第十三章核酸的生物合成

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生物化学13核酸的生物合成课件

端粒酶（telomerase）
端粒酶是蛋白质和RNA的复合物组成:
端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR) 端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)
端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse
聚合酶(polymerase): 依赖DNA的DNA聚合酶模板(template) : 解开成单链的DNA母链
引物(primer):
提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合
其他的酶和蛋白质因子
复制的化学反应
(dNMP)n + dNTP → (dNMP)n+1 + Ppi
一、参与DNA复制的主要酶类
第十三章核酸的生物合成
Nucleic Acid Biosynthesis
导学
1.
掌握遗传信息传递的中心法则，复制和转录的基本过程。
熟悉半保留复制、逆转录、DNA突变、点突变和切除修复概念。了解半保留复制的实验依据；真核生物DNA复制的特点；端粒和端粒酶；DNA重组修复和SDS修复；转录后加工。
（一）解旋、解链酶类
DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成
单链，它才能起模板作用。
多种酶和辅助蛋白质因子的协同作用，共同解开、

生物化学第13章核酸结构

etc.lyac.edu
（一）DNA的碱基组成
Chargaff规则：
A、G、C、T A+G = C+T
•腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔
数相等。A=T
•鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数
相等。G=C
提问：某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%，则胞嘧啶的含量应为（）。
•不同生物种属的DNA碱基组成不同
•同一个体不同器官、不同组织DNA的具有相同的碱基组成
imgsrc./baike/pic/item/c71d0e3847a4c2e1b311c75f.jpg
多聚核苷酸的特点
在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为3′→5′磷酸二酯键。
多聚核苷酸链一端的C5′带有一个自由磷酸基，称为 5′- 磷酸端（常用 5’-P 表示）；另一端C3’带有自由的羟基，称为3′-羟基端（常用3’-OH表示）。
习题
1、关于DNA的碱基组成，正确的说法是： A．腺嘌呤与鸟嘌呤分子数相等，胞嘧啶与胸嘧啶分子数相等 B．不同种属DNA碱基组成比例不同 C．同一生物的不同器官DNA碱基组成不同 D．年龄增长会使DNA碱基组成发生改变
B
（二）DNA的二级结构
owx
1、DNA二级结构的特点
（1）两条反向平行的多核苷酸围绕同一中心相互缠绕，形成右手双螺旋。

核酸的生物合成

原核生物：只有一个复制原点。第二次复制可在第一次复制完成之前开始复制。
真核生物；可在DNA链上的多个不同位点同时起始复制。所以真核生物的DNA复制速度比原核生物快些。
真核生物DNA的多起点复制
2、复制叉（replication forks）
复制叉：复制中的DNA分子，未复制的部分是亲代双螺旋，而复制好的部分是分开的，由两个子代双螺旋组成，复制正在进行的部分叫做复制叉。
（四）引发酶（引物合成酶）
引物的合成由引发酶催化完成，这些酶在模板单链DNA上识别特殊序列，合成RNA引物。它本身没有活性，需要与“引发前体” 结合在一起，形成“引发体”后才有活性。
复制早期易发生碱基参入错误，用 RNA较好，然后通过polⅠ的5′ 3′端核酸外切酶的活性切去，代之以dNMP，可消除最初阶段的错误。
具有3′ 5′端核酸外切酶的活性,主要负责 DNA的修复，在一定程度上参与DNA复制。活性低。功能不十分清楚，是一种修复酶。
3、DNA聚合酶Ⅲ
polⅢ
是使DNA链延长的主要聚合酶，目前已知全酶是由7种多肽形成的复合物，含有10种共22个亚基组分（α 2ε 2θ 2δ 2г 2δ 2δ 2′2χ 2ψ 2β 2）和Zn原子。
4、DNA聚合酶Ⅳ Ⅴ
polⅣ polⅤ
1999年发现，涉及DNA的错误损伤修复。能在DNA许多损伤部位继续复制，而正常的polⅠ、polⅡ、polⅢ在此部位不能形成正确碱基配对而停止复制，在跨越损伤部位时造成错误倾向的复制。

生物化学核酸的生物合成

1997年疯牛病和朊病毒的出现，预示蛋白质也可逆向将遗传信息向DNA传递。

DNA是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大
分子，是遗传信息的携带者。生物体的遗传信息就贮存在DNA的四种脱氧核糖核酸的排列顺序中。

第一部分
DNA的生物合成
（一）DNA复制是半保留复制 (semi-conservative replication) •半保留复制的概念
母链DNA
复制过程中形成的复制叉
子代DNA
DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M.
Meselson 和 F. Stahl 所完成的密度飘移实验所证明。该实验首先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养约十五代，使其DNA中的碱基氮均转变为 15N。将大肠杆菌移至只含 14N的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取DNA，作密度梯度离心，可得到下列结果：
2、复制的保真性和碱基选择
• DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。 • 嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。
DNA复制的保真性至少要依赖三种机制
1. 遵守严格的碱基配对规律； 2. 聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能； 3. 复制出错时DNA-pol的及时校读功能。
（二）DNA聚合酶
全称： DNA依赖的DNA聚合酶 (DNAdependent DNA polymerase)

13核酸的生物合成讲解

连接酶的反应机制：
酶 + NAD+(ATP) 酸（PPi）酶-AMP + P-5’-DNA 酶-AMP-P-5’-DNA DNADNA-3’-OH + 酶-AMP-P-5’-DNA 3’-O-P-5’-DNA+AMP+酶酶-AMP + 烟酰胺单核苷
DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等
过程中起重要作用
修复紫外光引起的DNA损伤
DNA 复制的主要聚合酶，还具有 3’-5‘ 外切酶的校对功能，提高 DNA复制的保真性
（与细菌 DNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）
在真核细胞内有五种DNA聚合酶
α β γ δ ε 定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核
3’-5’ 外切酶活性功能
转录逆转录复制病毒（复制）翻译
1958年，遗传信息的单向 1964-1970 劳氏肉瘤病毒的遗传方式致癌RNA病毒
DNA
RNA
蛋白质
Reverse transcription
中心法则的遗传流向有5条途径 1、DNA→DNA：DNA复制（以DNA为模板合成DNA） 2、RNA →RNA：RNA复制（以RNA为模板合成RNA） 3、DNA → RNA：DNA转录（以DNA为模板合成RNA） 4、RNA → DNA：反(逆)转录（以RNA为模板合成DNA） 5、RNA → Protein：翻译

核酸的生物合成-补充习题

《核酸的生物合成》补充习题

一、是非题

1.滚筒式复制是环状DNA，一种特殊的单向复制方式。

2.所有核酸的复制过程中，新链的形成都必须遵循碱基配对的原则。

3.双链DNA经过一次复制形成的子DNA分子中，有些不含亲代核苷酸链。

4.原核细胞的每一个染色体只有一个复制起点，而真核细胞的每一个染色体有许多个复制起点。

5.在细胞中，DNA链延长的速度随细胞的培养条件而改变。

6.在细胞生长周期的G1期是双倍体，而在G2期是三倍体。

7.所有核酸合成时，新链的延长方向都是从5′→3′。

8.抑制RNA合成酶的抑制剂不影响DNA的合成。

9.在E．coli细胞和真核细胞中都是由DNA聚合酶Ⅰ切除RNA引物。

10.缺失DNA聚合酶Ⅱ的E．coli突变株，可以正常地进行染色体复制和DNA修复合成；

11.在真核细胞中，三种主要RNA的合成都是由一种RNA聚合酶催化。

12.真核细胞中mRNA 5′端都有一个长约200核苷酸组成的PolyA结构。

13.真核细胞中mRNA的前体为hnmRNA。

14.无论是在原核或真核细胞中，大多数mRNA都是多顺反子的转录产物。

15.一段人工合成的多聚尿苷酸可自发形成双螺旋。

二、填空题

1.mRNA前体的加工一般要经过、在5′端和在3′端三个步骤。

2.识别同一断裂序列的限制性内切酶称为、识别相似断裂序列并产生能通过碱基互

补相互缔合粘性末端的限制性内切酶称为。

3.逆转录酶是催化以为模板，合成的一类酶，产物是。

4.欲标记DNA双链5′端，需要酶催化，利用作底物。

5.通过与DNA分子中G－C顺序结合，阻止RNA聚合酶催化的RNA链延伸的抗生素是。

生物化学第13章DNA的生物合成

断裂
DNA分子在特定位点断裂，形成单链的断裂端。
交换与重排
断裂的单链与另一条DNA分子的单链进行交换和重排，形成新的DNA分子结构。
修复与合成
断裂端被修复并合成新的DNA 片段，最终形成完整的DNA分
子。
DNA重组的调控
酶的活性调节
特异性识别
DNA重组酶的活性受到多种因素的调节，如磷酸化、乙酰化等化学修饰以及与其他蛋白质的相互作用等。
DNA生物合成的意义
DNA生物合成是生命体系中遗传信息的传递和表达的基础，是遗传信息的复制、转录和翻译等过程的前提。
DNA生物合成对于维持生物体的遗传稳定性和生长发育至关重要，同时对于遗传性疾病和癌症等疾病的预防和治疗也具有重要意义。
DNA生物合成技术的发展和应用，如基因合成、基因编辑等，为现代生物学、医学和农业等领域的研究和应用提供了重要的工具和手段。
02
DNA的复制
DNA复制的概述
01
02
03
定义
DNA复制是指DNA双链在细胞分裂前被复制的过程，是生命延续的基础。
特点
DNA复制具有高保真性、半保留性和半连续性等特点。
意义
DNA复制保证了遗传信息的准确传递，维持了物种的遗传稳定性和连续性。
DNA复制的过程
起始
DNA复制起始于特定的起始点，需要多种蛋白质因子的参与。

第13、14章 DNA、RNA的生物合成

第十三、十四章 DNA、RNA的生物合成

一、知识要点

在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质；在RNA病毒中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成；在致癌RNA病毒中，RNA 还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。这种遗传信息的流向称为中心法则。

复制是指以原来DNA分子为模板，合成出相同DNA分子的过程；转录是在DNA（或RNA）分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA（或DNA）的过程；翻译是在以rRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体上，以mRNA为模板，根据每三个相邻核苷酸决定一种氨基酸的三联体密码规则，由tRNA运送氨基酸，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。（一） DNA的生物合成

在DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先行解旋和分开，然后以每条链为模板，按照碱基配对原则，在这两条链上各形成一条互补链，这样从亲代DNA的分子可以精确地复制成2个子代DNA分子。每个子代DNA分子中，有一条链是从亲代DNA来的，另一条则是新形成的，这叫做半保留复制。通过14N和15N标记大肠杆菌实验证实了半保留复制。

1．复制的起始点与方向

DNA分子复制时，在亲代分子一个特定区域内双链打开，随之以两股链为模板复制生成两个子代DNA双链分子。开始时复制起始点呈现一叉形（或Y形），称之为复制叉。DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此特定部位称为复制起始点（origin of replication），可以用ori表示。在原核生物中复制起始点常位于染色体的一个特定部位，即只有一个起始点。真核生物的染色体是在几个特定部位上进行DNA复制的，有几个复制起始点的。酵母基因组与真核生物基因组相同，具有多个复制起始点。

第13章生物合成核酸类药物

4．生产工艺
5．发酵控制
碳源大多使用葡萄糖，在发酵生产中也可利用淀粉水解液。常用氮源有氯化铵、硫酸铵或尿素等。因肌苷的合氮量很高(20. 9％)，所以须供应足够的氮源，工业发酵常用氨水来调节pH，这样既可以供氮源，又可调节发酵液的pH。
磷酸盐对肌苷生成有很大影响。采用短小芽孢杆菌的腺嘌呤缺陷型发酵时，可溶性磷酸盐如磷酸钾显著抑制肌苷累积，不溶性磷酸盐如磷酸钙可促进肌苷的生成。采用产氨短杆菌变异株时，肌苷发酵不需要维持低水平无机磷，即使添加2％磷酸盐，也能累积大量肌苷。
1．生产菌种
有短小芽孢杆菌、产氨短杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌、某些链霉菌等。肌苷酸产生菌在Mn2+限量(20µg/L以下)的条件下，菌体会产生膨胀异常形态，积累肌苷酸，因此认为细胞膜对肌苷酸存在透过性障碍。 Mn2+使细胞通透性降低。
2．肌苷酸生物合成途径
最初起作用的酶是PRPP氨基转移酶，该酶受AMP、ATP及GMP的反馈抑制，被腺嘌呤阻遏。还有腺苷酸琥珀脱氢酶（SAMP脱氢酶）和GMP还原酶。诱变处理可获得SAMP脱氢酶缺失的腺嘌呤缺陷型突变株和缺失XMP氨化酶的鸟嘌呤缺陷型菌株更多地积累肌苷酸。
当细胞内ATP含量显著或持续下降时，细胞功能低下，此时细胞进入低能状态， ATP的加入可以解除这种低能状态。但ATP不能透过细胞膜，而肌苷对细胞有高度的渗透性，因此，肌苷是唯一代替人体增加ATP的药物。肌苷进入细胞后生成丙酮酸，丙酮酸可转化为辅酶A和乳酸。

第十三章核酸和蛋白质的生物合成(rna)

第十三章RNA的生物合成

一：填空题

1.基因转录的方向是从________________端到________________端。

2.大肠杆菌RNA聚合酶由________________和________________因子组成，其中前者由

________________亚基、

________________亚基和亚基组成，活性中心位于________________亚基上。

3.使用________________可将真核细胞的三种RNA聚合酶区分开来。

4.所有的真核细胞的RNA聚合酶Ⅱ的最大亚基的C端都含有一段高度保守的重复序列，这段重复序列是________________，它的功能可能是________________。

5.第一个被转录的核苷酸一般是________________。

6.原核细胞启动子-10区的序列通常被称为________________，其一致序列是________________。

7.tRNA基因的启动子最重要的特征是________________。

8.真核细胞转录因子的功能是________________和________________。

9.逆转录酶通常以________________为引物，具有________________、________________和

________________三种酶的活性，使用该酶在体外合成cDNA时常用________________为引物。

10.真核细胞的的热激蛋白(HSP)上游除了启动子序列以外，还应具有________________、

核酸的生物合成--DNA RNA

Watson and Crick(1953)
• DNA 的半保留复制（Semiconservative
replication）
• 1）Watson Crick（1953）提出。这是核酸合成的一般规则。 • 2）其合成方向是5‘→3’； • 3）由特异的聚合酶催化。DNA聚合酶需要 RNA引物。
1. 解旋； DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，使得DNA双链的氢键断裂，这样使得螺旋结构的DNA双链解开。
——DNA分子的双链象拉链一样被拉开
2.
复
制
以解开的每段DNA链（母链）为模板，以
周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料，在相关酶
的作用下，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。 3. 分配
复制的特点：
1. DNA分子是边解旋边复制的；
2. 半保留复制；
复制的意义通过DNA分子的复制，把亲代的遗传信息传
给子代，从而使得前后代保持了一定的连续性。复制的分子基础
1. DNA分子具有独特的双螺旋结构；
2. 连接两条链的碱基有互补配对能力。
在氮源为 14N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为 l4NDNA(对照);在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15N-DNA(亲代)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(I和II),用某种离心方法分离得到的结果如右图所示。请分析: (1)由实验结果可以推测第一代(I)细菌DNA分子中一条链是，另一条链是。 (2)将第一代(I)细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代,将所得到的细菌的DNA用同样的方法分离。请参照上图,将DNA分子可

本章主要讨论DNA的生物合成即DNA的半保留复制RNA

(二)DNA连接酶及作用：DNA聚合酶能催化DNA片段及链的延长合成，但不能将DNA断片连接起来，这种连接反应是由DNA连接酶来催化的。DNA连接酶不单是DNA复制所必需的，而且也是在DNA 损伤修复及基因重组中不可缺少的酶。
• 连接双股DNA中的一股存在的缺口，
• 不能连接单股DNA 。
(三)拓扑异构酶：
②DNA聚合酶作用：催化DNA链由5′→3′方向延长。 ③校正错误作用：它可将DNA链的末端接上的错误核苷酸水解下来，然后再催化接上一个正确的核苷酸。即由3′端水解DNA链，具有3′→5′核酸外切酶的作用。 ④修复损坏及变异作用：即由5′端水解DNA链，具有5′→3′核酸外切酶作用。 (详见后面介绍) ⑤由3′端使DNA链发生焦磷酸解。 ⑥催化无机焦磷酸盐与脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换。
五、真核生物DNA的复制：复制条件、酶及因子等均与原核生物相似。
特点
1、真核生物DNA复制的冈崎片断约为200bp，相当于一个核小体DNA的长度。（小于原核生物：1000～2000 bp） 2、复制速度比原核生物慢，基因组较大，但真核生物染色体DNA上有许多复制起点，它们可以分段进行复制。细菌的DNA复制叉移动速度为5万bp/分；哺乳动物则为1千～3千bp/分。 3、真核生物一个复制起点一般发动一次复制过程，快速生长往往采用更多的复制起点。原核生物：一个起点可连续发动复制。 4、真核生物在复制子上，由于其染色体是以核小体为结构单位组成，因此在其复制时涉及到亲代DNA链与组蛋白八聚体的解开和子代DNA与组蛋白的重新组装。

高考生物清北预备拔尖——专题十三、十四：核酸的生物合成

5′ p p
N3
＋ 5′
PPP
γβα
OH
N1 N2 N3
3′
5′ p
p
p
OH
＋ PPi
2020高考生物清北预备拔尖——专题十三、十四：核酸的生物合成（D NA、R NA）( 共109 张PPT)
2020高考生物清北预备拔尖——专题十三、十四：核酸的生物合成（D NA、R NA）( 共109 张PPT)
2020高考生物清北预备拔尖——专题十三、十四：核酸的生物合成（D NA、R NA）( 共109 张PPT)
DNA聚合反应特点
合成的新链
模模板板链链
2020高考生物清北预备拔尖——专题十三、十四：核酸的生物合成（D NA、R NA）( 共109 张PPT)
DNA聚合酶
2020高考生物清北预备拔尖——专题十三、十四：核酸的生物合成（D NA、R NA）( 共109 张PPT)
(2) DNA聚合酶
在大肠杆菌中发现有三种DNA聚合酶：
1. DNA聚合酶Ⅰ：单体酶, 多功能酶。它具有5 3 聚合酶功能；3’ 5’外切酶活性及5’ 3’外切酶活性。修复DNA的损伤、DNA复制过程中切除RNA引物。 2. DNA聚合酶Ⅱ：多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3’ 5’外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的DNA损伤中起作用。 3. DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA复制的主要聚合酶，具有 5’3’DNA聚合酶活性； 3’ 5’外切酶的校对功能，提高 DNA复制的保真性。

生化复习——精选推荐

⽣化复习

⽣物化学习题汇集-2

⽬录

第⼀章蛋⽩质

第⼆章酶与辅酶

第三章核酸

第四章激素

第五章维⽣素

第六章糖代谢

第七章脂类代谢

第⼋章⽣物氧化与氧化磷酸化

第九章氨基酸代谢

第⼗章核苷酸代谢

第⼗⼀章物质代谢的联系与调节

第⼗⼆章 DNA的⽣物合成

第⼗三章 RNA的⽣物合成

第⼗四章蛋⽩质的⽣物合成

第⼗五章基因表达调控

第⼗六章基因重组与基因⼯程

第⼗七章糖蛋⽩、蛋⽩聚糖和细胞外基质

第⼗⼋章基因与⽣长因⼦

第⼗九章基因诊断与基因治疗

参考⽂献

前⾔

⽣命科学的巨⼤变化源⾃于⽣物化学、分⼦⽣物学和相关学科的发展。⽽⽣物化学⼜是学习其他⽣物学科的基础，今天所有学习⽣物学的学⽣都意识到良好的⽣物化学基础对他们今后的学习与⼯作是多么重要。但是⾯对⼀个如此庞杂和深刻的⽣物化学知识体系，初学者常常感到茫然和困惑，系统的习题训练可以帮助和引导学⽣克服这种困难。因此有必要整理编排⼀套密切联系和反映最新⽣物化学教材内容的习题，供学习参考⽤。

由于我们学习时采⽤的是沈同、王镜岩的《⽣物化学》第三版，本习题集主要以该书为参考，同时部分参照郑集、陈均辉编著的《普通⽣物化学》第三版的编排结构，确定了本习题集章节内容。在习题编排上兼顾了各种题型、各个章节内容和多种思维的训练，尽可能多地涵盖了王镜岩的《⽣物化学》第三版的主要内容，对⽣物化学的学习能够起到巩固与强化的作⽤。

第⼀章蛋⽩质

⼀、单选题

1．有⼀混合蛋⽩质溶液，各种蛋⽩质的pI分别为4.6、5.0、5.3、6.7、7.3。电泳时欲使其中4种泳向正极，缓冲液的pH应该是(D)

A．5.0 B．4.0 C．6.0 D．7.0 E．8.0