核酸的生物合成

带动全酶解开DNA双链,
2. 形成引发体，
促使转录起动；
合成RNA引物；
σ因子随之脱落下来；
3. 按A=T、G=C碱基配对
在关键酶催化下,
规则，合成DNA；
使RNA链不停延长；
4. 切除引物、填补空隙、
ρ因子终止链延长。
形成冈崎片段；
5. DNA连接酶连接封口，形成长链DNA；
6. 在Tus蛋白参加下，终止复制
E. E. 子代DNA中只有一条链碱基排列次序与亲代完全一样
核酸36的生物合成
第36页
3. DNA复制过程中发生以下酶促反应
A. 解链酶将DNA双链局部解开为两条单链
B. B. 引物酶催化合成RNA引物
C. C. DNA Pol Ⅲ催化合成DNA
D. D. DNA Pol Ⅰ切除引物、填补空隙
E. E. DNA连接酶将冈崎片断连接成长链DNA
＊RNA Pol Ⅱ
存在于核质,催化hnRNA(mRNA前体分子)合成。
hnRNA
加工mRNA
核酸27的生物合成
第27页
（三）底物 ： ----四种三磷酸核糖核苷(NTP)
（四）终止因子( ρ ) ： ----识别终止信号。
核酸28的生物合成
第28页
二、RNA转录过程
（一）转录过程 1. RNA聚合酶识别和结合模板（起始阶段）
整合到宿主细胞 染色体中、表示 病毒蛋白。
逆转录酶最少含有以下3种酶活性：
⑴ RNA指导下DNA聚合酶活性（逆转录酶）；
⑵ 水解RNA（RNA-DNA杂交链）酶活性（RNase H 活性 )；
⑶ DNA指导DNA聚合酶活性
核酸13的生物合成
第13页
逆转录酶是分子生物学中一类主要工具酶 1. 制备多肽类产品
得到克
第14页
三. DNA复制与端粒、端粒酶
DNA复制时，因为受DNA聚合酶特征限制，子代DNA链最终一个片 断去除引物后，无法填补空隙，易造成子代DNA链缩短。
端粒:
位于真核生物染色体末端（一条链3-OH），由蛋白质和DNA（人类： “TTAGGG”重复序列）紧密结合结构。
端粒功效：
防止染色体DNA链缩短；预防染色体融合或降解；维持染色体结构稳
第32页
原核生物： 转录产物不需加工；
真核生物： 转录产物需要加工
mRNA
5端加帽 3端加尾
包含：
剪接（切除内含子、连接外显子）
tRNA—— 碱基修饰 rRNA—— 与蛋白质结合，形成核糖体
核酸33的生物合成
第33页
DNA和RNA生物合成比较(1)
复制
转录
1. 原料
dNTP
NTP
2. 模板
DNA两条链 DNA一条链
核酸7 的生物合成
第7页
3. DNA聚合酶（E.coli有3种DNA pol,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）
3种DNA聚合酶共性：
① 3种酶都有以DNA为模板、催化合成DNA活性
② 催化DNA合成含有方向性
模板链阅读方向： 3ˊ→ 5ˊ
新链延伸方向： 5ˊ→ 3ˊ
③ 3种酶都含有3ˊ→ 5ˊ核酸外切酶活性，以校正
复制错误。
核酸8 的生物合成
第8页
3种DNA聚合酶特征：
（1） DNA聚合酶Ⅰ（Pol.Ⅰ）是多功效性酶 ① 依赖其5ˊ→3ˊ外切酶和5ˊ→3ˊ聚合酶活性，切除RNA引
物，填补空隙； ② DNA损伤时，起切除及修复损伤DNA作用； ③ 在体外，含有“切口平移”作用；
3ˊ
3ˊ
小结：
Pol Ⅰ缺口平移
DNA Pol Ⅰ呈多功效性，不但含有催化DNA合成活性，还含有校正错
1. 光复活
核酸21的生物合成
光修复酶
第21页
2 切 除 修 复
核酸22的生物合成
.
(DNA Pol Ⅰ) (DNA Pol Ⅰ)
连接
第22页
.
3 重 组 修 复
核酸23的生物合成
复制 重组 再合成
第23页
4. SOS修复
5.
当DNA广泛损伤、难以修复时，
6. 诱导产生一类特异性低、选择碱基能力差DNA聚合
C TAT G GATAC CTAT G GATAC
第3页
半 保 留 复 制 证 据
核酸4 的生物合成
Meselson－Stahl experiment
第4页
（复制基础标准） 1. 半保留复制 2、复制起始点（ori） 3、双向复制 4、半不连续复制
领头链
5’
3’
Replication fork 3’
定性和完整性。
核酸15的生物合成
第15页
端粒酶:
是一个本身携带RNA模板逆转录酶，能够催化合成端粒 DNA（TTAGGG重复序列）。
端粒酶特殊生物学功效：
1） 端粒酶活性提升端粒序列延长遗传信息稳定性增高；
2） 活化端粒酶端粒DNA序列延长细胞分裂旺盛细胞寿
命延长；
3） 抑制端粒酶活性能够限制转化细胞生长抑制肿瘤形 成。
AGC C AAAACCCCAAA ACA A
U
A
C
3’
5’
DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3’)
3’----
AGC C AAAACCCCAAA ACA A
U
A
C
3’
5’
Further polymerization 第17页
四、 基因突变和DNA损伤与修复
自发突变; 诱发突变；
位于 11号染色体 Hbβ 的基因家族
ε
1 γ γ2
δ
β
ε'
1' γ γ2'
δ'
ε
1 γ γ2
δ
β'
β
β'
ε'
1' γ γ2'
δ'
ε
1 γ γ2
δ
N δC'β β'
ε'
1' γ γ2'
δN' βC
图14-14 由基因重排引起的两种地中海贫血基因型
核酸20的生物合成
第20页
（三）损伤DNA修复
↓（转录） 5´…… G G A G U A C A U G U C ……3´ mRNA
↓（翻译） N…… Ala …Val… His … Val … C 多肽链
核酸25的生物合成
第25页
（二） RNA聚合酶 (E.coli )
σ因子：
识别转录起始点，并与之结合，带 动全酶解开双链，促进转录开启;
2. 形成引发体，合成RNA引物；
3. 按A=T、G=C碱基配对规则，合成DNA；
4. 切除引物、填补空隙、形成冈崎片段；
5. DNA连接酶连接封口，形成长链DNA；
6. 6. 在Tus蛋白参加下，终止复制。
核酸12的生物合成
第12页
二、逆转录
以RNA为模板合成DNA过程。
RT
RT
RT
RNA RNA-DNA DNA cDNA
核酸35的生物合成
第35页
《核酸生物合成》课堂练习
1. 基因表示包含以下过程
A. 复制 D. 逆转录
B. 转录 E. 以上都是
C. 翻译
2. DNA半保留复制包含以下关键点
A. 亲代DNA局部解开为两条单链
B. 以其中一条单链为模板
C. 严格恪守G ≡ C 、A = U碱基配对法则
D. 合成子代DNA中，只有一条链是新合成
随从链 核酸5 的生物合成
Ori
5’
（刚合成一段一段DNA片断）
冈崎片段
3’
5’
第5页
（二）参加DNA复制过程主要酶类
DNA拓扑异构酶（ 拓扑酶，Topo ）
1. 解旋、解链酶类 解链酶类
单链DNA结合蛋白（SSB）
1） Topo ：
改变超螺旋结构
复制前 → 松弛超螺旋
复制后 → TopoII作用下，重新引入
2）解链酶 ：
超螺旋（需ATP供能）
解开氢键，形成两条模板单链；
3）SSB
附着在解开单链上，稳定单链构象。
核酸6 的生物合成
第6页
2. 引物酶与引物
1) 在解链酶及其它蛋白因子参加下识别复制起 始点，并结合引物酶形成引发体；
2） 引物酶催化合成引物RNA
（引物RNA3ˊ-OH末端作为DNA合成起始点）
9.
以DNA两条链为模板
核酸10的生物合成
第10页
（三） DNA复制过程（示意图）
3’
5’ 领头链
随从链
SSB
3’ 聚合酶Ⅲ 引物酶
解链方向
3段
引物
解链酶
引发体
拓扑酶
聚合酶Ⅰ
核酸11的生物合成
（切除引物，填补空隙）
第11页
（三） DNA复制过程（关键点）
1. 模板DNA解旋与解链，形成复制叉；
（一）引发突变原因
（大剂量紫外线照射，电离辐射，化学诱变剂：亚硝胺类、多环芳香烃等）
（二） 基因突变类型 1. 点突变（碱基置换）
转换: A G 或 C T ；
颠换 : 嘌呤碱 嘧啶碱
核酸18的生物合成
第18页
A
U
缬
2. 框移突变 缺失 或插入1个碱基
核酸19的生物合成
第19页
3. 基因重排
3. 引物
需要RNA引物 不需引物
4. 新连延伸方向 5ˊ→3ˊ
5ˊ→3ˊ
5. 主要酶类
DNA聚合酶
RNA聚合酶
解旋、解链酶类 （α2ββˊσ）
引物酶
终止因子(ρ)
DNA连接酶
核酸34的生物合成
第34页
DNA和RNA生物合成比较(2)
复制过程
转录过程
1. 模板DNA解旋与解链，
σ因子识别起始点,
形成复制叉；
第30页
2. 延伸阶段
由关键酶沿着模板链35方向滑动，按A=U、G≡C 碱基配对规则，合成5 3方向RNA链。
核酸31的生物合成
RNA polymerase 转录空泡
模板链
第31页
3. 终止阶段 4. 1） 形成发夹结构，终止转录；
5. 2） ρ识别、并结合终止信号区，终止转录
核酸32的生物合成
误、切除引物、填补空隙、修复损伤DNA等作用。
核酸9 的生物合成
第9页
（2）DNA聚合酶Ⅲ（Pol.Ⅲ） 是主要复制酶。
（3）DNA聚合酶Ⅱ（Pol.Ⅱ）
（不详）
4. DNA连接酶
将刚合成、一段一段DNA片段连接成长链。
5. 其它
6. 1） 原料 （底物）
7.
4种三磷酸脱氧核苷（dNTP）
8. 2） 模板
RNA 聚 合 酶
（α2ββˊσ）
α2ββˊ（关键酶）：
延着模板链3ˊ→ 5ˊ滑动，按A-U、 C-G碱基配对规则， 催化合成5ˊ→ 3ˊ 方向RNA链。
核酸26的生物合成
第26页
真核生物RNA聚合酶有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3种
RNA Pol Ⅰ 存在于核仁,催化大分子rRNA合成;
RNA Pol Ⅲ 存在于核质,催化tRNA和小分子 rRNA合成;
核酸的生物合成
核酸的生物合成
第1页
第一节 DNA生物合成（复制）
基因、基因组、基因表示
复 制
转录
DNA
RNA 翻译
蛋白质
逆转录
（亲代 子代）
核酸2 的生物合成
遗传信息传递“中心法则”
第2页
一、DNA复制
（一）DNA复制基础标准
1、半保留复制
C TATG GATAC
核酸3 的生物合成
CTAT G GATAC
酶，进行错误复制——应急修复（SOS修复）
核酸24的生物合成
第24页
第二节 RNA生物合成（转录）
一、参加转录主要物质 （一）模板： (以DNA一条链为模板)
DNA 5´……G G A G T A C A T G T C …3´（编码链，+ ）
3´……C C T C A U G U A C A G …5´（模板链，- ）
核酸16的生物合成
第16页
端 粒 酶 合 成 端 粒 爬 行 模 式
核酸17的生物合成
DNA5’----TTTTGGGGTTTTG-OH(3’)
3’----
AGC C AAAACCCCAAA ACA A
U
A
C
3’
5’
DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTT G-OH(3’)
3’----
σ因子识别转录起始点，带动全酶与开启序列（－10 35bp） 结合，促使双链局部解开，开启转录 。
结合
开启序列
转录起始点
0
核酸29的生物合成
（Pribnow盒） （一旦转录开启， σ因子脱落下来第2）9页
核酸30的生物合成
转录起始点 (－25 －30bp)
(-30 -110bp)
真核生物转录开启子
IL-2（133aa） 依据3个碱基代表1个aa标准 推测、并体外合成mRNA 逆转录酶cDNA 整合到
E.coli中
表示 mRNA
cDNA
将其插
入 E.coli
基因治疗 cDNA探针 基因诊疗
F. 4. 文件登载基因序列，通常指是
G. 模板链
B. 编码链
C. DNA两条链
D. mRNA
E. 领头链
E. 5. 识别转录起始位点是
A. 亚基
B. σ因子
C. 亚基
D. ´亚基 核酸37的生物合成
E. 关键酶
第37页