第10章核酸及蛋白质的生物合成

复制—遗传物质从亲代
DNA传递到子代DNA分
子上，合成出与原来
DNA相同分子的过程。
转录—在DNA分子
Reverse transcription
上合成出与其核苷酸顺
序相对应的RNA的过
程。 翻译—在RNA的指导下，
根据核酸链上每三个核苷
酸决定一个氨基酸的三联
体密码规则，合成出具有
特定氨基酸顺序的蛋白质
1 形成γ复合物
β
4 两个β亚基形成滑动夹子，以提
高酶的持续合成能力。
pol- Ⅲ 异二聚体结构
pol- Ⅲ 异二聚体结构
β亚基由两个形成夹子结构
（4）DNA聚合酶Ⅳ和DNA聚合酶Ⅴ
涉及DNA的错误倾向修复。使修复缺 乏准确率。
DNA受到较严重的损伤时，即可诱导 产生这两种酶。
DNA聚合酶
酶
Top I , Top II
Helicase (rep protein)
复
Single Strand Binding protein (SSB)
Helix destabilizing protein (HDP)
制
DnaB pritein
for primosome
DnaC protein
体
Primase
AT GC AT AT CG
AT GC AT AT CG
AT GC AT AT CG
亲
子子
亲
链
链链
链
二、DNA复制的起点和方式J.Cairns（1963年）
复制子—基因组能独立进行复制的单位。
每个复制子都含有控制复制起始的起点（富含A、T区）， 可能还有终止复制的终点。复制是在起始阶段进行控制的，一 旦复制开始，它既继续下去，，直到整个复制子完成复制。
用反。应分三步进行：
第一步：NAD或ATP+DNA连接酶
酶-AMP复合物
第二步：酶将AMP转移给DNA切口处的5′磷酸，形成AMP-
DNA。
第三步：通过相邻链的3′-OH对活化的磷原子发生亲核攻击，
Nick生：成指3断′ ，裂5的′磷磷酸酸二二酯酯键键。。同时释放出AMP。
Gap：指缺失核苷酸
四、原核生物DNA生物合成过 程 进化中形成了活的多酶复合体 replisome
（2）DNA聚合酶Ⅱ（ pol- Ⅱ）,
DNA聚合酶Ⅱ 为多亚基酶。 作用： A:从5` 3`方向合成DNA，并需要带有缺口的双链DNA作 为模板，缺口不能过大。 B: 3` 5`核酸外切酶活性，但无5` 3` 核酸外切酶活性。
不是复制酶，而是修复酶。 每分子每分钟催化2400个dNTP的聚合。 每个大肠杆菌细胞约有100个分子DNA聚合酶Ⅱ 。
引发体的下游解开双链，再由引物酶催化引物的合成。
Primosome （consists of six proteins）
PriA (dual role) displace SSB from S.S DNA and helicase DnaT required at prepriming stage DnaB is central component, action with DnaC DnaC is central component, action with DnaB PriB function is unknown PriC function is unknown DnaG primase
DNA聚合酶Ⅲ全酶亚基组成
亚基 亚基数
亚基功能
α
核
心 酶
ε
2 聚合活性。催化从5` 3`方向合 成DNA。
2 3'→5'外切酶活性，校对功能 核心酶
θ
2 组建核心酶
τ
2 核心酶二聚化
γ
夹δ 子 装 δ' 配χ 器φ
2 依赖DNA的ATP酶，形成γ复合 物
1 可与β亚基结合，形成γ复合物 1 形成γ复合物 1 形成γ复合物
DNA新起始方式（de novo initiation）复制的基本模式
Parental D.S,DNA Unwinding protein
RNA polymerase Primase
Replication loop RNA primer
DNA polymerase
leading Strand
lagging Strand
水解ATP推动DNA解链
解螺旋
合成引物
2、延伸阶段
前导链—以走向3’ 5’的亲代链为模板，连续合成子代链。 滞后链—以走向5’ 3’的亲代链为模板，不连续合成子代链。 冈崎片断—滞后链侧的 较小的DNA片断。
半不连续复制：在复制 叉上前导链连续合成子 代链，而滞后链不连续 合成子代链。
每一个复制叉上只有一 个DNA聚合酶Ⅲ全酶的二 聚体。同时在前导链和滞 后链上完成复制任务。
（3）DNA聚合酶Ⅲ（pol- Ⅲ）
DNA聚合酶Ⅲ为多亚基（10种）组成的蛋白质，其全酶由α、 β、γ、δ、δ‘、ε、θ、τ、χ、ψ10种亚基组成。 是DNA的复制酶。 每个大肠杆菌细胞约有10-20个分子DNA聚合酶Ⅲ。
作用：其性能与DNA聚合酶Ⅱ相似。 A:需要模板，以dNTP为底物，需要有引物的存在，从5` 3` 方向合成DNA。 B:具有3` 5`核酸外切酶活性，但无5` 3`核酸外切酶活性。 C：多亚基酶。
作用
DNA聚合酶 不能从无到有开始DNA合成，要有引物链。5'
Ⅰ
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 5' 3'聚合酶及3' 5'外切酶酶作用，可校正/修
Ⅱ
复DNA链。
DNA聚合酶 与酶Ⅰ作用类似，酶活高，是主要的链延伸酶
Ⅲ
（聚合酶 replicase）。
DNA聚合酶 涉及DNA的错误倾向修复。DNA受到严重损伤
Ⅳ
时，可诱导产生，使修复缺乏准确性。
（四）DNA连接酶
DNA聚合酶只能催化DNA链的延长反应，不能使链之间连接。
DNA连接酶催化双链DNA切口处的5‘磷酸基和3’羟基生成
磷酸二 酯键。
DNA连接酶在DNA的复制、修复和重组等过程均起重要的作
Elongation of lag.& lea. strands DNA polymerase
RNA-primed DNA pieces (1kb)
Continuous 5’ to 3’ in Leading S. Discontinuous 3’ to 5’ in lagging S. Two long DNA pieces Many shorter DNA pieces (1-2 kb)
（一）复制中解链和DNA分子拓扑学变化
解螺旋酶（DNA helicase) 解开双链。同样功能的还有Rep蛋白。
解旋、 解链酶
DNA拓扑异构酶（Top I 、Top II）改变DNA分子拓 扑构象。 单链DNA结合酶 （SSB) 维持模板的单链状态并保持单链的完整。
共同起解开、理顺DNA链，维持DNA在一定时间内处于单链状态的作用。
Repair & filling in 5’ to 3’
Poly(dNt) ligase
眼形结构
Bidirectional lengthening of new stands
三、原核生物DNA复制的酶学
DNA复制所需的物质及作用
1、底物：dNDP 。 2、聚合酶：依赖DNA的DNA聚合酶，简称DNA-pol。 3、模板：解开成单链的DNA母链。 4、引物：提供3´-OH末端，使dNDP可以依次聚合。 5、其他酶和蛋白因子（如：引物酶、解旋酶、DNA连 接酶、拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白等）。
拓扑—物体或图像做弹性位移而又保持物体不变的性质。
核酸的拓扑结构—核酸分子结构的空间关系。
Top I
Top II
Cut D.S. DNA ATP
Ligat e
Top I在DNA的一股链上产生缺口，使另一条链得以穿越。 Top II则在DNA的双链上产生缺口，使另一双链DNA片段得以穿越。
（二）引物酶（Primase)和引发体(Primosome)
Ung-ase
DNA Polymeras I Ligase
包括起始、延伸和终止三个阶段。 1、起始阶段
复制的起始阶段主要是引发体的形成。
(1)Dna A 蛋白识别并结合于起始点ori C。 (2)Dna Ｂ、Pri A、引物酶等相继结合，组成复制引发体。 （3）拓扑异构酶Ⅱ引入负超螺旋，促进Dna A的结合，同时 消除扭曲张力。 （４）ＤＮＡ聚合酶Ⅲ结合到模板上，在引物的３′－ＯＨ后 面合成新的ＤＮＡ链。
引物酶(Dna G )：催化引物合成的一种RNA聚合酶。 引物酶在模板的复制起始部位催化互补碱基的聚合，形成短片断的RNA。引物
酶和解螺旋酶共同起作用。
辨认起点
解螺旋
引物酶
引发体： Dna A 蛋白、 Dna B蛋白 、Dna G 蛋白、 Dna C及其他复制因子，
一起形成复合体，结合引物酶，形成较大的聚合体，再结合到模板DNA上。
肽链的过程。
10.1 DNA的生物合成
复制过程可分为：起始、延长和终止3个阶段。
一、DNA的半保留复制
通过碱基配对(A-T,C-G),两条链连在一起，成为 互补链。一条链上核苷酸排列顺序决定了另一条链上 的核苷酸排列顺序，每一条链都含有合成它的互补链 所必需的全部遗传信息。
DNA复制过程中，首先碱 基间氢键断裂并使双链解旋和 分开，然后每条链可作为模板 在其上合成新的互补连，新形 成的两个DNA分子与原来 DNA分子的碱基顺序完全一样。 在此过程中，每个子代分子的 一条链来自亲代DNA，另一条 链子是新合成的。这种方式称 为半保留复制。