核酸生物合成

核酸生物合成第一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日

为什么子女与父母非常相象？生物所以有遗传现象，是与遗传物质DNA的复制有关系的。第二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日

中心法则(centraldogma)

DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制第三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日

复制：以亲代DNA或RNA为模板，根据碱基配对的原则，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。几个基本概念：

逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。

翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的氨基酸顺序的过程。

转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则合成RNA，即将DNA所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。第四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第1节DNA的生物合成第五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日三个方面：1.复制

2.损伤修复

3.逆转录

第六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日一、参与DNA复制的酶及蛋白因子DNA链合成的条件：dNTPMg++引物DNA模板酶和蛋白质因子第七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日三种大肠杆菌DNA聚合酶

1.DNA聚合酶I3′5′外切酶；

5′3′聚合酶

5′3′外切酶作用：切除引物、填补空缺、损伤修复Klenow片段（一）DNA聚合酶（DNApolymerase）第八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日枯草杆菌蛋白酶68kDa35kDa大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ（修复酶）第九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日Large（Klenow）fragmentofDNApolⅠ第十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日2.DNA聚合酶Ⅱ

3′5′外切酶

5′3′聚合酶作用：DNA损伤修复3.DNA聚合酶III

大肠杆菌DNA复制的主要酶第十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日Slidingclampsubunits聚合酶活性聚合酶活性3’5’外切活性γ复合物，促进β亚基二聚体转移并结合于DNA双螺旋DNApolIII

（复制酶）

促进核心酶形成二聚体组装防止核心酶从模板DNA上滑落第十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日

酶作用DNA聚合酶Ⅰ5’－3’聚合酶；5’－3’外切酶;3’－5’外切酶酶；切除引物、填补空缺、损伤修复DNA聚合酶Ⅱ5’－3’聚合酶；3’－5’外切酶酶；校正/修复DNA链DNA聚合酶Ⅲ主要的链延伸酶第十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日所有DNA聚合酶都只能在模板链的指令下，在引物（通常RNA）3’-OH添加新核苷酸功能，没有从头合成活力；引物酶合成一小段RNA，作为DNA合成的引物；必须与几种辅助蛋白组装成引发体，才有合成引物的活性。如：DonaB、DonaC、DonaT、PriA、PriB、PriC等（二）引物酶和引发体第十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日（三）DNA连接酶（DNAligase)3’,5’

磷酸二酯键的形成哺乳动物：ATP供能，大肠杆菌：NAD供能，都需要Mg2+在DNA复制、重组及损伤修复中起作用第十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日催化二段DNA链之间3’,5’

磷酸二酯键的形成3’OH5’5’3’

OO-POO-有缺口的DNA链DNA连接酶ATPAMP+PPi

OO

POO-5’3’缺口封闭第十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日（四）解螺旋酶催化DNA双螺旋解链；需ATP供能。第十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日（五）单链结合蛋白（SSB）

与解开的单链结合，防止形成双螺旋；防止核酸酶的降解；第十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日（六）拓扑异构酶拓扑异构酶：解除超螺旋第二十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第二十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第二十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日二、DNA的复制半保留复制方式第二十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日OldstrandNewstrandThehypothesisofsemiconservativereplicationproposedbyWatsonandCrickin1953.第二十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日大肠杆菌培养在15N培养基中转到14N培养基中，第一代（50分钟左右）第二代第二十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日DNA复制合成的子代DNA分子中，一条来自亲代DNA分子，另一条是新合成的，所以称为半保留复制。第二十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日二、DNA的复制过程起始、延伸、终止第二十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日(2)模板DNA解除高级结构解螺旋酶把双螺旋解开成单链，SSB立即结合单链。拓扑异构酶解开复制叉前方的超缠现象。（3）RNA引物的形成由引发酶以单链DNA为模板，按5’→3’合成引物。1.起始

（1）辨认起始点

DNA复制有固定的起始点（富含AT）。第二十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日DNA双链复制起始点

dnaAdnaB/dnaCDNA双链解开成单链DNASSB引物酶RNA引物/3’-OHDNA聚合酶ⅢdNTP和3’-OH形成3’5’磷酸二酯键解旋酶SSBSSB3’3’5’5’引发体解旋酶拓扑异构酶第二十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日原核生物双向复制（θ型复制）特定起始点：oriC真核生物多个复制单位（复制泡）（复制起始点+复制叉）多个起始点复制的方向第三十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。DNA的起点和方式复制中的放射自显影图像基因组能独立进行复制的单位称为复制子。每个复制子都含有控制复制起始的起点（origin），可能还含有终止复制的终点（terminus）。第三十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日A.环状双链DNA及复制起始点B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter)oriterABC第三十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)

。复制子是独立完成复制的功能单位。5’3’oriorioriori5’3’第三十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制3’第三十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日

在RNA引物上，由DNA聚合酶Ⅲ催化，在引物3’-OH每掺入一个核苷酸，从底物dNTP切下一个焦磷酸。体内仅存在5’→3’的DNA聚合酶2.延伸

在RNA引物上，由DNA聚合酶Ⅲ催化，

体内仅存在5’→3’的DNA聚合酶第三十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第三十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日5’5’3’3’5’5’3’3’5’5’3’3’

前导链随从链岗崎片段第三十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日前导链（leadingstrand）：

DNA复制时，一股以3’5’方向的母链作为模板，新合成的链以5’3’方向连续合成的链称为前导链。（复制方向与解链方向一致）

第三十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日滞后链（laggingstrand):

DNA复制时，一股以5’3’方向的母链作为模板，新合成链沿5’3’合成1000-2000个核苷酸不连续的小片段称为滞后链。（复制方向与解链方向相反)冈崎片段（Okazaki）岗崎片段由DNA连接酶连成一条完整的新链第三十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日

DNA半不连续复制：

3’5’方向母链为模板，新链5’3’方向连续合成5’3’方向母链为模板，新链5’3’方向合成许多不连续的片段（冈崎片段）这种复制方式称之为半不连续复制。第四十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第四十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日去除RNA引物补充空缺连接DNA聚合酶Ⅰ的小片段

5’3’外切酶DNA聚合酶Ⅰ的大片段

3’5’外切酶

5’3’聚合酶DNA连接酶

3.终止

当复制叉到分子末端，复制即终止。

第四十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日严格的碱基配对规律聚合酶的选择作用复制时有即时的校读功能

3’5’外切酶功能DNA损伤的修复三、保证高保真度复制的机制第四十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日四、逆转录作用以RNA为模板合成DNA的过程。逆转录酶（依赖于RNA的DNA聚合酶）。第四十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日逆转录酶性质催化三种反应：

RNA指导的DNA合成

RNA水解

DNA指导的DNA合成第四十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日病毒RNARNA

DNA(-)DNA(-)DNA(-)DNA(+)1.RNA指导DNA合成2.RNA水解3.DNA指导DNA合成逆转录酶的作用第四十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日自发因素物理因素化学因素紫外线损伤电离辐射损伤（X线/线）亚硝酸盐CU5-溴尿嘧啶5-BUA氮芥类烷化剂羟胺C-AGG羟胺1.造成损伤的原因五、DNA的损伤、修复与突变第四十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日2.DNA损伤修复光修复切除修复重组修复第四十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日光复活/光修复①光复活酶识别TT→与之形成复合物②吸收光能③使TT解开成为单体④酶从复合物中释放仅作用于UV形成的产物第四十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日切除修复发生在复制之前第五十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日限制性内切酶：主要降解外源DNA具有严格的碱基序列专一性EcoRⅠ第一个字母为大肠杆菌E.coli属名；co为种名的头两个字母；第四个字母R表示大肠杆菌的菌株；最后一个罗马数字表示该细菌中已分离出的这一类酶的编号。

第五十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第五十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日3、DNA突变第五十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第2节RNA的生物合成第五十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日基因转录:以DNA为模板的RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对原则，以四种NTP为原料，合成一条与DNA互补的RNA链的过程。不对称转录:DNA双链中一条链的某一区段作为模板合成RNA，而另一条链不用于合成RNA。转录起始于DNA模板的一个特定位点（启动子），并在一定位点终止（终止子），这个转录区域称为转录单位。第五十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日在转录中，双股DNA中只有一条链是模板（模板链）（反意义链）（-链）另一条链为（编码链）（有意义链）（+链）第五十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日一、催化RNA合成的酶1.大肠杆菌RNA聚合酶全酶=α2ββ’

σ核心酶=α2ββ’

σ—识别转录起始信号。β’—参与酶与底物的结合，以及与σ因子和核心酶的结合。β—参与σ因子和核心酶的结合，并参与RNA合成的引发、延伸。α—与模板的结合、酶的滑动以及碱基识别有关。第五十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA结合β——起始和催化聚合反应α——酶的装配、结合启动子等全酶(α2ββ

)第五十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日2.真核细胞RNA聚合酶

在DEAE-Sephadex柱上的洗脱次序称为酶Ⅰ、II、Ⅲ，基于对鹅膏蕈碱的敏感程度称为酶A、B、C第五十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日二、转录的过程第六十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日起始延伸终止第六十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第六十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第六十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日1.转录起始3’5’+1转录起始点AACTGTATATTATTGACATATAAT5’3’－35序列

Sextama框

－10序列Pribnow框启动子：RNA聚合酶全酶识别、结合、开始转录的DNA 序列（双链）原核生物启动子的特点:

(1)DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)

(2)-10bp处-TATAAT-(Pribnowbox)

(3)-35bp处-TTGACA-(识别区)第六十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日原核生物的转录起始σ亚基辨认-35区RNApol全酶移向-10区合成第一个磷酸二酯键5’-GpN-3’转录起始复合物RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OHσ亚基脱落（结合松弛）（结合紧密）转录起始不需引物！16/50第六十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板链E以NTP为原料和能量,DNA模板链为模形成核糖核酸链(RNA)当几个核苷三磷酸掺入后，σ亚基就会被释放脱离核心酶。2.链的延伸第六十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第六十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日3.转录终止

终止子（terminator）——提供转录终止信号的DNA序列终止因子（terminationfactor）——协助RNAPol识别终止信号的辅助因子第六十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA启动子Promoter

终止子terminator5RNA聚合酶5353553离开第六十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日三、RNA转录后加工第七十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日1.rRNA的转录后加工

rRNA基因转录原初产物原核生物：30S

哺乳动物：45SRNase第七十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第七十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日The18S,5.8S,and28SrRNAsineukaryoticcellsarederivedfromonepre-rRNAmolecule(theprocessingneedssmallnucleolarRNA-containingproteins).第七十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日2.tRNA的转录后加工碱基修饰3’端5’端稀有碱基---Tψ脱氨---AMPIMP还原---DHU甲基化---mAmGCCA-OHRNaseP切除多余的核苷酸第七十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第七十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日真核与原核生物mRNA的区别原核生物mRNA多顺反子转录与翻译同步mRNA不需加工寿命短真核生物mRNA单顺反子转录后需加工运至胞浆再翻译mRNA需加工寿命较长3.mRNA的加工与成熟第七十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日加帽加尾mRNA前体的剪接5’端：m7GpppGpN作用:稳定mRNA5’端和翻译的起始有关3’端:polyA尾巴作用：稳定mRNA

和翻译模板活性有关剪除内含子，连接外显子加工过程主要包括：第七十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第七十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日外显子内含子DNA

hnRNA真核生物mRNA转录后加工—剪接第七十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第八十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日DNA复制与转录的比较相同点模板两股链均复制模板链转录合成方式半保留复制不对称转录原料

dNTPNTP聚合酶

DNA聚合酶RNA聚合酶碱基配对

A-T，G-CA-U，T-A，G-C产物半保留的双链DNA单链RNA引物需要不需要不同点以DNA为模板遵循碱基配对原则都需依赖DNA的聚合酶聚合过程都是生成磷酸二酯键新链合成方向为5’→3’3/50

复制（纠错）转录（不纠错）第八十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第３节核酸合成的抑制剂一、核苷酸合成抑制剂二、与DNA模板结合的抑制剂三、作用于聚合酶的抑制剂利福平第八十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日一、嘌呤和嘧啶类似物核酸代谢的拮抗物：抑制核酸合成有关的酶掺入核酸分子形成异常核酸如：6-巯基嘌呤、硫鸟嘌呤、2.6—二氨基嘌呤、

8-氮鸟嘌呤、5-氟尿嘧啶、6-氮尿嘧啶进入体内变成相应的核苷酸表现抑制作用第八十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日2、DNA模板功能的抑制物（1）放线菌素D（actinomycinD）与DNA形成非共价复合物其作用如同阻遏蛋白抑制DNA转录和复制。

色霉素A3、橄榄霉素、光神霉素（2）嵌入染料使DNA在复制时缺失或增添一个核苷酸，导致移码突变，并能抑制RNA链的起始。（3）烷化剂第八十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第八十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期日放线菌素D--插入dG*dC间低浓度--(-)RNA延长高浓度--(-)RNA起始

(-)DNA复制与DNA模板作用第八十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期日3、RNA聚合酶的抑制剂利福平抑制细菌RNA聚合酶活性第八十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期日原核生物真核生物利福平/利福霉素利链霉素与RNA聚合酶β亚基结合α鹅膏蕈碱

——(-)RNA聚合酶Ⅱ与RNA聚合酶作用第八十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期日某些常用的转录抑制剂抑制剂靶酶抑制作用利福霉素细菌的全酶与β亚基结合阻止起始利链霉素细菌的核心酶与β亚基结合阻止延长放线菌素D真核RNAPolⅠ与DNA结合并阻止延长α-鹅膏蕈碱真核RNAPolⅡ与RNA聚合酶Ⅱ结合第八十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期日转录的调节控制遗传信息表达有时间特异性

(temporalspecificity)（时序性）和适应性（adaptivespecificity）时序性:某一基因的表达严格按特定的时间顺序发生

Hb(hemoglobin)α珠蛋白基因簇：ζ（胚胎型）、αβ珠蛋白基因簇：ε（胚胎型）、γ（胎儿型）、β、δζ2ε2→α2γ2→α2β2第九十页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第九十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期日第九十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期日适应性：

适应环境、维持生长和增殖维持个体发育与分化基因表达调控的环节：基因活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工第九十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期日原核生物基因表达的调控

(ControlofProkaryoticGeneExepression)转录水平的调控(controloftranscription)

操纵子(operon)细菌基因表达和调控的单位由信息区与调控区组成（正调控与负调控）第九十四页，共九十九页，编辑于2023年，星