第12章 DNA生物合成
《DNA生物合成过程》PPT课件
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34
ARS
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（二）复制的延长
亲代DNA
5
3
3 5
引物
核小体
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3 5
领头链
随从链
3 5
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行聚合作用。即新进入的 dNTP 与引物 3´－OH形成磷酸二酯键，由5´3´方
向延长子链。
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13
3'
DNA-pol
5'
OH 3'
dCTP
dGTP
dTTP
dATP
模板方向3`→5`
5'
3'
dATP dCTP
dGTP
dTTP
合成需要引物提供3`-OH
合成方向5`→3`
底物是dNTP
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5'
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20
冈崎片段：
• 1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射
自显影技术，观察到DNA复制中出现一 些不连续的片段，因而将这些不连续的 片段称为冈崎片段。
• 原核生物的冈崎片段为一至二千个核苷
酸，真核生物约为数百个核苷酸。
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21
随从链的合成
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22
目录
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3
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4
2. 复制叉 (replication fork)
基础生物化学 第十二章(1-3节)-核酸的合成与分解
＋ H2 O
尿囊素
尿囊酸酶
＋ H2 O
尿囊酸 4NH3
2CO2
尿酶
＋2H2O
尿素
乙醛酸
二、嘧啶核苷酸的代谢1
1，尿嘧啶与胸腺嘧啶在哺乳动物体内分解时，先
还原成对应的二氢衍生物。
2，破开环状结构分别产生β-丙氨酸及β-氨基异
丁酸。
3，最后成为CO2和NH3
胞嘧啶具有氨基，所以要先在胞嘧啶脱氨酶的作
通过用同位素标记的化合物实验来 确定，即用标有同位素的各种营养物喂 鸽子，然后将其排出的尿酸进行分析。
（一）嘌呤环的元素来源2（图示）
天冬氨酸
N1
6C
CO2
甲酰FH4
C2
5C
N7
甘氨酸
C8 甲酰FH4 N3
谷氨酰胺
4C
N9
谷氨酰胺
（二）合成过程（总）
从头合成嘌呤的途径已于50年代被
Greenberg等基本搞清,此途径是在核糖－ 5－磷酸的第一碳原子上逐步增加原子生 成次黄苷酸（肌苷酸） ，然后再由次黄 苷酸转变为腺苷酸和鸟苷酸。 反应分为两个阶段： 1，次黄苷酸的合成（11步反应） 2，腺苷、鸟苷的生成 （南大P480，图12－2）
途径称为补救途径。通过补救途径可以重新 利用核酸分解产生的嘌呤和嘧啶或它们的衍 生物。
从胸腺嘧啶或胸苷转变成胸苷酸的补救途径，
除真菌外，对所有细胞都是一样的，故常利 用放射性同位素标记胸腺嘧啶或胸苷参入DNA 的实验作为检查DNA合成的手段。
三、核苷酸合成的补救途径2
核苷 核糖-1-磷酸
激酶
核糖-5-磷酸
1．鸟嘌呤的分解
动物组织中广泛含有鸟嘌呤酶，可以催化 鸟嘌呤水解脱氨产生黄嘌呤，然后黄嘌呤在黄 嘌呤氧化酶的作用下氧化成尿酸。
第十二章 DNA的复制和修复
第十二章 DNA的复制和修复第十二章dna的复制和修复解释名词:1.激活体:在dna制备的生长点，即为激活叉上，原产着各种各样与激活有关的酶和蛋白质因子，它们构成的复合物称为复制体:。
2.oric:大肠杆菌的复制起点称为oric，由245个bp构成，其序列和控制元件在细菌复制起Behren十分激进。
3.引发体:由dnab解螺旋酶和dnag引物合成酶构成了复制体的一个基本功能单位，称为引起体4.端粒：它就是由许多成串长的重复序列所共同组成。
该重复序列通常一条链上含有g（g-rich)，而其互补链上富含c（c-rich)。
5.端粒酶:就是一种所含rna链的逆转录酶，它以所不含rna为模板去制备dna端粒结构。
6.一：填空题1.参予dna激活的主要酶和蛋白质包含________________、________________、________________、________________、________________、________________和________________。
2.dna激活的方向从________________端的至________________端的进行。
3.大肠杆菌在dna复制过程中切除rna引物的酶是________________，而真核细胞dna复制过程中切除rna引物的酶是________________或________________。
4.大肠杆菌染色体dna激活的初始区被称作________________，酵母细胞染色体dna 激活的初始区被称作________________，两者都含有________________碱基对，这将有助于________________过程。
5.大肠杆菌dna连接酶采用________________能源物质，t4噬菌体dna连接酶采用________________做为能源物质。
6.________________和________________酶的缺乏可导致大肠杆菌体内冈崎片段的堆积。
东北师范大学生物化学第十二章 核酸的生物合成1
限制性 内切酶
3′—C—A—A—T—T
G—5′
粘性末端(该末端能与具有互补碱基的目的基 因的DNA片段连结 )
限制性内切酶：
识别DNA特定核苷酸序列 回文序列 限制性内切酶和核酸修饰酶共同作用， 保护自身的DNA 重要的生物化学工具酶
（八） 基因重组与DNA“克隆”
（九） 聚合酶链式反应（PCR）技术 与DNA扩增
不对称转录（以DNA的一条链位模板）
2 依赖DNA的RNA聚合酶
（1）以DNA为模板
（2）以四种核糖核苷三磷酸为底物 （3）链的生长方向是5′→3′（聚合酶） （4）不需要引物，也无校正功能
（5）产物第一个核苷酸带有3个磷酸基。
（1）大肠杆菌RNA聚合酶
全酶
α2 β β/ σ ω
核心酶（催化磷酸二酯键的形成） 识别起始位点
SSB防止双链 DNA形成
DNA旋转酶 (拓扑异构酶）
冈崎片段的RNA引物
冈崎片段需要引物，RNA引物的合成 “引发”：
引物合成酶：RNA聚合酶，催化合成约10个核苷酸
引物体
（催化合成 引物） 几种蛋白质
引物RNA在复制过程中暂时存在，最后通过PolⅠ的 5′→3′外切酶活力水解。
（3）DNA链的延长
5′→3′ 3′→5′ 5′→3′ 核酸外切酶 核酸外切酶 聚合酶
Klenow fragment
该酶由一条多肽链组成，分子量为109KD。
1. DNA聚合酶Ⅰ
5′→3′聚合酶活性
催化DNA链的延长
3′→5′外切酶活性
校对功能
5′→3′外切酶活性
切除RNA引物 DNA损伤修复
DNA聚合酶Ⅰ 分子量 每个细胞中的分子数
（1）大肠杆菌RNA聚合酶
分子生物学原理：第十二章 基因表达调控1
基本方式。
二、乳糖操纵子调节机制
结构基因：lacZ（β－半乳糖苷酶） lacY（通透酶） lacA （乙酰基转移酶）
操纵序列：O1、 O2、O3 启动子：P
CAP结合位点
调节基因：I
Lac操纵子结构及其负性调节
Lac操纵子的调节
1、阻遏蛋白的负调节
阻遏基因
DNA
I
真核基因组结构庞大
真核基因组含有大量重复序列
多拷贝序列
高度重复序列（106 次） 中度重复序列（103 ~ 104次）
单拷贝序列
真核生物以染色质的形式储存遗传信息
真核生物转录与翻译分割进行
真核基因转录产物为单顺反子
真核基因具有不连续性
真核生物线粒体DNA也储存遗传信息
二、染色质的活化
反式作用因子（trans-acting factor） ——由某一基因表达产生的蛋白质因子，与被
调节的DNA调节序列相互作用而发挥作用，这些蛋 白质分子称为反式作用因子。
反式作用因子直接作用： •直接结合DNA序列
反式作用因子间接作用： •通过蛋白质－蛋白质相 互作用发挥功能
基因表达调控的生理意义
基因表达的时间特异性和空间特异性
基因表达的持续性
管家基因
基因表达的可诱导性
诱导与阻遏
二、基因表达调控
1
多层次
DNA 基因激活 、拷贝数重排 、DNA 甲基化 RNA 转录起始、转录后加工、mRNA降解
蛋白质 蛋白质翻译、翻译后加工修饰、蛋白质降解
2
在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为
II. 增强子(enhancer)
增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件。
第十二章 生物化学DNA合成
复制叉
复制泡的两个复制叉向相反方向移动，双链不断解开， 复制不断向两侧推进。新合成的子代链与亲本链互补，并 形成双螺旋结构的子代DNA。
复制叉会合 处复制终点
连续合成
复制起点
复制起点
亲代 亲代 DNA DNA
不连续合成
复 制
三、DNA是半不连续复制的
3′
5′
新链合成是从5′→3′端进行 的其中一条链从起始点开始连 续合成，并与复制叉前进方向 一致——前导链
DNA复制起始必须精确受到调控，因为每个生命周期复制只 发生一次。现已知，复制起始的时序受到DNA甲基化和细菌 细胞质膜相互作用的影响。
E.Coli 的 oriC DNA是由Dam甲基化酶甲基化的，而甲基化
发 生在回文顺序（5′）GATC的腺嘌呤N6 (m6A)，大肠杆菌的
oriC区密布GATC顺序（在245bp的DNA链中含有11个GATC）
P ～ P ～ P
5′
A
5′→3′聚合酶活性
3′ 5′
P P P P P P P P P P P
PPi
P P P P P P
A G C A T C G T A G C A T C G T T C G T A 3′-OH
P P P P
5′
聚合酶催化形成3′磷酸酯键使
单核苷酸随即被添加到3′端
Ⅰ型DNA聚合酶用胰蛋白酶温和处理，可以把5′→3′核
亚基数
1 6（同亚基） 1
功能
识别原点，在特异位点打开DNA双链 DNA解螺旋酶 辅助DnaB与原点结合
HU
引物酶（DnaG) SSB RNA聚合酶 TopoⅡ Dam甲基化酶
19
60 75.6 454 400 32
生物化学核酸的生物合成
13.1 DNA的生物合成
13.1.2 逆转录—由RNA指导合成DNA的过程 ➢ 逆转录酶：以RNA为模板，dNTP为底物，催化5端到3端
方向合成DNA的酶（RDDP）或反转录酶，是 1970年在劳氏肉瘤、鼠白血病病毒中发现的引 起生物致癌的酶。 ➢ 逆转录特点：（1）模板为单链RNA；
（2）逆转录酶（RnaseH）具有专一切除 RNA—DNA杂交分子中的RNA的功能。
u 解开DNA双螺旋结构
（4）拓扑异构酶 拓扑是物理学上的一个名称，空间异构的意思。
用于解开DNA超螺旋结构，TOPＩ——打开一条链；TOPⅡ从中间 剪开。
（5）单链结合蛋白（SSB） u 防止两条链再结合（复性）
（6）引发酶和引发体： u 催化引物的合成，多数是RNA聚合酶催化合成RNA引 物、也有
DNA复制——依赖于DNA的DNA合成，
合
是主要的合成方式。
成
逆转录 —— 依赖于RNA的DNA合成，
方
式
主要在病毒中，
是转录的逆过程。
DNA的损伤与修复—— DNA损伤后，
DNA片段的填补。
3
13.1 DNA的生物合成
13.1.1 DNA复制—由亲代DNA合成两个相同的 子代DNA的过程
u DNA复制的方式——半保留复制
u DNA复制的方式——半保留复制
Ø 6.DNA复制的过程——起始、延长和中止
复制的延伸：
是一个重复的过程。在RNA引物上，由DNA聚合酶Ⅲ（真核为α）催化， 以dNTP为底物，沿着5 / 3/滑动，按碱基配对原则在引物3/—OH 上接上相应的核苷酸，以添加dNMP顺序。不断滑动，不断添加，链就不 断延长。
②模板DNA高级结构的解除：拓扑异构酶Ⅱ（旋转酶）打开拓扑结构， 解旋酶打开双螺旋，DNA单链结合蛋白结合于已解开的链上，提供模板
生物化学简答题
⽣物化学简答题第⼆章蛋⽩质1、组成蛋⽩质的基本单位是什么？结构有何特点？氨基酸是组成蛋⽩质的基本单位。
结构特点：①组成蛋⽩质的氨基酸仅有20种,且均为α-氨基酸②除⽢氨酸外,其Cα均为不对称碳原⼦③组成蛋⽩质的氨基酸都是L-α-氨基酸2、氨基酸是如何分类的？按其侧链基团结构及其在⽔溶液中的性质可分为四类：①⾮极性疏⽔性氨基酸7种②极性中性氨基酸8种③酸性氨基酸2种④碱性氨基酸3种3、简述蛋⽩质的分⼦组成。
蛋⽩质是由氨基酸聚合⽽成的⾼分⼦化合物，氨基酸之间通过肽键相连。
肽键是由⼀个氨基酸的α-羧基和另⼀个氨基酸的α-氨基脱⽔缩合形成的酰胺键4、蛋⽩质变性的本质是什么？哪些因素可以引起蛋⽩质的变性？蛋⽩质特定空间结构的改变或破坏。
化学因素（酸、碱、有机溶剂、尿素、表⾯活性剂、⽣物碱试剂、重⾦属离⼦等）和物理因素（加热、紫外线、X射线、超声波、⾼压、振荡等）可引起蛋⽩质的变性5、简述蛋⽩质的理化性质。
①两性解离-酸碱性质②⾼分⼦性质③胶体性质④紫外吸收性质⑤呈⾊反应6、蛋⽩质中的氨基酸根据侧链基团结构及其在⽔溶液中的性质可分为哪⼏类？各举2-3例。
①⾮极性疏⽔性氨基酸7种：蛋氨酸，脯氨酸，缬氨酸②极性中性氨基酸8种：丝氨酸，酪氨酸，⾊氨酸③酸性氨基酸2种：天冬氨酸，⾕氨酸②碱性氨基酸3种：赖氨酸，精氨酸，组氨酸第三章核酸1.简述DNA双螺旋结构模型的要点。
①两股链是反向平⾏的互补双链，呈右⼿双螺旋结构②每个螺旋含10bp，螺距3.4nm，直径2.0nm。
每个碱基平⾯之间的距离为0.34nm，并形成⼤沟和⼩沟——为蛋⽩质与DNA相互作⽤的基础③脱氧核糖和磷酸构成链的⾻架，位于双螺旋外侧④碱基对位于双螺旋内侧，碱基平⾯与双螺旋的长轴垂直；两条链位于同⼀平⾯的碱基以氢键相连，满⾜碱基互补配对原则：A=T，G≡C⑤双螺旋的稳定：横向—氢键，纵向—碱基堆积⼒⑥DNA双螺旋的互补双链预⽰DNA 的复制是半保留复制2、从组成、结构和功能⽅⾯说明DNA和RNA的不同。
生物化学第九版习题集 附答案(第十二-十五章)
第12章DNA的生物合成一、单项选择题1、遗传信息传递的中心法则是。
A．DNA→RNA→蛋白质 B．RNA→DNA→蛋白质 C．蛋白质→DNA→RNA D．DNA→蛋白质→RNA E．RNA→蛋白质→DNA2、以DNA为遗传物质的大多数生物，其DNA复制的主要方式是。
A.半保留复制B.全保留复制C.滚环式复制D.不均一复制E. D环复制3、DNA复制时若母链DNA的核苷酸序列为5′－TAGA—3′，则复制出的子链DNA序列为。
A．5′—TCTA—3′ B．5′—ATCA—3′ C．5′—UCUA—3′ D．5′—GCGA—3′ E．5′—AGCA—3′4、将一个完全被放射性标记的 DNA分子放在无放射性标记的环境中复制三代，则全部子代DNA分子中无放射性标记的DNA分子有几个。
A. 1个B. 2个C. 4个D. 6个E. 8个5、下列关于大肠杆菌DNA复制的叙述正确的是。
A.单起点单向复制B.双起点单向复制C.单起点双向复制D.多起点双向复制E.双起点双向复制6、下列关于复制叉或复制起点的叙述错误的是。
A.复制叉即DNA复制的生长点B.原核生物DNA的复制起点只有一个C. 真核生物染色体DNA的复制起点有多个D.前导链的复制方向与复制叉前进方向一致E. 冈崎片段的复制方向与复制叉前进方向一致7、复制叉向前推进时，其前方的DNA双螺旋会形成的结构是。
A.负超螺旋B.正超螺旋C.右手螺旋D.左手螺旋E.松弛状态8、DNA复制时，子链DNA的合成是。
A．一条链以5′→3′合成，另一条链以3′→5′合成 B．两条链均为3′→5′合成C．两条链均为5′→3′合成 D．两条链均为连续合成 E．两条链均不连续合成9、DNA半不连续复制是指。
A.两条新生的DNA链都是不连续合成B. 前导链是不连续合成的，随后链是连续合成的C.前导链是连续合成的，随后链是不连续合成的D.子代DNA的链条链中一半来自亲代，一半是新合成的E．两条新生链前半部分连续合成，后半部分是不连续合成10、关于DNA的半不连续复制的叙述正确的是。
生物化学第12章 核酸代谢与蛋白质的生物合成
课外练习题一、名词解释1、嘌呤核苷酸的从头合成途径；2、嘧啶核苷酸的补救合成途径；3、半保留复制；4、冈崎片段；5、逆转录；6、复制；7、转录；8、外显子；9、内含子；10、翻译；11、反密码子；12、密码的简并性。
二、符号辨识1、IMP；2、PRPP；3、SSB；4、cDNA；三、填空1、核苷酸的合成包括（）和（）两条途径。
2、脱氧核苷酸是由（）还原而来。
3、DNA的复制方向是从（）端到（）端展开。
4、体内DNA复制主要使用（）作为引物，而在体外进行PCR扩增时使用人工合成的（）作为引物。
5、DNA损伤可分为（）损伤和（）损伤两种类型，造成DNA损伤的因素有（）因素和（）因素。
6、基因转录的方向是从（）端到（）端。
7、第一个被转录的核苷酸一般是（）核苷酸。
8、蛋白质的生物合成是以（）作为模板，以（）作为运输氨基酸的工具，以（）作为合成的场所。
9、细胞内多肽链合成的方向是从（）端到（）端，而阅读mRNA的方向是从（）端到（）端。
10、某一tRNA的反密码子是GGC，它可识别的密码子为（）和（）。
11、原核生物蛋白质合成中第一个被掺入的氨基酸是（）。
12、DNA拓补异构酶（）能够切开DNA的1条链，而DNA拓补异构酶（）能同时切开DNA的2条链。
13、大肠杆菌在DNA复制过程中切除RNA引物的酶是（）。
14、从IMP合成GMP需要消耗（），而从IMP合成AMP需要消耗（）作为能源物质。
15、在大多数DNA修复中，牵涉到四步序列反应，它们的次序是（）、（）、（）和（）。
四、判别正误1、嘌呤核苷酸是从磷酸核糖焦磷酸开始合成的。
（）2、核苷酸生物合成中的甲基一碳单位供体是S-腺苷蛋氨酸。
（）3、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。
（）4、所有核酸合成时，新链的延长方向都是从5`→3`。
（）5、生物体中遗传信息的流动方向只能由DNA→ RNA，决不能由RNA→DNA。
（）6、DNA复制时，先导链是连续合成，而后随链是不连续合成的。
第十二章 DNA合成-答案
一、选择题3.不参与DNA双链解链、解旋过程的酶是（E）A.拓扑异构酶IB.解旋酶C.拓扑异构酶nD.单链DNA结合蛋白E.DNA连接酶4.DNA复制时，其引物是（D)A.以RNA为模板合成的短链RNAB.以mRNA为模板合成的短链DNAC.以rRNA为模板合成的短链RNAD.以DNA为模板合成的短链RNAE.以DNA为模板合成的短链DNA5.以5'……CGAGAT……3,作为模板，DNA复制后合成的子链序列是（B）A.3'……AUCUCG……5'B.5'……ATCTCG……3'C.5'……GCUCUA……3'D.5'……GCTCTA……3'E.3'……ATCTGC……5'6.真核生物与原核生物的DNA复制的相同之处是（B）A.原核无冈崎片段B.子链合成方向是5'—>3'C.有多个复制起始点D.不需要引物E.都需要端粒酶的作用7.冈崎片段指的是（E）A.领头链上合成的DNA片段B.随从链上合成的RNA片段C.随从链上合成的连续DNA片段D.DNA模板上的DNA片段E.复制中的不连续片段8.下列为合成DNA原料的是（B）A.dAMP、dCMP、dTMP、dGMPB.dATP、dCTP、dGTP、dTTPC.dADP、dCDP、dGDP、dTDPD.TTP、CTP、ATP、GTPE.ADP、UDP、GDP、CDP9.将一完全被同位素标记的DNA分子置于无放射性标记的溶液中复制两代，最后产生的子代其放射性状况为（A）A.2个分子的DNA有放射性B.4个分子的DNA有放射性C.4个分子的DNA均无放射性D.3个分子的DNA有放射性E.4个分子的DNA双链中各一条链有放射性10.DNA复制时不需要的酶是（C）A.解旋酶B.DNA拓扑异构酶C.逆转录酶D.连接酶E.引物酶11.DNA连接酶在复制过程中的作用是（B）A.连接引物与DNA单链B.连接双链DNA中的相邻单链缺口C.连接两股DNA双螺旋D.连接DNA的两条单链E.连接引物与RNA单链12.改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链的酶是（B）A.解旋酶B.拓扑异构酶C.端粒酶D.引物酶E.DNA连接酶13.下列对逆转录过程的叙述，正确的是（D）A.以RNA为模板合成蛋白质的过程B.以DNA为模板合成RNA的过程C.以DNA为模板合成DNA的过程D.以RNA为模板合成DNA的过程E.以蛋白质为模板合成RNA的过程14.DNA复制中，引发体中不包括（C)A.DnaBB.DnaCC.SSBD.DNA复制起点区域E.引物酶15.下列关于复制中RNA引物的叙述，错误的是（C）A.提供3'-0H末端作为合成新链DNA的起点B.由引物酶合成C.提供5'-P末端作为合成新键DNA的起点D.引物可被RNA酶水解去除E.合成方向为5'→3'17.在DNA复制中RNA引物的作用是（B）A.提供5'-0H合成DNA链B.提供3'-0H合成DNA链C.提供3'-0H合成RNA链D.提供5'-P合成RNA链E.合成DNA链的5'-P端18.DNA双螺旋双链间，碱基配对形成氢键的配对关系正确的是(A)A.T=A,C=GB.A=U,G=CB.T=A,C=G D.G=C,U=T E.G=C,T=A19.原核生物复制中RNA引物去除需要的酶是（C）A.DNA连接酶B.引物酶C.DNA聚合酶ID.DNA聚合酶ⅡE.DNA聚合酶Ⅲ20.下列关于DNA拓扑异构酶作用的叙述，正确的是（D ）A.生成复制中所需要的引物B.解开DNA双螺旋为单链，以利于i复制C.连接单链DNA上的缺口D.在复制解链过程中改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链E.维持模板处于单链状态不被降解21.下列关于DNA复制的叙述，错误的是（E）A.真核生物有多个复制起始点B.原核生物只有一个复制起始点C.两条链同时进行复制D.DNA子链的合成方向为5’→3’E.DNA两条新生子链的合成均为连续合成22.在DNA复制时，能辨认起始点的是（C）A.单链结合蛋白B.解旋酶C.DnaA蛋白B.D.引物酶 E.拓扑异构酶24.真核生物DNA复制过程中，延长于链的主要酶是（A）A.DNA—polδB.DNA-polβC.DNA-polγD.DNA-polαE.DNA-polⅢ25.逆转录病毒的遗传信息携带者是（E）A.戊糖B.碱基C.蛋白质D.DNAE.RNA26.下列关于逆转录酶的叙述，错误的是（A）A.能以单链DNA为模板B.能以单链RNA为模板C.能生成cDNA第二条链D.有DNA指导的DNA聚合酶活性E.水解杂化双链中的RNA。
生物化学课件第十二章 DNA的生物合成
解链方向
随从链 (lagging strand)
5
• 顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，
这股链称为领头链。
• 另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能 顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称 为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段 (okazaki fragment)。
• 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制
（二）复制的延长
复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以 dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上， 其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
3' 5'
DNA-pol
OH 3'
5' 3'
dCTP
dGTP
dTTP
dATP
dCTP
dATP
dGTP
dTTP
3
5 3
领头链 (leading strand)
3 5
·· ·TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA
58
66
166
174
201
209
237
245
E.coli复制起始点 oriC
原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向
两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制
叉，称为双向复制。
复制中的放射自显影图象
的半不连续性。
领头链的合成
随从链的合成
阶段一
阶段二
阶段三
阶段四
复 制 过 程 简 图
（三）复制的终止
• 原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制 片段在复制的终止点(ter)处汇合。
ori
第十二章 DNA的复制和修复
第十二章DNA的复制和修复解释名词:1.复制体: 在DNA合成的生长点，即复制叉上，分布着各种各样与复制有关的酶和蛋白质因子，它们构成的复合物称为复制体:。
2.oriC:大肠杆菌的复制起点称为oriC，由245个bp构成，其序列和控制元件在细菌复制起点中十分保守。
3.引发体: 由DnaB解螺旋酶和Dna G引物合成酶构成了复制体的一个基本功能单位，称为引发体4.端粒：它是由许多成串短的重复序列所组成。
该重复序列通常一条链上富含G（G-rich)，而其互补链上富含C （C-rich)。
5.端粒酶: 是一种含有RNA链的逆转录酶，它以所含RNA为模板来合成DNA端粒结构。
6.一：填空题1.参与DNA复制的主要酶和蛋白质包括________________、________________、________________、________________、________________、________________和________________。
2.DNA复制的方向是从________________端到________________端展开。
3.大肠杆菌在DNA复制过程中切除RNA引物的酶是________________，而真核细胞DNA复制过程中切除RNA引物的酶是________________或________________。
4.大肠杆菌染色体DNA复制的起始区被称为________________，酵母细胞染色体DNA复制的起始区被称为________________，两者都富含________________碱基对，这将有利于________________过程。
5.大肠杆菌DNA连接酶使用________________能源物质，T4噬菌体DNA连接酶使用________________作为能源物质。
6.________________和________________酶的缺乏可导致大肠杆菌体内冈崎片段的堆积。
第十二章 核酸的生物合成
（二）DNA复制的起始点和方向 复制的起始点和方向
P247
见后。
（三）原核细胞DNA的复制 原核细胞 的复制 指导下的DNA合成） 合成） （DNA指导下的 指导下的 合成
1. DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶是催化DNA合成的酶；
P248
现已从大肠杆菌中分离出DNA聚合酶Ⅰ～Ⅴ；
大肠杆菌（原核） 大肠杆菌（原核）DNA聚合酶 聚合酶
概 念（2-1） ）
模板： 模板： 能提供合成一条互补链所需精确信息的核酸链； 复制： 复制： 指以原来DNA分子为模板 模板(template)合成出相同分子的 模板 过程； 转录： 转录： 在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的 过程； 复制和转录是核酸生物合成的两种途径； 复制和转录是核酸生物合成的两种途径；
放射自显影实验过程
他将3H脱氧胸苷标记大肠杆菌DNA，然后用溶菌酶把细 胞壁消化掉，使完整的染色体DNA释放出来，铺在一张 透析膜上，在暗处用感光乳胶覆盖于干燥了的表面上, 放置若干星期，在这期间，3H由于放射性衰变而放出β 粒子，使乳胶曝光生成银粒； 显影以后，银粒黑点轨迹勾画出DNA分子的形状，黑点 数目代表了3H在DNA分子中的密度。把显影后的片子放 在光学显影镜下可观察到大肠杆菌染色体的全貌：
3. 双链 双链DNA复制的分子机制 复制的分子机制
P250
DNA的两条链都能作为模板同时合成出两条新互补链； DNA分子的两条链反向平行：一条链走向为5’→3’，另 一条链为3’→5’； 所有已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，DNA在复 制时两条链如何同时作为模板合成其互补链？ 日本学者冈崎 冈崎等提出了DNA的不连续复制模型： 冈崎
连接酶和DNA链的连接 （3）DNA连接酶和 ） 连接酶和 链的连接
12 DNA的复制和修复
5.断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等， 可引起DNA链的断裂。
三、突变的分子改变类型
点突变
转换–––相同类型碱基的取代。 颠换–––不同类型碱基的取代。 插入–––增加一个碱基。 缺失–––减少一个碱基。
DNA的结构特征？
➢ 双螺旋结构 含两条多核苷酸的双螺旋分 子。
➢ Watson-Crick 模型
什么是DNA变性、复性和杂交 ？
➢ DNA变性 指DNA分子由稳定的双螺旋结 构松解为无规则线性结构的现象。
➢ DNA复性 变性DNA在适当条件下,两条互 补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的 现象，又称“退火”。
超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键 断裂，形成两条单链DNA。 ② 单链DNA结合蛋白（SSB）四聚体结合 在两条单链DNA上，形成复制叉。
2．引发体组装和引物合成： ① 由解螺旋酶(DnaB蛋白) 、DnaC蛋 白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA复制 起始区域形成引发体；
② 在引物酶的催化下，以DNA为模板， 合成一段短的RNA片段，从而获得3' 端自由羟基（3'-OH）。
丙
缬
组缬
缺失C 5’ ……G A G U A C A U G U C ……
谷
酪
蛋
丝
5.重排 DNA分子内较大片段的交换，称为重 组或重排。
由基因重排引起的两种地中海贫血基因型
四、DNA损伤的修复
DNA损伤修复(repair) ：是对已发生分子改变
的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态
。 修复的主要类型：
• 在多数人的体细胞中，端粒随着细胞传 代而渐渐缩短。将端粒酶导入到人的正 常细胞中，细胞在体外至少可以多传20 代(Bodnaret al, 1998 Science)
生物化学试题 DNA 的生物合成
第十二章DNA 的生物合成.三、典型试题分析1．DNA复制时，以序列5“T pApGpAp-3‘为模板合成的互补结构是（2001年生化试题）A．5’—pTpCpTpA-3’ B 5’—pApTpCpT-3’C．5’—pUpCpUpA-3’ D 5‘——pGpApCpA-3E. 3’—pTpCpTpA-5’[答案] A2．与岗崎片段的概念有关的是A半保留复制B．半不连续复制C不对称转录D．RNA的剪接E．蛋白质的修饰[答案] B3．在DNA复制中RNA引物A．使DNA聚合酶Ⅲ活化B，使DNA双连解开C．提供5，末端作合成新DNA链起点D．提供3’OH作合成新DNA链起点E．提供3’OH作合成新RNA链起点[答案] C4 DNA 复制时，下列哪种酶是不需要的A DNA 指导的DNA 聚合酶B DNA 连接酶C 拓扑异构酶D 解链酶E 限制性内切酶答案E（二）K型题反转录酶催化的反应有（1998年生化试题）1. RNA指导的DNA合成2. RNA水解反应3. DNA指导的DNA合成4. 3’一5’外切酶作用[答案] {A)1，2，3正确四、测试题（一）A型题1．Meselson和Stahl利用15N及14N标记大肠杆菌的实验证明的反应机理是A．DNA能被复制B．DNA可转录为mRNAC．DNA可表达为蛋白质D．DNA的半保留复制E．DNA的全保留复制2．合成DNA的原料是A．dAMP,dGMP，dCMP,dTMP B．dATP,dGTP，dCTP，dTTPC．dADP，dGDP，dCDP,dTDP D．A TP，GTP，CTP，UTPE．AMP，GMP，CMP，UMP3．DNA复制之初，参与从超螺旋结构解开双股链的酶或因子是A解链酶B．拓扑异构酶I C。
DNA结合蛋白，D．引发前体E拓扑异构酶Ⅱ4．DNA复制时，以序列5’—TpApGpAp-3’为模板将合成的互补结构是A。
5’—pTpCpTpA-3’B．5’—pApTpCpT-3’C．5’—pUpCpUpA-3’D．5’—pGpCpGpA-3’E．3’—pTpCpTpA-5’5．关于真核生物DNA复制与原核生物相比，下列说法错误的是A．引物长度较短B．冈崎片段长度较短c．复制速度较慢D．复制起始点只有一个E．由DNA聚合酶a及δ催化核内DNA的合成6．哺乳类动物DNA复制叙述错误的是A．RNA引物较小B．冈崎片段较小C．DNA聚合酶δ和α参与D．仅有一个复制起始点E．片段连接时由ATP供给能量7．端粒酶是一种A．DNA聚合酶B．RNA聚合酶C．DNA水解酶D．反转录酶E．连接酶8．在DNA复制中RNA引物的作用是A使DNA聚合酶Ш活化B．使DNA双链解开C．提供5’—P末端作合成新DNA链起点D．提供3’—OH末端作合成新RNA链起点E．提供3’—OH末端作合成新DNA链起点9．关于DNA复制中DNA聚合酶的错误说法是A，底物是dNTP B．必须有DNA模板C。
12DNA的生物合成
DNA Biosynthesis，Replication
DNA的复制 DNA的修复 DNA的突变
DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体，继1953年Watson & Crick提出DNA双螺旋结构模型后，1958年，Crick提出了“中 心法则”(Central dogma)揭示了遗传信息的传递规律。
DNA聚 合酶III
DNA聚 合酶I
解旋酶
解链酶 引物酶 和引发 体
RNA引物
3´ 5´ RNA引
物
3´ 5´
1、DNA聚合酶(E.coli)
全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA
polymerase)
简称：DNA-pol 活性：53 的聚合酶活性；核酸外切酶活性 反应特点:以四种dNTP作底物;
反应需要接受模板的指导; 反应需要有引物3´-羟基存在; DNA链合成方向为5´→3´； 产物DNA的性质与模板相似。
原核生物的DNA聚合酶：DNA-pol Ⅰ
DNA-pol Ⅱ DNA-pol Ⅲ
(dNMP)n + dNTP → (dNMP)n+1 + PPi
N1 N2
N3
N1 N2 N3
3′ OH
羟胺类（NH2OH）
T C
亚硝酸盐（NO2）
C U
烷化剂 如：氮芥类，Nitromins
G mG
分子改变
-A-
-G-
-T-
-C-
-T-
-C-
-A-
-G-
-G-
-A-
-C-
-T-
DNA缺失G
（三）、突变的类型
生物化学判断题
第一章蛋白质化学1、蛋白质的变性是其构象发生变化的结果。
T2、蛋白质构象的改变是由于分子共价键的断裂所致。
F3、组成蛋白质的20种氨基酸分子中都含有不对称的α-碳原子。
F4、蛋白质分子的亚基就是蛋白质的结构域。
F5、组成蛋白质的氨基酸都能与茚三酮生成紫色物质。
F6、Pro不能维持α-螺旋，凡有Pro的部位肽链都发生弯转。
T7、利用盐浓度的不同可提高或降低蛋白质的溶解度。
T8、蛋白质都有一、二、三、四级结构。
F9、在肽键平面中，只有与α-碳原子连接的单键能够自由旋转。
T10、处于等电点状态时，氨基酸的溶解度最小。
T11、蛋白质的四级结构可认为是亚基的聚合体。
T12、蛋白质中的肽键可以自由旋转。
F第二章核酸化学1、脱氧核糖核苷中的糖环3’位没有羟基。
F2、若双链DNA中的一条链碱基顺序为CTGGAC，则另一条链的碱基顺序为GACCTG。
F3、在相同条件下测定种属A和种属B的T m值，若种属A的DNA T m 值低于种属B，则种属A的DNA比种属B含有更多的A-T碱基对。
T4、原核生物和真核生物的染色体均为DNA与组蛋白的复合体。
F5、核酸的紫外吸收与溶液的pH值无关。
F6、mRNA是细胞内种类最多，含量最丰富的RNA。
F7、基因表达的最终产物都是蛋白质。
F8、核酸变性或降解时，出现减色效应。
F9、酮式与烯醇式两种互变异构体碱基在细胞中同时存在。
T10、毫无例外，从结构基因中的DNA序列可以推出相应的蛋白质序列。
F11、目前为止发现的修饰核苷酸大多存在于tRNA中。
T12、核糖体不仅存在于细胞质中，也存在于线粒体和叶绿体中。
T13、核酸变性过程导致对580nm波长的光吸收增加。
F14、核酸分子中的含氮碱基都是嘌呤和嘧啶的衍生物。
T15、组成核酸的基本单位叫做核苷酸残基。
T16、RNA和DNA都易于被碱水解。
F17、核小体是DNA与组蛋白的复合物。
T第三章糖类化学1、单糖是多羟基醛或多羟基酮类。
T2、蔗糖由葡萄糖和果糖组成，它们之间以α(1→6)键连接。
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4. DNA突变的概念及突变类型，损伤DNA的修复几种机制。
复习思考题、作业题
1．基本概念：中心法则、复制叉、半保留复制、半不连续复制、岡崎片段、领头链、随从链、突变、框移突变、光修复、切除修复、重组修复等。
2．试述原核生物与真核生物复制的相同点与不同点。
教案首页
授课时间：2010.11.15～11.19
课程名称
生物化学
年级
2008
专业、层次
检验本科
授课教师
李莉萍
职称
课型(大、小)
大学时Βιβλιοθήκη 6授课题目（章、节）
第12章DNA的生物合成
基本教材或主要参考书
生物化学（科学出版社），刘新光、罗德生主编，第1版2009.12
教学目的与要求：
掌握：中心法则、基因表达、半保留复制、半不连续性复制、领头链、随从链、冈崎片段的概念；参与DNA复制的主要物质，以及酶学和拓扑学变化；DNA聚合酶作用特点，原核生物和真核生物DNA聚合酶的异同；拓补异构酶、引物酶、单链DNA结合蛋白、DNA连接酶的作用；原核和真核生物DNA复制各阶段的特点；端粒和端粒酶概念、结构特点及作用；逆转录概念、作用特点、作用过程及生物学意义；突变概念、突变的类型、切除修复的基本原理。
难点：DNA生物合成过程；端粒和端粒酶的作用
教研室审阅意见：
教研室主任签名：
年月日
基本内容
辅助手段
结合中心法则，概述生命大分子活动的框架
第一节DNA复制的基本规律
1．半保留复制
复制（replication）
半保留复制（semiconservative replication）
半保留复制的意义
2．双向复制
领头连延伸
随从链延伸
（三）复制的终止
二、真核生物的DNA生物合成
（一）复制的起始
（二）复制的延长
（三）复制的终止
三端粒DNA及端粒酶
滚环复制
【本节基本概念】复制子、端粒与端粒酶、逆转录、。
【本节基本要求】熟悉原核和真核DNA的合成过程及异同点。了解端粒酶延长端粒机制。
20min
以复制叉形成示图展示介绍解螺旋酶、异构酶、单链结合蛋白、引发体和连接酶等概念；以图示复制叉的形式，介绍各种蛋白因子在复制过程中的定位和作用。
二、DNA复制的酶学和拓扑变化反应体系60min
三、DNA生物合成过程55min
四、逆转录和其他复制方式20 min
五、DNA损伤（突变）与修复60 min
小结5min
教学重点、难点：
重点：中心法则；DNA分子在生物体内的合成的三种方式：DNA指导的DNA合成，也称复制；修复合成，即DNA受到损伤（突变）后进行修复；RNA指导的DNA合成，即反转录合成，是RNA病毒的复制形式，以RNA为模板，由逆转录酶催化合成DNA。
重点是光修复和切除修复。
SOS是国际海难信号。可引起学生兴趣。
5 min
小结
最后与学生一块讨论：当细胞面对基因损伤时，它将作出怎样的抉择？
【第5、6学时结束】
小结
1．重要名词和概念：中心法则、复制叉、半保留复制、半不连续复制、岡崎片段、领头链、随从链、突变、框移突变、光修复、切除修复、重组修复、等
2.参与DNA复制的重要酶和蛋白质：拓扑异构酶、解螺旋酶、单链结合蛋白、引物酶、DNA聚合酶、DNA连接酶的特点及生物学作用。
第二节DNA复制的酶学和拓扑变化反应体系
参与DNA复制的物质
1.复制的化学反应
2.DNA聚合酶
（1.）53的聚合活性
（2.）核酸外切酶活性
（一）原核生物的DNA聚合酶
（二）真核生物的DNA聚合酶
3.复制保真性的酶学依据
10min通过课件演示、板书、画草图等手段，勾画从基因遗传到生命活动的大致过程
遗传信息流向概述及其意义：从细胞到基因组到基因，从细胞周期分裂到DNA复制到转录到翻译，从遗传信息转化到生物功能的发生，从stem cell到分化的功能细胞，从忠实复制到突变，从遗传到进化，概括叙述生命得以延续的根本。
5.DNA连接酶(DNA ligase)
【本节基本要求】掌握拓扑异构酶、解螺旋酶、单链结合蛋白、引物酶、DNA聚合酶、DNA连接酶的特点及生物学作用
第三节DNA生物合成过程
一、原核生物DNA复制的基本过程
（一）复制的起始
复制起始点（E.coli -oriC）
1、解链
2.形成引发体
3.合成引物
（二）复制的延长
20 min
图示介绍逆转录过程
介绍整合的概念
合成cDNA的应用
HIV病毒
60 min
从生物进化、DNA多态性、DNA损伤与疾病的发生等方面，讨论DNA损伤修复的意义
强调生活环境与DNA损伤的关系
生物因素举例SARS
举例镰形红细胞贫血与点突变。
地中海贫血与重排，说明基因突变与疾病的密切关系。
强调框移突变最严重
二、引发ＤＮＡ损伤的因素
物理因素
化学因素
生物因素
三、突变类型：
点突变
缺失
插入
重排
DNA损伤的修复
分类1
直接修复
切除修复
碱基切除修复（base excision repair,BER)
核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER)
重组修复
SOS修复
分类2
SSBs:BER,NER，et al
列表小结：参与DNA复制的主要成员
插入介复制衍生的技术：PCR反应，简介PCR的组分
20min
分解讲述有关原核生物的DNA生物合成的过程
列表展示原核生物起始的相关蛋白
图解方式讲解复制起始点的组成和概念，以及串联重复序列、反向重复序列的识别
用复制叉图示讲解起始过程
【第3学时结束】
40min
图示领头链连续延伸、随从链断续合成的异同以及延伸方向
简单描述真核生物DNA复制的特点
图示简述真核生物DNA复制过程
简单介绍端粒和端粒酶、端粒帽的概念，及其在真核生物DNA复制中的作用
提一下滚环复制
小结
【第4学时结束】
第四节逆转录和其他复制方式
一、反转录病毒和反转录酶
逆转录概念
反转录酶
反转录过程
二、反转录研究的生物医学意义
第五节DNA损伤、突变和修复
一、基因突变的意义
图示不连续性片段的连接
英文小影片演示整个复制过程，再中/英文复述一遍
When DNA replicated, its strand are separated by the enzyme helicase. Single strand DNA binding protein keeps the strand from re-annealing. One DNA strand encode the leading strand, which form from 5 prime to 3 prime end, using DNA polymerase III, no problem here. But the lagging strand presents problem. It has formed from 5 prime to 3 prime too. It forms pieces called okazali fragments. First a RNA primase lays down the RNA primer, then DNA polymerase III lays down new DNA. the process repeats again and again. DNA polymerase I replaces the RNA primer with DNA, finally DNA ligase links theokazakifragments.
（1）原核生物的单点双向复制
复制起始点，复制叉（replication fork）
（2）真核生物的多点双向复制特性
分子生物学技术简介1
3.半不连续复制（semi-discontinuous replication）
小结【本节基本概念】中心法则、复制（replication）、半保留复制（semiconservative replication）、复制叉（replication fork）、半不连续复制、岡崎片段（Okazaki fragments）、领头链和随从链、引发体
实施情况及分析
熟悉：半保留复制的实验依据；DNA复制的方向性、保真性；复制起始和冈崎片段、引发体、负超螺旋概念；突变的意义、引发因素。熟悉光修复、SOS修复及重组修复的概念。
了解：端粒酶延长端粒机制；滚环复制。
大体内容与时间安排，教学方法：(以电脑幻灯片边演示边讲述为主，有时板书讲述)
一、DNA复制的基本规律40min
DSBs：HDR,SSA,NHEJ,MMEJ,etal
非同源序列末端连接
【本节基本概念】突变、框移突变、切除修复、重组修复和SOS修复
【本节基本要求】掌握DNA突变的概念及突变类型。掌握损伤DNA的修复机制。了解突变的意义及引起突变的因素。了解引起地中海贫血和镰形红细胞贫血的分子机制。
本章要求掌握内容
从DNA polI，到介绍工具酶：Klenow fragment，限制性内切酶
图示DNA polIII的组成结构
亚基形成核心酶，合成DNA，3’到5’外切酶，组装；固定核心酶在模板上；使两核心酶二聚化，分别负责领头链和随从链；控制钳开合
列表比较原核、真核生物DNA聚合酶的种类和功能
表12-1，表12-2讲述原核、真核生物各类聚合酶的性能
没有规矩不成方圆