生化DNA的生物合成

第1页，共67页，2023年，2月20日，星期一DNA以碱基排列顺序的方式贮存生物体内所有遗传信息，以亲代DNA分子为模板，按碱基配对原则合成子代DNA时，遗传信息从亲代DNA分子上准确地传递到子代DNA分子上，此过程称为DNA的复制.只有当细胞处在有丝分裂过程中，才进行DNA复制。首页第一节第二节第四节第三节第五节第2页，共67页，2023年，2月20日，星期一遗传信息传递的中心法则复制DNA转录RNA翻译蛋白质复制RNA翻译逆转录蛋白质首页第一节第二节第四节第三节第五节第3页，共67页，2023年，2月20日，星期一第一节半保留复制第二节DNA复制的酶学第三节DNA生物合成过程第四节DNA的突变（损伤）与修复

第五节逆转录现象和逆转录酶首页第一节第二节第四节第三节第五节第4页，共67页，2023年，2月20日，星期一第一节半保留复制1）半保留复制（semiconservativereplication）

1953年Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时，就设想在DNA复制过程中，2条多核苷酸链之间的氢键断裂，然后以每条单键作为模板，按照碱基互补的原则，合成新的互补链。这样新合成的2个子代DNA分子与原来的DNA分子的碱基排列顺序完全一样，每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。复制的特点首页第一节第二节第四节第三节第五节第5页，共67页，2023年，2月20日，星期一半保留复制的证据

首页第一节第二节第四节第三节第五节第6页，共67页，2023年，2月20日，星期一意义：

子代保留了亲代DNA的全部遗传信息

DNA通过复制和基因表达决定生物特性体现了遗传过程的相对保守性保守性是相对的，不能忽视其变异性2）半不连续复制.首页第一节第二节第四节第三节第五节第7页，共67页，2023年，2月20日，星期一第二节DNA复制的酶学复制是在酶催化下进行的核苷酸的聚合反应。(一)DNA聚合酶(二)真核生物的DNA聚合酶(三)DNA复制的保真性

首页第一节第二节第四节第三节第五节第8页，共67页，2023年，2月20日，星期一一、DNA聚合酶作用：以单链DNA作为模板催化3'，5'-

磷酸二酯键的生成，使4种脱氧核糖核苷酸,在引物或DNA片段的3'-OH上沿着5'→3'方向聚合。首页第一节第二节第四节第三节第五节第9页，共67页，2023年，2月20日，星期一

（dNMP）n+dNTP

或n1dATPn2dCTPn1dTTP+DNAn2dGTP(模板)DNA聚合酶DNA聚合酶Mg2+,引物DNA（dNMP）dAMPdCMPdDMPdGMP+2(n1+n2)PPi+ppin+12(n1+n2)复制的化学反应首页第一节第二节第四节第三节第五节第10页，共67页，2023年，2月20日，星期一作用条件：1）以单链DNA作为模板2）4种dNTP作为原料：dATP，dCTP，dCTP，dTTP3）需要引物：DNA聚合酶不能从头合成DNA，只能以引物的3'-OH作为合成新DNA的起点。4）只能催化引物或DNA片段与核苷酸之间生成3'，

5'-磷酸二酯键，使引物或DNA片段由5'→3'方向延伸，因此DNA聚合酶作用具有方向性。首页第一节第二节第四节第三节第五节第11页，共67页，2023年，2月20日，星期一（一）.原核生物的DNA聚合酶。现在已知的原核生物DNA聚合酶有三种：

1.DNA聚合酶Ⅰ2.DNA聚合酶Ⅱ3.DNA聚合酶Ⅲ首页第一节第二节第四节第三节第五节第12页，共67页，2023年，2月20日，星期一

1、DNA聚合酶Ⅰ作用：1）对复制中的错误进行校读.（3'→5'核酸外切酶活性）2）切除引物和突变的片段（5'→3'核酸外切酶活性）3）填补空隙（5'→3'聚合活性）DNA聚合酶Ⅰ是单一肽链的大分子，其二级结构以α-螺旋为主.

为主。首页第一节第二节第四节第三节第五节第13页，共67页，2023年，2月20日，星期一E.coliDNA聚合酶ⅠHONMLKPJRIEDFCGBQA小片段大片段首页第一节第二节第四节第三节第五节第14页，共67页，2023年，2月20日，星期一用特异的蛋白酶，可以把DNA-polI水解为两个段段，小片段（A至F螺旋）具有5'→3'核酸外切酶活性，大片段（G至R螺旋区及C末端）又称Klenow片段，具DNA聚合酶和3'→5'核酸外切酶活性。首页第一节第二节第四节第三节第五节第15页，共67页，2023年，2月20日，星期一2、

DNA聚合酶Ⅱ只是在无polI和PolⅢ的情况下起作用，其真正的作用未完全清楚。首页第一节第二节第四节第三节第五节第16页，共67页，2023年，2月20日，星期一3、DNA聚合酶Ⅲ是真正在原核生物细胞内参与复制作用的酶，是由10种亚基组成的不对称二聚体。

首页第一节第二节第四节第三节第五节第17页，共67页，2023年，2月20日，星期一α、ε、

亚基组成核心酶。其中α亚基具有聚合酶活性;ε亚基具有3'→5'核酸外切酶活性,并执行碱基选择功能;亚基辩认引物,并起着夹住模板又能使酶沿模板链滑动的作用;θ亚基可能起维持二聚体

的作用。其余的亚基统称为γ-复合物,作用不清楚.

（E.coliDNA聚合酶Ⅲ不对称二聚体）ε''''ε首页第一节第二节第四节第三节第五节第18页，共67页，2023年，2月20日，星期一大酶杆菌DNA聚合酶的性质

ІІІІІІ

5'3'聚合+++5'3'外切++-

3'5'

外切+++分子量（kd）10312180分子数/细胞40010010DNA聚合酶性质首页第一节第二节第四节第三节第五节第19页，共67页，2023年，2月20日，星期一核酸外切酶活性和校读

DNApolI、II两种方向

DNApolI3'5'活性强DNApolIII只有3'5'方向

首页第一节第二节第四节第三节第五节第20页，共67页，2023年，2月20日，星期一(二)真核生物的DNA聚合酶至少有五种：DNA-polα：只能延长数百个核苷酸，在随从链合成中起作用。DNA-polβ：只是在没有其他DNA聚合酶时才起作用。DNA-polγ:在线粒体内参与线粒体DNA的复制。DNA-polδ：可延长很多的核苷酸，在领头链合成中起作用。DNA-polε：起校读，修复和填补缺口的作用。首页第一节第二节第四节第三节第五节第21页，共67页，2023年，2月20日，星期一(三)、DNA复制的保真性

DNA复制的保真性至少依赖三种机理。1、遵守严格的碱基配对规律。2、DNA-polⅢ对碱基的选择功能。

3、复制中出现错误时，DNA-polⅠ有即时的校读功能。

首页第一节第二节第四节第三节第五节第22页，共67页，2023年，2月20日，星期一DNA复制时，必须先有单链DNA生成，碱基暴露，这样DNA才能起模板作用。

首页第一节第二节第四节第三节第五节第23页，共67页，2023年，2月20日，星期一二、复制中解链和DNA分子的拓扑学变化解螺旋酶（helicase）、DNA拓扑异构酶(DNAtopoisomerase)和单链DNA结合蛋白（singlestrandDNAbindingprotein）共同起解开双螺旋、理顺DNA链、维持DNA在一段时间内处于单链状态的作用。首页第一节第二节第四节第三节第五节第24页，共67页，2023年，2月20日，星期一（一）解螺旋酶（二）DNA拓扑异构酶（三）单链DNA结合蛋白（SSB）首页第一节第二节第四节第三节第五节第25页，共67页，2023年，2月20日，星期一（一）解螺旋酶在DNA-pol参与复制过程之前，首先起作用的起始物质有DnaA、

DnaB、DnaC蛋白。DnaA蛋白辨认E.coli上称为oriC(originC)的复制起始点，DnaC蛋白辅助解螺旋酶（DnaB），使其在起点上结合并打开双链。首页第一节第二节第四节第三节第五节第26页，共67页，2023年，2月20日，星期一拓扑酶对DNA分子的作用是既能水解，又能形成磷酸二酯键，结果理顺了DNA链。（二）DNA拓扑异构酶首页第一节第二节第四节第三节第五节ABC拓扑酶ⅠOH3'P5'第27页，共67页，2023年，2月20日，星期一首页第一节第二节第四节第三节第五节第28页，共67页，2023年，2月20日，星期一首页首页第一节第二节第四节第三节第五节第29页，共67页，2023年，2月20日，星期一SSB的作用是在复制中维持模板处于单链状态，并保护单链的完整。（三）单链DNA结合蛋白（SSB）首页第一节第二节第四节第三节第五节第30页，共67页，2023年，2月20日，星期一三、引物酶和引发体DnaB蛋白、DnaA蛋白和DnaC蛋白及其他复制因子，一起形成复合体，结合引物酶形成较大的聚合体，再结合到模板DNA上，这种复合物称为引发体（primosome）。首页第一节第二节第四节第三节第五节第31页，共67页，2023年，2月20日，星期一四、DNA连接酶DNA连接酶（DNAligase）在碱基互补基础上连接DNA链的3′-OH和相邻DNA链的5′-P，使二者形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链。不能连接单独存在的DNA或RNA单链。首页第一节第二节第四节第三节第五节第32页，共67页，2023年，2月20日，星期一DNA连接酶的作用方式5'3'首页第一节第二节第四节第三节第五节连接酶的作用PHO–O5'3'ATPADP连接酶DNA连接酶ATPADP5'

O

P

O–O3'O5'3'5'3'5'

OH+

O¯

P

OO3'5'3'把连接的缺口放大，示其化学反应。第33页，共67页，2023年，2月20日，星期一第三节DNA生物合成过程1

、DnaA蛋白识别复制起点。2

、DnaA蛋白和DnaB、DnaC蛋白，引物酶结合到DNA链上形成引发体。3

、SSB维持DNA链的单链状态，拓扑异构酶理顺DNA链。首页第一节第二节第四节第三节第五节第34页，共67页，2023年，2月20日，星期一6、DNA聚合酶Ⅰ切除引物并填补空隙。7、连接酶连接DNA片断，完成随从链的合成。

5、DNA聚合酶Ⅲ合成冈崎片断和前导链。4、引物酶合成引物。首页第一节第二节第四节第三节第五节第35页，共67页，2023年，2月20日，星期一E.coli复制起始点oriC首页第一节第二节第四节第三节第五节第36页，共67页，2023年，2月20日，星期一首页第一节第二节第四节第三节第五节第37页，共67页，2023年，2月20日，星期一第四节DNA的突变（损伤）与修复突变（mutation）是指一个或多个脱氧核糖核苷酸的构成、复制或表型功能的异常变化，也称为DNA损伤(DNAdamage)，即遗传物质结构改变引起遗传信息的改变。首页第一节第二节第四节第三节第五节第38页，共67页，2023年，2月20日，星期一一、突变的结果（一）突变是进化、分化的分子基础。（二）只改变基因型不改变表型的突变。（三）致死性的突变。（四）突变是某些疾病的发病基础。首页第一节第二节第四节第三节第五节第39页，共67页，2023年，2月20日，星期一二、引发突变的因素引发突变的因素有物理和化学因素，物理因素主要指紫外线和各种辐射

化合物类别作用点（从原型配对至突变型）碱基类似物5-溴尿嘧啶(5-BU)A被5BUG-A--G--G--T--T--C-羟胺类TC-T--C--C--A--A--G-亚硝酸盐CU-G--G--A--C--U--T-烷化剂GGCH3DNA缺失G

常见的化学诱变剂取代分子改变(G碱基N-7位甲基化)首页第一节第二节第四节第三节第五节第40页，共67页，2023年，2月20日，星期一三、突变分子改变的类型（一）

错配（二）

缺失/插入和框移突变（三）

重排首页第一节第二节第四节第三节第五节第41页，共67页，2023年，2月20日，星期一(四)

SOS修复(一)光修复(二)切除修复(三)重组修复四、DNA损伤的修复首页第一节第二节第四节第三节第五节第42页，共67页，2023年，2月20日，星期一切除修复首页第一节第二节第四节第三节第五节第43页，共67页，2023年，2月20日，星期一重组修复首页第一节第二节第四节第三节第五节第44页，共67页，2023年，2月20日，星期一第五节逆转录现象和逆转录酶反转录酶催化cDNA的合成AAAAAAAATTTTBDNA聚合酶ⅠRNA模板杂化双链单链DNA双链DNAATTTTSⅠ核酸酶整合反转录酶反转录酶RNaseH（反转录酶）首页第一节第二节第四节第三节第五节（细胞内）（试管内）第45页，共67页，2023年，2月20日，星期一第46页，共67页，2023年，2月20日，星期一单选题37、在DNA复制中RNA引物的作用是A.引导DNA聚合酶与DNA模板的结合B.提供5`-OH末端

C.提供四种三磷酸核苷附着的部位D.诱导RNA的合成

E.提供3`-OH末端,为合成新的DNA之起点第47页，共67页，2023年，2月20日，星期一29、下列哪项描述对于DNA聚合酶是错误的

A.催化脱氧核苷酸连接到早期DNA的5`OH末端

B.催化脱氧核苷酸连接到引物上

C.需要四种不同的5`-三磷酸脱氧核苷

D.双链DNA的两条单链均可作模板

E.焦磷酸是反应的产物第48页，共67页，2023年，2月20日，星期一31、将在14NH4Cl作为唯一氮源的培养基中培养多代的大肠杆菌，转入含15NH4Cl的培养基中生长三代后，其各种状况的DNA分子比例应该是(LL代表两条轻链14N-DNA，HH代表两条重链15N-DNA，LH代表轻链，重链DNA)。A.3LH/1HHB.6HH/2LHC.15LL/1LHD.7HH/1LHE.1HH/7LH第49页，共67页，2023年，2月20日，星期一33、DNA拓扑异构酶的作用是A.解开DNA双链便于复制B.使DNA断开旋转不致打结缠绕C.把DNA异构为RNA,因为复制需要引物D.辩认复制起始点E.稳定复制叉第50页，共67页，2023年，2月20日，星期一33、DNA拓扑异构酶的作用是A.解开DNA双链便于复制B.使DNA断开旋转不致打结缠绕C.把DNA异构为RNA,因为复制需要引物D.辩认复制起始点E.稳定复制叉第51页，共67页，2023年，2月20日，星期一13、DNA复制时下列哪一种酶是不需要的

A.DNA指导的DNA聚合酶B.引物酶C.连接酶

D.RNA指导的DNA聚合酶E.解链酶,拓扑异构酶第52页，共67页，2023年，2月20日，星期一31、DNA复制时,序列5`-TAGA-3`将合成下列哪种互补结构A.5′-TCTA-3′B.5′-ATCT-3′C.5′-UCUA-3′D.5′-GCGA-3′E.3′-TCTA-5′第53页，共67页，2023年，2月20日，星期一32、反转录过程中需要的酶是

A.DNA指导的DNA聚合酶B.核酸酶C.RNA指导的RNA聚合酶

D.DNA指导的RNA聚合酶E.RNA指导的DNA聚合酶第54页，共67页，2023年，2月20日，星期一33、岗崎片段A.是因为DNA复制速度太快而产生的B.由于复制中有缠绕打结而生成C.因为有RNA引物，就有岗崎片段D.由于复制与解链方向相反，在随从链生成E.复制完成后，岗崎片段被水解第55页，共67页，2023年，2月20日，星期一42、中心法则阐明的遗传信息传递方式是A.蛋白质-RNA-DNAB.RNA-DNA-蛋白质C.RNA-蛋白质-DNAD.DNA-RNA-蛋白质E.DNA-蛋白质-RNA第56页，共67页，2023年，2月20日，星期一A．3＇至5＇B．C端至N端C．5＇至3＇D．一个点向两个方向同时进行E．N端至C端51、双向复制从第57页，共67页，2023年，2月20日，星期一A.DNA聚合酶B.RNA聚合酶C.逆转录酶D.DNA聚合酶和逆转录酶E.RNA聚合酶和逆转录酶57、以NTP为底物的是58、以RNA为模板的是第58页，共67页，2023年，2月20日，星期一28、合成DNA的原料是

A.dAMP,dGMP,dCMP,dTMPB.dATP,dGTP,dCTP,dTTPC.dADP,dGDP,dCDP,dTDPD.ATP,GTP,CTP,UTPE.AMP,GMP,CMP,UMP第59页，共67页，2023年，2月20日，星期一30、DN