生物化学核酸的生物合成
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▪引物（primer）： 由引物酶催化生成的短链RNA，它可为DNA聚合提供
3'-OH末端。
合成RNA引物
（五）、DNA聚合酶(DNA polymerase)
聚合反应的特点：
▪DNA 新链生成需引物和模板； ▪新链的延长只可沿5 → 3方向进行 。
5
3
3
5
聚合反应机理
DNA聚合酶
▪全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)
400，000 10-20 + + 50
功能
切除引物 修复 修复
复制
DNA-pol Ⅲ
ε
ε
DNA-pol Ⅲ
前导链和随后链的合成方向相反， DNA-pol Ⅲ是怎样同时将两条链复制出来
？
前导链和随后链同时合成的工作模型
（六）、DNA连接酶(DNAБайду номын сангаасligase)
▪在复制中起接合双链中单链缺口的作用。
▪半保留复制 ▪双向复制 ▪半不连续复制 ▪方向性和高保真性
（一）、半保留复制 (semi-conservative replication)
AT
GC CG
亲代 DNA
TA
AT
AT
GC CG
G C 子代DNA CG
TA
TA
DNA复制的三种可能方式：
全保留式
半保留式
混合式
DNA半保留复制实验：
半保留复制的意义：
复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
复制
第一节 DNA的生物合成
DNA Biosynthesis
复制（DNA指导下的DNA合成）
DNA的生物合成
逆转录（RNA指导下的DNA的合成）
复制(replication)：
以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。
亲代DNA
复制
子代DNA
一、复制的基本规律
科恩伯格 Arthur Kornberg
▪1959 年获诺贝尔生理学或医学奖
5´ A G C T T C A G G A T A
3´
? | | | | | | | | | | |
3´ T C G A A G T C C T A G C G A C 5´
▪3 5外切酶活性 ▪5 3外切酶活性
3 5外切酶活性
第十章 核酸的生物合成
Nucleic acid Biosynthesis
基 因 (gene)：
为蛋白质或RNA编码的DNA功能片段，是以碱基排列 顺序的方式储存的遗传信息。
基 因 组（genome)：
某一物种拥有的全部遗传物质，从分子意义上说， 是指全部DNA序列。
中心法则(the central dogma)
领头链
5
(leading strand)
解链方向
3
随从链
(lagging strand)
5
冈崎片段(Okazaki fragment) ：
♦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，将这些不 连续的片段称为冈崎片段。 ♦原核生物: 1000~2000个核苷酸 ♦真核生物: 100~200个核苷酸
5’
O
3’
O P O- HO
O-
DNA连接酶
ATP（NAD+）
AMP
5’
O
3’
O P O-
O-
3’ 5’
3’ 5’
小结：
三、真核生物端粒的复制
▪端粒（telomere）：
是指真核生物染色体线 性DNA分子末端的结构 部分，通常膨大成粒状。
TTTTGGGGTTTTGGGG…
▪又称解链酶或rep蛋白 ▪利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。 ▪每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。
Dna C Dna B
解链方向
（三）、单链结合蛋白（SSBP）
▪在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整性。
（四）、引物酶(primase)
▪作用：它以单链DNA为模板，以ATP、GTP、CTP、UTP为 原料，从5→3方向合成出RNA片段，即引物。
真核生物： ♦基因组是线性的；
♦染色体DNA有多个复制起始点； ♦两个起始点之间的DNA片段称为复制子(replicon)。
在原核生物双向复制中， DNA被描述为眼睛状。为说明 方便而做的图为形。
oriC
起起 点点
多个起点复制
起起 点点
起
起
点
点
（三）、半不连续复制 (semi-discontinuous replication) 3
▪按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序 列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了 遗传的保守性。
▪遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不 是绝对的。
（二）、双向复制 (bidirectional replication)
原核生物：
♦基因组是环状DNA； ♦只有一个复制起始点（origin） 。
▪简称：DNA-pol ▪原核生物的DNA聚合酶：
• DNA-pol Ⅰ • DNA-pol Ⅱ • DNA-pol Ⅲ
N端
DNA-pol Ⅰ
C端
木瓜蛋白酶
小片段
323个氨基酸 5 核酸外切酶活性
大片段/Klenow 片段
604个氨基酸 DNA聚合酶活性 5 核酸外切酶活性
奥乔亚 Severo Ochoa
解链过程中，DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、 连环等现象。
（一）、DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）
作用：改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。 分类：拓扑酶Ⅰ（切断DNA双链中一股链）
拓扑酶Ⅱ（切断DNA分子两股链）
拓扑异构酶Ⅰ的作用
拓扑异构酶Ⅱ的作用
（二）、DNA解旋酶(helicase)
（四）、高保真性（高度忠实性）
▪差错率仅为10-9-10-10
？
1、新合成的子链与母链之间碱基配对严格性 2、使用引物RNA 3、DNA聚合酶对底物专一性 4、DNA聚合酶的校对作用 5、DNA修复机制
二、参与DNA复制的主要酶类和蛋白质
DNA复制需要什么
？
模板
酶
底物
引物
主要酶类和蛋白质
♦（一）DNA聚合酶 ♦（二）DNA解旋酶 ♦（三）引物酶 ♦（四）DNA连接酶 ♦（五）单链结合蛋白（SSBP） ♦（六）拓扑异构酶
5´- 3´外切酶活性
5´ 单链缺口
5´- 3´核酸外切 酶水解位点
比较项目
pol I
pol II pol III
分子量 每个细胞的分子统计数 5´-3 ´聚合酶作用 3´-5 ´核酸外切酶 5´-3 ´核酸外切酶 转化率
109，000 400 + + + 1
120，000 100 + + 0 .05
3'-OH末端。
合成RNA引物
（五）、DNA聚合酶(DNA polymerase)
聚合反应的特点：
▪DNA 新链生成需引物和模板； ▪新链的延长只可沿5 → 3方向进行 。
5
3
3
5
聚合反应机理
DNA聚合酶
▪全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)
400，000 10-20 + + 50
功能
切除引物 修复 修复
复制
DNA-pol Ⅲ
ε
ε
DNA-pol Ⅲ
前导链和随后链的合成方向相反， DNA-pol Ⅲ是怎样同时将两条链复制出来
？
前导链和随后链同时合成的工作模型
（六）、DNA连接酶(DNAБайду номын сангаасligase)
▪在复制中起接合双链中单链缺口的作用。
▪半保留复制 ▪双向复制 ▪半不连续复制 ▪方向性和高保真性
（一）、半保留复制 (semi-conservative replication)
AT
GC CG
亲代 DNA
TA
AT
AT
GC CG
G C 子代DNA CG
TA
TA
DNA复制的三种可能方式：
全保留式
半保留式
混合式
DNA半保留复制实验：
半保留复制的意义：
复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
复制
第一节 DNA的生物合成
DNA Biosynthesis
复制（DNA指导下的DNA合成）
DNA的生物合成
逆转录（RNA指导下的DNA的合成）
复制(replication)：
以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。
亲代DNA
复制
子代DNA
一、复制的基本规律
科恩伯格 Arthur Kornberg
▪1959 年获诺贝尔生理学或医学奖
5´ A G C T T C A G G A T A
3´
? | | | | | | | | | | |
3´ T C G A A G T C C T A G C G A C 5´
▪3 5外切酶活性 ▪5 3外切酶活性
3 5外切酶活性
第十章 核酸的生物合成
Nucleic acid Biosynthesis
基 因 (gene)：
为蛋白质或RNA编码的DNA功能片段，是以碱基排列 顺序的方式储存的遗传信息。
基 因 组（genome)：
某一物种拥有的全部遗传物质，从分子意义上说， 是指全部DNA序列。
中心法则(the central dogma)
领头链
5
(leading strand)
解链方向
3
随从链
(lagging strand)
5
冈崎片段(Okazaki fragment) ：
♦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，将这些不 连续的片段称为冈崎片段。 ♦原核生物: 1000~2000个核苷酸 ♦真核生物: 100~200个核苷酸
5’
O
3’
O P O- HO
O-
DNA连接酶
ATP（NAD+）
AMP
5’
O
3’
O P O-
O-
3’ 5’
3’ 5’
小结：
三、真核生物端粒的复制
▪端粒（telomere）：
是指真核生物染色体线 性DNA分子末端的结构 部分，通常膨大成粒状。
TTTTGGGGTTTTGGGG…
▪又称解链酶或rep蛋白 ▪利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。 ▪每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。
Dna C Dna B
解链方向
（三）、单链结合蛋白（SSBP）
▪在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整性。
（四）、引物酶(primase)
▪作用：它以单链DNA为模板，以ATP、GTP、CTP、UTP为 原料，从5→3方向合成出RNA片段，即引物。
真核生物： ♦基因组是线性的；
♦染色体DNA有多个复制起始点； ♦两个起始点之间的DNA片段称为复制子(replicon)。
在原核生物双向复制中， DNA被描述为眼睛状。为说明 方便而做的图为形。
oriC
起起 点点
多个起点复制
起起 点点
起
起
点
点
（三）、半不连续复制 (semi-discontinuous replication) 3
▪按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序 列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了 遗传的保守性。
▪遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不 是绝对的。
（二）、双向复制 (bidirectional replication)
原核生物：
♦基因组是环状DNA； ♦只有一个复制起始点（origin） 。
▪简称：DNA-pol ▪原核生物的DNA聚合酶：
• DNA-pol Ⅰ • DNA-pol Ⅱ • DNA-pol Ⅲ
N端
DNA-pol Ⅰ
C端
木瓜蛋白酶
小片段
323个氨基酸 5 核酸外切酶活性
大片段/Klenow 片段
604个氨基酸 DNA聚合酶活性 5 核酸外切酶活性
奥乔亚 Severo Ochoa
解链过程中，DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、 连环等现象。
（一）、DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）
作用：改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。 分类：拓扑酶Ⅰ（切断DNA双链中一股链）
拓扑酶Ⅱ（切断DNA分子两股链）
拓扑异构酶Ⅰ的作用
拓扑异构酶Ⅱ的作用
（二）、DNA解旋酶(helicase)
（四）、高保真性（高度忠实性）
▪差错率仅为10-9-10-10
？
1、新合成的子链与母链之间碱基配对严格性 2、使用引物RNA 3、DNA聚合酶对底物专一性 4、DNA聚合酶的校对作用 5、DNA修复机制
二、参与DNA复制的主要酶类和蛋白质
DNA复制需要什么
？
模板
酶
底物
引物
主要酶类和蛋白质
♦（一）DNA聚合酶 ♦（二）DNA解旋酶 ♦（三）引物酶 ♦（四）DNA连接酶 ♦（五）单链结合蛋白（SSBP） ♦（六）拓扑异构酶
5´- 3´外切酶活性
5´ 单链缺口
5´- 3´核酸外切 酶水解位点
比较项目
pol I
pol II pol III
分子量 每个细胞的分子统计数 5´-3 ´聚合酶作用 3´-5 ´核酸外切酶 5´-3 ´核酸外切酶 转化率
109，000 400 + + + 1
120，000 100 + + 0 .05