第10章DNA的生物合成

replication)。
半保留复制
A G G T A C T G C C A C T G G T C C A T G A C G G T G A C C AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
逆转录(reverse transcription)：以RNA链为模 板、dNTP为原料，在逆转录酶催化下合成DNA 的过程。
一些基本概念
染色体（chromosome）：是遗传物质━基因 的载体，由DNA、组蛋白等组成。 基因(gene)：为生物活性产物编码的DNA功能片 段，其产物是蛋白质或是各种RNA。 基因组(genome)：来自一个生物体的一套遗传 物质，即一个生物体的所有基因的总和。
DNA聚合酶的即时校读功能
主要内容
一、复制的基本规律 二、复制的条件及参与复制的酶 三、原核生物DNA的生物合成过程 四、真核生物DNA的生物合成过程 五、逆转录和其他复制方式 六、DNA的损伤（突变）与修复
二、复制的条件及参与复制的酶
（一）复制的条件
底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP； 聚合酶(polymerase): 依赖DNA的DNA聚合酶， 简写为 DNA-pol； 模板(template): 解开成单链的DNA母链； 引物(primer): 提供3-OH末端使dNTP可以依次 聚合的一段核酸链（RNA链或DNA链）； 其他的酶和蛋白质因子: 解螺旋酶、单链DNA结 合蛋白、拓扑异构酶、连接酶等。
DNA聚合酶的核酸外切酶活性
5´
GG C T T C A G G A T A

3´
| | | | | | | | | | |
3´
?
5´
T C G AA G T C C T A G C G A C
35外切酶活性：能辨认错配的碱基对，并将 其水解。 53外切酶活性：能切除引物和突变的 DNA片 段。
（二）参与复制的酶
1. DNA聚合酶 原核生物的DNA聚合酶（三种）
相同点：都有5'3'聚合酶和3' 5'外切酶活性 不同点：
分子量（kD） 组成 DNA-polⅠ 109 单肽链 polⅡ 90 七亚基 ？ 无 polⅢ 790 多亚基 二聚体 （>10） 20 无 250–1,000 复制酶
基因表达(gene expression)：指的是基因转录 和翻译的过程，即依据基因生成具有生物学功能 的产物（蛋白质，tRNA，rRNA等）的过程。
第10章 DNA的生物合成
DNA Biosynthesis ( Replication )
主要内容
一、复制的基本规律 二、复制的条件及参与复制的酶 三、原核生物DNA的生物合成过程 四、真核生物DNA的生物合成过程 五、逆转录和其他复制方式 六、DNA的损伤（突变）与修复
4. 引物酶 (primase) 复制起始时催化生成RNA引物的酶，其 本质为依赖DNA的RNA聚合酶。
一、复制的基本规律
（四）复制的高保真性（high-fidelity） 【见教材p245】
复制精确度极高，误差率低至10-9~10-10。复制 的高保真性保证了物种在维持遗传保守性的同时， 还可以通过变异不断进化。 DNA复制高保真性机制 1. 严格的碱基配对规律（base pairing） 2. DNA聚合酶对碱基的选择功能（selectivity） 3. DNA聚合酶的即时校读功能（proofreading） 4. 复制后的修复（repair）
DNA聚合酶III是由十种亚基组成的不对称异源二聚体，
功能:原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
（二）参与复制的酶
1. DNA聚合酶 真核生物DNA聚合酶（>15种）
DNA-pol a：起始引发，有引物酶活性。 DNA-pol ：参与低保真度的复制 。 DNA-pol ：在线粒体DNA复制中起催化作用。 DNA-pol ：延长子链的主要酶，有解螺旋酶活 性。 DNA-pol ：在复制过程中起校读、修复和填补 缺口的作用。
C C A C T G G
G G T G A C C
+
母链DNA
复制过程中形成的复制叉
子代DNA
半保留复制的意义
按半保留复制方式，子代DNA与亲代 DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的 全部遗传信息，体现了遗传的保守性。
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基 础，但不是绝对的。
一、复制的基本规律
DNA聚合酶I
引物（RNA）
3' 5' 3' 5'
5' 3'
DNA聚合酶I的作用： 按5'3'切除RNA引物，并填补引物留下的缺口
依据碱基配对规律按5' 3'的方向延伸子链
原核生物DNA聚合酶II
DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。
DNA-pol Ⅱ对模板的特异性不高，即使在 已发生损伤的DNA模板上，它也能催化核 苷酸聚合。因此认为，它参与DNA损伤的 应急状态修复。
第三篇 基因信息的传递
王伟章 博士/副教授 生物化学与分子生物学系 wei-zhangwang@
中心法则（the central dogma）
遗传信息的传递方式称为中心法则，包括了 DNA的复制、RNA的转录、蛋白质的翻译，以及 RNA的逆转录及RNA的复制等过程。
复制
RNA复制
半不连续复制
3 5
5 3
领头链
3
5 35
解链方向 随从链
3 5
复制叉 冈崎片段
引物
领头链、随从链、冈崎片段
DNA合成时顺着解链方向生成的子链，复制是连 续进行的，这股链称为领头链(leading strand) 。 DNA合成时有一股链的复制的方向与解链方向相 反，不能顺着解链方向连续延长，只能以不连续 的方式复制的链称为随从链(lagging strand) 。 复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazaki fragment)。 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制 的半不连续性。
真核生物复制起始点及复制子
5’ ori ori ori ori
3’
5’
3’
5’
3’
3’ 5’
5’
3’
3’
5’
复制子
一、复制的基本规律
（三）半不连续复制
在同一个复制叉上，一条DNA链能够沿着解链 方向连续合成；而另一条DNA链合成方向与解链方 向相反，则采用不连续的方式合成，DNA的这种合 成方式称为半不连续复制（semidiscontinuous replication）。 半不连续复制的原因： DNA双螺旋中的两条单链走向相反 DNA合成方向只能是5’→3'
原核生ห้องสมุดไป่ตู้DNA聚合酶III
DNA聚合酶III全酶的组成：
原核生物DNA聚合酶III
核心酶
α亚基：5’→3’聚合 酶活性. ε亚基：3’→5’外切 酶活性和碱基选择 功能，复制保真性 所需. θ亚基: 可能起维持 二聚体作用.
其他亚基
β亚基：夹稳 模板链并使酶 沿模板链滑动
γ－复合物： 促进全酶组装 至模板及增强 核心酶活性
（二）双向复制
DNA合成时从一个单独的复制起点(origin)上形成 两个复制叉（replication fork），然后沿相反方向 延伸，这种复制方式称为双向复制（bidirectional replication）。双向复制原核生物和真核生物DNA 复制最主要的形式。
复制泡(replication bubble)
N 端 DNA-pol Ⅰ C 端
木瓜蛋白酶 小片段 323个氨基酸 5核酸外切酶活性 大片段(Klenow 片段) 604个氨基酸 DNA聚合酶活性 5核酸外切酶活性
Klenow片段是实验室进行分子生物学研究中常 用的工具酶，可用于填补DNA单链末端成为双链。
DNA聚合酶 I 5'3'外切酶活性的功能
DNA聚合酶的聚合酶活性
DNA合成所发生的化学反应
（二）参与复制的酶
1. DNA聚合酶
全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase, DNA-pol) DNA聚合酶特点： 具有dNTP的聚合活性，新链的延长只可沿 5'→3'方向进行 DNA聚合酶活性依赖引物和模板 具有核酸外切酶活性
转录
DNA 逆转录 RNA
翻译
蛋白质
(1958，Crick提出)
一些基本概念
复制(replication)：以亲代DNA为模板、dNTP为 原料，在DNA聚合酶催化下合成子代DNA的过程。 转录(transcription)：以DNA链为模板、NTP为 原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。 翻译(translation)：以mRNA为模板、氨基酸为 原料，在转肽酶催化下合成蛋白质的过程。
真核生物DNA聚合酶
DNA-pol 分子量（kD） 5→3聚合活性 3→5核酸外切 酶活性 功能 α 16.5 中 起始引 发，引 物酶活 性 β 4.0 ？ 低保 真度 的复 制 γ 14.0 高 + δ 12.5 高 + ε 25.5 高 + 填补引物 空隙，切 除修复， 重组
线粒体 延长子 DNA复 链的主 制 要酶， 解螺旋 酶活性
（二）参与复制的酶
2. 解螺旋酶（helicase） 利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双 链解开成为两条单链。
（二）参与复制的酶