专业课-初试生化提高xinzuihou dna合成

第一节DNA的生物合成引言中心法则核酸是贮存和传递遗传信息的生物大分子生物体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序遗传信息的流动法则——

中心法则DNARNA复制转录翻译Protein引言中心法则中

心

法

则DNARNA复制转录翻译Protein引言中心法则逆转录RNA复制中

心

法

则引言中心法则以亲代DNA分子的双链为模板，按照碱基配对的原则，合成出与亲代DNA分子相同的双链DNA的过程以DNA分子中一条链的部分片段为模板，按照碱基配对原则，合成出一条与模板DNA链互补的RNA分子的过程复制(Replication)转录(Transcription)翻译(Translation)把mRNA上的遗传信息按照遗传密码转换成蛋白质中特定的氨基酸序列的过程(“翻译”又叫“转译”)真核生物：细胞核原核生物：细胞质的核质区一.复制的基本特征1.复制的部位n1dATPn2dGTPn3dCTPn4dTTPDNA聚合酶(DNA模板)DNA＋(n1+n2+n3+n4)PPi一.复制的基本特征2.复制的反应半保留复制DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先解旋并分开，然后以每条链为模板，按照碱基配对原则，各形成一条互补链。每个子代DNA分子中，有一条链来自亲代DNA，另一条则是新形成的。一.复制的基本特征3.复制的方式亲代第一代第二代一.复制的基本特征3.复制的方式（15N标记E.coliDNA）半保留复制引物：

RNA片段（含10-60nt）链的延伸方向： 5′→3′一.复制的基本特征3.复制的方式半保留复制基因组中能独立进行复制的单位叫复制子。每个复制子都含有控制复制起始的起点。一.复制的基本特征3.复制的方式DNA复制的方式有多种。一.复制的基本特征3.复制的方式双向(多数）..单向（少数）

1.DNA聚合酶DNA聚合酶反应的特点：以四种脱氧核苷三磷酸为底物；反应需要接受模板的指导；反应要有引物3’-OH的存在；需Mg2+激活；DNA链的生长方向为5’→3’；产物与模板的性质相同。二.原核生物DNA的复制

1.DNA聚合酶是一种多功能的酶。在酶的活性中心上，与这些功能有关的结合部位分布十分精巧。不能从无到有合成新链，因为在未核实前一个nt是否正确配对，是不会进行聚合反应的。主要负责RNA引物的切除和校对。E.ColiDNA聚合酶I二.原核生物DNA的复制

1.DNA聚合酶DNA聚合酶I3‘→5’核

酸外切酶5‘→3’核

酸外切酶5‘→3’核

酸外切酶聚合酶CN5'→3'核

酸外切酶3'→5'核

酸外切酶蛋白酶小片段MW35000大片段MW68000Klenow片段二.原核生物DNA的复制

1.DNA聚合酶DNA聚合酶IIIDNA聚合酶III是DNA复制酶，聚合活性高。DNA聚合酶III为异二聚体，使解开的双链可同时复制。其复杂的亚基结构使其具有更高的忠实性(fidelity)、协同性(cooperativity)和持续性(processivity)。二.原核生物DNA的复制

1.DNA聚合酶DNA聚合酶IIIDNA聚合酶III亚基组成：δδ'χψε：3’→5’核酸外切酶活性。θα：聚合酶活性。核心酶τ：促使核心酶二聚化。β：夹住DNA分子并可向前移动。γ：依赖DNA的ATP酶。夹子装置器二.原核生物DNA的复制

1.DNA聚合酶DNA聚合酶ⅠDNA

polⅡ

DNA

polⅢ结构基因亚基种类3'→5'外切5'→3'外切聚合速度持续合成能力功能polApolBpolC11≥10++++__慢很慢

快30-200≥1000≥50000切除引物，修复修复复制大肠杆菌DNA聚合酶二.原核生物DNA的复制

2.DNA复制体二.原核生物DNA的复制解开DNA的酶和蛋白质将DNA的两条链打开。每解开一对碱基需要水解2分子ATP。解螺旋酶解螺旋酶二.原核生物DNA的复制

2.DNA复制体解开DNA的酶和蛋白质单链结合蛋白(SSB)与解链后的DNA单链结合，阻止其再次形成双螺旋。

具有协同效应（在原核生物中）。调节DNA分子超螺旋类型与数量的酶。可分为拓扑异构酶Ⅰ和拓扑异构酶Ⅱ，两者协同作用控制着DNA的拓扑结构。解螺旋酶拓扑异构酶二.原核生物DNA的复制

2.DNA复制体解开DNA的酶和蛋白质单链结合蛋白(SSB)拓扑异构酶Ⅰ：使DNA的一条链发生断裂和再连接，消除负超螺旋，反应不消耗能量。每次改变的连环数为+1。主要用于转录。拓扑异构酶Ⅱ(旋转酶)：使DNA的两条链发生断裂和再连接，引入负超螺旋，需要ATP提供能量。每次改变的连环数为-2。主要用于复制。解螺旋酶二.原核生物DNA的复制

2.DNA复制体解开DNA的酶和蛋白质拓扑异构酶单链结合蛋白(SSB)解螺旋酶引发体引发体识别复制的起始部位，启动RNA引物的合成。二.原核生物DNA的复制

2.DNA复制体解开DNA的酶和蛋白质拓扑异构酶单链结合蛋白(SSB)催化DNA双链中一条链上的切口（3′-OH与它下游相邻的核苷酸的5′-磷酸之间）共价连结（形成磷酸二酯键）。连结过程需要能量:

E.coli和某些细菌中由NAD+提供；动物细胞由ATP提供。二.原核生物DNA的复制

2.DNA复制体连接酶

原核生物的DNA上一般只有一个复制原点，但在迅速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起点处启动第二轮复制。

真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制过程。3.复制的过程二.原核生物DNA的复制复制的启动引发体成员DnaA识别并结合与oriC；DnaB（解旋酶）、SSB、PriA、DnaG（引物酶）等蛋白结合，形成引发体；拓扑异构酶II向DNA引入负超螺旋，消除解链产生的扭曲张力。DnaG在后随链模板上合成RNA引物；3.复制的过程二.原核生物DNA的复制复制的启动（E.coli)复制眼的结构

一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成能连续进行，称为先导链；另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向相反，这条新链的合成是不连续的，而且总晚于先导链，所以称为后随链。3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸DNA链的延伸按5'→3'方向。5’3’5’3’后随链中合成的多个DNA片段，称为冈崎片段。这种先导链连续合成，后随链断续合成的方式，称为半不连续复制。3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸

引物酶在复制原点附近合成一段RNA引物；

DNA聚合酶Ⅲ在引物的3'末端逐个添加脱氧核苷酸。随着复制叉的推进，亲代DNA双螺旋不断被解开，先导链也不断延伸。

①先导链的合成3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸②随后链的合成引物的合成:随后链的每个冈崎片段都需要合成RNA引物。也是由引物酶催化。

3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸②随后链的合成冈崎片段的合成：DNA聚合酶Ⅲ在引物的3'末端使DNA链延伸，直至抵达其下游的另一个冈崎片段的RNA引物的5'端。引物的合成:随后链的每个冈崎片段都需要合成RNA引物。也是由引物酶催化。

3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸冈崎片段的连结：DNA聚合酶Ⅰ

DNA连接酶②随后链的合成3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸

先导链和随后链中DNA的延伸由同一个DNA聚合酶Ⅲ全酶二聚体催化随后链的模板回折成环，从而使冈崎片段的延伸方向与先导链的延伸方向一致，它们的3'末端分别落在DNA聚合酶Ⅲ全酶的双活性部位。3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸大部分的复制是从复制原点向两侧同时进行，因此两侧的复制叉都是生长点，随着复制叉的移动，复制眼逐步增大。

所以每条新合成的DNA链中既有先导链，又有后随链。3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的延伸环状的DNA从单点开始双向复制，当两个复制叉在复制原点的对面的终止区相遇并合并时，结束复制，形成两个环状DNA分子。3.复制的过程二.原核生物DNA的复制DNA链的终止真核生物具有核小体结构。真核生物基因组庞大，且复制叉移动速率比原核生物慢得多。真核生物DNA上存在多个复制子，但每个复制子在每个细胞周期只复制一次。复制的终止比较特别，形成端粒DNA。1.真核生物DNA复制的特点三.真核生物DNA的复制DNA聚合酶αDNA聚合酶βDNA聚合酶γDNA聚合酶δDNA聚合酶ε2.真核生物DNA聚合酶三.真核生物DNA的复制合成引物、后随链修复酶线粒体DNA合成合成前导链修复酶3.端粒DNA三.真核生物DNA的复制端粒是真核生物染色体末端的特殊序列；它是由端粒酶RNA模板上拷贝出数以百计的重复序列构成；端粒DNA形成特殊结构，具有保护染色体末端免遭降解的功能。端粒的截短与细胞衰老有关。四.DNA复制的忠实性DNA聚合酶的聚合反应具有保真性；DNA聚合酶利用外切酶活性进行校对；使用RNA引物；依赖于核苷酸代谢库调节系统和体内多种修复系统。基因（gene)：DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列，其编码产物是多肽链或RNA。基因组(genome)：一种生物体的全部基因或染色体。基因组学(genomics)：一门涵盖了对所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基因定位和功能分析的科学。包括结构基因组学(structuralgenomics)

和功能基因组学(fuctionalgenomics)。生物信息学(bioinformatics)：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科。PCR：聚合酶链式反应（PolymeraseChainReaction），是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法。由高温变性模板、、引物与模板退火、引物沿模板延伸三步反应组成一个循环，通过多次循环反应，使目的DNA得以迅速扩增。其主要步骤是：将