第十三章 核酸的生物合成 本章主要讨论DNA的生物合成即...

(二)DNA修复：目前已知细胞内有四种修复系统：
光复活；切除修复(复制前修复)；重组修复(复制后修复)；诱导修复和应急反 应（SOS），后三种又称为暗修复。
修复工作相继由四种酶催化，分为四步进行：（参见P348，图19-24右半部） ①切开（特异的核酸内切酶催化）：切开二聚体的5′端一侧， ②切除（核酸外切酶催化）：切除含二聚体的片断。 ③修复（DNA聚合酶Ⅰ催化）：在敞开的3′-OH上逐个接上正确的脱氧核苷， 形成与另一链有互补关系的短链。 ④连接（DNA连接酶）：将新合成的正确片段3′-OH与切去缺陷片断后而敞开 的5′-P，拼接起来。
一、DNA指导的RNA聚合酶的作用：（DDRP）
（一）反应所需条件及反应特点：
1、原料(或底物)：四种5′-三磷酸核苷(NTP)缺一不可。 2、模板及因子：DNA模板、Mg2+ 或Mn2+，一般双链中只有一 条链作为转录的模板链。 3、反应进入的核苷酸的5′-P与另一核苷酸的3′-OH形成磷酸二酯 键。 4、反应方向：5′→3′。 5、四种NTP参加的先后顺序：由DNA模板决定，受碱基配对支 配，而不受四种NTP相对浓度影响。
一、DNA的半保留复制 (P321 图19-1 P321 图19-1) 在 DNA 复制过程中，每个子代分子的一条链来自亲代 DNA，另一条则是新合成的，这种复制方式称为半保留复 制。实验证明见课本。 生物意义： DNA 的半保留复制机制可以说明 DNA 在代 谢上的稳定性。
（一）、反应所需的条件及反应的特点： (1)原料(或底物)：四种5′三磷酸脱氧核苷(dNTP)，缺一不可。 (2)模板及辅助因子：DNA模板、Mg2+(或Mn2+)或DNA二条链(一条 链为模板，一条链为引物) (3)引物链：具有自由3′-OH的RNA或DNA片段(约10个核苷酸) (4)反应：由引物末端3′-OH与进入的5′三磷酸脱氧核苷的α磷酸残 基化合，生成酯键(3′5′磷酸二酯键，并脱下焦磷酸) (5)方向：DNA 链由5′→3′ (6)能量：来自α与β之间的高能磷酸键裂解 (7)四种dNTP参加反应的先后顺序，由DNA模板决定，受碱基配 对支配；而不受四种dNTP相对浓度的影响。 (8)产物DNA的性质与模板相同。这说明DNA聚合酶是一种模板指 导的酶。
(三)拓扑异构酶：
生物体内DNA分子通常处于负超螺旋状态.
拓扑异构酶的作用
拓扑异构酶的作用
• 拓扑异构酶的作用 是使DNA的超螺 旋的圈数增加或者 减少。 • 此作用需要ATP分 解提供能量。
(四)DNA解螺旋酶及单链结合蛋白(SSB)：
(五)引发酶(引物合成酶) 又称特定的RNA聚合酶 根据DNA的顺序合成RNA引物，本质上是 RNA聚合酶 RNA引物（约10个核苷酸的RAN片段）是由引 发酶（引发体）来合成的，合成时不需要引物， 其碱基与一般模板DNA配对，合成的方向是 5′→3′。
（二）延长：
当RNA链合成开始后，σ 因子就脱落下来，可与另一核心酶 结合而被重新使用。为了能沿模板移动，全酶必须放松对DNA 的结合，这些变化使得：此时RNA聚合酶构象改变：全酶→核心 酶+σ 因子。参见P361。核心酶可沿DNA链滑行向前，利用NTP 为原料，连续合成RNA，不断延长RNA链，延伸时所合成的多 核苷酸链并不全保留在模板上，对一条RNA合成链而言，在任何 时候只有一个连接点，该点沿DNA链移动，连续转录出相同的 RNA产物。当核心酶滑向前时，已被转录的DNA前段分开的部 分链又重新并合，形成双螺旋，这一开一合逐步不断进行，直到 转录过程结束。
（三）终止
在DNA分子上有终止转录的特殊信号（终止子），这些信号一些可被 RNA聚合酶自身识别，另一些则需ρ 因子帮助(终止辅助因子，又称终止因 子 )。 （1） E.Coli中存在两类终止子：①不依赖于ρ的终止子(简单终止子)。 ②依赖于ρ的终止子。 ①不依赖于ρ 的终止子(简单终止子)：现已弄清许多DNA分子的终止区 域，发现在终止点之前有一双重对称的G与C丰富区，紧接着还有一A和T多的 排列顺序。因此在些区域内转录的RNA能自身互补(G……C)而形成发夹形结 构，AT丰富区有一连串的AAAA，故新生RNA链终止末端带有多个U残基 (UUUU),很可能在这些结构中一个或多个即是终止信号。 ②依赖于ρ的终止子：在某些终止点有种特殊蛋白质ρ蛋白(rho protein)， 其分子量为5.5万，能辩认终止信号，并与酶结合，以阻止核心酶再向前滑动， 于是转录作用停止，并释放出产物RNA、ρ因子、RNA聚合酶。在依赖ρ因子 的终止点处，RNA聚合酶只是在此暂停，但不终止，需ρ的帮助，才能停止 转录。
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。
第十三章 核酸的生物合成
本章主要讨论DNA的生物合成即DNA的半保留复制；RNA生物合成即DNA到RNA的转录。 现加上下一章蛋白质的生物合成内容(即翻译过程)，就构成了分子遗传学中心法则。
第一节
DNA的复制与修复
研究DNA复制的目的就是要了解三个问题。 第一、子代DNA为什么能够直接地获得新DNA的遗传信息? 第二、复制是怎样进行的 第三、生物体是怎样对DNA复制进行调控的?
（二）与DNA聚合酶的不同之处
1、 不需要引物； 2、作用方式不同；DNA碱基顺序的转录是通过全保留方进行的。 3、不具有核酸酶的活性(RNase或DNase的活性)
(三)RNA聚合酶的种类和组成：
1、 大肠杆菌的RNA聚合酶组成： 全酶分子量约为46万；它包括两条α 链(α 2)、一条β 链(β )、一条β ′链 (β ′)、一分子σ 因子（σ ），其中σ 因子的功能是识别模板上特殊起始 点，使 DDRP 结合到 DNA 启动子上，故在转录开始后即被释放 ，剩余 α 2β β ′部分称为核心酶，催化转录继续进行。 2、现真核细胞中有酶Ⅰ(A)、酶Ⅱ(B)、酶Ⅲ(C)都是金属酶。（含 Zn2+、Mg2+、或.Mn2+）它们的结构分布部位及功能都不完全相同 ①酶Ⅰ分布于核仁中，催化合成核仁的rRNA(18s、28s、5.8s) ②酶Ⅱ在核质中催化合成mRNA的前体及病毒RNA ③酶Ⅲ在核质中催化合成5sRNA及tRNA。 除了上述细胞核RNA聚合酶外，还分离到线粒体RNA聚合酶和 叶绿RNA体聚合酶。其功能详见P362。
(2)DNA 聚合酶Ⅱ特殊作用：目前尚不大清楚，可能在 DNA修复中起作用。 (3)DNA 聚合酶Ⅲ的特殊作用：主要参与绝大多数新的 DNA的合成。
DNA聚合酶Ⅰ M.W. 109Kdal 单一多肽链，聚合1000个核苷酸/分/分子 DNA聚合酶Ⅱ M.W. 120Kdal 单一多肽链，聚合2000个核苷酸/分/ DNA聚合酶Ⅲ M.W. 180Kdal 单一多肽链，聚合50000个核苷酸/分/分子
三、DNA的半不连续复制
DNA解链后，DNA聚合酶即以分开了的两条多核苷酸链为模板 进行复制。DNA两条链都能作为模板。以复制叉向前移动的方向为 标准，走向为3′→5′的模板链上的DNA能以5′→3′方向连续合 成，直到所需的长度，这条链能连续合成称为前导链，而另一条走 向为5′→3′的模板链却不能连续合成，称为滞后链。1968年日本 学者冈崎等提出了DNA的不连续复制模型，认为需先合成一些约为 1000～2000个核苷酸(真核生物为100～200个)DNA片段(称为冈崎片 段)，其合成方向也是5′→3′，但与复制叉移动的方向相反，这些 片段合成后可在DNA连接酶作用下拼接起来，直到其长度与前导链 相等。DNA这一复制过程称为半不连续合成(Semidis-continous)。
(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 。
生物学意义：能使正常机体在内外环境因子高速度变化的条件下，保持遗传 信息稳定和复制的准确性。
第二节 RNA的生物合成与加工
现已肯定：细胞内所有 RNA 都是以 DNA 为模板在胞核 中合成，其绝大部分进入胞液中，发挥其指导蛋白质合 成的功能，只有小部分留在胞核中起结构及调节作用。 RNA： 分 为 三 种 ： mRNA( 信 使 RNA)、tRNA( 转 运 RNA)、rRNA(核糖体RNA)。 mRNA：将从 DNA 转录来的遗传信息传递给蛋白质， 作为蛋白质合成的直接模板。一分子mRNA，可表达一 个或一组基因。 tRNA：将活化了的AA运送到核蛋白体供给合成蛋白质 之用。 rRNA：组成核蛋白体 ( 核糖体 ) ，作为细胞内蛋白质合 成场所，细胞内 RNA 的合成可由 DNA 指导的 RNA 聚合 酶、 RNA 指导的 RNA 聚合酶、多核苷酸磷酸化酶等催 化。但转录作用只有在 DNA 指导的 RNA 聚合酶的作用 下才发生。
六、DNA复制调控(了解)：
1963年 Jacob等提出复制子模型（即一个复制单位）：（P 344） 它的一个结构基因能产生一种蛋白质——起始因子（initiator）,具有 感受细胞内信号、识别复制基因、促使复制开始等作用。 复制子中存在正、负调节系统，调控机制很复杂。