第八章核算代谢和蛋白质的合成

3‘
5‘
5‘
3‘
OH P
在一条链上失去一个磷酸二酯键称为切口 （nick）。失去一段单链称为缺口（gap)。
DNA连接酶催化的条件： ① 需一段DNA片段具有3′-OH，而另一段DNA
片段具有5′-Pi基团； ② 未封闭的缺口位于双链DNA中，即其中有
一条链是完整的； ③ 需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，
T T A C A C 起点 T
RNA聚合酶催化起点处通过碱基互补合成 引物RNA链
3`OH
U 5`PiPiPi RNA聚合酶 小段RNA引物
磷酸核糖
作用——确定起始部位，引导复制开始。
二、DNA链的延伸
在DNA聚合酶Ш的催 化下，以四种脱氧核 糖核苷三磷酸为底物， 在RNA引物的3’端以 磷酸二酯键连接上脱 氧核糖核苷酸并释放 出焦磷酸。
代DNA。 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。
与DNA合成有关的酶系：
1、引物酶
本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶，该酶以 DNA为模板，按照碱基配对原则，聚合一段RNA短 链引物(primer)，以提供自由的 3’-OH，使子代 DNA链能够开始聚合。
2、DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶，其催化 反应的特点:
（1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；
（2）反应需要有模板的指导；
（3）反应需要有3-OH存在； （4）DNA链的合成方向为5’ 3’
3 .DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中
一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是 5‘-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。
15N-DNA的密度大于14N-DNA的密 度
（二）有一定的复制起始点
在原核生物中，复制起始点通常为一个， 而在真核生物中则为多个。
复制子:基因组中能单独进行复制的单位, 每个起始点到终止点的区域为一个复制子。
（三）双向复制
DNA复制时，以复制起始点为中心，向两 个方向进行复制。但在低等生物中，也可 进行单向复制。
DNA的生物合成—复制
DNA是遗传的物质基础 DNA分子贮存着生物体的遗传信息 基因是遗传信息的功能单位
中心法则
重点
复
转录
制
DNA
逆转录
复制
翻译 RNA
蛋白质
第一节 DNA的复制
一、与DNA复制有关的酶和蛋白质 原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、
dGTP、dCTP、dTTP) 模板：以DNA的两条链为模板链，合成子
（四）半不连续复制 由于DNA聚合酶只能以5′→3′方向聚合子
代 DNA 链 ， 即 模 板 DNA 链 的 方 向 必 须 为 3′→5′。因此，分别以两条亲代DNA链作为 模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。
以3′→5′方向的亲代DNA链作模板的子代 链在复制时基本上是连续进行的，其子代 链的聚合方向为5′→3′，与复制叉移动
在真核生物中由ATP供能。
DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过 程中起重要作用。
4、拓扑异构酶(topoisomerase)或旋转酶：
拓扑异构酶Ⅰ可使DNA双链中的一条链切 断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从 而避免出现链的缠绕。
拓扑异构酶Ⅱ可同时切断DNA双链，再将 其连接起来，以消除复制叉前进时DNA过度 的扭曲。
（五）DNA复制的保真性： 为了保证遗传的稳定，DNA的复制必须具
有高保真性。DNA复制时的保真性主要与下 列因素有关： 1．遵守严格的碱基配对原则； 2．DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择； 3．对复制过程中出现的错误及时进行校正。
DNA的生物合成
双链的解开 RNA引物的合成
起始
DNA链的延伸
的方向相同，这一条链被称为领头链
(leading strand)或前导链。
以5′→3′方向的亲代DNA链为模板的子代 链在复制时则是不连续的，其链的聚合方 向 也 是 5′→3′ ， 与 复 制 叉 移 动 的 方 向 相
反，这条链被称为随从链(lagging strand)
或滞后链。
由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的， 因此，滞后链是由许多5′→3′合成的片 段组成的。DNA在复制时，由滞后链所形成 的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fr）DNA的半保留复制 定义：由亲代DNA生成子代DNA
时，每个新形成的子代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。 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。
延伸
切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA 片段 终止
一、DNA复制的起始
① 识别起始位点：互相缠绕的双链母本DNA， 复制从特定的位置开始，该位置常是富含A、 T区段。
②DNA解链：首先DNA解螺旋酶打开局部双链， SSB与每条单链结合,稳定单链并防止DNA复 性;然后在DNA旋转酶的作用下，使螺旋DNA 局部变成松弛态。
复制起始处的 DNA片段
起点
解螺旋酶——解开双链
复制叉
DNA结合蛋白 起点
解A 螺 旋 酶G
T
C
DNA结合蛋白与单 链结合并向前移 动
③引物酶、DNA聚合酶等随后结合，复制开 始。
2、RNA引物的合成
在引物酶的催化下，以DNA为模板，按A-U， G-C的原则合成一段具有3’端自由-OH的RNA 引物分子。
DNA链的延伸同时进 行领头链和随后链的 合成。
三、切除RNA引物，填补缺口，连接相邻 的DNA片段（复制终止）
5、解螺旋酶（解链酶）：通过水解ATP将DNA 两条链打开。E.coli中的rep蛋白就是解螺 旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。每解开 一对碱基需要水解2个ATP分子。
rep蛋白沿3’5’移动，而解螺旋酶I、 II、III沿5’3’移动。
单链结合蛋白(SSB)[DNA结合蛋白]
这是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。 其作用为： ① 使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，即稳 定单链DNA，便于以其为模板复制子代DNA； ② 保护单链DNA，避免核酸酶的降解。