第十一章核酸合成代谢
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1、第十一章核酸合成代谢概概 述述核酸是生物体遗传的物质基础。遗传的基本单位是基因。基因编码的生物活性产物主要是RNA和蛋白质。蛋白质的生命活动的执行者。遗传信息的传递遵循基本的法则，即从DNADNA（复制），从DNARNA（转录）,再由RNA蛋白质（翻译）。该法则就是著名的生物遗传信息传递的“中心法则中心法则”。此法则代表绝大多数生物体内遗传信息传递的方向和规律，成为生命科学研究的基本法则。中心法则中心法则遗传信息传递的规律遗传信息传递的规律( (复制、转录、翻译复制、转录、翻译).). 转录转录 翻译翻译 DNA RNA 蛋白质蛋白质 mRNA tRNA 反转录反转录 rRNA 转录、翻译转录
2、、翻译 RNA（病毒病毒） 蛋白质（病毒）蛋白质（病毒） 复复制制复复制制第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成 生物体内DNA生物合成的方式主要是复制、修复和逆转录。一、一、NDANDA复制概念和主要物质复制概念和主要物质（一）（一） DNA 复制概念及其特点复制概念及其特点 DNADNA复制：是亲代双链复制：是亲代双链DNADNA按碱基配对原则，按碱基配对原则， 准确形成两个相同核苷酸序列的子代准确形成两个相同核苷酸序列的子代DNADNA分子的分子的过程。过程。 两条DNA链都可作为复制的模板。DNA复制的特点复制的特点1、半保留性、半保留性2、高保真性、高保真性3、半不连续性、半不连续
3、性4、双向性、双向性1 1、DNADNA的半保留复制的半保留复制DNADNA在复制时，两条链分开，在在复制时，两条链分开，在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下按的催化下按碱基配对方式碱基配对方式按照单链按照单链DNADNA的核苷酸顺序合成新链，的核苷酸顺序合成新链，以组成新的以组成新的DNADNA分子。分子。这样新形成的两个子代这样新形成的两个子代DNADNA分子碱基序列与亲代分子完全分子碱基序列与亲代分子完全一样。一条链来自亲代的一样。一条链来自亲代的DNADNA链，另一条链是新合成的，链，另一条链是新合成的，这种复制方式称为这种复制方式称为半保留复制。半保留复制。A TG CC GT A亲代
4、DNATCGAA G C TA G C TTCGA子代DNA 2 2、高保真性高保真性DNADNA复制过程中维持高保真的机制至少有三种复制过程中维持高保真的机制至少有三种：严格遵守碱基配对规律严格遵守碱基配对规律DNADNA聚合酶在复制延长过程中对碱基的选择功聚合酶在复制延长过程中对碱基的选择功能能DNADNA聚合酶的校读功能聚合酶的校读功能4 4、双向性双向性3 3、半不连续、半不连续性性（二）（二） 参与参与DNA 复制的主要物复制的主要物质质 原料原料：四种脱氧核苷三磷酸（四种脱氧核苷三磷酸（dATPdATP、 dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP) ) 模板：模板：以以
5、DNADNA的两条链为模板链，合成的两条链为模板链，合成子代子代DNADNA。模板的利用方向是模板的利用方向是3355。 引物：引物：一小段一小段RNA(RNA(或或DNADNA）为引物，在为引物，在大肠杆菌中，大肠杆菌中，DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA链作链作为为引物。引物。2.单链单链DNA结合蛋白结合蛋白3.拓扑异构酶拓扑异构酶1.解螺旋酶解螺旋酶DNA复制复制4.引物酶引物酶5.DNA聚合酶聚合酶6.DNA连接酶连接酶1 1、解螺旋酶、解螺旋酶 解螺旋酶解螺旋酶又称解链酶或又称解链酶或reprep蛋白蛋白 利用利用ATPATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，
6、使DNADNA双链双链解开成为两条解开成为两条单链单链。 每解开一对碱基，需消耗每解开一对碱基，需消耗2 2分子分子ATPATP。3 3、拓扑异构酶、拓扑异构酶n DNA DNA复制时双链复制时双链DNADNA解开为单链，解开为单链，DNADNA分子绕双螺旋分子绕双螺旋轴反向旋转。轴反向旋转。n 复制速度快，旋转的速度也很快，将达复制速度快，旋转的速度也很快，将达100100次次/ /秒，秒，造成造成DNADNA分子的打结、缠绕现象发生。分子的打结、缠绕现象发生。n 需要需要DNADNA拓扑异构酶的作用，来理顺拓扑异构酶的作用，来理顺DNADNA双链，以配双链，以配合复制过程。合复制过程。解链
7、过程中，解链过程中，DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象。连环等现象。3 3、拓扑异构酶、拓扑异构酶 拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键克服解链过程中的打结、缠绕现象克服解链过程中的打结、缠绕现象 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶 分分 类类3 3、拓扑异构酶、拓扑异构酶拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断
8、切断DNA分子分子两股两股链，断端通过切链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNA分分子进入负超螺旋状态。（主要）子进入负超螺旋状态。（主要）作用机制作用机制 拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用6 6、DNADNA连接酶连接酶催化双链催化双链DNADNA中的切口处的相邻中的切口处的相邻5 5- -磷酸基与磷酸基与3 3- -羟基羟基之之间形成磷酸酯键，从而把两段相邻的间形成磷酸酯键，从而把两段相邻的DNADNA链连接成一条链连接成一条完整的链。完整的链。不能将两条游离的不能将两条游离的DNADNA单
9、链连接起来单链连接起来。POO-O-OHO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATP（NAD+）AMP5353DNADNA连接酶：连接酶：若双链若双链DNADNA中一条链有切口中一条链有切口, , 一端是一端是3-OH, 3-OH, 另一端是另一端是5-5-磷酸基磷酸基, ,连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。p 在复制中起接合在复制中起接合双链中单链缺口双链中单链缺口的作用。的作用。p 在在DNA复制、修复、重组中均起重要作用。复制、修复、重组中均起重要作用。p 是基因工程的重要工具酶之一。是基因工程的重要工具酶之一。DNADN
10、A连接酶的功能连接酶的功能二二 DNA复制的基本过程复制的基本过程DNA复制是一个连续的阶段。分为三个过程：（一）起始阶段（一）起始阶段 DNA分子的复制起始部位有其特殊的碱基序列，原核分子的复制起始部位有其特殊的碱基序列，原核生物生物DNA分子较小，每一分子较小，每一DNA分子只有一个复制原点，分子只有一个复制原点，而真核生物而真核生物DNA则有多个复制原点。则有多个复制原点。PS: 原核生物包括细菌原核生物包括细菌,蓝藻蓝藻,原绿藻原绿藻,特别要记住的是支特别要记住的是支原体原体,衣原体衣原体,和放线菌等细菌和放线菌等细菌. 真核生物包括原生生物真核生物包括原生生物,真菌真菌,植物植物,动
11、物动物。整个起始阶段包括整个起始阶段包括DNA解链、引发体的形成和引物的解链、引发体的形成和引物的生成生成3个过程。个过程。1、复制叉的形成、复制叉的形成n 解链的蛋白有：DnaA、DnaB、DnaC 3种蛋白，其中DnaB以前称为复制蛋白，后来称为解螺旋酶。n 单链DNA结合蛋白质的意义：保持已解开的单链处于单链状况，保护已解开的单链不被核酸酶水解，维持复制叉的适当长度以利于脱氧核苷酸依据模板参入。n 拓朴异构酶可以将打结的DNA链切断，或者通过切断与旋转和再连续作用实现DNA超螺旋的转型，把正超螺旋变为负超螺旋，有利于解链的继续。v复制原点复制原点由由DnaADnaA蛋白识别，蛋白识别，
