基因的遗传与表达-DNA的生物合成（生物化学课件）

DNA的逆转录合成知识点二单元十基因的遗传与表达DNA转录RNARNA(病毒)反转录反转录

概念

以RNA为模板，dNTP为原料，反转录酶催化，按碱基配对规律合成DNA的过程。反转录酶，又称为依赖RNA的DNA聚合酶(RDDP)....................RDDP引物,4种dNTPRDDPRNaseH4种dNTPRDDP或DDDP病毒RNARNA-DNA杂化分子cDNA前病毒(双链DNA)酶催化反应示意图反向转录酶存在于所有致癌RNA病毒中,其功能可能与病毒的恶性转化作用有关;但它也存在于某些正常细胞中，在细胞分化与胚胎发生中可能起某些作用。反转录病毒和反转录酶的发现,提出了一个重要的医学问题──病毒致癌及癌基因

反转录的医学意义癌基因(oncogene):能在体外引起细胞恶性转化,在体内诱发肿瘤的基因。细胞癌基因(c-onc)或原癌基因(pro-onc):存在于生物正常细胞基因组中的癌基因。正常情况下基因处于静止或低表达的状态。当受到致癌刺激被活化并发生异常时则可发生细胞癌变。病毒癌基因(v-onc):存在于致瘤病毒中的能使靶细胞发生恶性转化的基因。DNA的半保留复制知识点一单元十基因的遗传与表达

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。一、DNA的复制(一)DNA的半保留复制1.定义：

以亲代DNA双链为模板以碱基互补方式合成子代DNA，这样新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制。2.半保留复制的实验证据:

1958年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。DNA的半保留复制的生物学意义：

DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物质。DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，是保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代必要措施。

（二）复制必须具备的基本条件

模板：母链DNA

原料：dNTP(包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP)

酶和蛋白质因子：

引物：一小段RNA

能量（ATP）及某些无机离子参与DNA复制的酶类与蛋白质因子及其主要作用1.拓扑异构酶（Topo）

无ATP时：作用相当于TopoⅠ,但切割的是双链DNA某一部位(断双链)。

有ATP时：使带断口、松弛状的DNA分子旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。

不需耗能(ATP)，切割(断)双链DNA中的一链，松解螺旋,封闭切口。又称切割封口酶。TopoⅠ的作用TopoⅡ(又称旋转酶)的作用2.解链酶(又称解螺旋酶或螺旋酶)解链酶作用：断裂互补碱基间的氢键,使DNA双链分离形成“复制叉”。3.单链DNA结合蛋白(DNA结合蛋白)(SSB)作用：防止重新形成双链和防止单链模板被核酸酶水解,维持DNA单链状态和完整性4.引物酶5´3´

5´RNA引物5´5´RNA引物3´RNA的合成：需引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶。

DNA不能从无→有合成，需在一小段RNA基础上合成DNA5.DNA聚合酶（DNApol）

即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP）原核生物（E.coli）迄今已知只有3种：DNApolⅠ、DNApolⅡ、DNApolⅢ。真核生物亦发现有多种DDDP：DDDP

、

、

、

、

。

性质与功能原料：四种脱氧核苷三磷（dATP、dGTPdCTPdTTP)需要模板：以DNA为模板链，合成子代DNA，模板可以是双链，也可以是单链DNA。合成产物与模板互补。

需要引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌中,DNA的合成需要一段RNA链作为引物，引物含3’-OH。合成方向：5

3

(1)DNA聚合酶：1956年Kornberg等在大肠杆菌中首先发现DNA聚合酶，其后发现该酶在许多生物中广泛存在。该酶的催化性质如下：作用：在有模板指导的条件下，催化2个DNA片段(两片段间的距离为1个3',5'-磷酸二酯键的键长)的连接。原理：在一个DNA片段的3'-OH末端和另一个DNA片段的5'-P末端形成3',5'-磷酸二酯键，从而实现连接。特点：原核细胞:需辅助因子NAD+

真核细胞:不需辅助因子NAD+,但需耗能(ATP)6.DNA连接酶

参与DNA复制的酶及蛋白质

酶或蛋白质主要作用

拓扑异构酶类克服解链时打结及缠绕、松驰或引进负超螺旋解链酶类解开DNA双链单链DNA结合蛋白维持已解开单链DNA的稳定引物酶合成RNA引物DNA聚合酶ⅢDNA复制DNA聚合酶Ⅰ水解引物、填补空隙、修复作用DNA连接酶催化双链DNA中单链缺口的连接参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图

（三）DNA的复制过程

复制的起始链的延长复制的终止复制的起始1.在拓扑异构酶、解链酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下，DNA解旋、解链，形成复制叉。

2.依赖于单链模板，由引物酶催化按碱基配对规律合成一小段RNA引物(原核细胞引物长50-100个碱基，真核约10个碱基)。（以大肠杆菌为例）复制起始阶段的特点真核细胞：具有多个起始位点原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制链的延长引物合成后，由DNApolⅢ（真核细胞为DNA聚合酶

或

)催化，在引物3'-OH末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸,使新合成的链不断延长。领头链:链的延长方向(5'

3')与解链方向(复制叉移动方向)相同,为连续合成。

随从链:链的延长方向(5'

3')与解链方向(复制叉移动方向)相反，为不连续合成。

分段合成的DNA片段,最初被命名为冈崎片段

DNA→DNADNA复制

RNA→DNA反转录两种方式

项目一DNA的生物合成

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。一、DNA的复制(一)DNA的半保留复制1.定义：

以亲代DNA双链为模板以碱基互补方式合成子代DNA，这样新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制。2.半保留复制的实验证据:

1958年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。DNA的半保留复制的生物学意义：

DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物质。DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，是保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代必要措施。

（二）复制必须具备的基本条件

模板：母链DNA

原料：dNTP(包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP)

酶和蛋白质因子：

引物：一小段RNA

能量（ATP）及某些无机离子参与DNA复制的酶类与蛋白质因子及其主要作用1.拓扑异构酶（Topo）

无ATP时：作用相当于TopoⅠ,但切割的是双链DNA某一部位(断双链)。

有ATP时：使带断口、松弛状的DNA分子旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。

不需耗能(ATP)，切割(断)双链DNA中的一链，松解螺旋,封闭切口。又称切割封口酶。TopoⅠ的作用TopoⅡ(又称旋转酶)的作用2.解链酶(又称解螺旋酶或螺旋酶)解链酶作用：断裂互补碱基间的氢键,使DNA双链分离形成“复制叉”。3.单链DNA结合蛋白(DNA结合蛋白)(SSB)作用：防止重新形成双链和防止单链模板被核酸酶水解,维持DNA单链状态和完整性4.引物酶5´3´

5´RNA引物5´5´RNA引物3´RNA的合成：需引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶。

DNA不能从无→有合成，需在一小段RNA基础上合成DNA5.DNA聚合酶（DNApol）

即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP）原核生物（E.coli）迄今已知只有3种：DNApolⅠ、DNApolⅡ、DNApolⅢ。真核生物亦发现有多种DDDP：DDDP

、

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。

性质与功能原料：四种脱氧核苷三磷（dATP、dGTPdCTPdTTP)需要模板：以DNA为模板链，合成子代DNA，模板可以是双链，也可以是单链DNA。合成产物与模板互补。

需要引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌中,DNA的合成需要一段RNA链作为引物，引物含3’-OH。合成方向：5

3

(1)DNA聚合酶：1956年Kornberg等在大肠杆菌中首先发现DNA聚合酶，其后发现该酶在许多生物中广泛存在。该酶的催化性质如下：作用：在有模板指导的条件下，催化2个DNA片段(两片段间的距离为1个3',5'-磷酸二酯键的键长)的连接。原理：在一个DNA片段的3'-OH末端和另一个DNA片段的5'-P末端形成3',5'-磷酸二酯键，从而实现连接。特点：原核细胞:需辅助因子NAD+

真核细胞:不需辅助因子NAD+,但需耗能(ATP)6.DNA连接酶

参与DNA复制的酶及蛋白质

酶或蛋白质主要作用

拓扑异构酶类克服解链时打结及缠绕、松驰或引进负超螺旋解链酶类解开DNA双链单链DNA结合蛋白维持已解开单链DNA的稳定引物酶合成RNA引物DNA聚合酶ⅢDNA复制DNA聚合酶Ⅰ水解引物、填补空隙、修复作用DNA连接酶催化双链DNA中单链缺口的连接参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图

（三）DNA的复制过程

复制的起始链的延长复制的终止复制的起始1.在拓扑异构酶、解链酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下，DNA解旋、解链，形成复制叉。

2.依赖于单链模板，由引物酶催化按碱基配对规律合成一小段RNA引物(原核细胞引物长50-100个碱基，真核约10个碱基)。（以大肠杆菌为例）复制起始阶段的特点真核细胞：具有多个起始位点原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制链的延长引物合成后，由DNApolⅢ（真核细胞为DNA聚合酶

或

)催化，在引物3'-OH末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸,使新合成的链不断延长。领头链:链的延长方向(5'

3')与解链方向(复制叉移动方向)相同,为连续合成。

随从链:链的延长方向(5'

3')与解链方向(复制叉移动方向)相反，为不连续合成。

分段合成的DNA片段,最初被命名为冈崎片段DNA复制的半不连续性前导链滞后链冈崎片段前导链：以3’→5’方向的亲代链为模板连续合成的子代链。滞后链：以5’→3’方向的亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。

DNA链的延伸

在DNA聚合酶Ш的催化下，以四种5’-