第十三章核酸的生物合成 本章主要讨论DNA的生物合成即DNA的半保留复制;RNA生物合成即DNA到RNA的转录 现加上下一章蛋白质的生物合成内容(即翻译过程),就构成了分子遗传学中心法则。 DNA DNA dupLicates △A DNA transcript RNA synthe RNA PIRNA nucleus carmens。a nuclear envelope Protein The central Dogma。fM。 ocular Bic【。e
第十三章 核酸的生物合成 本章主要讨论DNA的生物合成即DNA的半保留复制；RNA生物合成即DNA到RNA的转录。 现加上下一章蛋白质的生物合成内容(即翻译过程)，就构成了分子遗传学中心法则
第一节DNA的复制与修复 研究DNA复制的目的就是要了解三个问题 第一、子代DNA为什么能够直接地获得新DNA的遗传信息? 第二、复制是怎样进行的 第三、生物体是怎样对DNA复制进行调控的? DNA的半保留复制(P321图19-1P321图19-1) 在DNA复制过程中,每个子代分子的一条链来自亲代 DNA,另一条则是新合成的,这种复制方式称为半保留复 制。实验证明见课本 生物意义:DNA的半保留复制机制可以说明DNA在代 谢上的稳定性
第一节 DNA的复制与修复 研究DNA复制的目的就是要了解三个问题。 第一、子代DNA为什么能够直接地获得新DNA的遗传信息? 第二、复制是怎样进行的 第三、生物体是怎样对DNA复制进行调控的? 一、DNA的半保留复制 (P321 图19-1 P321 图19-1) 在DNA复制过程中，每个子代分子的一条链来自亲代 DNA，另一条则是新合成的，这种复制方式称为半保留复 制。实验证明见课本。 生物意义：DNA的半保留复制机制可以说明DNA在代 谢上的稳定性
引物链 模 o、[碱基 [碱 B HO H 板 PPi P-O 碱基 H<O、碱碧 HO H 链的合成方向 苷酸加入至 引物链的3末端 陀对碱基 模板链号物链 图19-11DNA酶促合成的 引物链和模板链
(一)、反应所需的条件及反应的特点: (1)原料(或底物):四种5′三磷酸脱氧核苷(dNTP),缺一不可 (2)模板及辅助因子:DNA模板、Mg2(或Mn2)或DNA二条链(一条 链为模板,一条链为引物) (3)引物链:具有自由3OH的RNA或DNA片段(约10个核苷酸) (4)反应:由引物末端3OH与进入的5′三磷酸脱氧核苷的α磷酸残 基化合,生成酯键(3‘5磷酸二酯键,并脱下焦磷酸) (5)方向:DNA链由5→3′方向延长 (6)能量:来自α与β之间的高能磷酸键裂解 (⑦)四种dNTP参加反应的先后顺序,由DNA模板决定,受碱基配 对支配;而不受四种dNTP相对浓度的影响 (8)产物DNA的性质与模板相同。这说明DNA聚合酶是一种模板指 导的酶
（一）、反应所需的条件及反应的特点： (1)原料(或底物)：四种5′三磷酸脱氧核苷(dNTP)，缺一不可。 (2)模板及辅助因子：DNA模板、Mg2+(或Mn2+)或DNA二条链(一条 链为模板，一条链为引物) (3)引物链：具有自由3′-OH的RNA或DNA片段(约10个核苷酸) (4)反应：由引物末端3′-OH与进入的5′三磷酸脱氧核苷的α磷酸残 基化合，生成酯键(3′5′磷酸二酯键，并脱下焦磷酸) (5)方向：DNA 链由5′→3′ (6)能量：来自α与β之间的高能磷酸键裂解 (7)四种dNTP参加反应的先后顺序，由DNA模板决定，受碱基配 对支配；而不受四种dNTP相对浓度的影响。 (8)产物DNA的性质与模板相同。这说明DNA聚合酶是一种模板指 导的酶
二、参加复制过程的主要酶及作用 DNA是由脱氧核糖核苷酸聚合而成,参加聚合反应的酶包括多 种DNA聚合酶以及DNA连接酶。 (-)大肠杆菌中DNA聚合酶:(含Zn2+)(DDDP) (1)DNA聚合物I(又称 Kornberg酶)的特殊作用:(是一个多功能酶) ①去除引物及填补间隙作用:在DNA复制过程中,可将引物RNA水解下来, 并催化合成DNA片段以填补间隙。 ②DNA聚合酶作用:催化DNA链由5′→3方向延长。 ③校正错误作用:它可将DNA链的末端接上的错误核苷酸水解下来,然后再 催化接上一个正确的核苷酸。即由3‘端水解DNA链,具有3′→5′核酸外切酶的作 用 ④修复损坏及变异作用:即由5端水解DNA链,具有5′→3'核酸外切酶作用 (详见后面介绍) ⑤由3端使DNA链发生焦磷酸解。 ⑥催化无机焦磷酸盐与脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换
二、参加复制过程的主要酶及作用 DNA是由脱氧核糖核苷酸聚合而成，参加聚合反应的酶包括多 种DNA聚合酶以及DNA连接酶。 （一）大肠杆菌中DNA聚合酶：(含Zn 2+)（DDDP） (1)DNA聚合物Ⅰ(又称Kornberg酶)的特殊作用：(是一个多功能酶) ①去除引物及填补间隙作用：在DNA复制过程中，可将引物RNA水解下来， 并催化合成DNA片段以填补间隙。 ②DNA聚合酶作用：催化DNA链由5′→3′方向延长。 ③校正错误作用：它可将DNA链的末端接上的错误核苷酸水解下来，然后再 催化接上一个正确的核苷酸。即由3′端水解DNA链，具有3′→5′核酸外切酶的作 用。 ④修复损坏及变异作用：即由5′端水解DNA链，具有5′→3′核酸外切酶作用。 (详见后面介绍) ⑤由3′端使DNA链发生焦磷酸解。 ⑥催化无机焦磷酸盐与脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换
(2)DNA聚合酶Ⅱ特殊作用:目前尚不大清楚,可能在 DNA修复中起作用 DM原(3)DNA聚合酶Ⅲ的特殊作用:主要参与绝大多数新的 成。 DNA聚合酶ⅠMW.109Kdal单一多肽链,聚合1000个核苷酸/分/分子 DNA聚合酶IMW.120Kdal单一多肽链,聚合2000个核苷酸/分/分子 DNA聚合酶ⅢMW.180Kdal单一多肽链,聚合50000个核苷酸/分/分子 表92大肠杆菌三种DA聚合酶的性质比敦 DNA聚合酶IDNA聚合酶I DNA聚合酶I(复合物) 分子量 109000 190000 40000 每个细胞的分子数(估计值) 10-30 5→3聚合作用 + 3→5核酸外切酶 5→3核酸外切醇 +++1 十 转化率 0,05 结构基因 pol A pol B po: 0, dnan, dnax, dnaZ, dnaQ 以DNA聚合酶I的转化率为;在37C每分子DNA聚合酶I每分钟聚合的核苷酸数日为10
(2)DNA聚合酶Ⅱ特殊作用：目前尚不大清楚，可能在 DNA修复中起作用。 (3)DNA聚合酶Ⅲ的特殊作用：主要参与绝大多数新的 DNA的合成。 DNA聚合酶Ⅰ M.W. 109Kdal 单一多肽链，聚合1000个核苷酸/分/分子 DNA聚合酶Ⅱ M.W. 120Kdal 单一多肽链，聚合2000个核苷酸/分/ DNA聚合酶Ⅲ M.W. 180Kdal 单一多肽链，聚合50000个核苷酸/分/分子
(二)DNA连接酶及作用:DNA聚合酶能催化DNA片段及链的延长合 成,但不能将DNA断片连接起来,这种连接反应是由DNA连接酶来 催化的。DNA连接酶不单是DNA复制所必需的,而且也是在DNA 损伤修复及基因重组中不可缺少的酶。 连接双股DNA中的 股存在的缺口 不能连接单股DNA。 C PP是PP量
(二)DNA连接酶及作用：DNA聚合酶能催化DNA片段及链的延长合 成，但不能将DNA断片连接起来，这种连接反应是由DNA连接酶来 催化的。DNA连接酶不单是DNA复制所必需的，而且也是在DNA 损伤修复及基因重组中不可缺少的酶。 • 连接双股DNA中的一 股存在的缺口， • 不能连接单股DNA
(三)拓扑异构酶: 核酸的拓扑结构(如 opology拓扑学或拓扑结构)是指核酸分子的空间结构。拓扑学是近代 数学的一个分支,它研究曲线或曲面的空间关系和内在数学性质,而不考虑它们的度量(大小 形状等)。两条豆相缠绕的双螺旋核酸分子表现出许多拓扑学的关系。在DNA的复制、重 纽、转录和组装等过程中无不牵涉到其拓扑结构的转变。DNA在复制时,首先需要将两条链 解开,因而会产生扭曲张力。早期普认为DNA分子可通过旋转而消除这种张力。然而一条 很长的DNA双螺旋分子进行高速的旋转这是不可思议的。通过对DNA的拓扑结构和拓扑 异构酶的研究现在已能较好了解DNA在复制时双链是如何解开的。 生物体内DNA分子通常处于负超螺旋状态 除连环数不同外其他性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体( topological isomers),引 起拓扑异构反应的酶称为拓扑异构酶( topoisomerase)。DNA拓扑异构酶通过改变DNA的∝ 值而影响其拓扑结构。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,反应无需供给能量;类型I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供给能量
(三)拓扑异构酶： 生物体内DNA分子通常处于负超螺旋状态
拓扑异构酶的作用 number=n+ Linkage nu Pass strand through break
拓扑异构酶的作用
拓扑异构酶Ⅱ的作用 Peia double 拓扑异构酶的作用 是使DNA的超螺 旋的圈数增加或者 ATP 减少 ·此作用需要AP分 解提供能量。 ADP P
拓扑异构酶的作用 • 拓扑异构酶的作用 是使DNA的超螺 旋的圈数增加或者 减少。 • 此作用需要ATP分 解提供能量