《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第十七章 核酸代谢 8学时 学握半保留复制：复制起点与方式：DNA复制有 关酶类；复制过程：真核生物DNA复制特点：RNA聚 学 合酶：转录启动子与转录因子、终止子与终止因子：转 ◇ 录过程：RNA复制及逆转录概念、意义。 的 熟悉DNA损伤修复、突变：DNA损伤、修复、突 变：转录后加工：RNA复制及逆转录过程。 了解核苷酸合成抑制剂：与DNA结合的抑制剂： 求 聚合酶抑制剂。 复制酶、复制过程 教学 真核复制特点、损伤及修复概念 重点 转录酶、转录过程 RNA复制及逆转录概念 教学 复制过程修复过程 难点 转录过程逆转录过程 教学过程 讲授结合多媒体课件 P436习题之1、2、3、4、5、6、7、10、11、13 作业 P503习题之1、2、3、5、12
教学内容 导言 9年钉生地防旅金十冠 然后翻译减特异的白质，以执行各种功能，使后代现出与亲代相似 的遗传性状 这就是 中心法则 转录 翻译 DNA →RA→蛋白质→性状 复制」反转录IRNA复制 DNA RNA 让我们走进核酸合成基地，看看遗传信息是如何表达的 第十七章核酸生物合成 第一节DNA复制 一、半保留复制（学握） 据Watson.Cick推测。子代DNA分子的一条链来自亲代，另一条链是新合成的。 1958年Meselson和Stahl用N标记DNA试验证明 试验HNC1大肠杆菌12代后转入H4NC 氯化绝常度梯度离心 0代 55N 00 1代 INIAN 1☑Z0 2代T 000☑i00 对照工 IN'N 若是全保留应是 ☑ 0 1963年Cis用放射自显影的方法第一次观察到完整的正在复制的大肠杆菊染色体 DNA 意义：半保m复制是M复制最五要的特征。这种方式使子代保用了亲代DM的全部遗 传信息。物种德定的分了基是造传的相对性，体理 代与代之间D碱基序列的 致性，或者说某种坐物的后代只能是它的同种坐物而不是其 二、复制起点、方式等概念（掌握）
复制子能独立进行复制的DNA片段。 复制起点控制复制起始的DNA片段。 复制义前移方向 从复制起点开始向一端复制，叫单向复制 从复制起点开始向两端复制，叫双向复制 两链同时复制，叫对称复制。 两链不同时（一前一后）复制，叫不对称复制 钜制叉 两链局部解开后形成的Y(丫)字状结构， 单向复制 起点 终点 复制限 双向复制 ·复制叉复制区一 点 女 终点 复制根 复 制 子复 制 单链环状DNA主要采用滚环式复制 目(gite)开刊示意图 单环先复制成双环，然后正链切开，滚动复制负链， 自型单向复制示意图 环状DNA复先眼和DNA形成的自型结构 日型双向复制示意图 真核尘物DNA的多起点双向复制图 大喝开菌复制始于单一起点或原点（©C),双阿，等速、对称进行。在由镜下复 制的起，点与复制的D八M部分犹1限脯，称复制概，包括两个反向运动的复制叉(replication 6k力形成0型。复制义移动速度的50000bpmn。染色体完成复制需要40mm。 某些病寿及噬菌体DM复制时，可以现察到单向滚环型复制。在附乳类动物线拉体D 复制中发现，两条链的合成是高度不对称，一条链上迅速合成出互补能，另一条则为游离的 道坏（即D-坏）。 其传生物染色体是线性双链分子，有许多复制点，因此是多复制子。以然其复 制又移动漫(1000-3000 bp/min.,但同时起作用的复制又数目大，M1复的总速度比原 生还快
三、原核细胞DNA复制有关酶类（重点） 1人反应 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 速隙需要的条件：4种dNTP,Mg2、DNM模板(template.人、引物(primer) 2、特点 (1)底物是dNTP (2)需模板。（单链DNA,方向3一5'。） (3)需引物3 段RN,约10个核苷酸，由引物酶合成 (4)新链合成方向是5一3”。形成3磷酸键 (5)产物与母DNA分子相同。 或者新合成的链与模板链五补 连接过程示意图 功能 多个功能 a聚合功能 合成新链 b3一5'外切功能校对 c5一3'外切功能切除引物 4、大肠杆茵DNA聚合梅 聚合的 IV V 结构基因 dinB umuC/D亚 基数 ≥10 相对分子质量 103000 88000 830000 3”外切功能 S'外切功能 聚合速度 个 1000~1200 2400 15000-60000 持续合成能力 3-200 1500 ≥500000
功能 切引物、修复 修复 每制 S0S修复 可见：酶Ⅲ无切除引物作用，速度和持续性都很大，所以，它主要是复制 酶【正好相反，它主要修复和切除引物 70年代拟又从大肠杆的分离出N1-polⅡ和polⅢ。polⅡ无5→3'外切牌活性。p0l Ⅲ是大肠杆菌主要的DM聚合：，其全障山10种亚基组成，0、e、0组成核心府，Q亚 基具有5一3方向合成的催化活性，：亚基具有3一5使酸外切游的活性，起校对作 用。MP01Ⅲ为异二聚体，使解开的双链可同时进行复制.这种复杂的亚基结构使 具有高的忠实性、协同性和特续性。 (二DNA连接喇 1、反应 T4连接梅也可一十=→。 能化究片段向的即把有款口的3-木与相候酸5'-南酸形 酸二键，这两个M片段必需与同一个五补链结合 2、能量原核NAD十 真核、噬菌体ATP 3、过程 连接+ATP/NAD→连接毫-AMP十PPi/NMP --AMP 5' 一十连接陶 MP5' 连接反应是能的。大 能量来源，动物胞和菜些嘴莉体 以 为能液 4、功能 在复制、修复、重组中均起重要作用 (一)引物（合成）游 合成引物 除底物足核旮三磷酸、不需引物同DNA聚合酶 与转求德区别：在DNA单链上合成10核昏移 而转录酶在双链上作用，持续性较强 DM聚合有催化两个游高d7P聚合的能力，而聚合酶依模板可促游商7 乘合，生成的一段短A引物提供3-山木端供WP入，延长。所以，解开双链并不是 马上进行复制，先以模板脱氧核苷酸序列，按碱基互补原则合成一小段M引物，这一过程 称“引发”引物M与模板DA形成奏交。催化A引的合成的阴爽合酸称引的酸（成 引发)。该游只有与用关的蛋白结合为引发体才有明显的活性。引发体是解链做、aC 引物廖和M起始复区组成的复合结构 (四)解链孵（解螺旋傅、DnaB) 破坏氢键，解开双螺旋。 解链嫩可通过水解ATP供能来解开双徒，每解开一对碱基，需水解2分子ATP。 (五)拓扑异构 【切1不需ATP用于复制或转 Ⅱ切2需ATP 用于复制 坏状财的二级结构（超蝶旋）存奔扬扑异构体，“扬扑”一词原意是指物体做弹性移 位而又保持不变的性质。D复制时必先要解旋和解，扑异构郴对分子兼有内切制 和连接的作用，有1型和Ⅱ型。前者可切断双链中的一条能，使解旋中个致打结（适时灭
把切口封闭，M呈松她态，这过程不糖能)。后者在无ATP供能附，可同时切开超蝶旋状 态以的两条链，使其松地，然后将切口封闭（用于分离复制后的两个子环）。在利用A口 时，读可使松地态的变成负超 (六)单链结合蛋白SSB 与单链结合 稳定单链区 便周 链上，防止它们重新形成 不》 直到会部单链都被 而真生物 同效应， 也不突 合那样沿复制方向向前移动，而是不衡地结合、能离，直到复制完成。 其他因子 和引发蓐结合成引发体的棚关蛋白有6种，priM,priB,priC、naB、dmaC,dnaT。 与复制过程有关的起始因子、终止茧白因子等。 四、原核复制过程（重点、难点） 从起点解链到起点引物合成结束 主要反应： 山DaA识别起点并解开3个： 山DnaB(C助之)解链扩大单链区： 山拓扑 子构消除超螺旋。 山单链结合蛋白稳定单链区： 形成复制叉 山引物酶在起点合成引物。 起始示意图
这是复制中较复杂的坏节，叁与因子较多，是把M解成单链和生成引物。 E.c01i复制始于单个位，点(orC,有245b如的序列，一般含两个反向重复单位和二个 事联重复单位。 解链是 种高速的反向旋转，其下游势必发生打结现象。书扑酶通过切惭、旋转和再连 度作用，实现D时超螺旋的转型，正超螺旋变负超：DA蛋屏认并结合oC币复列的 位点，解链醇(aB蛋白，rep蛋白)解开双链(DaC蛋白协助解链：SSB和引发榜进入， 生成的引发体到达适当位置藏可按模板能化N7P的聚合，生成引物，这标示复制志始的完成。 (二)延伸 从起点引物合成到双链分离，其同主要行为是新链廷长 DpolⅢ在引物的3'-M端，按模板碱基序，催化加入的dTPs生成磷酸二蓝键，子 链的延长按5'→3'方向延，其速度阴当快。E0li基因组，即全套基因染色体上的M 约3000h。按20分钟一代，每秒M入的核甘截数达2500p。随从链先是生成若干短 的/喷片段，片段之间的接山M水解掉引物，m下的空缺(gp)山D40lI催化 填补，厚山连接将两个片段连一起。 主要反应： 聚合Ⅲ在引物3'端紧随复制叉连续合成前导链 前导特：延长方向和复制叉前移方向一致的新链，他较早开始合成 解链继续全适当位置，反向合成滞后链引物，聚合酶在引物3'端反向合成冈崎片段， 此反复断续合成： 适当位置：距起点1000~2000.滞后链引物在此反向合成 滞后轴：延长方向和复制叉前移方向相反的新链，至少滞后1000-2000 冈崎片段： DNA复制时合成的1000~2000核苷酸片段。即滞后链的合成单位 冈崎片段合成企前一个引物5'端，山聚合酶1切除引物并填补 山连接酶连接相邻的冈崎片段： 直全复制义前移全终点（终止子） 复制过程中 DM分子的两条链是尼向 滞后链续合成，称之为半不逢缤合成 目万 的合求方 所有公成新的五补员 了点 个盾，1968年川本学者冈过实验卧究H标记的氧甘为度梯度高心技， 提出了半小连续复制座论。 A解链复制时，以5走向为模板的复制徒可顺若解链方向延长，其复制过程是 续的，此链称为前导链(lem md)。而沿者解链 向了→3模板徒合成的互补能，出 现了复制方向与解徒方向反，此州，必须等模板徒解 出足够长度，在引物3 0H大端 ·了万问先合成小的财片段（可片段，心这些片段是不连羹的，最后连成一条完整的 链，称后随旋(agging strand).。前导链的连续性在许多因素作用下也会出现不连装性。刻 模板链的损伤、一条链上有多个复制虑始点、复制因子和底物供应不足等，都会引起前导链 复御的中断，并从一新的起始点开始复制。前导链和后随链是指同一复制又上的两条链
复制又有关概念示意图 前导链、滞后链合成的聚合悔常聚合在一起，同向前移，但新链合成方向相反，如何 解释？！滞后链模板回折 过程示意图 (D423图22】 (二)终山 主要反应： 两连解开，山聚合将【填补空缺：连接连接， 终止子上结合有相关蛋白质，阻止复制叉继续前移。 若是单向复制.则无终止子，转一圈即可 即终止阶段有的有，有的无 五、真核生物DNA复制特点（重点） 真核生物基因组比原核生物大得多，其染色体以核小体为结构单位组成，因此D财的复 过程相当复杂，特点 1、起点多 如人平均每条DN有500个起点，1000个复制子，（原核1个 2、双向复制（可双可单》 3、风崎片段小 约200个核苷酸，相当于1个核小体。（约1000-2000个） 4、聚合速度慢 1000~3000个/min,(5000个方但总时间差不多，因为复制子小 5、聚合酶不同 动物DNA聚合牌 (P425表5) 主要掌握定位和功能 a/l B/ Y /M 6/1 e/ 定位 核 核 线粒体 核 重基疑 4 1 ≥1外 切活 3 35 引物合成 有活性 无 无 无 无 持续能力 低 有PCNA时高 抑制剂 蚜肠指紫 双脱氧TTP 双脱氧TTP 蚜肠焉素 蚜肠特索 功能 合成引物 修复 复制 复制 修复 合成引后 再合成几个 DNA 细菌和真核复制酶比较 (P426表6) 组成 细南 真核
复制南 聚合Ⅲ 聚合梅a6 进行性因子 B夹子 PCNA 定位因子 Y复合物 引物合成酶 引物酶 聚合酶 除引物 聚合酶I RNaseHI/MF-I 滞后链修复 聚合悔I连接悔 聚合俯e连接悔】 解螺旋酶 DnaB T抗原 消除张力 拓扑异构悔 拓扑异构 单链结合 SSB RP-A 6、终止不明显 复制子短，碰头即结束，几乎无终止子 7、术端复制复杂 模板3端无法复制？ !由端粒晦延长后继续复制，（越来越长？） !水解丢失 端粒线性DNA分子木端的特殊结构，山许多重复的短序列组成，富含GC对。 四膜虫为TTGGG或GGGTTG: 人为TTAGGG。 端粒南 含有与端粒五补的RNA的逆转 (RNA长约150个) 端粒静(1 elomerase）是1s5年发瑰的一种候鹅核蛋白榜，山二部分组成：端粒酶VM。 菏拉障协同蛋白和端拉障逆转录障。该海兼有提供模板和催化逆转录的功能，通过一种 称为爬行模型的机制维持染色体的完整。端粒梅结合后，依其M模版，布端拉单链3'-M 为引物基动上，不断反向梦录。催化比证长，到一定长府形成GG記对的发夹结构.3 -1指回折与互补链方向 新延伸的链为模板合成 五补链。未端复制变短和用端拉办其长度，这两个过程处于半衡状态，所以染色 保持大致用同的长度。 作用：延长端粒 (过程：与之互补，反转录，再互补，再转录。一次一个重复序列) 分布：生殖细胞和癌细胞 体细胞无，所以，休细咆继代培养若干代后即停止分裂甚至凋亡) 端粒功能 稳定木端结构，辅助木端复制
DNA复制分子机制的基本特点 1,复制是半保式的 2、复制起始于特定位咒，真核有多个 3、复制可单向，可双向 4、新链延长方向为5 →3'，每次增加一个核甘酸 5、复制是半不车就的 6、需引物，后被切士 第二节DNA损伤修复与突变 M复制的保真性是维持物种相对稳定的主要因素，而M复捌时的错误是定变 muai0n)发生的原因。突变是生物进化和钢胞分化的分子基础。所以遗传的稳定性和突 变的能矿性组成生狗界对立统一的自然现象，使生物世界五若缤 DNA损伤 些理化生等因素引起的DNA一级结构改变。 用 紫外线、电离辐射等 化 基米似物、硅基缘饰剂、货入饮料等 5-BrU 烷化剂、亚硝酸 碱基错配、DNA重组、病毒整合等 DNA损伤修复 DNA损伤通过一定作用复原或基本复原的过程。 突变 DNA损伤未能复原引起细胞遗传性状改变 一、修复（熟悉） A损伤和修复，是细胞内1复制中同时并存的两个过程。悠复(epag)是针对 已发生的M损伤施 AA求 主要有5：错配修复、直接修复、切除修复、重组修复、诱导修复 (一)错配修复 定义山Mt蛋白参与的与GATC序列相关的针对错配核苷酸的切除修复