第二章 核酸的生物合成

第二章核酸的生物合成第1頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

DNA是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，生物機(jī)體的遺傳信息以密碼的形式編碼在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，并通過DNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA,然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。中心法則1964-1970勞氏肉瘤病毒的遺傳方式致癌RNA病毒病毒（復(fù)制）復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNARNA蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄1958年，遺傳信息的單向第2頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三Reversetranscription第3頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三中心法則的遺傳流向有5條途徑

1、DNA→DNA：DNA復(fù)制

（以DNA為模板合成DNA）

2、RNA→RNA：RNA復(fù)制

（以RNA為模板合成RNA）

3、DNA→RNA：DNA轉(zhuǎn)錄

（以DNA為模板合成RNA）

4、RNA→DNA：反(逆)轉(zhuǎn)錄

（以RNA為模板合成DNA）

5、RNA→Protein：翻譯第4頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

復(fù)制：親代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA或RNA的過程。轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板，按照堿基配對(duì)原則將其所含的遺傳信息傳給RNA，形成一條與DNA鏈互補(bǔ)的RNA的過程。翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNA為模板，將mRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的AA順序的過程。逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成DNA的過程。第5頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)DNA的生物合成一、DNA的半保留復(fù)制

二、與DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)

三、DNA的復(fù)制過程

四、逆轉(zhuǎn)錄

五、DNA的損傷修復(fù)第6頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三一、DNA的半保留復(fù)制定義：由親代DNA生成子代DNA時(shí)，每個(gè)新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù):1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。第7頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度第8頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。

DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNA是一種惰性物質(zhì)。第9頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三二、與DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)

原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、

dCTP、dTTP)

模板：以DNA的兩條鏈為模板鏈，合成子代DNA。

引物：一小段RNA(或DNA）為引物，在大腸桿菌中，DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物。第10頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三催化因子1.引物合成酶（引發(fā)酶）：此酶以DNA為模板合成一段RNA,這段RNA作為合成DNA的引物（Primer)。實(shí)質(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。2.DNA聚合酶:以DNA為模板的DNA合成酶，其催化反應(yīng)的特點(diǎn)（1）以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物；（2）反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)；（3）反應(yīng)需要有3-OH存在；（4）DNA鏈的合成方向?yàn)?3

N355OOHPPP-O-CH2OH

生物大分子合成：底物、酶、能量、模板第11頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三（5）DNA聚合酶的反應(yīng)可以利用DNA雙鏈作為模板和引物，亦可以單鏈DNA作為模板和引物（6）DNA的體外聚合必須加入少量的DNA才能進(jìn)行。DNA在提取過程中易形成切口（nick）或缺口（gap）.則加入的DNA一條鏈作為模板而另一條鏈可作為引物。第12頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三原核生物中的DNA聚合酶在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)有三種DNA聚合酶（用突變株研究其功能）：

⑴DNA聚合酶Ⅰ:單體酶,多肽鏈內(nèi)含一個(gè)鋅原子（其鰲合劑是O-二氮雜菲），多功能酶。它具有53聚合酶功能（對(duì)脫氧核苷酸的選擇）；3’

5’外切酶活性（對(duì)雙鏈無作用，校對(duì)功能。但在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長鏈）及5’

3’外切酶活性（雙鏈有效，主要是對(duì)DNA損傷的修復(fù)，以及在DNA復(fù)制時(shí)RNA引物切除及其空隙的填補(bǔ)）；在DNA鏈的3

形成焦磷酸鍵（生理意義不大）；無機(jī)焦磷酸鹽與dNTP之間的焦磷酸基交換。

⑵DNA聚合酶Ⅱ：多亞基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3’

5’外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修復(fù)紫外光引起的DNA損傷中起作用。

第13頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA復(fù)制的主要聚合酶，該酶由10種亞基組成，其中、、形成全酶的核心酶。具有5’3’DNA聚合酶活性（亞基，速率高）；具有3’

5’外切酶（亞基）的校對(duì)功能，提高DNA復(fù)制的保真性；還具有5’

3’外切酶活性（單鏈有效，其意義未知）。（4）DNA聚合酶IV和V：1999年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DNA嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，誘導(dǎo)產(chǎn)生。第14頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ

亞基數(shù)目1（單體酶）＞1（多亞基酶）＞1（多亞基酶）

5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++（保護(hù)DNA復(fù)制的忠實(shí)性）5‘3’外切活性+--主要是對(duì)DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時(shí)切除RNA引物并填補(bǔ)其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶，還具有3’-5‘外切酶的校對(duì)功能，提高DNA復(fù)制的保真性第15頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

在真核細(xì)胞內(nèi)有五種DNA聚合酶（與細(xì)菌DNA聚合酶的性質(zhì)基本相同：底物、模板、引物、方向）

α

β

γ

δ

ε定位細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核細(xì)胞核3‘-5’外切--+++酶活性功能引物合成修復(fù)作用線粒體DNA的復(fù)制核DNA的復(fù)制修復(fù)作用第16頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

3.DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來。

大腸桿菌和其它細(xì)菌的DNA連接酶要求NAD+提供能量，在高等生物和噬菌體中，則要求ATP提供能量。T4噬菌體的DNA連接酶不僅能在模板鏈上連接DNA和DNA鏈之間的切口，而且能連接無單鏈粘性末端的平頭雙鏈DNA。3‘5‘3‘5‘OHP第17頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三連接酶的反應(yīng)機(jī)制：

酶+NAD+(ATP)酶-AMP+煙酰胺單核苷酸（PPi）酶-AMP+P-5‘-DNA酶+AMP-P-5’-DNADNA-3’-OH+AMP-P-5’-DNADNA-3’-O-P-5’-DNA+AMPDNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用作用第18頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三拓?fù)洚悩?gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負(fù)超螺旋，反應(yīng)不需要能量。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

拓?fù)洚悩?gòu)酶Π：使DNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負(fù)超螺旋時(shí)需要由ATP提供能量，同復(fù)制有關(guān)。二者共同控制DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。5、解螺旋酶（解鏈酶）：通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。每解開一對(duì)堿基需要水解2個(gè)ATP分子。4.拓?fù)洚悩?gòu)酶：催化DNA的拓?fù)溥B環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶，在DNA重組修復(fù)和其他轉(zhuǎn)變方面起重要作用。除連環(huán)數(shù)不同外其它性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體，引起拓?fù)洚悩?gòu)體反應(yīng)的酶稱為拓?fù)洚悩?gòu)酶第19頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三6.其它蛋白因子：⑴單鏈結(jié)合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)：穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。⑵引發(fā)前體:它由多種蛋白質(zhì)dnaA、dnaB、dnaC、n、n’、n’’

和i組成。引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)合組裝成引發(fā)體。引發(fā)體可以沿模板鏈5’3’方向移動(dòng),具有識(shí)別合成起始位點(diǎn)的功能，移動(dòng)到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。移動(dòng)和引發(fā)均需要ATP提供能量，n’蛋白具有ATP酶的活力。引發(fā)體的移動(dòng)與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相同，與岡崎片段的合成方向相反。rep蛋白沿3’5’移動(dòng)，而解螺旋酶I、II、III沿5’

3’移動(dòng)。第20頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三三、DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）

雙鏈的解開

RNA引物的合成

DNA鏈的延伸切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段第21頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三1、雙鏈的解開一些概念：

DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。常用ori(或o）表示。許多生物的復(fù)制原點(diǎn)都是富含A、T的區(qū)段。大腸桿菌染色體DNA以及真核生物的細(xì)胞器DNA為雙鏈環(huán)狀，只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，而真核生物染色體DNA是線性雙鏈分子，含有許多復(fù)制起點(diǎn)。從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)，組成一個(gè)復(fù)制單位，叫復(fù)制子（基因組獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位）。第22頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)制原點(diǎn)由DnaA蛋白識(shí)別，在原點(diǎn)由DnaB蛋白（解螺旋酶）將雙螺旋解開成單鏈狀態(tài)，分別作為模板，合成其互補(bǔ)鏈(DNA雙鏈的解開還需DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Π

、SSB),在原點(diǎn)處形成一個(gè)眼狀結(jié)構(gòu)，叫復(fù)制眼。

DNA復(fù)制進(jìn)行時(shí)，在眼的兩側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)叉子狀的生長點(diǎn)(growthpoint)，叫復(fù)制叉。在復(fù)制叉上分布著各種與復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白因子，它們構(gòu)成的復(fù)合物稱為復(fù)制體（replisome）復(fù)制叉復(fù)制叉第23頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)制叉起點(diǎn)復(fù)制叉延伸延伸起點(diǎn)領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨后鏈隨后鏈3’5’3’5’DNA的雙向復(fù)制第24頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三(1)復(fù)制的起始①互相纏繞的雙鏈母本DNA，復(fù)制從特定的位置(復(fù)制原點(diǎn)OriorO)開始，該位置常是富含A、T區(qū)段。第25頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第26頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三②首先DNA解螺旋酶(DnaB)打開局部雙鏈，SSB與每條單鏈結(jié)合,穩(wěn)定單鏈并防止DNA復(fù)性;然后在DNA旋轉(zhuǎn)酶（TOPⅡ)的作用下，使螺旋DNA局部變成松弛態(tài)。第28頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第29頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三③起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制開始。第30頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第31頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

引發(fā)體在復(fù)制叉上移動(dòng)，沿模板鏈5’3’的方向移動(dòng)，與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相同，識(shí)別合成的起始位點(diǎn)，DnaB蛋白活化引物合成酶。引發(fā)RNA引物的合成。領(lǐng)頭鏈先引發(fā)開始合成，以原來一條DNA單鏈為模板（3’

5’),按5’

3’的方向合成一段RNA引物鏈。領(lǐng)頭鏈開始合成后，隨后鏈也開始合成其引物。引物長度約為幾個(gè)至10個(gè)核苷酸，在引物的5’端含3個(gè)磷酸殘基（引物酶的底物是核苷三磷酸），3’端為游離的羥基。（2）RNA引物的合成第32頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種脫氧核糖核苷5’-三磷酸為底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行領(lǐng)頭鏈和隨后鏈的合成。兩條鏈方向相反。

領(lǐng)頭鏈隨后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型（3）DNA鏈的延伸第33頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時(shí)，合成方向與復(fù)制叉移動(dòng)的方向一致并連續(xù)合成的鏈。隨后鏈—在DNA復(fù)制時(shí)，合成方向與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈。半不連續(xù)復(fù)制—在DNA復(fù)制時(shí)，領(lǐng)頭鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的,而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，這種復(fù)制方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。發(fā)現(xiàn)（1968）：同位素實(shí)驗(yàn)，3HdT

短時(shí)間內(nèi)為DNA小片段一段時(shí)間后檢測到DNA大片段。當(dāng)用DNA連接酶的變異株時(shí)，檢測到大量DNA片段的積累?！C明DNA復(fù)制中有小片段合成。第34頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三岡崎片段在DNA復(fù)制過程中，領(lǐng)頭鏈能連續(xù)合成，而隨后鏈只能是斷續(xù)的合成53的多個(gè)短片段，這些不連續(xù)的小片段以其發(fā)現(xiàn)者的名字命名為岡崎片段。

岡崎片段：真核生物中100-200個(gè)核苷酸（核小體的DNA單位）。原核生物中1000-2000個(gè)核苷酸（相當(dāng)于一個(gè)順反子）。第35頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三蛋白Mr亞基數(shù)功能SSB756004結(jié)合單鏈DNADnaB蛋白(解螺旋酶)3000006DNA解螺旋,引物體成分引物酶(DnaG蛋白)600001RNA引物合成,引物體成分DNA聚合酶Ⅲ90000018~20新鏈延長DNA聚合酶I1030001除去引物,填充缺口DNA連接酶740001連接DNA旋轉(zhuǎn)酶(DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ)4000004超螺旋參與鏈的延伸階段的蛋白質(zhì)和酶第36頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第37頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三均以5/→3/方向形成前導(dǎo)鏈和滯后鏈第38頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第39頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第40頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH端遇到上一個(gè)岡崎片段時(shí)即停止合成。復(fù)制叉移動(dòng)到終止區(qū)即停止復(fù)制（大腸桿菌有一個(gè)終止區(qū)）。這時(shí)會(huì)發(fā)生一系列變化：在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補(bǔ)上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈；修復(fù)摻入DNA鏈的錯(cuò)配堿基；以修復(fù)方式填補(bǔ)終止區(qū)50-100bp的空缺。這樣以兩條親代DNA鏈為模板，各自形成一條新的DNA互補(bǔ)鏈。結(jié)果是形成了兩個(gè)DNA雙股螺旋分子。（4）切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段（復(fù)制終止）

第41頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三真核生物中DNA的復(fù)制特點(diǎn)1、真核生物染色體有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2、岡崎片段長約200bp.3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢。4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開始復(fù)制；而在快速生長的原核中，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制。真核生物快速生長時(shí)，往往采用更多的復(fù)制起點(diǎn)。5、真核生物有多種DNA聚合酶。6、真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接。由端粒酶負(fù)責(zé)新合成鏈5RNA引物切除后的填補(bǔ)，亦保持端粒的一定長度。第42頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)端粒結(jié)構(gòu)3535端粒結(jié)構(gòu)端粒酶是含RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶第43頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三DNA復(fù)制的其它方式大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制（一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制）真核細(xì)胞線狀染色體DNA的復(fù)制方式（多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制）單向滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體X174DNA—單鏈環(huán)狀）3

D-環(huán)式復(fù)制方式（線粒體雙鏈環(huán)狀DNA：兩條鏈的復(fù)制起點(diǎn)不同位置，且復(fù)制不同步）第44頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三定義:以RNA為模板，按照RNA中的核苷酸順序合成DNA稱為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進(jìn)行。1970年Temin和Baltimore同時(shí)分別從勞氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病RNA病毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。

用特異抑制物（放線菌素D）能抑制致癌RNA病毒的復(fù)制，而對(duì)一般RNA病毒的復(fù)制無影響。已知放線菌素D專門抑制以DNA為模板的反應(yīng)，可見致癌RNA病毒的復(fù)制過程必然涉及到DNA。所以Temin于1964年提出前病毒的假說。四、逆轉(zhuǎn)錄第45頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+病毒RNA的逆轉(zhuǎn)錄過程

（以前病毒形式引起整合到宿主細(xì)胞DNA中而使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化）

單鏈病毒RNA

RNA-DNA雜交分子雙鏈DNA（前病毒）

逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶

逆轉(zhuǎn)錄酶是多功能酶，兼有3種酶的活性：

RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性

DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性核糖核酸酶H的活性，專一水解RNA-DNA雜交分子中的RNA，可沿5’3’和3’

5’兩個(gè)方向起核酸外切酶的作用。逆轉(zhuǎn)錄酶也和DNA聚合酶一樣，沿5’3’方向合成DNA，并要求短鏈RNA作引物。第46頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三cDNA：幾乎所有真核生物mRNA分子的3‘末端都有一段polyA,當(dāng)加入寡聚dT作為引物時(shí)，mRNA就可作為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下在體外合成與其互補(bǔ)的DNA，稱為cDNA。逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)的理論和實(shí)踐意義：不能把“中心法則”絕對(duì)化，遺傳信息也可以從RNA傳遞到DNA。促進(jìn)了分子生物學(xué)、生物化學(xué)和病毒學(xué)的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目前逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為研究這些學(xué)科的工具。1983年，發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒（humanimmunedeficiencevirus,HIV）,感染T淋巴細(xì)胞后即殺死細(xì)胞，造成宿主機(jī)體免疫系統(tǒng)損傷，引起艾滋病（acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）第47頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三五、DNA的損傷修復(fù)DNA的損傷：DNA在復(fù)制時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)配、病毒基因整合；某些物化因子如紫外光、電離輻射和化學(xué)誘變等，破壞DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。從而影響DNA的復(fù)制，并使DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯也跟著變化，因而表現(xiàn)出異常的特征（生物突變）。若DNA的損傷或錯(cuò)配得不到修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致DNA突變。其主要形式：一個(gè)或幾個(gè)堿基被置換插入一個(gè)或幾個(gè)堿基一個(gè)或多個(gè)堿基對(duì)缺失

DNA的損傷修復(fù)——

四種修復(fù)途徑:光復(fù)活、切除修復(fù)、復(fù)組修復(fù)和誘導(dǎo)修復(fù)（亦稱暗修復(fù)）。第48頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

光復(fù)活：400nm左右的光激活光復(fù)活酶，專一分解紫外光照射引起的同一條鏈上TT（CCCT）二聚體。（包括從單細(xì)胞生物到鳥類，而高等哺乳動(dòng)物無）切除修復(fù)：將DNA分子中的受損傷部分切除，以完整的那條鏈為模板再重新合成。特異內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA連接酶均參與。（發(fā)生在DNA復(fù)制前）重組修復(fù)

（發(fā)生在復(fù)制后）：復(fù)制時(shí)，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補(bǔ)，原損傷部位并沒有切除但在后代逐漸稀釋。P349誘導(dǎo)修復(fù)：造成DNA損傷或抑制復(fù)制的處理均能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱為應(yīng)急反應(yīng)（SOSresponse）。此過程誘導(dǎo)產(chǎn)生切除修復(fù)和重組修復(fù)中的關(guān)鍵蛋白和酶，同時(shí)產(chǎn)生無校對(duì)功能的DNA聚合酶。所以會(huì)有2種結(jié)果：修復(fù)或變異（進(jìn)化）。

第49頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)RNA的生物合成一、RNA聚合酶

二、RNA的轉(zhuǎn)錄過程

三、轉(zhuǎn)錄后加工

四、RNA的復(fù)制

第50頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三一、概念轉(zhuǎn)錄：以DNA的一條鏈為模板在RNA聚合酶催化下，按照堿基配對(duì)原則，合成一條與DNA鏈的一定區(qū)段互補(bǔ)的RNA鏈的過程稱為轉(zhuǎn)錄。以四種核糖核苷三磷酸酸（NTP）為底物，形成3、5-磷酸二酯鍵相連接。轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性。反義鏈（無意義鏈，負(fù)鏈）：在RNA的轉(zhuǎn)錄中，用作模板的DNA鏈稱為反義鏈。有義鏈（編碼鏈，正鏈）在RNA的轉(zhuǎn)錄中，不作為模板的DNA鏈稱為有義鏈。第51頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三RNA聚合酶：大腸桿菌的RNA聚合酶全酶由5種亞基α2ββ’σ

組成，σ因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與β’βα2分離，沒有σ、亞基的酶稱為核心酶——只催化鏈的延長，對(duì)起始無作用。五種亞基的功能分別為：

α亞基：與啟動(dòng)子結(jié)合功能。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。

亞基：在全酶中存在，功能不清楚。

β’亞基：與DNA模板結(jié)合功能。

σ亞基：識(shí)別起始位點(diǎn)。

一、RNA聚合酶第52頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三

真核細(xì)胞的RNA聚合酶酶類分布產(chǎn)物α-鵝膏蕈堿對(duì)酶的作用分子量反應(yīng)條件ⅡIⅢ核仁核質(zhì)核質(zhì)rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA5SrRNA不抑制低濃度抑制高濃度抑制500000~700000~700000_低離子強(qiáng)度,要求Mg2+或Mn2+高離子強(qiáng)度高M(jìn)n2+濃度第53頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三RNA聚合酶的特點(diǎn)：1、反應(yīng)底物：NTP，DNA為模板、Mg2+促進(jìn)聚合反應(yīng)。

RNA聚合酶不需要引物，合成方向53。2、真核生物與原核生物的RNA聚合酶結(jié)構(gòu)不同（具體說明）。3、利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性；α-鵝膏蕈堿

抑制真核生物RNA聚合酶活性。第54頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三RNA的轉(zhuǎn)錄過程：（以大腸桿菌為例）

起始位點(diǎn)的識(shí)別

轉(zhuǎn)錄起始鏈的延伸轉(zhuǎn)錄終止二、RNA的轉(zhuǎn)錄過程第55頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三（1）起始位點(diǎn)的識(shí)別

RNA的合成不需要引物。體外實(shí)驗(yàn)證明，不含σ亞基的核心酶會(huì)隨機(jī)地在一個(gè)基因的兩條鏈上啟動(dòng)，當(dāng)有σ亞基時(shí)就會(huì)選擇正確的起點(diǎn)。σ亞基起著識(shí)別DNA分子上的起始信號(hào)（啟動(dòng)子——指RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列）的作用。啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶識(shí)別的信號(hào)；-10序列是酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)（富含AT堿基，利于雙鏈打開）；第三部分是RNA合成的起始點(diǎn)。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)5’3’3’5’35序列

Sextama框10序列Pribnow框第56頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三（2）轉(zhuǎn)錄起始

RNA聚合酶全酶掃描解鏈區(qū)，找到起始點(diǎn)，然后結(jié)合第一個(gè)核苷三磷酸。加入的第一個(gè)核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。所形成的啟動(dòng)子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個(gè)核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，σ亞基就會(huì)被釋放脫離核心酶。因子僅與起始有關(guān)，RNA的合成一旦開始，便被釋放E-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈第57頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三（3）RNA鏈的延伸DNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象的變化，核心酶與DNA結(jié)合比較松弛，可沿DNA模板移動(dòng)，并按模板順序選擇下一個(gè)核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的RNA鏈的3’-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄延伸方向從5’

3’第58頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三（4）轉(zhuǎn)錄終止

在DNA分子上（基因末端）提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列稱為終止子（terminators),它能使RNA聚合酶停止合成RNA并釋放出RNA。

需要ρ因子（終止因子，協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)）幫助，ρ因子能與RNA聚合酶結(jié)合但不是酶的組分，它的作用是阻止RNA聚合酶向前移動(dòng)，于是轉(zhuǎn)錄終止，并釋放出已轉(zhuǎn)錄完成的RNA鏈。不依賴于ρ因子。強(qiáng)終止子序列有兩個(gè)明顯的特征：（1）在終止點(diǎn)之前具有一段富含G-C的回文區(qū)域。（2）富含G-C的區(qū)域之后是一連串的dA堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的RNA鏈的末端為一連串U（連續(xù)6個(gè)）。弱終止子：缺少回文結(jié)構(gòu)強(qiáng)終止子：有回文結(jié)構(gòu)第59頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三新合成的RNA分子中典型的回文結(jié)構(gòu)（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）第60頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三有些終止子的作用可被特異的因子所阻止，使酶得以越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為通讀（readthrough）能夠引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為抗終止因子（antiterminationfactors）第61頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三第62頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三RNA生物合成的抑制劑1、嘌呤和嘧啶類似物：人工合成的堿基類似物能夠抑制和干擾核酸的合成。如NH2SHSH作為代謝拮抗物抑制合成酶類或直接摻到核酸分子中，形成異常RNA或DNA。NH2NH2OHNFNH2SH第63頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三2、DNA模板功能的抑制物：可以與DNA模板結(jié)合，抑制其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄（1）烷化劑：使DNA發(fā)生烷基化，發(fā)生在G-N7，A-N1、N3N7

；C-N1。易引起嘌呤的水解，在DNA上留下空隙干擾復(fù)制或轉(zhuǎn)錄；或引起堿基錯(cuò)配。（2）放線菌素：放線菌素D與DNA形成非共價(jià)的復(fù)合物，抑制其模板功能（低濃度抑制轉(zhuǎn)錄，較高濃度抑制復(fù)制）。具有類似作用的還有色霉素A3

、橄欖霉素、光神霉素。（3）嵌入染料：可插入雙鏈DNA分子相鄰的堿基對(duì)之間，一般具有芳香族發(fā)色團(tuán)。溴化乙錠（EB）是一種高靈敏的熒光試劑，常用來檢測DNA和RNA。與DNA結(jié)合后抑制其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。第64頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三3、RNA聚合酶抑制物（1）利福霉素：抑制細(xì)菌RNA聚合酶活性。利福平可以高效抑制結(jié)核桿菌，殺死麻瘋桿菌，在體外有抗病毒作用。（2）利鏈霉素：與細(xì)菌RNA聚合酶亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄過程中RNA鏈的延長反應(yīng)。（3）-鵝膏蕈堿：抑制真核生物RNA聚合酶活性。第65頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三三、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工

在細(xì)胞內(nèi)，由RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（primarytranscript）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、5和3末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA分子。此過程總稱為RNA的成熟或稱為RNA的轉(zhuǎn)錄后加工。第66頁，共72頁，2023年，2月20日，星期三1、mRNA前體的加工：

原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。亦有少數(shù)多順反子的mRNA需要核酸酶切成小單位，然后再翻譯。

真核生物mRNA（半壽期較長）原初轉(zhuǎn)錄物很大，在加工過程中形成許多分子大小不等的中間物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)，需要進(jìn)一步進(jìn)行加工修飾轉(zhuǎn)化為mRNA。加工包括：（