【正文】 1 第十一章 核酸的生物合成 核酸是遺傳物質(zhì) 親代 DNA…… 子代 …… 子代 DNA遺傳信息 …… RNA……蛋白 …… 表現(xiàn)遺傳性質(zhì)。 病毒 RNA能 自我復(fù)制 ，同時也能做為 mRNA知道 蛋白合成。 病毒 RNA…… 逆轉(zhuǎn)錄 …… DNA…… 致癌變 中心法則 2 中心法則： 是指遺傳信息從 DNA傳遞給 RNA， 再從RNA傳遞給 蛋白質(zhì) 的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程 ，以及遺傳信息從 DNA傳遞給 DNA的復(fù)制過程 。 (遺傳信息流向 ) 3 復(fù)制 ：以原來分子為模板，合成出相同分子的過程。 轉(zhuǎn)錄 （逆轉(zhuǎn)錄）：在 DNA（ 或 RNA） 分子上合成出與其相對應(yīng)的 RNA（ 或 DNA） 過程。 翻譯 ：在 核糖體（ rRNA和蛋白）上以 mRNA為模板，根據(jù)每 3個相鄰核苷酸決定一個氨基酸的三聯(lián)體密碼規(guī)則，由 tRNA運送氨基酸，合成具有特定氨基酸序列的蛋白質(zhì)過程。 4 第一節(jié) DNA的生物合成 一 、 半保留復(fù)制： DNA復(fù)制時 ，親代 DNA的雙螺旋先解旋或分開 ， 然后以每條鏈為模板按堿基配對原則 ， 在這兩條鏈上各形成一條互補鏈的復(fù)制過程 。 半保留復(fù)制是雙鏈 DNA普遍采用的復(fù)制機制 。 5 Meselson and Stahl, 1958 6 二、 DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì) DNA合成過程： dNTP + 模板＋引物 DNA＋ PPi DNA聚合酶 Mg2+ 多種酶，以及蛋白因子 + 7 1 引物合成酶（引發(fā)酶， primase） ?以 DNA為模板合成一段 RNA， 作為合成 DNA的引物。 ?在一定程度上可以用 dNTP代替 NTP作為底物合成。 8 2 DNA聚合酶 （ DNA polymerase）：（ 大腸桿菌） DNA聚合酶 I(Kornberg 酶 )： 多功能酶 ① 5’ － 3’ 聚合酶： 在底物和模板以及引物存在下 ， 可將脫氧核糖核酸加到具有 3’ － OH末端的多核苷酸鏈上 ， 合成 DNA， 合成方向 5’ － 3’ 。 ② 3’ － 5’ 外切酶活性： 有校對功能 ,錯配后 ， 聚合停止 ， 切除后繼續(xù) 。 ③ 5’ － 3’ 外切酶活性： 有切除 DNA損傷部分以及引物的作用 9 10 DNA聚合酶 II： 可能在修復(fù)由紫外造成的損傷中 起 作用 ? DNA聚合酶 III： 10種 22個亞基 +鋅原子 ① 5‘3’DNA聚合酶活性 ② 3‘外切酶活性 原核生物復(fù)制主要 的聚合酶 11 3 真核細胞中的聚合酶 四種：聚合酶 ?， ?， ?， ? 聚合酶 ?， ?復(fù)制染色體 DNA 催化隨后鏈 催化領(lǐng)頭鏈的合成 3’－ 5’ 外切酶活性 修復(fù)作用 線粒體DNA合成有關(guān) 12 4 DNA連接酶 ① 催化 DNA雙鏈中的切口處的相鄰的 5’ －磷酸基和 3’－羥基形成磷酸酯鍵 。 ② 不可以催化兩條游離的DNA單鏈連接 。 13 14 5 拓撲異構(gòu)酶 DNA復(fù)制解開雙鏈時產(chǎn)生扭曲張力的釋放解釋 ① 通過 DNA旋轉(zhuǎn) (早期觀點 ) ② 拓撲異構(gòu)酶 拓撲學(xué)：主要研究拓撲空間在拓撲變換下的不變性質(zhì)和不變量 15 拓撲異構(gòu)酶： 催化 DNA拓撲異構(gòu)反應(yīng)的酶叫拓撲異構(gòu)酶（ 改變拓撲環(huán)或 DNA雙鏈的互纏數(shù) ） 16 ?拓撲異構(gòu)酶 I（ 轉(zhuǎn)軸酶 ） ： 和 DNA結(jié)合后形成穩(wěn)定的復(fù)合物 ， 并催化 DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接 。 從而改變 DNA的拓撲連環(huán)數(shù)和超螺旋數(shù) （ 大腸桿菌 ） 減少負超螺旋 。 ?拓撲異構(gòu)酶 II （ 旋轉(zhuǎn)酶 ） ： 使DNA的兩條鏈同時斷裂并再連接引入負超螺旋 （ 100個 /分 ， 需要 ATP） ， 并消除 DNA復(fù)制叉前進時產(chǎn)生的扭曲張力 。 ? I 和 II 型酶協(xié)同作用 ， 控制 DNA的拓撲結(jié)構(gòu) 。 17 18 6 解螺旋酶 通過水解 ATP 將DNA雙鏈打開 。 1對堿基 /2ATP rep protein 19 7 其他蛋白因子 ① 單鏈結(jié)合蛋白 （ SSP） ： 穩(wěn)定被解開的 DNA單鏈 ， 阻止和保護其不被核酸酶降解 ② dna A :識別并結(jié)合 4X9序列 ，負超螺旋包裹 dna A, 溶解 3X13（ 引發(fā)連續(xù)變性 ） ③ HU蛋白 :類組蛋白 ， 參與 dna A活動 20 ④ 引發(fā)前體 （ 前引物蛋白 ） ： 由 6種蛋白 ：dnaB（ 解旋酶 ） ,C ,n,n’,n’’ and I 功能： ? 和 RNA引發(fā)酶 結(jié)合組裝成引發(fā)體 ? 引發(fā)體 結(jié)合到 隨后鏈的模板 上 ? 具有 識別合成起始位點 的功能 ? 間斷引發(fā) RNA合成 （ 引物合成 ） ? 沿 5’3‘移動 21 復(fù)制起始位點 oriC ① 復(fù)制從 DNA的分子的特定位置開始 ， 用 ori or o表示 ② 245bp, 3X13bp + 4X9bp ③ 富含 AT此段產(chǎn)生的瞬時單鏈和 SSP結(jié)合 ④ 原核生物只有一個復(fù)制原點 ⑤ 真核細胞有多個復(fù)制原點 22 三、 DNA復(fù)制 ?半不連續(xù)復(fù)制 ： 一條鏈相對連續(xù)合成 ， 另一條鏈的合成不連續(xù) 復(fù)制方式 。 ?復(fù)制過程： 雙鏈解開 RNA引物合成 DNA鏈延長 終止 切除 RNA引物 填補空缺 連接相鄰的 DNA片段 23 （一）雙鏈解開 dnaA+HU protein 24 在復(fù)制原點 ， 雙鏈解開 ， 并作為模板 ，合成各自互補鏈 ， 形成一個眼狀結(jié)構(gòu) ，為復(fù)制眼 眼的兩端出現(xiàn)兩個生長點 ， 為復(fù)制叉 25 復(fù)制體 復(fù)制起始 θ結(jié)構(gòu)形成后 ，在復(fù)制叉上結(jié)合各種和復(fù)制有關(guān)的酶和輔助因子 ， 形成一個復(fù)合體 26 復(fù)制體形成 （ 8種蛋白介入） 1. 起始復(fù)合體： DnaA+HUprotein +ATP 2. 開放復(fù)合體： 3X13被 DnaA 打開，DnaB and DnaC進入 3. 形成復(fù)制眼和復(fù)制叉，即形成 θ結(jié)構(gòu) 4. 各種酶和蛋白進去在復(fù)制叉處形成復(fù)制體，引發(fā)并進行 DNA復(fù)制 27 （二） RNA引物合成 (引發(fā) ) ① 領(lǐng)頭鏈先引發(fā)合成RNA引物 （ 引發(fā)酶+RNA聚合酶 ） ， 和模板結(jié)合 ， DNA聚合酶 III催化合成領(lǐng)頭鏈 （ 連續(xù)的新鏈） ② 另一個親本鏈被置換出后 ， 引發(fā)酶和前引物蛋白結(jié)合形成引發(fā)體 ， 移動并間斷合成 RNA引物 ，在同一 DNA聚合酶III中合成后續(xù)鏈DNA 28 （三） DNA鏈延長 復(fù)制體形成， RNA引物合成，合成并延長領(lǐng)頭鏈，之后進行后續(xù)鏈合成 DNA聚合酶復(fù)制方向為 5’－ 3’ 。 一個復(fù)制叉內(nèi)的兩條鏈的復(fù)制方向不同。為雙向復(fù)制 29 按 3’－ 5’ 的單鏈 DNA為模板不斷合成的新鏈（ 5’－ 3’ 方向）為領(lǐng)頭鏈。連續(xù)的合成 另一條鏈 合成和復(fù)制叉前進方向相反， 只能斷續(xù)合成出一些片段。1968年岡崎 發(fā)現(xiàn)并命名為岡崎片段。 岡崎片段可連接成大片段，為隨后鏈。其合成為半不連續(xù)復(fù)制 原核生物的岡歧片段長 真核生物的岡歧片段短 30 1988年 Kornberg等人提出大腸桿菌的 DNA復(fù)制模型 31 終止反應(yīng) ? 終止蛋白和終止子結(jié)合抑制復(fù)制體的解螺旋酶活性 ， 防止復(fù)制叉通過終止位點 。 ? 大腸桿菌的復(fù)制終止點就是兩個復(fù)制叉的匯合點 32 Okazaki fragment 到一定長度后，新老片段接近時 DNA聚合酶 I 切除 RNA引物 空隙 由 DNA聚合酶 I催化填補一段 DNA DNA連接酶連接相鄰的 DNA片段 修復(fù)摻入 DNA鏈錯配的堿基 形成兩個 DNA雙股螺旋分子（半保留復(fù)制） （四）切除引物，填補空白，連接修復(fù) 33 34 35 四、逆轉(zhuǎn)錄： 60年代提出， 70年發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶，目前發(fā)現(xiàn)在高等真核生物的 RNA腫瘤病毒中都有逆轉(zhuǎn)錄酶。 以 RNA為模板，按 RNA中的核苷酸順序合成 DNA的轉(zhuǎn)錄過程。 轉(zhuǎn)錄過程要求： RN