生物化学DNA复制RNA转录DNA复制
生物化学·DNA的复制和修复-PPT文档资料
（某些噬菌体DNA复制方式）
（线粒体DNA的复制 方式）
Байду номын сангаас成一次复制的时间：
细菌DNA复制叉移动速度：50 000bp/min 真核生物1000～3000bp/min 例：某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，有 5.2×106个碱基对
三、原核生物DNA聚合反应有关的酶类
（一）DNA聚合酶(DNA polymetases) （二）引物酶(peimase)：启动RNA引 物链的合成。 (三） DNA连接酶（DNA ligase） p419（四）DNA的两条链解开后才能 作为模板，解开其双螺旋的结构是一 些酶和蛋白共同作用的结果，目前已 知的解旋、解链酶共3种，包括拓扑异 构酶(topoisomerase)、DNA解链酶 (DNA helicase)、DNA单链结合蛋白 (single-strand binding protein, SSB)。
反转录(reverse transcription)：
以RNA为模板将遗传信息 传给DNA的过程。
目
录
第一节 DNA的复制（DNA指导下的DNA合成） 第二节 DNA的损伤与修复
第三节 DNA突变
第一节 DNA的半保留复制
一、概念和实验依据
二、DNA复制的起始点和方式
三、 DNA聚合反应有关的酶类
DNA的半保留复制实验依据
1958年Meselson & stahl用同位素示踪标记和密度梯度 离心技术实验,证明了DNA是采取半保留的方式进行复制:
将E.Coli培养在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中生长； 提取其DNA；进行氯化铯密度梯度离心。再移至14N培养基 中生长、提取DNA、离心分析。
第十四章 DNA的复制和修复
生物化学重点_第十一章dna的生物合成
生物化学重点_第十一章D N A的生物合成work Information Technology Company.2020YEAR第十一章 DNA的生物合成一、中心法则：① DNA的自我复制将遗传信息由亲代传递给子代；② 转录：以DNA为模板合成RNA；③ 翻译：mRNA指导蛋白质的生物合成，从而决定生物的表现型。
DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。
但在少数RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA中。
因此，在这些生物体中遗传信息的流向是④ RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；⑤ 通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，二、DNA复制的特点：1．半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semiconservative replication)。
DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证明。
2．需要引物(primer)：DNA聚合酶必须以一段具有3'端自由羟基（3'-OH）的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链。
3．半不连续复制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA链，因此两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。
以3'→5'方向的亲代DNA链作模板的子代链在聚合时基本上是连续进行的，这一条链被称为前导链(leading strand)。
而以5'→3'方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的，这条链被称为随后链(lagging strand)。
DNA在复制时，由随后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。
三、DNA复制的条件：1．底物：以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。
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
【生物化学】DNA的复制和修复
三、需要引物
参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3’端 自由羟基（3’-OH）的RNA作为引物(primer) ，才 能开始聚合子代DNA链。
RNA引物的大小，在原核生物中通常为50～100个核 苷酸，而在真核生物中约为10个核苷酸。RNA引物 的碱基顺序，与其模板DNA的碱基顺序相配对。
以3‘→5’方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基 本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为5‘→3’， 这一条链被称为领头链(leading strand)。
而以5‘→3’方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时 则是不连续的，其链的聚合方向也是5‘→3’，这条链 被称为滞后链(lagging strand)。
第一节 DNA复制的特点
一、半保留复制
DNA在复制时，以亲代DNA的每一股 作模板，合成完全相同的两个双链 子代DNA，每个子代DNA中都含有一 股亲代DNA链，这种现象称为DNA的 半 保 留 复 制 (semi-conservative replication)。
1958年Meselson和Stahl的实验首次有力地支持了 半保留复制方式。
第34章 DNA的复制和修复
生物多样性 生物稳定性
DNA：生命的控制器.rm
中心法则
复制（DDDP）
转录（DDRP）
DNA
RNA
反转录（RDDP）
RNA
反中心法则
复制（RDRP）
翻译
蛋白质
DNA dependent DNA polymerase——DDDP DNA dependent RNA polymerase——DDRP RNA dependent RNA polymerase——RDRP RNA dependent DNA polymerase——RDDP
14考研生物化学DNA的复制与转录
DNA的复制过程
中心法则
中心法则的主要内容 中心法则的补充和再思考
逆转录 RNA模板 蛋白质的自身构象调控
DNA的半保留复制
实验证据
15N标记DNA的复制
正在复制的DNA观察 DNA复制过程中，双链解开成两条单链，然后分别以两条单 链为模板在DNA聚合酶催化下，合成两条与模板互补的单链， 新合成单链与模板链相互配对形成DNA双螺旋分子，子代 DNA含有一条亲代DNA链和一条新合成链，称半保留复制
DNA聚合酶
大肠杆菌一般有3种DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶I、II、 III，分别行使不同的功能，DNA的复制主要由DNA聚合酶III 催化 DNA聚合酶I：多功能酶，需Mg2+、Zn2+
5’ 3’核苷酸聚合作用，以四种脱氧核苷三磷酸为原料，需要单 链模板，必须有引物游离3’-OH存在 3’ 5’核酸外切酶作用， 校对作用。 3’ 5’焦磷酸解作用 5’ 3’核酸外切酶作用。切除引物、损伤修复 磷酸盐与焦磷酸基的交换 7种亚基构成全酶 功能与DNA聚合酶I相似，但活性更高 亚基为催化亚基，亚基具有校对功能，、 、构成核心酶 亚基为引物识别和模板定位亚基，全酶结合后释放 亚基使酶可以利用长的DNA单链 、亚基称为延长因子
rho因子：帮助RNA聚合酶与DNA分离，帮助RNA释放 NUS因子： NusA
终止因子
抗终止作用
真核生物的转录作用
RNA聚合酶：三种
RNA聚合酶I：转录45S rRNA(5.8S, 18S, 28S) RNA聚合酶II：转录hnRNA ，SnRNA RNA聚合酶III：转录tRNA、5s rRNA Hogness框（TATA框）：-25~-30，一般7bp，几乎全部由 T/A构成 CAAT框：-75位，9bp，GGTCAATCT GC框：更上游，GGGCGG，转录因子结合部位 以非组蛋白的形式与染色质结合 形成不同的功能相应元件 核质因子、核功能蛋白
生物化学必看知识点总结优秀
引言概述:生物化学是研究生物体内化学成分的组成、结构、功能以及各种生物化学过程的机理的学科。
掌握生物化学的基本知识是理解生物体内各种生命现象的基础，也是进一步研究生物医学、生物工程等领域的必备知识。
本文将从分子生物学、酶学、代谢、蛋白质和核酸等五个方面，总结生物化学中必看的知识点。
正文内容:1.分子生物学1.1DNA的结构和功能1.1.1DNA的碱基组成1.1.2DNA的双螺旋结构1.1.3DNA的复制和转录过程1.2RNA的结构和功能1.2.1RNA的种类和功能区别1.2.2RNA的结构和特点1.2.3RNA的转录和翻译过程1.3蛋白质的结构和功能1.3.1氨基酸的结构和分类1.3.2蛋白质的三级结构和四级结构1.3.3蛋白质的功能和种类1.4基因调控1.4.1转录调控和翻译调控1.4.2基因的启动子和转录因子1.4.3RNA的剪接和编辑1.5遗传密码1.5.1遗传密码的组成和特点1.5.2密码子的解读和起始密码子1.5.3用户密码监测2.酶学2.1酶的分类和特点2.1.1酶的命名规则和酶的活性2.1.2酶的结构和功能2.1.3酶的催化机制2.2酶促反应动力学2.2.1酶反应速率和反应速率常数2.2.2酶的最适温度和最适pH值2.2.3酶的抑制和激活调节2.3酶的应用2.3.1酶工程和酶的改造2.3.2酶在医学和工业上的应用2.3.3酶和药物相互作用3.代谢3.1糖代谢3.1.1糖的分类和代谢路径3.1.2糖酵解和糖异生3.1.3糖的调节和糖尿病3.2脂代谢3.2.1脂的分类和代谢途径3.2.2脂肪酸的合成和分解3.2.3脂的调节和脂代谢疾病3.3氮代谢3.3.1氨基酸的合成和降解3.3.2尿素循环和氨的排出3.3.3蛋白质的降解和合成3.4核酸代谢3.4.1核酸的合成和降解途径3.4.2核酸的功能和结构特点3.4.3DNA修复和基因突变3.5能量代谢调节3.5.1ATP的合成和利用3.5.2代谢途径的调节和平衡3.5.3能量代谢和细胞呼吸4.蛋白质4.1蛋白质的结构和维持4.1.1蛋白质结构的层次和稳定性4.1.2蛋白质质量控制和折叠4.2蛋白质表达和合成4.2.1蛋白质的翻译和翻译后修饰4.2.2蛋白质的定位和运输4.2.3蛋白质合成的调节和失调4.3蛋白质与疾病4.3.1蛋白质异常与疾病的关系4.3.2蛋白质药物和治疗策略4.3.3蛋白质组学在疾病研究中的应用5.核酸5.1DNA的复制和修复5.1.1DNA复制的机制和控制5.1.2DNA损伤修复和维持稳定性5.1.3DNA重组和基因转座5.2RNA的合成和调控5.2.1RNA转录的调节和翻译5.2.2RNA剪接和编辑5.2.3RNA和疾病的关系5.3RNA干扰和基因沉默5.3.1RNA干扰机制和调控5.3.2RNA干扰在基因治疗中的应用5.3.3RNA沉默和抗病毒防御总结:生物化学是研究生物体内化学成分和生物化学过程的重要学科，掌握其中的关键知识点对于理解生命的本质和生物体的正常功能至关重要。
生物化学与分子生物学知识点总结
生物化学与分子生物学知识点总结本文将对生物化学与分子生物学的主要知识点进行总结。
生物化学是研究生物大分子的组成、结构、性质、合成和解体等方面的学科，而分子生物学则是研究生命活动的基本单位——分子的结构、功能和相互作用等方面的学科。
以下将按照某些主要知识点来系统概述这两个学科的重要内容。
1. 生物大分子的结构与功能生物大分子主要包括蛋白质、核酸、碳水化合物和脂类等。
蛋白质是生物体内最为重要的大分子之一，它们是由氨基酸组成的，具备结构和功能多样性。
核酸包括DNA和RNA，是遗传信息的储存和传递分子。
碳水化合物是生物体内能量的主要来源，也参与细胞黏附和信号传导等重要功能。
脂类则是生物体内膜结构的重要组成部分，同时也是能量存储的主要形式。
2. 酶的结构与催化机制酶是生物体内的催化剂，能够加快化学反应速率。
酶的活性主要依赖于其特定的三维构象，并且可以通过底物-酶的亲和力来实现底物的选择性识别。
酶催化主要有两种机制：酸碱催化和亲和力叠加催化。
酸碱催化通过转移质子来加速反应进程，而亲和力叠加催化则通过调节底物与酶的结合来实现催化。
3. 代谢途径与能量转换代谢途径是生物体内各种化学反应的有序组合。
主要包括糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢等。
其中最重要的代谢途径是三酸甘油酯循环和三羧酸循环，它们在细胞中产生大量的ATP，提供能量供生命活动所需。
此外，糖酵解、无氧和有氧呼吸等代谢途径也是能量转换的关键过程。
4. DNA复制、转录与翻译DNA复制是遗传信息传递的基础，它是通过DNA双链的解旋与合成来实现的。
转录是将DNA模板上的基因序列转化为RNA分子的过程，主要分为原核生物和真核生物两种类型。
翻译是利用mRNA的信息合成蛋白质的过程，其中涉及到核糖体、tRNA和氨基酸等多个要素的参与。
5. 基因调控与表达基因调控是指在细胞内对特定基因的活性进行控制，从而实现基因表达的调节。
主要通过转录因子与启动子之间的结合、染色质的改变和非编码RNA的介入等方式来实现。
生物化学名词解释DNA
➢中心法则：DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物体的表型。
DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则（DNA处于生命活动的中心）。
➢反中心法则：在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质。
➢复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，使亲代DNA遗传信息准确传给子代DNA。
➢转录：以DNA某段碱基顺序（基因）为模板，合成互补的RNA分子的过程，信息从DNA传到RNA。
➢逆转录：以RNA为模板，通过逆转录酶催化合成DNA的过程，遗传信息的传递方向与转录过程相反。
➢翻译：以mRNA为模板，指导合成蛋白质的过程。
➢基因的表达：DNA分子中基因的遗传信息通过转录和翻译，合成有蛋白质的过程。
➢半保留复制（semiconservative replication）：DNA复制时，每一条DNA链在新链合成中充当模板，按碱基配对方式形成两个新的DNA分子，每个分子都含有一条新链和一条旧链。
➢起点（origin，ori）：复制起始部位的一段核酸序列，控制复制的起始。
➢终点（terminus）：终止DNA复制的一段核酸序列。
➢复制子（replicon）：基因组中能独立进行复制的单位（复制起点到终点的核酸片段）。
原核生物只有一个复制子；真核生物含多个复制子，多个起点和终点，形成多个“复制眼”或“复制泡”。
➢复制叉（replication fork）：复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构。
➢DNA双链复制时，一条链是连续合成的（前导链或领头链，leading strand），另一条链是不连续合成的（后随链或滞后链，lagging strand）。
➢DNA的半不连续复制（semidiscontinuous replication）：前导链的连续复制和后随链的不连续复制方式。
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 - 转录
杂交链中A- U间氢键相对较弱，新生RNA易从模板上脱落，不需ρ因子即 可终止。
不 需 因 子 的 终 止
ρ
发夹结构 寡聚U片段
B、需ρ因子终止 ρ因子是一个6聚体蛋白，其功能： 1）终止因子; 2）NTPase活性; 3）解旋酶活性。 过程： 1）在RNA存在下，水解NTP产能，使ρ因子与 RNApol结合； 2）解旋酶活性使RNA：DNA杂合链拆开，释放RNA，酶和ρ因子一 起从DNA上脱落下来。
ATP
需 因 子 终 止
ρ
(二) 真核细胞的转录 特点： --因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。 --一个基因上可同时进行多个转录过程，产生多条RNA链。 --蛋白质编码基因多是不连续的，编码部分（外显子）被不编码基因（内 含子）隔断。
五、转录产物的加工 在专一酶作用下，切除多余部分或修饰，才成为“成熟的”RNA。 • 细菌中合成的mRNA大多不需要加工； • 真核细胞合成的mRNA需要加工。 涉及：(1) 5’-端的帽化（甲基化的鸟苷酸） (2) 3’-端的聚腺苷酸化（polyA) (3) hnRNA、snRNA的剪接 (4) 碱基修饰
帽子结构
鸡卵清蛋白基因
hnRNA
首、尾修饰
hnRNA剪接
成熟的mRNA
鸡 卵 清 蛋 白 基 因 及 其 转 录 、 转 录 后 修 饰
RNA聚合酶
基因起点
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
DNA
转录起始复合物:
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
2、延伸 A、 合成开始后,σ亚基释放，然后都由核心酶催化。 B、核心酶沿模板移动，选择NTP，暂时形成DNA-RNA杂交链。
生物化学课件第十三章 RNA的生物合成
结构基因
3 5
RNA-pol
RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启 动子(promoter)。
RNA聚合 酶保护法
RNA聚合酶保护区 结构基因
5 3 5
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3 5 3 5 开始转录 -10 区 T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)
亚基 分子量 36512 150618 155613 70263 功 能 决定哪些基因被转录 催化功能 结合DNA模板 辨认起始点
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合
真核生物的RNA聚合酶
3 -35 区 TTGACA AA C T G T RNA-pol辨认位点 (recognition site)
原核生物启动子保守序列
顺式作用元件 结构基因
-GCGC---CAAT---TATA
转录起始 增强子
TATA盒 CAAT盒 GC盒
真核生物启动子保守序列
小结
转录体系：模板（DNA）、原料（4种NTP）、
(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi
转录空泡(transcription bubble)：
RNA-pol （核心酶） ·· · DNA ·· · · RNA ·
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体 原核生物转录过程中的羽毛状现象
三、转录终止
指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不 再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱 落下来。
生物化学DNA的复制
•半保留复制的概念
DNA生物合成时，母链DNA解开为两 股单链，各自作为模板(template)按碱基配 对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞 的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来， 另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的 DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复 制方式称为半保留复制。
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
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 的半不连续性。
•参与DNA复制的物质
原核生物复制起始的相关蛋白质
蛋白质（基因） DnaA (dnaA) DnaB (dnaB) DnaC (dnaC) DnaG (dnaG)
SSB 拓扑异构酶 (gyrA, B)
通用名
解螺旋酶
引物酶 单链DNA 结合蛋白
功能 辨认起始点 解开DNA双链 运送和协同DnaB 催化RNA引物生成 稳定已解开的单链
理顺DNA链
E. Coli 基因图
• 解螺旋酶(helicase) ——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链 解开成为两条单链
• 引物酶(primase)
——复制起始时催化生成RNA引物的酶
• 单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)
• 蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而 实施调控作用。
（一）复制的起始
DNA和RNA的生物化学特性与功能
DNA和RNA的生物化学特性与功能DNA和RNA是生物体内两种重要的核酸分子，它们在生物化学特性和功能方面有着显著的差异。
本文将从结构、功能和作用等方面，对DNA和RNA的生物化学特性进行探讨。
一、DNA的生物化学特性与功能DNA（脱氧核糖核酸）是由脱氧核糖和磷酸组成的双链分子，在细胞核内承载着遗传信息。
DNA的生物化学特性主要表现在以下几个方面：1. 大小和形态：DNA分子较大，并呈双螺旋结构。
在细胞核中，DNA以染色质的形式存在，通过压缩和包装形成染色体。
2. 组成：DNA由四种碱基组成，分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
它们按照碱基配对原则，通过氢键形成双链结构。
3. 复制：DNA具有自我复制的能力，可以通过DNA复制过程传递遗传信息。
在细胞分裂过程中，DNA分子会复制成两条完全相同的DNA分子，确保遗传物质的传递和稳定性。
4. 转录：DNA通过转录过程，将遗传信息转移到RNA分子上。
在细胞核内，DNA的一条链被转录成为mRNA（信使RNA），然后通过核孔运输到细胞质中。
5. 遗传信息储存：DNA作为遗传物质，承载着生物的全部遗传信息。
它编码着生物体合成蛋白质所需的氨基酸序列，决定了个体的生理和形态特征。
二、RNA的生物化学特性与功能RNA（核糖核酸）是由核糖和磷酸组成的单链分子，具有多种功能。
与DNA相比，RNA在生物化学特性和功能方面存在一些显著差异。
1. 结构和形态：RNA分子较小，并通常以单链形式存在。
不同类型的RNA具有特定的结构，如tRNA（转运RNA）呈“三叶草”形状，mRNA为线性结构等。
2. 组成：RNA也由四种碱基组成，分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C）。
RNA中的胸腺嘧啶（T）被尿嘧啶（U）所替代。
3. 转录和翻译：RNA通过转录过程，将DNA中的遗传信息转录成mRNA。
mRNA随后通过蛋白质合成过程的翻译，将遗传信息转化为蛋白质。
生物化学DNA复制、转录、翻译
(6)切除引物，补齐缺口：由DNA聚合酶（主要是酶 Ⅰ）催化，切去RNA引物；按碱基互补原则，沿 5’→3’方向，补齐缺口。
(7)连接封口：由DNA连接酶催化，将补齐缺口的3’OH基与下一个冈崎片段的5’-P以磷酸二酯键连接起 来，最终形成完整的、与模板互补的DNA新链。
端粒、端粒酶意义
与细胞衰老、凋亡有关； 端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐 变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。 正常：体细胞端粒酶活性丧失，端粒的长度不断缩短。 异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖
抑制端粒酶活性可防治肿瘤。
第二节 RNA的生物合成 — 转录
种类 转录产物
Ⅰ 45S-rRNA
对鹅膏蕈碱
的反应
耐受
Ⅱ hnRNA
极敏感
Ⅲ 5S-rRNA
tRNA snRNA 中度敏感
（二）真核生物的RNA聚合酶
3种： Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
类型 部位
转录 产 物
对鹅膏蕈碱的敏感度
Ⅰ 核仁 5.8S\18S\28S rRNA
不敏感
Ⅱ 核质 mRNA, snRNA, hnRNA
均以DNA为模板； 都是生成3’，5’ —磷酸二酯键； 合成的方向都是5’ →3’； 遵从碱基配对规律。
复制和转录的区别
复制
转录
模板 两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
原料 dNTP
NTP
酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA-pol）
产物 子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA （半保留复制）
高度敏感
Ⅲ 核质 tRNA, 5SrRNA, 一种snRNA, 中度敏感
生物化学第十二章RNA的生物合成
（三）转录的终止
RNA聚合酶Ⅱ参与整个转录过程，直到出现多 聚腺苷酸化信号为止。这个信号顺序是保守序 列AAUAAA和其下游富含GU的序列。这些序列 称为转录终止的剪切信号序列（cleavage signal sequence）。具体的剪切点位于AAUAAA下游 10～30核苷酸处，距GU序列20～40核苷酸。剪 切信号序列可被核酸内切酶、多聚腺苷酸聚合 酶等所识别和结合，并切断此初级转录物。 RNA聚合酶Ⅱ被释放，剪切点下游被RNA聚合 酶Ⅱ合成的多余RNA片段被水解。
图 12-2 RNA 的不对称转录
RNA 转录与DNA 复制不同点：
2. 与DNA 聚合酶不同，RNA聚合酶不需要引 物，可利用NTP 作底物直接合成RNA。 3. RNA聚合酶没有核酸酶的活性，即没有3’到5’ 外切酶的活性，也没有5’到3’外切酶的活性， 因此，在RNA合成过程不起较对作用。 4. 对于一个基因组来讲，转录只发生在一部分基 因，而且每一个基因的转录都受到相对独立的 控制。 5. RNA 合成后需要加工才能成为有功能的 RNA。
RNA 转录与DNA 复制不同点： 1.RNA转录是不对称的，即仅用DNA双链中 某一单链作为模板进行转录，被作为模板 的那条DNA单链称模板链（template strand）。与模板链互补的DNA单链为编 码链(coding strand)，即合成的RNA 碱基 序列与编码链相同，仅是U 替代了T。在 特定的染色体中，有时基因的编码序列可 能位于另一条链中，这种现象称不对称转 录。转录后DNA模板成分无改变。
3．需要二价金属离子，如Mg2+和Mn2+。 n(NTP) DNA
RNA聚合酶
pppN(pN)n-1 + (n-1)PPi
中心法则
DNA聚合酶Ⅲ
DNA聚合酶I DNA连接酶 DNA旋转酶(DNA拓扑 异构酶Ⅱ )
900000
103000 74000 400000
18~20
1 1 4
新链延长
除去引物,填充缺口 连接 超螺旋
真核生物中DNA的复制特点
1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制， 多复制子。 2、冈崎片段长约200bp. 3、真核生物DNA复制速度比原核慢。 4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制； 而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生 物快速生长时，往往采用更多的复制起点。 5、真核生物有多种DNA聚合酶。 6、真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末 端连接。由端粒酶负责新合成链5RNA引物切除后的填补， 亦保持端粒的一定长度。
物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏DNA的双螺 旋结构。从而影响DNA的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着 变化，因而表现出异常的特征（生物突变）。 • 若DNA的损伤或错配得不到修复，会导致DNA突变。其主要 形式： 一个或几个碱基被臵换 插入一个或几个碱基 一个或多个碱基对缺失
合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连
接相邻的DNA链；
一、DNA的复制：
参与链的延伸阶段的蛋白质和酶
蛋白 SSB Mr 75600 亚基数 4 功能 结合单链DNA
DnaB蛋白(解螺旋酶)
引物酶(DnaG蛋白)
300000
60000
6
1
DNA解螺旋,引物体成分
RNA引物合成,引物体成 分
复制叉
复制叉
起点 复制叉 复制叉
随后链 领头链 领头链 随后链
生物化学复习资料之DNA的复制
生物化学复习资料之DNA的复制、转录、翻译部分DNA的生物合成第一节 DNA的复制一、半保留复制（semi-conservation replication）（一）证据：1. 用氮15标记大肠杆菌DNA，然后在氮-14中培养，新形成的DNA是杂合双链，即双链中一条是重链（约重1％），一条是轻链。
第二代则有一半全是轻链，一半是杂合双链。
2.大肠杆菌DNA在用氚标记的胸苷复制近两代，放射自显影，未复制部分银密度低，由一条放射链和一条非放射链组成；已复制部分有一条双链是放射的，一条双链有一半是放射的。
这证明大肠杆菌DNA是环状分子，以半保留方式复制。
（二）特点：子代保留一条亲代链，而不是将它分解。
这说明DNA是相对稳定的。
双螺旋DNA（或RNA）是所有已知基因的复制形式。
二、复制的起点和单位（一）基因组能独立进行复制的单位称为复制子。
原核生物是单复制子，真核生物是多复制子。
每个复制子有起点。
通过测定基因出现的频率可以确定起点位置，距离起点越近的基因出现的频率越高。
起点有发动复制的序列，也有决定拷贝数的序列。
起点的结构是很保守的。
（二）复制终止点：已发现Ecoli的与复制终止有关位点，其中含有23bp的保守序列，由tus蛋白与此位点结合参与复制的终止。
真核生物中似乎没有复制终止点。
（三）复制多数是双向、对称的，但也有例外。
通过放射自显影可以判断复制是双向还是单向：先在低放射性培养基中起始复制，再转移到高放射性培养基中，如是双向复制，其放射自显影图是中间银密度低；单向复制则为一端低。
（四）单向复制有一些特殊方式：1.滚动环：噬菌体φX174DNA是环状单链分子，复制时先形成双链，再将正链切开，将5’连接在细胞膜上，从3’延长，滚动合成出新的正链。
2. 取代环：线粒体DNA复制时是高度不对称的，一条链先复制，另一条链保持单链而被取代，呈D环形状。
这是因为两条链的复制起点不同，另一条链的起点露出才能复制。
三、有关的酶（一）反应特点：1. 以四种dNTP为底物2.需要模板指导3 需要有引物3’-羟基存在4. DNA链的生长方向是5’-3’5.产物DNA的性质与模板相同（二）大肠杆菌DNA聚合酶1DNA聚合酶I：单链球状蛋白，含锌。
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聚合作用 3’ → 5’外切酶的校对功能
组建核心酶 使核心酶二聚化 依赖DNA的ATP酶，形成γ复合
物 与β亚基结合，形成γ复合物
形成γ复合物 形成γ复合物 形成γ复合物 两个β亚基形成滑动夹子，以提
Arthur Kornberg 1S9t1a8nford University Stanford, CA, USA
α 132000 2 ε 27000 2 θ 10000 2 τ 71000 2 γ 52000 2 δ 35000 1
δ’ 33000 1
χ 15000 1 Ψ 12000 1 β 37000 4
基因
亚基功能
dnaE dnaQ holE dnaX dadX＊ holA holB holC holD dnaN
着张开的模板生成，复制中形成的这种5'Y
字形的结构称为复制叉。
3'
3'
5'
5'
3'
5'
复制方向
3'
二、实验依据
三、DNA复制的起点和方向
未复制DNA
起始点
单向复制
起始点
双向复制
起始点
复制叉
复制叉
复制叉
起始点 复制叉 的推进
环状 DNA复制时 所形成的Q结构
复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图 (Caims实验)
10-20
5´-3 ´聚合酶作用
+
+
+
3´-5 ´核酸外切酶作用
+
+
+
5´-3 ´核酸外切酶作用
+
-
-
转化率 功能
1 切除引物
修复
0 .05 修复
50 复制
1999年发现聚合酶 和 ，它们涉及DNA的错误倾向
修复（errooune repair）
DNA聚合酶 I
（1）5 3 聚合酶功能（但持续合成DNA的能力差）； （2）3 5’外切酶活性（在正常聚合条件下，此活性 不能作用于生长链，只作用于生长中不配对的单链，校对 功能。）； （3）还具有5 3’外切酶活性（双链有效）；
一、DNA聚合酶★ （一）催化的反应特点★
以四种dNTP为原料 需要模板 需要引物 催化反应方向为5’-3’ 产物性质与模板链相同
（二）大肠杆菌三种DNA聚合酶比较
比较项目
DNA
DNA
DNA
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶
分子量
109，000 120，000 400，000
每个细胞的分子统计数
400
100
用的工具酶。
DNA-pol III:
• 由10种亚基组成的不对称聚合体 • 催化效率最高
φ
ε
ε
引物的结 合和识别
核心酶
校对
促使核心 酶二聚化
延长因子
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ 全酶的结构和功能
DNA聚合酶Ⅲ异二聚体
DNA聚合酶Ⅲ 两个 亚基夹住DNA
DNA聚合酶Ⅲ全酶的亚基组成
亚 相对分 亚基 基 子量 数目
二、解旋酶（解超螺旋，也叫拓扑异构酶、 DnaB蛋白）
拓扑异构酶： 催化DNA的拓扑连环数发生变化的酶， 在DNA重组修复和其它转变方面起重要 作用。
拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再 连接。作用是松解负超螺旋，反应不需要能 量。主要集中在活性转录区，同转录有关。
拓扑异构酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连 接。当引入负超螺旋时需要由ATP提供能量， 同复制有关。
几个相关概念： 1. 复制起始点 (origin, ori)
原核生物只有一个复制起始点； 真核生物染色体DNA有多个复制起始
点，同时形成多个复制单位， 两个起始点 之间的DNA片段称为复制子(replicon)。
2. 复制叉 (replication fork)
复制时双链打开，分开成两股，新链 沿
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959
"for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid"
5´
第二节 参与DNA复制的酶与蛋白质★
复制相关蛋白的基因：dna A、dna B、 dna C… …dna X
相应的表达产物蛋白质：Dna A、Dna B、 Dna C … …Dna X
Dna A：辨认复制起始位点 Dna B：解螺旋酶 Dna C：辅助解螺旋酶使其在起始点上 结 合并打开双链。
B C
A
B
A
C
环状DNA的复制
四、复制特点 半不连续复制 半保留复制
复制特点
复制叉的 5´
3´
移动方向
DNA的半不连续复制
复制过程
SSB
解旋酶 解链酶 引发体
RNA引物
复制的起始
DNA聚合 酶III
DNA链的延长
DNA聚
合酶I 3´
前导链
3´
DNA链终止
3´ 5´ RNA引物
随后链
3´
5 3 聚合酶功能
(dNMP)n + dNTP → (dNMP)n+1 + PPi
聚合反应机理： P
5'
O
引物 3'
5'
P 5' O
3' P PP
3'
OH 5' O
3'
OH
GC 模 3' 板
AT 链 5'
TT A
DNA聚合酶3´- 5´外切酶活力 DNA聚合酶的3´- 5´外切酶水解位点
5´
第十章 DNA的复制和修复
第一节 第二节 第三节 第四节
半保留复制 参与DNA复制的酶与蛋白质 复制过程 DNA损伤及修复
一、概念
以亲代DNA双链 为模板以碱基互补 方式合成子代DNA， 这样新形成的子代 DNA中，一条链来 自亲代DNA，而另 一条链则是新合成 的，这种复制方式 叫半保留复制。
DNA的超螺旋结构（原核）
二级结构为闭环双螺旋；三级结构为超螺旋
①连环数（linking number , L）
DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数
②扭转数（twisting number , T）
DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示
③超螺旋数（缠绕数 , writhing number , W） L=T+W
切除引物、 切除突变的片段
3´- 5´核酸外切 3´ 酶水解位点
DNA聚合酶5´- 3´外切酶活力
5´ 单链缺口
5´- 3´核酸外切 酶水解位点
切除错称为复制酶(replicase) 含量最多 可被水解成两个片段
小片段(N端)：具有5´→3´外切酶活性； 大片段(C端)：具有聚合活性和3´→5´ 外切酶活性，也称为Klenow片段，是常
松驰环 解链环
超螺旋
连环数（L）