第九章核酸代谢

复制
DN A
转录 反转录
RN A 翻译
复制
蛋白质
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(一) DNA的复制
1. DNA的半保留复制(Semiconservative Replication )P302
• 概念：复制时，
DNA两条链解开，
分别以每条链为
模板合成互补链，
形成的两个子代
DNA中均有一条
链来自亲代DNA，
另一条链是新合
成的。
✓ 由10种亚基组成的不对称二聚体 ✓ α、ε和θ构成核心酶 ✓ α亚基有聚合活性
✓ ε亚基有3’→5’外切酶活性
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(3)连接酶
• 催化双链DNA切口上5’-P与3’-OH的共价 连接。
• 连接反应需要能量。 • 不催化两条游离DNA单链的结合。
NA + D NMN
HOP
ATP AMP+PPi
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1
限制性内切酶：能够识别双链DNA上特定核 苷酸序列并进行切割的核酸内切酶。P285
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2
二、DNA的生物合成
1.核苷酸的生物合成P289
• 动植物、微生物可合成嘌呤或嘧啶的核苷 酸，基本途径有：
①利用核糖、磷酸、Aa、CO2、NH3合成 核苷酸，不经过碱基、核苷的中间阶段，
称为“从头合成”途径或“从无到有”途 径；
②利用体内游离的碱基或核苷合成核苷酸，
称为补救途径。
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3
2.基本概念P300
• DNA复制(replication)：在亲代DNA双链的每一 条链上，按照碱基配对准确地形成一条新的互 补链，结果生成两个与亲代链相同的DNA分 子的过程；
• 转录(transcription)：以DNA链为模板，通过碱 基配对的方式将其中所含的遗传信息传给RNA 链，合成与DNA互补的mRNA链的过程；
• 翻译(translation)：以mRNA链为模板，按照 mRNA分子上三个核苷酸决定一种Aa的规则， 合成具有特定Aa顺序的蛋白质的过程；
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• 中心法则(The Central Dogma)：由DNA决定 RNA的碱基顺序，又由RNA决定蛋白质中 的Aa顺序，这叫中心法则，也叫信息流。 P301
第九章 核酸代谢
Nucleic Acid Metabolism
一、核酸的酶促降解P283
核酸酶
核苷酸酶
核苷磷酸化酶
核酸 核苷酸
核苷 核苷酶
碱基+戊糖-1-磷酸
磷酸
碱基+戊糖
• 根据对底物的专一性分为：核糖核酸酶(RNase)
和脱氧核糖核酸酶(DNase)
• 根据切割位点分为：核酸外切酶和核酸内切酶。
复制时双链打开，分开成两股，新链沿着张 开的模板生成，复制中形成的这种Y字形的 结构称为复制叉P308。
3'
5' 解 链 方 向 3 ' 3'
←复制方向
5'
5'
复制叉
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②另外一条链(随后链,lagging strand)的合 成是不连续的，复制叉打开后，也是按 5’→3’方向即母链的3’→5’方向 (与复制叉方向相反)合成若干个短片段， 然后通过连接酶连接起来，所以整个过 程是半不连续的。
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(6)拓扑异构酶（旋转酶）
• 兼有内切酶和连接酶的活力，既能水解，又能 连接磷酸二酯键。
• Ⅰ型拓扑异构酶：使DNA一条链断裂和再连接 • Ⅱ型拓扑异构酶：使DNA两条链断裂和再连接
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• 实验依据：1958年 Meselson & Stahl E.coli 同位素标记（15N）结合密度梯度离心法
全保留复制
半保留复制
h
分散复制
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2.DNA的半不连续复制P318
(Semidiscontinuous replication)
• DNA的两条链方向 是相反的(5’→3’， 3’→5’)；
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(1)引物酶
• 已知的任何一种DNA聚合酶都不能从头 合成一条新DNA链，DNA的合成需要一 段引物。
• 大多数细胞中引物为RNA，合成这些引 物的酶称为引物酶。
• 引物酶以单链DNA为模板，NTP为底物 合成RNA。
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(2) DNA聚合酶
• 以四种dNTP为底物，在DNA模板的指令 下，按照碱基互补配对的原则，把dNTP 逐个添加到引物或延伸链的3’－OH末端， 形成3’,5’磷酸二酯键。新合成的链按 5’→3’方向进行延伸。
酶(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，简写为DNA-pol； • 模板(template)：解开成单链的DNA母链； • 引物(primer)：提供3´-OH末端的寡核苷酸； • 其他的酶和蛋白质因子：DNA解链酶
(helicase) 、DNA旋转酶(gyrase)、引物酶 (primase)和引发体 (primosome)、 DNA连接酶 (ligase)、单链结合蛋白(single-strand binding protein,SSB)。
5' 解 链 方 向 3'
3'
5 '
3'
3 ' 5 '
5' 3 '
复制方向→
5'
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冈崎片段P308
• 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。
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(2)条件P303-
306
• 底物：dNTP(dATP、dGTP 、 dCTP 、dTTP) • 聚合酶(polymerase)：依赖DNA的DNA聚合
• DNA聚合酶Ⅰ
✓ 可以催化DNA链的延长（5’ →3’聚合） ✓ 由5’端水解DNA链（5’→3’核酸外切酶活性） ✓ 由3’端水解Baidu NhomakorabeaNA链（3’ →5’核酸外切活性）校对
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• DNA聚合酶Ⅱ：多亚基酶，聚合作用，但 聚合活力很低；具有3’→5’外切酶活性。
• DNA聚合酶 Ⅲ：真正起复制作用的酶
• DNA合成需要DNA 聚合酶，它只能使 DNA链从5’→3’ 合成，所以复制是半 不连续的。
3’
h
5’ 3’ 5’
3’ 3’ 5’
3’ 5’ 5’
3’ 59’
要点：
①沿着复制叉(replication fork)移动的方向，先 合成前导链(leading strand)，前导链复制是连 续的，其复制方向与复制叉移动方向一致；
5′
3′
5′
3′
3′
5′ DNA 3l′igase
5′
DNA连接酶在DNA复制、修复和重组过程均起重要作用。
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(4)解螺旋酶（解链酶）
• 利用水解ATP释放的能量，催化双链 DNA解开形成单链。
• 解链酶一般是多聚体的，最常见的是六 聚体的形式。
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(5)单链结合蛋白（SSB）
• 稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和 保护单链不被核酸酶降解。