第一章核酸的生物化学(最新)
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第一章 核酸的生物化学
第一节 核酸概述
核酸的分类
核酸
细 核糖体RNA（rRNA） 叶 胞 核糖核酸 RNA 信使RNA （mRNA） 绿 基 质 体 Ribonucleic acid 转运RNA （tRNA） 中 、 ）线 粒 体 核酸分子的主要功能：遗传信息的贮存和传递。 、
脱氧核糖核酸 DNA （细胞核、线粒体、叶绿体中） Deoxyribonucleic acid （
中心法则
遗传信息在细胞内的生物大分子间转移的基本法则
1. 1957年Crick最初提出的中心法则
2. 1970年发现了逆转录现象后， Crick修改的中心法则。
3. 现在的中心法则
3
第二节 核酸的分子组成
磷酸
核糖 碱基 核苷 核苷酸
（单体）
聚合
核糖核酸 RNA
（大分子聚合物）
磷酸 脱氧核糖 碱基 脱氧 核苷 脱氧 聚合 核苷酸
（单体）
脱氧 核糖核酸 DNA
（大分子聚合物）
碱基种类
Purine
Adenine
Guanine
Pyrimidine
Cytosine
Uracil
Thymine
几种嘌呤碱基
次黄嘌呤（I）
黄嘌呤（X）
尿酸
茶叶碱
可可碱
咖啡碱
稀有碱基
碱基酮式和烯醇式的互变异构
尿嘧啶
鸟嘌呤
酮式
烯醇式
核糖和脱氧核糖结构式
核糖（链式）
核糖（环式）
2-脱氧核糖（链式） 2-脱氧核糖（环式）
同分异构体
同分异构体
异头碳的 羟基与最末的 手性碳原子的 羟基具有相同 取向的异构体 称为α异头物， 具有相反取向 的称为β异头物。
单 糖 分 子 内 形 成 半 缩 醛
磷酸结构式
核苷和脱氧核苷结构式
糖 苷 键
3种磷酸位置不同的核苷酸
磷酸酯键
一磷酸、二磷酸、三磷酸腺苷
ATP+H2O→ADP+Pi ADP+H2O→AMP+Pi
-30.5 kJ/mol -30.5 kJ/mol
高能磷酸化合物
DNA和RNA中的各种碱基
DNA
腺嘌呤 A
RNA
腺嘌呤 A
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C 尿嘧啶 U
第三节 核酸的分子结构
核苷酸之间以磷 酸二酯键连接
5’
5’
3’
3’
核酸序列简单表示法
DNA 5’ AGTCGACT 3’
RNA
5’ AGUCGACU 3’
由单链DNA形成双链DNA
两条链反平行 碱基之间形成氢键 AT之间两个氢键
GC之间三个氢键
一个与电负性高的 原子 X 共价结合的氢原 子（ X － H ）带有部分 正电荷，能再与另一个 电负性高的原子（如 Y ） 结合，形成一个聚集体 X － H· · · · · Y ，这种化学 结合作用叫做氢键。
两 条 单 氢 链 键核 连 酸 接分 配 子 对碱 基 间
核酸分子的空间结构
一级结构：碱基序列
二级结构：各种螺旋
三级结构：空间上的各种弯曲
DNA双螺旋模型和示意图
（二级结构）
右手螺旋
碱基堆积力使 DNA成为双螺旋
B型DNA中大沟和小沟
表1-2 DNA双螺旋结构类型 及主要差别
旋转角度/ 上升高度/ 螺旋直径 螺旋类型 碱基对/圈 碱基对 碱基对(nm) (nm) A B 11 10 + 34.7 + 36.0 0.256 0.338 2.6 2.0
C
Z
9.33
12
+ 38.6
30.0 － 30.0 左手螺旋
—
0.332
0.571
1.9
1.8
左手螺旋DNA
右手螺旋DNA
DNA分子的三种共价形式
线状 DNA
共价闭合环状DNA
开环DNA
linear DNA
cccDNA
ocDNA
环状DNA分子的超螺旋
（三级结构）
有超螺旋
无超螺旋
无超螺旋
电话线的超螺旋
连环数
连环数是环状 DNA的一个很重要的特征。连
环数指的是在双螺旋 DNA中，一条链以右手螺旋 绕另一条链缠绕的圈数，以字母L表示。L值不同 但其他方面结构相同 DNA分子称为拓扑异构体。 拓扑异构酶可以催化拓扑异构体之间的转变。
拓扑异构酶
拓扑异构酶可以改变 DNA 双螺旋的连环数，其
功能是引入超螺旋或解开超螺旋。 拓扑异构酶可分为两类：类型Ⅰ的酶能使 DNA 的一条链发生断裂和再连接，反应无需提供能量； 类型Ⅱ的酶能使 DNA 的两条链同时发生断裂和再连
接，当它引入超螺旋时需要由ATP提供能量。
拓扑异构酶Ⅰ
拓扑异构酶Ⅰ属于类型Ⅰ。它只能消除负超螺 旋，对正超螺旋不起作用。 拓扑异构酶在使 DNA 的一条链断裂时，由于酶 与 DNA 结合， DNA 链不能自由转动，超螺旋的扭曲 张力不会自动消失。但是酶分子可牵引另一条链通 过切口，然后使断链重新连接起来，从而改变 DNA 的连环数和超螺旋数。
拓扑异构酶Ⅱ
拓扑异构酶Ⅱ属于类型Ⅱ，又叫旋转酶
（ gyrase ）。它可连续引入负超螺旋，反应需要
消耗 ATP 。在无 ATP 存在时，它可以松弛负超螺
旋，但不作用于正超螺旋。
细菌中的DNA
细菌拟核的突环结构
黑腹果蝇染色质的电镜照片
真核生物染色体的核小体结构
染色质的基本结构单位是核小体（ nucleosome ），核 小体的核心是一个蛋白质八聚体，由组蛋白 H2A、 H2B、 H3和H4各2个组成，DNA以左手螺旋在组蛋白核心上盘绕 1.8圈，共146bp。核小体之间连接 DNA的长度随不同核小 体而略有不同，平均每个核小体占DNA200bp。
染色体的组装层次
rRNA的二级结构
原核16S rRNA
真核18SrRNA
3’ 5’
氨基酸臂
氨基酸
腺嘌呤
TψC环
双HU环 （二氢尿嘧啶环）
额外环（可变环）
反密码子环
反密码子
三酵 叶母 草丙 样氨 二酸 级 结 构的
tRNA
二氢尿嘧啶核苷和假尿嘧啶 核苷结构式
二氢尿嘧啶核苷 DHU
假尿嘧啶核苷 ψ
tRNA三级结构示意图
TψC环 5’末端
3’末端
DHU环
反密码环
第四节 核酸的理化性质
核酸的酸碱性质
两性电解质，酸性较强 加盐后可用乙醇或 异丙醇沉淀 核酸的高分子性质 粘性 DNA粘性比RNA大 线性分子粘性比环形分子大 核酸分子变性后粘性变大
核酸的理化性质
核酸的紫外吸收
核酸的最大吸收波长为260nm 蛋白质的最大吸收波长为280nm
核酸的变性
核酸双链间的氢键断裂、变成单链称为变性[有热 变性，酸碱变性，变性剂（甲醛、尿素）变性等]。
核酸的紫外吸收
嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键，使碱基、核苷、 核苷酸、核酸在 240 ～ 290nm 有强烈的吸收，最大吸 收值在260nm附近。 紫外吸收是实验室中最常用的定量测定 DNA 或 RNA浓度的方法。对于纯的样品，只要测出260nm的 A 值即可计算出浓度。通常 A 值为 1 相当于 50μg/ml 双 链DNA，或40μg/ml单链DNA或RNA。 测定紫外吸收值还可以鉴定核酸溶液的纯度。纯 DNA 的 A260/A280 应大于 1.8 ，纯 RNA 应达到 2.0 。若 低于此值说明含有杂质。
四 种 吸核 收苷 曲酸 线的 紫 外
摩尔磷吸光系数
有时核酸溶液的紫外吸收以摩尔磷的吸光度来
表示。摩尔磷即相当于摩尔核苷酸。先测定核酸溶
液中的磷含量及紫外吸收值，然后求出摩尔磷吸光 系数。
A 30 .98 A ( P) cL WL
式中 A 为测得的吸光度， c 为磷的摩尔浓度， L 为比色杯的厚度， W为每升溶液中磷的重量（克）。
DNA的增色效应和减色效应
一 般 天 然 DNA 的 ε(P) 为 ～ 6600 ， RNA 为 7700 ～ 7800 。单链核酸的 ε(P) 比双链核酸的大， 核苷酸单体的 ε(P) 更大。双链 DNA 变性成单链 后ε(P)值增大，称为增色效应；复性后ε(P)值减 小，称为减色效应。这是因为双链结构使碱基 对的π电子云发生重叠，减少了对紫外光的吸收。
DNA
1.天然DNA
2.变性DNA
3.核苷酸总 吸光度值
的 紫 外 吸 收 光 谱
DNA分子的热变性和复性
核酸的热变性增色效应 与解链温度（熔点）
退火、复性与杂交
两条单链缓慢冷却形成双链的过程称为退火。
相同来源的两条单链形成双链叫复性。
不同来源的两条单链形成双链叫杂交。
带有标记的一条单链与待检测的单链形成双链叫 杂交，其中带有标记的那条单链叫探针 , 探针是 人造的一种工具，用来检测能与之互补的单链核 酸分子是否存在及量的多少。
第五节 DNA的生物合成
1. DNA指导的DNA合成（复制） 2. RNA指导的DNA合成（反转录）
3. 修复合成
Watson DNA
半保留复制
old new
双 螺和 旋 复 制提 模出 型的
Crick
DNA聚合酶催化的聚合反应
5’ 端
3’ 端
DNA聚合酶催化反应的特点
① 以 4 种 dNTP 作 底 物 （ 4×dNTP ， 即 dATP、dGTP 、dCTP、dTTP）； ② 反应需要接受模板的指导； ③ 反应需要有引物3’-羟基存在； ④ DNA新链的延长方向为5’→3’； ⑤ 产物DNA的性质与模板相同。
大肠杆菌DNA聚合酶
（DNA polymerase）
1955 年， Arthur Kornberg 等发现了大肠杆菌 DNA 聚合酶，后来又发现了 4种 DNA聚合酶，分别
称为DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，它们有各自
不同的用途。
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ
大肠杆菌 DNA 聚合酶Ⅰ由一条肽链（ 928 个氨基酸残基）组成，含有一个锌原子，分子 量 103kD 。它是一个多功能酶，具有以下活性：
① 5’→3’聚合活性 ② 3’→5’外切活性（校对活性） ③ 5’→3’外切活性（只作用于双链DNA）
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ Klenow片段
用枯草杆菌蛋白酶裂解完整的大肠杆菌 DNA 聚合酶Ⅰ，得到 C 端 324 ～ 928 氨基酸残基 的片段，称为Klenow片段。1-323氨基酸残基为
小片段。小片段具有 5’→3’ 外切活性， Klenow
片段具有聚合酶活性和3’→5’外切活性。
酶切位点
Klenow片段
DNA聚合酶Ⅰ的校对作用
在正常聚合条件下， 3’→5’外切活性不能作用于
生长链；一旦出现错配碱基时，聚合反应立即停止，
生长链的 3’ 末端核苷酸落入 3’→5’ 外切活性位点，错
配核苷酸被迅速切去，然后继续进行聚合反应。
3’→5’外切活性起着校对的作用。 校对作用越强， DNA 复制的准确性越高。适当 的错配有利于发生突变，有利于物种的进化。突变率 太高也不利于保持物种的稳定性。
DNA聚合酶Ⅰ的切口平移作用
关于大肠杆菌DNA 聚合酶的研究
根据对各种DNA聚合酶在大肠杆菌细胞中的活
性、合成DNA的速度、该酶基因突变对DNA复制的
影响的研究，发现DNA聚合酶Ⅲ是大肠杆菌细胞中 DNA复制的主酶，而DNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ的功能只是 参与DNA损伤的修复。
大肠杆菌中3种DNA聚合酶 性质的比较
项 目
5＇→3＇聚合酶活性 3＇→5＇外切酶活性 5＇→3＇外切酶活性 相对分子量（×103） 一个细胞内分子数
聚合酶Ⅰ
＋ ＋ ＋ 103 400
聚合酶Ⅱ
＋ ＋ — 88 ？
聚合酶Ⅲ
＋ ＋ — 830 10~20
生物学活性 聚合速度（核苷酸/分）
持续合成能力 功能
1 1000~2000
3~200 切除引物，修复
0.05 2,400
1,500 修复
15 15,000~60,000
≥ 500,000 复制
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ
亚基 α ε θ 分子量 132,000 27,000 10,000 亚基数目 聚合活性 2 2 2
组建核心酶
亚基功能
3’→5’外切校对活性
τ
γ δ δ’ χ ψ β
71,000
52,000 35,000 33,000 15,000 12,000 37,000
2
2 1 1 1 1 4
核心酶二聚化
依赖DNA的ATP酶，形成γ复合物 可与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，以提高酶 的持续合成能力
DNA聚合酶Ⅲ全酶的结构
δ 与 结 合 两个 α 亚基各 催化复制叉处 一条链的合成。 β
哺乳动物的DNA聚合酶
DNA聚合 酶α(Ⅰ) 定位 亚基数目 外切酶活性 细胞核 4 无 DNA聚合 酶β(Ⅳ) 细胞核 1 无 DNA聚合 酶γ(M) 线粒体 2 DNA聚合 酶δ(Ⅲ) 细胞核 2 DNA聚合 酶ε(Ⅱ) 细胞核 >1
3’→5’ 外切酶 无
高 双脱氧 TTP
3’→5’ 外切酶 无
有PCNA 时高 蚜肠霉素
3’→5’ 外切酶 无
高 蚜肠霉素
第一节 核酸概述
核酸的分类
核酸
细 核糖体RNA（rRNA） 叶 胞 核糖核酸 RNA 信使RNA （mRNA） 绿 基 质 体 Ribonucleic acid 转运RNA （tRNA） 中 、 ）线 粒 体 核酸分子的主要功能：遗传信息的贮存和传递。 、
脱氧核糖核酸 DNA （细胞核、线粒体、叶绿体中） Deoxyribonucleic acid （
中心法则
遗传信息在细胞内的生物大分子间转移的基本法则
1. 1957年Crick最初提出的中心法则
2. 1970年发现了逆转录现象后， Crick修改的中心法则。
3. 现在的中心法则
3
第二节 核酸的分子组成
磷酸
核糖 碱基 核苷 核苷酸
（单体）
聚合
核糖核酸 RNA
（大分子聚合物）
磷酸 脱氧核糖 碱基 脱氧 核苷 脱氧 聚合 核苷酸
（单体）
脱氧 核糖核酸 DNA
（大分子聚合物）
碱基种类
Purine
Adenine
Guanine
Pyrimidine
Cytosine
Uracil
Thymine
几种嘌呤碱基
次黄嘌呤（I）
黄嘌呤（X）
尿酸
茶叶碱
可可碱
咖啡碱
稀有碱基
碱基酮式和烯醇式的互变异构
尿嘧啶
鸟嘌呤
酮式
烯醇式
核糖和脱氧核糖结构式
核糖（链式）
核糖（环式）
2-脱氧核糖（链式） 2-脱氧核糖（环式）
同分异构体
同分异构体
异头碳的 羟基与最末的 手性碳原子的 羟基具有相同 取向的异构体 称为α异头物， 具有相反取向 的称为β异头物。
单 糖 分 子 内 形 成 半 缩 醛
磷酸结构式
核苷和脱氧核苷结构式
糖 苷 键
3种磷酸位置不同的核苷酸
磷酸酯键
一磷酸、二磷酸、三磷酸腺苷
ATP+H2O→ADP+Pi ADP+H2O→AMP+Pi
-30.5 kJ/mol -30.5 kJ/mol
高能磷酸化合物
DNA和RNA中的各种碱基
DNA
腺嘌呤 A
RNA
腺嘌呤 A
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T
鸟嘌呤 G
胞嘧啶 C 尿嘧啶 U
第三节 核酸的分子结构
核苷酸之间以磷 酸二酯键连接
5’
5’
3’
3’
核酸序列简单表示法
DNA 5’ AGTCGACT 3’
RNA
5’ AGUCGACU 3’
由单链DNA形成双链DNA
两条链反平行 碱基之间形成氢键 AT之间两个氢键
GC之间三个氢键
一个与电负性高的 原子 X 共价结合的氢原 子（ X － H ）带有部分 正电荷，能再与另一个 电负性高的原子（如 Y ） 结合，形成一个聚集体 X － H· · · · · Y ，这种化学 结合作用叫做氢键。
两 条 单 氢 链 键核 连 酸 接分 配 子 对碱 基 间
核酸分子的空间结构
一级结构：碱基序列
二级结构：各种螺旋
三级结构：空间上的各种弯曲
DNA双螺旋模型和示意图
（二级结构）
右手螺旋
碱基堆积力使 DNA成为双螺旋
B型DNA中大沟和小沟
表1-2 DNA双螺旋结构类型 及主要差别
旋转角度/ 上升高度/ 螺旋直径 螺旋类型 碱基对/圈 碱基对 碱基对(nm) (nm) A B 11 10 + 34.7 + 36.0 0.256 0.338 2.6 2.0
C
Z
9.33
12
+ 38.6
30.0 － 30.0 左手螺旋
—
0.332
0.571
1.9
1.8
左手螺旋DNA
右手螺旋DNA
DNA分子的三种共价形式
线状 DNA
共价闭合环状DNA
开环DNA
linear DNA
cccDNA
ocDNA
环状DNA分子的超螺旋
（三级结构）
有超螺旋
无超螺旋
无超螺旋
电话线的超螺旋
连环数
连环数是环状 DNA的一个很重要的特征。连
环数指的是在双螺旋 DNA中，一条链以右手螺旋 绕另一条链缠绕的圈数，以字母L表示。L值不同 但其他方面结构相同 DNA分子称为拓扑异构体。 拓扑异构酶可以催化拓扑异构体之间的转变。
拓扑异构酶
拓扑异构酶可以改变 DNA 双螺旋的连环数，其
功能是引入超螺旋或解开超螺旋。 拓扑异构酶可分为两类：类型Ⅰ的酶能使 DNA 的一条链发生断裂和再连接，反应无需提供能量； 类型Ⅱ的酶能使 DNA 的两条链同时发生断裂和再连
接，当它引入超螺旋时需要由ATP提供能量。
拓扑异构酶Ⅰ
拓扑异构酶Ⅰ属于类型Ⅰ。它只能消除负超螺 旋，对正超螺旋不起作用。 拓扑异构酶在使 DNA 的一条链断裂时，由于酶 与 DNA 结合， DNA 链不能自由转动，超螺旋的扭曲 张力不会自动消失。但是酶分子可牵引另一条链通 过切口，然后使断链重新连接起来，从而改变 DNA 的连环数和超螺旋数。
拓扑异构酶Ⅱ
拓扑异构酶Ⅱ属于类型Ⅱ，又叫旋转酶
（ gyrase ）。它可连续引入负超螺旋，反应需要
消耗 ATP 。在无 ATP 存在时，它可以松弛负超螺
旋，但不作用于正超螺旋。
细菌中的DNA
细菌拟核的突环结构
黑腹果蝇染色质的电镜照片
真核生物染色体的核小体结构
染色质的基本结构单位是核小体（ nucleosome ），核 小体的核心是一个蛋白质八聚体，由组蛋白 H2A、 H2B、 H3和H4各2个组成，DNA以左手螺旋在组蛋白核心上盘绕 1.8圈，共146bp。核小体之间连接 DNA的长度随不同核小 体而略有不同，平均每个核小体占DNA200bp。
染色体的组装层次
rRNA的二级结构
原核16S rRNA
真核18SrRNA
3’ 5’
氨基酸臂
氨基酸
腺嘌呤
TψC环
双HU环 （二氢尿嘧啶环）
额外环（可变环）
反密码子环
反密码子
三酵 叶母 草丙 样氨 二酸 级 结 构的
tRNA
二氢尿嘧啶核苷和假尿嘧啶 核苷结构式
二氢尿嘧啶核苷 DHU
假尿嘧啶核苷 ψ
tRNA三级结构示意图
TψC环 5’末端
3’末端
DHU环
反密码环
第四节 核酸的理化性质
核酸的酸碱性质
两性电解质，酸性较强 加盐后可用乙醇或 异丙醇沉淀 核酸的高分子性质 粘性 DNA粘性比RNA大 线性分子粘性比环形分子大 核酸分子变性后粘性变大
核酸的理化性质
核酸的紫外吸收
核酸的最大吸收波长为260nm 蛋白质的最大吸收波长为280nm
核酸的变性
核酸双链间的氢键断裂、变成单链称为变性[有热 变性，酸碱变性，变性剂（甲醛、尿素）变性等]。
核酸的紫外吸收
嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键，使碱基、核苷、 核苷酸、核酸在 240 ～ 290nm 有强烈的吸收，最大吸 收值在260nm附近。 紫外吸收是实验室中最常用的定量测定 DNA 或 RNA浓度的方法。对于纯的样品，只要测出260nm的 A 值即可计算出浓度。通常 A 值为 1 相当于 50μg/ml 双 链DNA，或40μg/ml单链DNA或RNA。 测定紫外吸收值还可以鉴定核酸溶液的纯度。纯 DNA 的 A260/A280 应大于 1.8 ，纯 RNA 应达到 2.0 。若 低于此值说明含有杂质。
四 种 吸核 收苷 曲酸 线的 紫 外
摩尔磷吸光系数
有时核酸溶液的紫外吸收以摩尔磷的吸光度来
表示。摩尔磷即相当于摩尔核苷酸。先测定核酸溶
液中的磷含量及紫外吸收值，然后求出摩尔磷吸光 系数。
A 30 .98 A ( P) cL WL
式中 A 为测得的吸光度， c 为磷的摩尔浓度， L 为比色杯的厚度， W为每升溶液中磷的重量（克）。
DNA的增色效应和减色效应
一 般 天 然 DNA 的 ε(P) 为 ～ 6600 ， RNA 为 7700 ～ 7800 。单链核酸的 ε(P) 比双链核酸的大， 核苷酸单体的 ε(P) 更大。双链 DNA 变性成单链 后ε(P)值增大，称为增色效应；复性后ε(P)值减 小，称为减色效应。这是因为双链结构使碱基 对的π电子云发生重叠，减少了对紫外光的吸收。
DNA
1.天然DNA
2.变性DNA
3.核苷酸总 吸光度值
的 紫 外 吸 收 光 谱
DNA分子的热变性和复性
核酸的热变性增色效应 与解链温度（熔点）
退火、复性与杂交
两条单链缓慢冷却形成双链的过程称为退火。
相同来源的两条单链形成双链叫复性。
不同来源的两条单链形成双链叫杂交。
带有标记的一条单链与待检测的单链形成双链叫 杂交，其中带有标记的那条单链叫探针 , 探针是 人造的一种工具，用来检测能与之互补的单链核 酸分子是否存在及量的多少。
第五节 DNA的生物合成
1. DNA指导的DNA合成（复制） 2. RNA指导的DNA合成（反转录）
3. 修复合成
Watson DNA
半保留复制
old new
双 螺和 旋 复 制提 模出 型的
Crick
DNA聚合酶催化的聚合反应
5’ 端
3’ 端
DNA聚合酶催化反应的特点
① 以 4 种 dNTP 作 底 物 （ 4×dNTP ， 即 dATP、dGTP 、dCTP、dTTP）； ② 反应需要接受模板的指导； ③ 反应需要有引物3’-羟基存在； ④ DNA新链的延长方向为5’→3’； ⑤ 产物DNA的性质与模板相同。
大肠杆菌DNA聚合酶
（DNA polymerase）
1955 年， Arthur Kornberg 等发现了大肠杆菌 DNA 聚合酶，后来又发现了 4种 DNA聚合酶，分别
称为DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，它们有各自
不同的用途。
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ
大肠杆菌 DNA 聚合酶Ⅰ由一条肽链（ 928 个氨基酸残基）组成，含有一个锌原子，分子 量 103kD 。它是一个多功能酶，具有以下活性：
① 5’→3’聚合活性 ② 3’→5’外切活性（校对活性） ③ 5’→3’外切活性（只作用于双链DNA）
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ Klenow片段
用枯草杆菌蛋白酶裂解完整的大肠杆菌 DNA 聚合酶Ⅰ，得到 C 端 324 ～ 928 氨基酸残基 的片段，称为Klenow片段。1-323氨基酸残基为
小片段。小片段具有 5’→3’ 外切活性， Klenow
片段具有聚合酶活性和3’→5’外切活性。
酶切位点
Klenow片段
DNA聚合酶Ⅰ的校对作用
在正常聚合条件下， 3’→5’外切活性不能作用于
生长链；一旦出现错配碱基时，聚合反应立即停止，
生长链的 3’ 末端核苷酸落入 3’→5’ 外切活性位点，错
配核苷酸被迅速切去，然后继续进行聚合反应。
3’→5’外切活性起着校对的作用。 校对作用越强， DNA 复制的准确性越高。适当 的错配有利于发生突变，有利于物种的进化。突变率 太高也不利于保持物种的稳定性。
DNA聚合酶Ⅰ的切口平移作用
关于大肠杆菌DNA 聚合酶的研究
根据对各种DNA聚合酶在大肠杆菌细胞中的活
性、合成DNA的速度、该酶基因突变对DNA复制的
影响的研究，发现DNA聚合酶Ⅲ是大肠杆菌细胞中 DNA复制的主酶，而DNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ的功能只是 参与DNA损伤的修复。
大肠杆菌中3种DNA聚合酶 性质的比较
项 目
5＇→3＇聚合酶活性 3＇→5＇外切酶活性 5＇→3＇外切酶活性 相对分子量（×103） 一个细胞内分子数
聚合酶Ⅰ
＋ ＋ ＋ 103 400
聚合酶Ⅱ
＋ ＋ — 88 ？
聚合酶Ⅲ
＋ ＋ — 830 10~20
生物学活性 聚合速度（核苷酸/分）
持续合成能力 功能
1 1000~2000
3~200 切除引物，修复
0.05 2,400
1,500 修复
15 15,000~60,000
≥ 500,000 复制
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ
亚基 α ε θ 分子量 132,000 27,000 10,000 亚基数目 聚合活性 2 2 2
组建核心酶
亚基功能
3’→5’外切校对活性
τ
γ δ δ’ χ ψ β
71,000
52,000 35,000 33,000 15,000 12,000 37,000
2
2 1 1 1 1 4
核心酶二聚化
依赖DNA的ATP酶，形成γ复合物 可与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，以提高酶 的持续合成能力
DNA聚合酶Ⅲ全酶的结构
δ 与 结 合 两个 α 亚基各 催化复制叉处 一条链的合成。 β
哺乳动物的DNA聚合酶
DNA聚合 酶α(Ⅰ) 定位 亚基数目 外切酶活性 细胞核 4 无 DNA聚合 酶β(Ⅳ) 细胞核 1 无 DNA聚合 酶γ(M) 线粒体 2 DNA聚合 酶δ(Ⅲ) 细胞核 2 DNA聚合 酶ε(Ⅱ) 细胞核 >1
3’→5’ 外切酶 无
高 双脱氧 TTP
3’→5’ 外切酶 无
有PCNA 时高 蚜肠霉素
3’→5’ 外切酶 无
高 蚜肠霉素