5’外切 酶酶作用，可校正/修复DNA链，还可切除引物 DNA聚合酶Ⅱ 5‘－3’聚合酶及3‘－5’外切酶酶作用，可 校正/修复DNA链 DNA聚合酶Ⅲ 与酶Ⅰ作用类似，酶活高，是主要的链延伸酶 （聚合酶
通 用
遗 传 密 码
子
l 遗传密码的5个特点：
. 1. 通用性： 从简单生物到人类使用同一套密码子。 由此可推测所有生物来源于一个共同的祖先。 . 2. 方向性： mRNA中密码子的阅读方向是5′→3′。 . 3. 简并性： 除Met，Trp外，其余氨基酸由2个以上 密码子编码。同义密码子 （但每一个密码子仅对应一个氨基酸） 生物学意义：保证属的稳定性。
原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制
链的延长

引物合成后，由DNA polⅢ，在引物3'OH末端逐一添加与模板链对应互补的 脱氧核苷磷酸,使新合成的链不断延长。
领头链:链的延长方向(5' 3')与解链方向(复制 叉移动方向)相同, 为连续合成。 随从链: 链的延长方向(5'3')与解链方向(复制 叉移动方向)相反，为不连续合成。 分段合成的DNA片段, 最初被命名为冈 崎片段
DNA复制
RNA→DNA
反转录
一、DNA的半保留复制
1.定义：
以亲代DNA双链为模板以碱基互补方式合成子 代DNA，这样新形成的子代DNA中，一条链来自亲 代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方 式叫半保留复制。
必须具备的基本条件
模板：母链DNA 原料：dNTP(包括dATP、dGTP、dCTP 、dTTP) 酶和蛋白质因子： 引物：一小段RNA 能量（ATP）及某些无机离子
重组
DDDP I DNA 连接酶
5' 3'
5' 3' 5' 3'
5' 3' 5' 3'
5' 3' 5' 3'
4. SOS修复：DNA分子受到较大范围的损 伤，细胞对危急状态所作出的反应。
机制
SOS调节网诱导产生的DNA聚合酶特异性 低，识别碱基能力差, 使修复部位仍存在较 多错配的碱基，但细胞能继续生存。
转录的DNA模板
• 细胞内DNA不是其全长都可作为转录 模板 • DNA双链中，可作为模板转录成 RNA 的一条链，称为模板链(或反意义链) • 同一DNA双链中与模板链相对(互补)的 一条链称为编码链(或有意义链)，可见 转录是不对称的 • 模板链=反意义链=负链 • 编码链=有意义链=正链
为何称模板链为反意义链 ，编码链为有意义链？ 可从下图理解： ５' …GCA GTA CAT GTC …3 ' 编码链 DNA 3 ' …CGT CAT GTA CAG …５' 模板链 转录 ５' …GCA GUA CAU GUC …3 ' mRNA 翻译 N … 丙 － 缬 － 组 － 缬… C 肽 比较编码链和 RNA 链的碱基序列可见，除了以 Ｕ代Ｔ外，其余均一致。基因组序列均以编码链( 正链)表示.
. 4. 连续性： 密码子的排列是连续的，不间隔，也不 重叠。 5′…. UCACGACAUAUG….3′ 丝 精 组 蛋 5′….UCAGCGACAUAUG….3′ 插入 丝 丙 苏 酪 缺失 5′…. UCAGACAUAUG….3′ 丝 天 异亮 * 移码突变是最严重的突变！
. 5. 起始密码子与终止密码子：
3. 转录终止
• 依赖 因子的终止 • 不依赖于因子的终止
不依赖因子的终止
l 作用机理：终止信号区特殊碱基 序列决定RNA形成发夹形二级结构， 这是阻止转录继续向下游推进的关键；
蛋白质的生物合成
蛋白质合成（Translation）
• 以mRNA为直接模板，tRNA为氨基酸运
载体,，核蛋白体为装配场所，共同协调 完成蛋白质生物合成的过程。也就是把 mRNA的碱基排列顺序转译成多肽链中氨 基酸的排列顺序。
III
或领头链
三、DNA复制的半不连续性
前导链：以3’ → 5’ 方向的
亲代链为模板连续合成的子代链。
前导链
冈崎片段 滞后链
滞后链：以5’ →3’方向
的亲代链为模板的子代链先逆 复制叉移动方向合成冈崎片段， 再连接成滞后链。
DNA链的延伸
在DNA聚合酶Ш的催化下， 以四种5’ -脱氧核苷三磷 酸为底物，在RNA引物的3’ 端以磷酸二酯键连接上脱 氧核糖核苷酸并释放出焦 磷酸。DNA链的延伸同时进 行前导链和滞后链的合成。 两条链方向相反。
参与复制的酶类与蛋白质因子 1. 拓扑异构酶（解超螺旋酶）
切割(断)双链DNA中的一链，松解螺旋,
2. 解链酶(又称解螺旋酶或螺旋酶,helicase)
作用：断裂互补碱基间的氢键,使DNA双链分离形 成“复制叉”。
解链酶
3. 单链结合蛋白(DNA结合蛋白)
作用：防止重新形成双 链和防止单链模板 被核酸酶水解,维持DNA单链状态和完整性
DNA的损伤与修复
一、DNA的损伤
概念
生物体受某些理化和生物等外源性 因素或机体内环境改变的影响，引起 DNA分子结构的任何异常改变称为DNA 损伤(DNA damage)
DNA损伤的修复

若碱基错配频频发生或损伤范围大，则
需采用以下修复方式进行修复.
DNA修复方式 1. 光修复:
光复活酶
TT
肽酰结合位点（P位） 氨酰接受位（A位）
mRNA mRNA 结合位点 P T A Ep 细胞 内膜 系统
Et
A：受位,氨基酰位；
T：转肽酶。
P：给位,肽位； Ep:多肽链出口; Et：tRNA出口
四、 参与蛋白质生物合成的其他组分
1. 氨基酰tRNA合成酶 2. GTP，ATP 3. 起始因子（IF） 4. 延长因子（EF）
1. 转录起始
DDRP(σ亚基)辨认并结合于启动子部位 由DDRP催化，头2 个NTP直接在起始点形成 第一个磷酸二酯键(不需引物，由模板指导), 形 成转录起始复合物
第 一 个 总 是
GTP
2. 链的延长
要
点
• RNA链的延长由核心酶催化 • 核心酶沿模板链3'→5'方向移动，RNA 链按碱基配对规律沿5'→3'方向延伸 • 新生链与模板链形成杂化双链(该杂化 分子结构不稳定，RNA链游离后， DNA双链重新形成)
后果
引起DNA较长期的、广泛的突变。
第二节 RNA的生物合成 两种方式
DNA→RNA
转录
存在于绝大多数生物体
RNA→RNA
RNA复制
存在于某些病毒体内
一、转 录
（一）概念
在RNA聚合酶催化下，以DNA的一条 链为模板，4种NTP为原料，按碱基配对规 律(T-A,A-U,G-C)合成一条与模板链互补的 RNA链的过程。
l tRNA上的反密码子识别mRNA上的 密码子遵循不稳定或摆动配对原则。
mRNA
5′ ACG UGU 5′ 3′
反密码子的 第一碱基 密码子的 第三碱基
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
tRNA反密码环
3′
U G I
A或G C或U U,C或 A
* 一种tRNA仅转运一种氨基酸， 而一种氨基酸可由几种tRNA转运。
三、核糖体（ribosome） —— 蛋白质生物合成的场所 转录
¸ 将密码子信息转换为对应氨基酸的符号 —— 接合体，接合器，适配器等。 即tRNA能与专一的氨基酸结合并识别 mRNA分子上的密码子.
l tRNA搬运功能的忠实性是通过以下 两条途径实现的：
¶ 不同的tRNA有不同的碱基组成，并由 不同的氨基酰tRNA合成酶识别。
既能识别特异的tRNA， 又能识别特异的氨基酸。 · tRNA的反密码子识别mRNA的密码子。
前导链
滞后链
冈崎片段
冈崎模型
半不连续复制
复制的终止
1.水解引物及填补空隙
冈崎片段合成后，由DNA polⅠ水解去除 RNA引物，并填补留下的空隙(5' 3')聚合。
2.完整双链DNA分子的形成
填补空隙后，DNA片段与片段之间还有一 个缺口(一个3',5'-磷酸二酯键的长度), 由 DNA连接酶催化连接成完整的链，从而产 生完整的双链DNA分子。
DNA rRNA 核糖体：大、小亚基组成(蛋白质和rRNA)
l 组成、结构与功能特点：
. 1. 结构复杂而精密 由3种的rRNA（占60%左右） 及数十种蛋白质组成。 . 2. rRNA起着主导的作用，蛋白质 协助维持rRNA的功能区域。
• • • • •
有容纳mRNA的通道 能结合起始、延长及终止因子等。 有A位（acceptor site)和P位(donor site). 有转肽酶活性，催化肽键形成 大亚基上有延长因子依赖的GTP酶活性， 可为转肽提供能量。
RNA聚合酶的主要功能
• 能识别并结合于DNA模板的启动子部位 • 解开DNA双螺旋，产生单链模板; • 不需引物，催化形成第一个3',5'-磷酸二酯 键，沿 5'→3'方向延伸RNA链 • 能识别DNA模板上的转录终止信号依赖 于ρ因子
(五) 转录过程
(以大肠杆菌的转录为例）
• 起始 • 延长 • 终止
核酸的合成 DNA的生物合成和修复 RNA的生物合成和加工
中心法则
复 制 DNA 转 录 RNA 翻 译 复 制 反 录 转 蛋 质 白
生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过 程称为转录。根据mRNA链上的遗传信 息合成蛋白质的过程，被称为翻译和表 达。
第一节 DNA的复制
两种方式
DNA→DNA