生物化学--第十二章 核酸的生物合成

转录与DNA复制的异同：
相同：新链延伸方向5’→3’；延长时3’,5’-磷酸二 酯键相连；焦磷酸水解放出能量推动合成反应。
n1dATP + n2dGTP + n3dCTP + n4dTTP
模板DNA
DNA +（n1+n2+n3+n4）PPi
DNA聚合酶 Mg2+
2. 原核生物DNA聚合酶的种类
⑴ DNA聚合酶Ⅰ
单体酶，分子量109Kd，含一个Zn2+ ，催化活性：
① 5，→ 3， 聚合酶活性：只能将脱氧核苷酸加于已存
逆转录酶具有3种活性：
cDNA
① 依赖RNA的DNA聚合酶活性
② RNase H（核糖核酸酶H）活性
③ 依赖DNA的DNA聚合酶活性
反转录酶存在于所有致癌RNA病毒中，它的存 在与RNA病毒引起细胞恶性转化有关。 艾滋病毒（AIDS） 人类免疫缺陷病毒（HIV），也是一种反转录病 毒，主要感染T4淋巴细胞和B淋巴细胞。
前导链
4. DNA聚合酶Ⅲ 1. 解链酶
复制叉
3. 引物酶 引物
2. 单链结合蛋白
6. 连接酶
5. 聚合酶Ⅰ
冈崎片段
⑶ DNA复制的终止 大肠杆菌环状DNA复制叉相遇即终止
小结
⑴ DNA旋转酶引入负超螺旋，消除复制叉前进时带 来的扭曲张力。 ⑵ DNA解链酶解开双链DNA。 ⑶ SSB结合于DNA单链。 ⑷ DNA引物酶(在引发体中)合成RNA引物。 ⑸ DNA 聚合酶Ⅲ在两条新生链上合成DNA。 ⑹ DNA 聚合酶Ⅰ切除RNA引物，并补上DNA。 ⑺ DNA ligase连接一个冈崎片段。
光复合是利用光能，其余均利用ATP水解所释 放的能量。
光复合和切除修复是修复模板链；重组修复不 是对损伤链直接修复，而是形成一条新的正常模 板链。
SOS修复是导致突变的修复。
㈢、DNA突变 不能修复的损伤或修复过程带来的差错，将 引起DNA序列的永久性改变。 突变有三种形式：置换、插入、缺失
1958年Crick提出中心法则(central dogma)， 1971年完善。 复制
转录
逆转录
复制
翻译
中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。
遗传信息的传递包括：
1. 复制(replication)：以原DNA分子为模板，合成 出相同DNA分子的过程。
2. 转录(transcription)：生物的遗传信息从DNA传 递给mRNA的过程。
在的DNA或RNA链的3´-OH 上，不是主要的聚合酶。
② 3，→ 5， 外切酶活性：只对单链，起校对功能。
③ 5，→ 3， 外切酶活性：对双链，损伤修复作用，及
切除RNA引物并填补其留下的缺口。
① 5’→ 3’ 聚合酶
新生链 模板链
② 3’→ 5’ 外切酶活性
C removed
C (unable to pair with A)
也可表示为负（-）链。
正义链（sense strand）：编码链 ，也可表示
为正（+）链
（+） （-）
RNA的转录只涉及DNA一条链的某一区段， 故又叫不对称转录。
RNA合成的反应基本特征：
① RNA聚合酶 ② 底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP） ③ DNA模板 ④ 不需要引物 ⑤ RNA链生长方向：5’→3’
DNA的二级结构
1953年，Watson
和 Crick 提出了
著名的DNA双螺
旋结构模型。
RNA是DNA的局部转录产物，RNA为单链分子， 以3’，5’-磷酸二酯键相连。
根据RNA的功能，可以分为mRNA 、tRNA 和 rRNA 三种。 mRNA: 编码氨基酸 t RNA: 转运氨基酸 r RNA: 构成蛋白质合成场所（核糖体）
DNA复制的真实性？
生物体DNA复制具有高度真实性，复制1081010碱基对，只有一个错误碱基。
① 聚合酶反应本身具有超常的忠实性 ② 聚合酶Ⅰ、Ⅲ的3’→ 5’外切酶功能
③ dNTP的平衡
④ DNA的损伤修复系统 ⑤ RNA引物的使用
第二节 RNA的生物合成
转录
复制
RNA的生物合成包括转录和RNA的复制
转录单位：RNA的转录是从DNA反义链上的一个
特定位点开始，延伸到另一个位点处终止，此转录
区域称为转录单位。
一个转录单位可以是一个基因（真核），也可
以是多个基因（原核）。
转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游
（转录区）；转录起点左侧为上游，用负数表示： -1，-2，-3
反义链（antisense strand）：转录的模板链，
2. 切除修复
切开 切除 修复
连接
3. 重组修复
切除修复发生在
DNA复制之前，而
当DNA发动复制时
尚未修复的损伤部 位，可以先复制， 再重组修复。
4. SOS 修复 避免差错的修复（error free repair）：光复合、 切除修复及重组修复对DNA损伤的修复都不导致 DNA突变。 倾向差错的修复（error prone repair）：SOS 修复。在DNA损伤后，DNA复制过程以脱氧核苷 酸的聚合发生差错为代价，强行合成完整子代链 的一种挽救性修复。
前导链 (leading strand): 以亲代3’→ 5’ 链为模板，子代能
连续合成。
滞后链 (lagging strand): 以5’→ 3’为模板，不能连续合成。 冈崎片段 (Okazaki fragment): 滞后链上的小片段。 半不连续复制（semidiscontinuous replication）：DNA 复制过程中，新生的DNA链一条按5’→ 3’ 方向（与复 制叉移动方向一致）连续合成，另一条按5’ → 3’ 方向 （与复制叉移动方向相反）不连续合成。
细胞内的各类RNA，包括mRNA、rRNA 和tRNA，都是以DNA为模板，在RNA聚合 酶的催化下合成的。
此外，除逆转录病毒，其它的RNA病毒 均以RNA为模板进行复制。
一、转录
转录（transcription）：以一段DNA的遗 传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合 成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下 合成RNA。
二酯键。
4. 原核生物DNA复制过程
⑴ DNA复制的起始 大肠杆菌复制原点起始复制所需蛋白质： dnaA dnaB 引物酶 SSB 旋转酶 在原点处打开双螺旋 使DNA解旋 合成RNA引物 结合单链DNA 松驰DNA扭曲应力
20个DnaA结合在
四组9bp重复区，形 成起始复合物，DNA 环绕此复合物。三组 13bp重复区依次变性， 产生开放型复合物。 DnaB（在DnaC协助 下）与开放复合物结 合，进一步解链。
进化上不能忍受的变化。
㈡、大肠杆菌DNA聚合酶及其它复制相关的蛋白 目前已发现30多种酶及蛋白质因子参与DNA复 制，DNA生物合成方向为5’→3’ 。 1. DNA聚合发生的条件 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ DNA聚合酶 DNA模板（反转录时用RNA模板） 引物（DNA或RNA，提供游离3’-OH） 4种dNTP Mg2+
3. 翻译(translation)：根据mRNA链上的遗传信息 合成蛋白质的过程。
核酸的生物合成包括：
DNA的生物合成：DNA复制和逆转录 RNA的生物合成：转录和RNA复制
第一节 DNA的生物合成 一、DNA的复制
㈠、DNA的半保留复制 1953年，Watson和
Crick在提出DNA双螺
㈡、DNA修复系统 细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以
除去DNA上的损伤，恢复DNA的双螺旋结构。目
前已知有4种酶修复系统：光复活、切除修复、
重组修复、SOS 修复，后三种不需要光，又称为 暗修复。
1. 光复活 可见光
（400～500
nm）可激活
光裂合酶，
此酶能分解 由于紫外线 形成的嘧啶 二聚体。
三、DNA的损伤、修复和突变
㈠、DNA损伤 一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱 变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。然而 在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。 紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的 胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共 价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二 聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。
DNA的复制只能从一个特定位点开始，称为原 点（origin），从原点开始同时向DNA链的两个方
向进行，在复制的部分同时进行解链与合成，结果 形成一个分叉，称为复制叉（replication fork），
又称复制眼（replication eye）。
⑵ DNA复制的延长
滞后链合成的模板形成环，复制叉上的二聚 体DNA聚合酶Ⅲ全酶同时合成两条子链。
1958年，
Meselson和Stahl
用15N标记E.coli.
DNA，用密度梯 度离心试验证明 了DNA的复制是 半保留复制。
半保留复制具有重要的生物学意义，DNA分子
以半保留方式进行复制，亲代DNA分子中的一条
链保留在子代DNA分子中，可使遗传信息准确的
传递给子代细胞，保持其相对稳定性而不致发生
第十二章 核酸的生物合成
核酸（DNA和RNA）是一种线性多聚核 苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。
磷酸
核苷酸
戊糖(核糖、脱氧核糖) 碱基（A、G、C、T / U）
DNA是基因遗传与表达的载体，是生物的主 要遗传物质。
DNA的一级结构是指脱氧核苷酸之间的连接方 式和排列顺序。连接方式： 3’，5’-磷酸二酯键。
③ 5，→ 3， 外切酶活性