衛(wèi)校生物化學的生物合成

關于衛(wèi)校生物化學的生物合成第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA通過復制將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過轉錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質分子，從而決定生物的表現型。DNA的復制、轉錄和翻譯過程就構成了遺傳學的中心法則。第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)DNA的生物合成第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日一復制的基本規(guī)律DNA復制的方式——半保留半不連續(xù)復制第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA在復制時，以親代DNA的每一條鏈作模板，合成完全相同的兩個雙鏈子代DNA，每個子代DNA中都含有一條親代DNA鏈，這種現象稱為DNA的半保留復制。一、半保留復制第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日復制親代DNA子代DNADNA半保留復制示意圖第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Meselson

和F.Stahl所完成的實驗所證明。該實驗首先將大腸桿菌在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉變?yōu)?5N。然后將大腸桿菌移至只含14N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代、二代、三代。分別提取DNA，作密度梯度離心，將具有不同密度的DNA分離開。DNA半保留復制的實驗證明第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA半保留復制研究實驗結果示意圖第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日按半保留復制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現了遺傳的保守性。遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎，但不是絕對的。半保留復制的意義第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA在復制時，需在特定的位點起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復制起始點(origin)

。在原核生物中，復制起始點通常為一個，而在真核生物中則為多個。二、有一定的復制起始點第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日習慣上把兩個相鄰DNA復制起始點之間的距離（或DNA片段）定為一個復制子(replicon)。復制子是獨立完成復制的功能單位。DNA復制時，局部雙螺旋解開形成兩條單鏈，這種叉狀結構稱為復制叉。第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復制子3’復制起始點與復制子示意圖第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日參與DNA復制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50~100個核苷酸，而在真核生物中約為10個核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對。三、需要引物第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA復制時，以復制起始點(origin)為中心，向兩個方向進行解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制(bidirectionalreplication)。但在低等生物中，也可進行單向復制（如滾環(huán)復制）。復制中的放射自顯影圖象四、雙向復制第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日oriterABCA.環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點B.復制中的兩個復制叉C.復制接近終止點(termination,ter)DNA的雙向復制示意圖第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，即模板DNA鏈的方向必須是3'→5'。由于DNA分子中兩條鏈的走向相反，因此當分別以兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時，子代鏈的聚合方向也是不同的。五、半不連續(xù)復制第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日35353′5′3′5′解鏈方向領頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)DNA的半不連續(xù)復制3′5′第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日以3’→5’方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復制時基本上是連續(xù)進行的，其子代鏈的聚合方向為5’→3’，這一條鏈被稱為領頭鏈(leadingstrand)。以5’→3’方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復制時則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5’→3’，這條鏈被稱為隨從鏈(laggingstrand)。領頭鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制，就是復制的半不連續(xù)性。

第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日由于親代DNA雙鏈在復制時是逐步解開的，因此，隨從鏈的合成也是一段一段的。DNA在復制時，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazakifragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日二參與DNA復制的酶類和蛋白因子第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA在和染色體中是以超螺旋狀態(tài)存在的，復制時必須先解開超螺旋和雙螺旋，形成裸露的單鏈才能作為模板進行合成。（1）拓撲異構酶負責解開DNA的超螺旋。在DNA的一定部位將雙鏈中的一條切開，是鏈末端沿松解方向轉動松弛，然后將切口封閉，使DNA呈松弛狀態(tài)。1、參與DNA解螺旋和解鏈的酶及蛋白因子第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日（2）解鏈酶，這類酶蛋白一旦與雙鏈DNA連接，就會引起DNA雙鏈解旋，并使兩條分開的鏈呈直線，以便模板鏈在DNA聚合酶的作用下進行分子復制。第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日（3）單鏈結合蛋白質(SSB)：結合于螺旋酶沿復制叉方向向前推進產生的單鏈區(qū)，防止新形成的單鏈DNA重新配對形成雙鏈DNA或被核酸酶降解的蛋白質。

第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日催化RNA引物合成的酶稱為引物酶。引物酶(primerase)本質上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3’-OH，使子代DNA鏈能夠開始聚合。引物酶需組裝成引發(fā)體才能催化RNA引物的合成。2、引物酶和引發(fā)體第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日在E.coli中，含有解螺旋酶(DnaB蛋白)、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA復制起始區(qū)域的復合結構被稱為引發(fā)體(primosome)

。第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日3、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DDDP)簡稱：DNA-pol作用：在DNA模板鏈的指導下，以dNTP為原料，按照堿基互補配對原則將dNTP逐個加在寡核苷酸片段的3’-OH上，形成磷酸二酯鍵，從而使新合成的DNA鏈沿5’-3’方向延長?；钚裕?.53

的聚合酶活性

2.核酸外切酶活性第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?能切除突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。DNA聚合酶的核酸外切酶活性第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日在原核生物中，目前發(fā)現的DNA聚合酶有三種，分別命名為DNA聚合酶Ⅰ（polⅠ），DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ），DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ），這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復制的主要是polⅢ和polⅠ。（一）種類和生理功能：第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日

原核生物中的三種DNA聚合酶

第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復制必須具有高保真性。DNA復制時的保真性主要與下列因素有關：

1．遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；

2．DNA聚合酶在復制時對堿基的正確選擇；

3．對復制過程中出現的錯誤及時進行校正。

（二）DNA復制的保真性(fidelity)：第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合酶活性摻入正確配對的底物。B：堿基配對正確，DNA-pol不表現外切酶活性。第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA連接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN++AMP）HO5’3’5’3’3’5’5’3’4、DNA連接酶第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA連接酶催化的條件是：①需一段DNA片段具有3'-OH，而另一段DNA片段具有5'-Pi基；②未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈是完整的；③需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA連接酶在復制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復、重組及剪接中也起縫合缺口作用。是基因工程的重要工具酶之一。DNA連接酶的作用第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日三DNA復制過程第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA復制的起始階段，由下列兩步構成。

1．解旋解鏈，形成復制叉：由拓撲異構酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結構解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結合蛋白（SSB）四聚體結合在兩條單鏈DNA上，形成復制叉。（一）、復制的起始第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日2．引發(fā)體組裝和引物合成：由解螺旋酶(DnaB蛋白)、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA復制起始區(qū)域形成引發(fā)體；在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日（二）、復制的延長復制的延長指在DNA聚合酶（DNA-PolⅢ）催化下，以3’→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5’→3’方向聚合子代DNA鏈。其化學本質是dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，磷酸二酯鍵不斷生成。隨從鏈中復制到一定程度，DNA-PolⅠ將岡崎片段之間的RNA引物切除并行DNA聚合酶功能將岡崎片段連接起來形成一條完整的DNA鏈。第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-polDNA復制的延長過程第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日領頭鏈的合成過程第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日隨從鏈的合成過程第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日DNA復制過程簡圖第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日（三）、復制的終止

在復制過程中形成的RNA引物