第十二章 核酸的生物合成
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基础生物化学 第十二章(1-3节)-核酸的合成与分解
尿囊素酶
＋ H2 O
尿囊素
尿囊酸酶
＋ H2 O
尿囊酸 4NH3
2CO2
尿酶
＋2H2O
尿素
乙醛酸
二、嘧啶核苷酸的代谢1
1，尿嘧啶与胸腺嘧啶在哺乳动物体内分解时，先
还原成对应的二氢衍生物。
2，破开环状结构分别产生β-丙氨酸及β-氨基异
丁酸。
3，最后成为CO2和NH3
胞嘧啶具有氨基，所以要先在胞嘧啶脱氨酶的作
通过用同位素标记的化合物实验来 确定，即用标有同位素的各种营养物喂 鸽子，然后将其排出的尿酸进行分析。
（一）嘌呤环的元素来源2（图示）
天冬氨酸
N1
6C
CO2
甲酰FH4
C2
5C
N7
甘氨酸
C8 甲酰FH4 N3
谷氨酰胺
4C
N9
谷氨酰胺
（二）合成过程（总）
从头合成嘌呤的途径已于50年代被
Greenberg等基本搞清,此途径是在核糖－ 5－磷酸的第一碳原子上逐步增加原子生 成次黄苷酸（肌苷酸） ，然后再由次黄 苷酸转变为腺苷酸和鸟苷酸。 反应分为两个阶段： 1，次黄苷酸的合成（11步反应） 2，腺苷、鸟苷的生成 （南大P480，图12－2）
途径称为补救途径。通过补救途径可以重新 利用核酸分解产生的嘌呤和嘧啶或它们的衍 生物。
从胸腺嘧啶或胸苷转变成胸苷酸的补救途径，
除真菌外，对所有细胞都是一样的，故常利 用放射性同位素标记胸腺嘧啶或胸苷参入DNA 的实验作为检查DNA合成的手段。
三、核苷酸合成的补救途径2
核苷 核糖-1-磷酸
激酶
核糖-5-磷酸
1．鸟嘌呤的分解
动物组织中广泛含有鸟嘌呤酶，可以催化 鸟嘌呤水解脱氨产生黄嘌呤，然后黄嘌呤在黄 嘌呤氧化酶的作用下氧化成尿酸。
＋ H2 O
尿囊素
尿囊酸酶
＋ H2 O
尿囊酸 4NH3
2CO2
尿酶
＋2H2O
尿素
乙醛酸
二、嘧啶核苷酸的代谢1
1，尿嘧啶与胸腺嘧啶在哺乳动物体内分解时，先
还原成对应的二氢衍生物。
2，破开环状结构分别产生β-丙氨酸及β-氨基异
丁酸。
3，最后成为CO2和NH3
胞嘧啶具有氨基，所以要先在胞嘧啶脱氨酶的作
通过用同位素标记的化合物实验来 确定，即用标有同位素的各种营养物喂 鸽子，然后将其排出的尿酸进行分析。
（一）嘌呤环的元素来源2（图示）
天冬氨酸
N1
6C
CO2
甲酰FH4
C2
5C
N7
甘氨酸
C8 甲酰FH4 N3
谷氨酰胺
4C
N9
谷氨酰胺
（二）合成过程（总）
从头合成嘌呤的途径已于50年代被
Greenberg等基本搞清,此途径是在核糖－ 5－磷酸的第一碳原子上逐步增加原子生 成次黄苷酸（肌苷酸） ，然后再由次黄 苷酸转变为腺苷酸和鸟苷酸。 反应分为两个阶段： 1，次黄苷酸的合成（11步反应） 2，腺苷、鸟苷的生成 （南大P480，图12－2）
途径称为补救途径。通过补救途径可以重新 利用核酸分解产生的嘌呤和嘧啶或它们的衍 生物。
从胸腺嘧啶或胸苷转变成胸苷酸的补救途径，
除真菌外，对所有细胞都是一样的，故常利 用放射性同位素标记胸腺嘧啶或胸苷参入DNA 的实验作为检查DNA合成的手段。
三、核苷酸合成的补救途径2
核苷 核糖-1-磷酸
激酶
核糖-5-磷酸
1．鸟嘌呤的分解
动物组织中广泛含有鸟嘌呤酶，可以催化 鸟嘌呤水解脱氨产生黄嘌呤，然后黄嘌呤在黄 嘌呤氧化酶的作用下氧化成尿酸。
核酸怎样分解成核苷酸
核苷 + Pi
核苷磷酸化酶
碱基 + 核糖-1-P
水解
核苷水解酶
核苷 + H2O
碱基+核糖
（四）嘌呤的分解代谢
不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也 不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解 成尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、 尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。
核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分 别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，再进一步代谢生成尿酸。
次黄嘌呤+P
(hypoxanthine-guanine phosohoribosyl transferase)
鸟嘌呤+PRPP
次黄嘌呤- 鸟嘌呤 磷酸核糖转移酶( H G P R T )
GMP+PPi
嘌呤核苷酸补救合成的生理意义
• 节约能量和一些氨基酸的消耗。 • 有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能
• Synthesized on PRPP • Synthesized then added to
PRPP
• Regulated by GTP/ATP
• Regulated by UTP • Generates UMP/CMP
• Generates IMP
• Requires Energy
• Requires Energy
Both are very complicated multi-step process which your kindly professor does not expect you to know in detail
（三）脱氧核苷酸的生物合成 1. 核苷二磷酸的还原
Hydroxyurea
核苷磷酸化酶
碱基 + 核糖-1-P
水解
核苷水解酶
核苷 + H2O
碱基+核糖
（四）嘌呤的分解代谢
不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也 不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解 成尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、 尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。
核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分 别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，再进一步代谢生成尿酸。
次黄嘌呤+P
(hypoxanthine-guanine phosohoribosyl transferase)
鸟嘌呤+PRPP
次黄嘌呤- 鸟嘌呤 磷酸核糖转移酶( H G P R T )
GMP+PPi
嘌呤核苷酸补救合成的生理意义
• 节约能量和一些氨基酸的消耗。 • 有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能
• Synthesized on PRPP • Synthesized then added to
PRPP
• Regulated by GTP/ATP
• Regulated by UTP • Generates UMP/CMP
• Generates IMP
• Requires Energy
• Requires Energy
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（三）脱氧核苷酸的生物合成 1. 核苷二磷酸的还原
Hydroxyurea
生物化学训练习题全
生物化学训练习题全
6、胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等电点约为1，远比 其它蛋白质低。试问等电点如此低的胃蛋白酶必须存 在有大量的什么样的官能团？什么样的氨基酸才能提 供这样的基团？
（答案）
生物化学训练习题全
7、已知某蛋白是由一定数量的链内二硫键连接的两个 多肽链组成的。1.00g该蛋白样品可以与25.0mg还原型 谷胱甘肽（GSH，MW＝307）反应。（答案） （a）该蛋白的最小分子量是多少？ （b）如果该蛋白的真实分子量为98240，那么每分子 中含有几个二硫键？ （c）多少mg的巯基乙醇（MW＝78.0）可以与起始的 1.00g该蛋白完全反应？
◆绪论 ◆第一章 ◆第三章 ◆第五章 ◆第七章 ◆第九章 ◆第十章 ◆第十一章 ◆第十二章 ◆第十三章
蛋白质
◆第二章 核 酸
酶
◆第四章 维生素
◆第六章 代谢总论
◆第八章 糖代谢
脂代谢
蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢
核酸的酶促降解及核苷酸代谢
核酸的生物合成
蛋白质的生物合成
生物化学训练习题全
第一章 蛋白质化学
生物化学训练习题全
19、下列变化对肌红蛋白和血红蛋白的氧亲和性有什 么影响？（答案） （a）血液中的pH由7.4下降到7.2。 （b）肺部CO2分压由6kPa（屏息）减少到2kPa（正 常）。 （c）BPG水平由5mM（平原）增加到8mM（高原）。
生物化学训练习题全
20、蛋白质A对配体X结合的解离常数为Kd＝10－6M， 而蛋白质B对X结合的Kd＝10－9M。哪个蛋白对X有更高 的亲和性？（答案）
生物化学训练习题全
16、如何用二氧化碳与水的反应来解释Bohr效应？ （答案） （a）写出由二氧化碳和水形成碳酸氢根的方程式，并 解释H＋和CO2在血红蛋白氧合中的作用。 （b）解释向休克病人静脉注射碳酸氢根的生理学依据。
6、胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等电点约为1，远比 其它蛋白质低。试问等电点如此低的胃蛋白酶必须存 在有大量的什么样的官能团？什么样的氨基酸才能提 供这样的基团？
（答案）
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7、已知某蛋白是由一定数量的链内二硫键连接的两个 多肽链组成的。1.00g该蛋白样品可以与25.0mg还原型 谷胱甘肽（GSH，MW＝307）反应。（答案） （a）该蛋白的最小分子量是多少？ （b）如果该蛋白的真实分子量为98240，那么每分子 中含有几个二硫键？ （c）多少mg的巯基乙醇（MW＝78.0）可以与起始的 1.00g该蛋白完全反应？
◆绪论 ◆第一章 ◆第三章 ◆第五章 ◆第七章 ◆第九章 ◆第十章 ◆第十一章 ◆第十二章 ◆第十三章
蛋白质
◆第二章 核 酸
酶
◆第四章 维生素
◆第六章 代谢总论
◆第八章 糖代谢
脂代谢
蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢
核酸的酶促降解及核苷酸代谢
核酸的生物合成
蛋白质的生物合成
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第一章 蛋白质化学
生物化学训练习题全
19、下列变化对肌红蛋白和血红蛋白的氧亲和性有什 么影响？（答案） （a）血液中的pH由7.4下降到7.2。 （b）肺部CO2分压由6kPa（屏息）减少到2kPa（正 常）。 （c）BPG水平由5mM（平原）增加到8mM（高原）。
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20、蛋白质A对配体X结合的解离常数为Kd＝10－6M， 而蛋白质B对X结合的Kd＝10－9M。哪个蛋白对X有更高 的亲和性？（答案）
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16、如何用二氧化碳与水的反应来解释Bohr效应？ （答案） （a）写出由二氧化碳和水形成碳酸氢根的方程式，并 解释H＋和CO2在血红蛋白氧合中的作用。 （b）解释向休克病人静脉注射碳酸氢根的生理学依据。
东北师范大学生物化学第十二章 核酸的生物合成1
限制性 内切酶
3′—C—A—A—T—T
G—5′
粘性末端(该末端能与具有互补碱基的目的基 因的DNA片段连结 )
限制性内切酶：
识别DNA特定核苷酸序列 回文序列 限制性内切酶和核酸修饰酶共同作用， 保护自身的DNA 重要的生物化学工具酶
（八） 基因重组与DNA“克隆”
（九） 聚合酶链式反应（PCR）技术 与DNA扩增
不对称转录（以DNA的一条链位模板）
2 依赖DNA的RNA聚合酶
（1）以DNA为模板
（2）以四种核糖核苷三磷酸为底物 （3）链的生长方向是5′→3′（聚合酶） （4）不需要引物，也无校正功能
（5）产物第一个核苷酸带有3个磷酸基。
（1）大肠杆菌RNA聚合酶
全酶
α2 β β/ σ ω
核心酶（催化磷酸二酯键的形成） 识别起始位点
SSB防止双链 DNA形成
DNA旋转酶 (拓扑异构酶）
冈崎片段的RNA引物
冈崎片段需要引物，RNA引物的合成 “引发”：
引物合成酶：RNA聚合酶，催化合成约10个核苷酸
引物体
（催化合成 引物） 几种蛋白质
引物RNA在复制过程中暂时存在，最后通过PolⅠ的 5′→3′外切酶活力水解。
（3）DNA链的延长
5′→3′ 3′→5′ 5′→3′ 核酸外切酶 核酸外切酶 聚合酶
Klenow fragment
该酶由一条多肽链组成，分子量为109KD。
1. DNA聚合酶Ⅰ
5′→3′聚合酶活性
催化DNA链的延长
3′→5′外切酶活性
校对功能
5′→3′外切酶活性
切除RNA引物 DNA损伤修复
DNA聚合酶Ⅰ 分子量 每个细胞中的分子数
（1）大肠杆菌RNA聚合酶
东北林大生化考试复习习题
第一章蛋白质的化学思考题1．简述蛋白质的元素组成特点和主要的生物学功能。
2．写出氨基酸的结构通式，并写出酸性、碱性、含硫和酰胺氨基酸的结构式，并写出它们的三字母代号。
3．氨基酸的pI如何计算？氨基酸和蛋白质在pI时有什么特征？pI有什么实践意义？4．氨基酸或蛋白质在其等电点的溶液中带电的情况如何？如果再分别加酸、加碱，它们的分子表面所带的净电荷会发生什么变化？5．解释蛋白质的一级结构、构象、N端与C端、结构域、亚基、肽、构象单元。
6．简述蛋白质结构与功能的关系。
7．氨基酸与茚三酮有什么颜色反应？8．蛋白质和氨基酸都有双缩脲反应吗？9．蛋白质变性和沉淀有什么不同？10．维持蛋白质胶体溶液的因素有那些？11．蛋白质二级结构的主要种类有那些？12．总结维持蛋白质各级不同结构的键。
13．桑格（Sanger）反应的试剂是什么？它和氨基酸的什么部位反应？14．GSH是什么物质？它有什么重要作用？第二章核酸的化学思考题1．列表说明DNA和RNA的组成、碱基配对特点。
2．简述DNA和RNA的生物学功能。
3．比较蛋白质和核酸的元素组成特点和最大紫外吸收峰。
4．比较蛋白质和核酸分子中的主键。
5．核酸分子中各组分的连接方式。
6．DNA 和tRNA的二级结构点。
7．简述核酸结构的稳定因素。
8．什么是Tm？Tm的大小和A-T、C-G对有什么关系？9．怎样利用核糖的颜色反应区别DNA和RNA？10．归纳总结本章出现的重要的符号及其意义。
第三章糖类的结构和功能思考题：1．糖的主要生理功能有哪些？2．单糖的主要结构类型有哪些？写出G的链连式和环式结构。
3．单糖有哪些重要的性质？4．总结糖的还原性。
淀粉和糖原的区别是什么？它们和碘的颜色反应有什么区别？5．第四章脂类与生物膜6．思考题：7．1．简述生物膜的组成、结构和功能。
8．2．生物膜液态的原因是什么？9．10．第五章酶11．思考题：12．1．简述影响酶促反应V主要因素并给出[E]、[S]、PH、T影响的动力学曲线。
核酸的生物合成
核酸的生物合成引言核酸是生物体中非常重要的生物分子之一，它在遗传信息的传递和蛋白质合成等生物学过程中起着关键的作用。
核酸的生物合成是一个复杂而精密的过程，涉及到许多酶和辅因子的参与。
本文将对核酸的生物合成过程进行详细的介绍，并讨论其中的关键步骤和调控机制。
核酸的组成核酸分为DNA（脱氧核酸）和RNA（核糖核酸）两类。
DNA是遗传信息的存储介质，而RNA则在蛋白质合成和其他生物学过程中起着重要的调节和功能性作用。
DNA和RNA的基本组成单元是核苷酸，核苷酸由糖、碱基和磷酸组成。
DNA的糖是脱氧核糖，RNA的糖是核糖；DNA的碱基有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和脱氧胸腺嘧啶（C），RNA的碱基有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）。
磷酸连接不同核苷酸，形成链状的DNA或RNA分子。
核酸的生物合成路径核酸的生物合成路径分为两个主要的步骤：核苷酸的合成和核酸链的合成。
核苷酸的合成核苷酸的合成是核酸合成的第一步，它是通过一系列酶催化的反应进行的。
核苷酸的合成可以分为两个阶段：碱基的合成和糖-磷酸的合成。
在碱基的合成过程中，腺嘌呤和鸟嘌呤是由一些小分子前体合成的，而胸腺嘧啶和尿嘧啶则是由核苷酸催化的反应合成的。
碱基的合成是一个复杂的过程，涉及到多个酶和辅因子的参与。
在糖-磷酸的合成过程中，核糖-1-磷酸和脱氧核糖-1-磷酸是通过核糖-5-磷酸和脱氧核糖-5-磷酸的合成转化得到的。
这个过程是通过一系列酶催化的反应进行的。
核酸链的合成核酸链的合成是核酸合成的第二步，它是通过酶催化的反应进行的。
DNA的合成是由DNA聚合酶催化的反应进行的，RNA的合成则是由RNA聚合酶催化的反应进行的。
在DNA的合成中，DNA聚合酶结合到DNA模板上，依据碱基配对规则，在新合成的链上加入互补碱基，形成一个新的DNA链。
这个过程是一个复制过程，可以将一条DNA模板复制成两条完全相同的DNA 分子。
第十二章 生物化学DNA合成
复制叉
复制泡的两个复制叉向相反方向移动，双链不断解开， 复制不断向两侧推进。新合成的子代链与亲本链互补，并 形成双螺旋结构的子代DNA。
复制叉会合 处复制终点
连续合成
复制起点
复制起点
亲代 亲代 DNA DNA
不连续合成
复 制
三、DNA是半不连续复制的
3′
5′
新链合成是从5′→3′端进行 的其中一条链从起始点开始连 续合成，并与复制叉前进方向 一致——前导链
DNA复制起始必须精确受到调控，因为每个生命周期复制只 发生一次。现已知，复制起始的时序受到DNA甲基化和细菌 细胞质膜相互作用的影响。
E.Coli 的 oriC DNA是由Dam甲基化酶甲基化的，而甲基化
发 生在回文顺序（5′）GATC的腺嘌呤N6 (m6A)，大肠杆菌的
oriC区密布GATC顺序（在245bp的DNA链中含有11个GATC）
P ～ P ～ P
5′
A
5′→3′聚合酶活性
3′ 5′
P P P P P P P P P P P
PPi
P P P P P P
A G C A T C G T A G C A T C G T T C G T A 3′-OH
P P P P
5′
聚合酶催化形成3′磷酸酯键使
单核苷酸随即被添加到3′端
Ⅰ型DNA聚合酶用胰蛋白酶温和处理，可以把5′→3′核
亚基数
1 6（同亚基） 1
功能
识别原点，在特异位点打开DNA双链 DNA解螺旋酶 辅助DnaB与原点结合
HU
引物酶（DnaG) SSB RNA聚合酶 TopoⅡ Dam甲基化酶
19
60 75.6 454 400 32
第十二章 核酸代谢
点
IMP 3. 在IMP基础上完成
AMP和GMP的合成
3. 以UMP为基础, 完 成CTP, dTMP的合成
5'-P-R PRPP
IMP
CO2+Gln H2N-CO-P
OMP
总结
AMP dAMP dGMP GMPUMP dUMP CMP dCMP dTMP
ADP dADP dGDP GDP UDP dUDP CDP dCDP dTDP
腺苷+Pi
腺苷+ATP
腺苷激酶
腺苷酸+ADP
生理意义
●节省: 减少从头合成时能量和原料的消耗 ● 作为某些器官(脑,骨髓和脾)合成核苷酸的途径
二、嘧啶核苷酸的合成代谢
(一)、从头合成途径
先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生
成嘧啶核苷酸.
谷氨酰胺
C
N
C
天冬氨酸
CO2 C
C
N
(一) 从头合成途径的反应过程
CDP 核糖核苷酸还原酶
dNDP dADP dGDP dUDP dCDP
TDP
dTDP
dNDP+ATP dADP+ATP dGDP+ATP dUDP+ATP
dCDP+ATP
激酶 激酶 激酶 激酶 激酶
dNTP+ADP dATP +ADP dGTP+ADP dUTP+ADP
dCTP+ADP
dUDP O
(1) 嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸
次黄嘌呤
次黄嘌呤核苷酸
90%
次黄嘌呤-鸟嘌呤
嘌呤碱 PRPP磷酸(H核G糖P转R移T酶) PPi
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2015/10/20 23
⑵ DNA聚合酶Ⅱ 单体酶，分子量120Kd。催化活性： ① 5’→3’聚 合(活性很低) ；② 3’→ 5’ 外切。作用不详。
⑶ DNA聚合酶Ⅲ
寡聚酶，全酶由10种共22个亚基组成，α、ε和θ 三种亚基组成核心酶。催化活性： ① 5’ →3’ 聚合酶活性：是主要的聚合酶 ② 3’→ 5’ 外切酶活性 ③ 5’→ 3’ 外切酶活性
2015/10/20
⑺ DNA ligase连接一个冈崎片段。
43
2015/10/20
44
二、逆转录作用
逆转录（reverse transcription）：以RNA为模板 合成DNA的过程，与通常转录过程中遗传信息流从 DNA到RNA的方向相反。 逆转录酶（reverse transcriptase）：催化逆转 录反应的酶。 许多具有RNA基因组的病毒含有这种酶，故这类 病毒又称为逆转录病毒（retrovirus）。它们多是致 癌病毒。
口处游离的3’-OH
末端和5’磷酸基末
端形成 3’,5’ - 磷酸
二酯键。
2015/10/20 29
2015/10/20
30
4. 原核生物DNA复制过程
⑴ DNA复制的起始 大肠杆菌复制原点起始复制所需蛋白质： dnaA dnaB 引物酶 SSB 旋转酶
2015/10/20
在原点处打开双螺旋 使DNA解旋 合成RNA引物 结合单链DNA 松驰DNA扭曲应力
2015/10/20 5
1958年Crick提出中心法则(central dogma)， 1971年完善。 复制
转录
逆转录
复制
2015/10/20
翻译
中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。
6
DNA复制（ replication） 是指以亲代DNA分子的双链为模板，按照 碱基配对的原则，合成出与亲代DNA分子 相同的两个双链DNA分子的过程。
2015/10/20
14
1958年，
Meselson和Stahl
用15N标记E.coli.
DNA，用密度梯 度离心试验证明 了DNA的复制是 半保留复制。
2015/10/20
15
半保留复制具有重要的生物学意义，DNA分子
以半保留方式进行复制，亲代DNA分子中的一条
链保留在子代DNA分子中，可使遗传信息准确的
2015/10/20 13
半保留复制（semiconservative replication）
在复制过程中，首先亲代双链解开，然后每条链 作为模板，在其上合成互补的子代链，结果新形成
的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全
一样，而且每个子代DNA分子中有一条链完全来 自亲代DNA，另一条是新合成的。
37
前导链 (leading strand): 以亲代3’→ 5’ 链为模板，子代能
连续合成。
滞后链 (lagging strand): 以5’→ 3’为模板，不能连续合成。 冈崎片段 (Okazaki fragment): 滞后链上的小片段。 半不连续复制（semidiscontinuous replication）：DNA 复制过程中，新生的DNA链一条按5’→ 3’ 方向（与复 制叉移动方向一致）连续合成，另一条按5’ → 3’ 方向 （与复制叉移动方向相反）不连续合成。
25
+
109 000 400 1000
3. 其它主要酶蛋白
⑴ DNA旋转酶（gyrase）
又称拓扑异构酶，有内切酶和连接酶活力，使 DNA正超螺旋的紧张状态变为松弛状态。
⑵ 解链酶（helicase）(DnaA, DnaB, DnaC) 使DNA双螺旋结构变成单链 ⑶ 单链结合蛋白（SSB） 结合在单链上，防止解开的单链DNA重新形成 2015/10/20 双链。
26
2015/10/20
27
⑷ 引物酶（primerase） 以DNA为模板，以4
种核糖核苷酸（NTP）
为底物，合成一小段
RNA作为DNA复制的
引物。引物的3’-OH端 是DNA聚合酶发挥活 性所必需的。
2015/10/20 28
⑸ DNA连接酶（ligase） 催化DNA双链 中的一条单链切
2015/10/20 24
原核生物
5´→3 ´聚合活性 功能 3´→5 ´外切酶活性 5´→3´外切酶活性 分子量 每个菌体中所含 的酶分子数 聚合速率（核苷酸数/分/酶）
2015/10/20
DNA-pol Ⅰ
DNA-pol DNA-pol Ⅱ Ⅲ
+ +
+ + 120 000 40
+
+ +
140 000 20 60 000
向进行，在复制的部分同时进行解链与合成，结果 形成一个分叉，称为复制叉（replication fork），
又称复制眼（replication eye）。
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34
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35
⑵ DNA复制的延长
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36
滞后链合成的模板形成环，复制叉上的二聚 2015/10/20 体DNA聚合酶Ⅲ全酶同时合成两条子链。
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40
2015/10/20
41
2015/10/20
42
小结
⑴ DNA旋转酶引入负超螺旋，消除复制叉前进时带 来的扭曲张力。 ⑵ DNA解链酶解开双链DNA。 ⑶ SSB结合于DNA单链。 ⑷ DNA引物酶(在引发体中)合成RNA引物。 ⑸ DNA 聚合酶Ⅲ在两条新生链上合成DNA。 ⑹ DNA 聚合酶Ⅰ切除RNA引物，并补上DNA。
C removed
C (unable to pair with A)
2015/10/20
21
③ 5，→ 3， 外切酶活性
2015/10/20
22
Arthur Kornberg
won the 1959 Nobel Prize in Medicine for his discovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid (before Watson and Crick won theirs!)
17
n1dATP + n2dGTP + n3dCTP + n4dTTP
模板DNA DNA聚合酶 Mg2+
DNA +（n1+n2+n3+n4）PPi
2015/10/20
18
2. 原核生物DNA聚合酶的种类
⑴ DNA聚合酶Ⅰ
单体酶，分子量109Kd，含一个Zn2+ ，催化活性：
① 5，→ 3， 聚合酶活性：只能将脱氧核苷酸加于已存2015/10/203
DNA的二级结构
1953年，Watson
和 Crick 提出了
著名的DNA双螺
旋结构模型。
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4
RNA是DNA的局部转录产物，RNA为单链分子， 以3’，5’-磷酸二酯键相连。
根据RNA的功能，可以分为mRNA 、tRNA 和 rRNA 三种。 mRNA: 编码氨基酸 t RNA: 转运氨基酸 r RNA: 构成蛋白质合成场所（核糖体）
的氨基酸序列的过程.
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70年代人们发现，RNA病毒能以自己的RNA为 模板复制出新的病毒RNA；
其中，逆病毒（retrovirus）在宿主细胞中
能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录
（reverse transcription）。
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逆转录酶具有3种活性：
① 依赖RNA的DNA聚合酶活性
② RNase H（核糖核酸酶H）活性
③ 依赖DNA的DNA聚合酶活性
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反转录酶存在于所有致癌RNA病毒中，它的存
在与RNA病毒引起细胞恶性转化有关。某些逆转
录病毒上带有致癌基因。 艾滋病毒（AIDS） 人类免疫缺陷病毒（HIV），也是一种反转录病 毒，主要感染T4淋巴细胞和B淋巴细胞。
31
20个DnaA结合在
四组9bp重复区，形 成起始复合物，DNA 环绕此复合物。三组 13bp重复区（富含 AT）依次变性，产生 开放型复合物。 DnaB（在DnaC协助 下）与开放复合物结 合，进一步解链。 2015/10/20
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DNA的复制只能从一个特定位点开始，称为原 点（origin），从原点开始同时向DNA链的两个方
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三、DNA的损伤、修复和突变
㈠、DNA损伤 一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱 变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。然而 在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。 紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的 胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共 价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二 聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。
nm）可激活
光裂合酶，
此酶能分解 由于紫外线 形成的嘧啶 二聚体。
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2. 切除修复
切开 切除 修复
连接
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3. 重组修复
切除修复发生在
DNA复制之前，而
当DNA发动复制时
尚未修复的损伤部 位，可以先复制， 再重组修复。
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⑵ DNA聚合酶Ⅱ 单体酶，分子量120Kd。催化活性： ① 5’→3’聚 合(活性很低) ；② 3’→ 5’ 外切。作用不详。
⑶ DNA聚合酶Ⅲ
寡聚酶，全酶由10种共22个亚基组成，α、ε和θ 三种亚基组成核心酶。催化活性： ① 5’ →3’ 聚合酶活性：是主要的聚合酶 ② 3’→ 5’ 外切酶活性 ③ 5’→ 3’ 外切酶活性
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⑺ DNA ligase连接一个冈崎片段。
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二、逆转录作用
逆转录（reverse transcription）：以RNA为模板 合成DNA的过程，与通常转录过程中遗传信息流从 DNA到RNA的方向相反。 逆转录酶（reverse transcriptase）：催化逆转 录反应的酶。 许多具有RNA基因组的病毒含有这种酶，故这类 病毒又称为逆转录病毒（retrovirus）。它们多是致 癌病毒。
口处游离的3’-OH
末端和5’磷酸基末
端形成 3’,5’ - 磷酸
二酯键。
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4. 原核生物DNA复制过程
⑴ DNA复制的起始 大肠杆菌复制原点起始复制所需蛋白质： dnaA dnaB 引物酶 SSB 旋转酶
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在原点处打开双螺旋 使DNA解旋 合成RNA引物 结合单链DNA 松驰DNA扭曲应力
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1958年Crick提出中心法则(central dogma)， 1971年完善。 复制
转录
逆转录
复制
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翻译
中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。
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DNA复制（ replication） 是指以亲代DNA分子的双链为模板，按照 碱基配对的原则，合成出与亲代DNA分子 相同的两个双链DNA分子的过程。
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1958年，
Meselson和Stahl
用15N标记E.coli.
DNA，用密度梯 度离心试验证明 了DNA的复制是 半保留复制。
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半保留复制具有重要的生物学意义，DNA分子
以半保留方式进行复制，亲代DNA分子中的一条
链保留在子代DNA分子中，可使遗传信息准确的
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半保留复制（semiconservative replication）
在复制过程中，首先亲代双链解开，然后每条链 作为模板，在其上合成互补的子代链，结果新形成
的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全
一样，而且每个子代DNA分子中有一条链完全来 自亲代DNA，另一条是新合成的。
37
前导链 (leading strand): 以亲代3’→ 5’ 链为模板，子代能
连续合成。
滞后链 (lagging strand): 以5’→ 3’为模板，不能连续合成。 冈崎片段 (Okazaki fragment): 滞后链上的小片段。 半不连续复制（semidiscontinuous replication）：DNA 复制过程中，新生的DNA链一条按5’→ 3’ 方向（与复 制叉移动方向一致）连续合成，另一条按5’ → 3’ 方向 （与复制叉移动方向相反）不连续合成。
25
+
109 000 400 1000
3. 其它主要酶蛋白
⑴ DNA旋转酶（gyrase）
又称拓扑异构酶，有内切酶和连接酶活力，使 DNA正超螺旋的紧张状态变为松弛状态。
⑵ 解链酶（helicase）(DnaA, DnaB, DnaC) 使DNA双螺旋结构变成单链 ⑶ 单链结合蛋白（SSB） 结合在单链上，防止解开的单链DNA重新形成 2015/10/20 双链。
26
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⑷ 引物酶（primerase） 以DNA为模板，以4
种核糖核苷酸（NTP）
为底物，合成一小段
RNA作为DNA复制的
引物。引物的3’-OH端 是DNA聚合酶发挥活 性所必需的。
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⑸ DNA连接酶（ligase） 催化DNA双链 中的一条单链切
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原核生物
5´→3 ´聚合活性 功能 3´→5 ´外切酶活性 5´→3´外切酶活性 分子量 每个菌体中所含 的酶分子数 聚合速率（核苷酸数/分/酶）
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DNA-pol Ⅰ
DNA-pol DNA-pol Ⅱ Ⅲ
+ +
+ + 120 000 40
+
+ +
140 000 20 60 000
向进行，在复制的部分同时进行解链与合成，结果 形成一个分叉，称为复制叉（replication fork），
又称复制眼（replication eye）。
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⑵ DNA复制的延长
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滞后链合成的模板形成环，复制叉上的二聚 2015/10/20 体DNA聚合酶Ⅲ全酶同时合成两条子链。
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小结
⑴ DNA旋转酶引入负超螺旋，消除复制叉前进时带 来的扭曲张力。 ⑵ DNA解链酶解开双链DNA。 ⑶ SSB结合于DNA单链。 ⑷ DNA引物酶(在引发体中)合成RNA引物。 ⑸ DNA 聚合酶Ⅲ在两条新生链上合成DNA。 ⑹ DNA 聚合酶Ⅰ切除RNA引物，并补上DNA。
C removed
C (unable to pair with A)
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③ 5，→ 3， 外切酶活性
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Arthur Kornberg
won the 1959 Nobel Prize in Medicine for his discovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid (before Watson and Crick won theirs!)
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n1dATP + n2dGTP + n3dCTP + n4dTTP
模板DNA DNA聚合酶 Mg2+
DNA +（n1+n2+n3+n4）PPi
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2. 原核生物DNA聚合酶的种类
⑴ DNA聚合酶Ⅰ
单体酶，分子量109Kd，含一个Zn2+ ，催化活性：
① 5，→ 3， 聚合酶活性：只能将脱氧核苷酸加于已存2015/10/203
DNA的二级结构
1953年，Watson
和 Crick 提出了
著名的DNA双螺
旋结构模型。
2015/10/20
4
RNA是DNA的局部转录产物，RNA为单链分子， 以3’，5’-磷酸二酯键相连。
根据RNA的功能，可以分为mRNA 、tRNA 和 rRNA 三种。 mRNA: 编码氨基酸 t RNA: 转运氨基酸 r RNA: 构成蛋白质合成场所（核糖体）
的氨基酸序列的过程.
2015/10/20 9
70年代人们发现，RNA病毒能以自己的RNA为 模板复制出新的病毒RNA；
其中，逆病毒（retrovirus）在宿主细胞中
能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录
（reverse transcription）。
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2015/10/20 45
逆转录酶具有3种活性：
① 依赖RNA的DNA聚合酶活性
② RNase H（核糖核酸酶H）活性
③ 依赖DNA的DNA聚合酶活性
2015/10/20
46
反转录酶存在于所有致癌RNA病毒中，它的存
在与RNA病毒引起细胞恶性转化有关。某些逆转
录病毒上带有致癌基因。 艾滋病毒（AIDS） 人类免疫缺陷病毒（HIV），也是一种反转录病 毒，主要感染T4淋巴细胞和B淋巴细胞。
31
20个DnaA结合在
四组9bp重复区，形 成起始复合物，DNA 环绕此复合物。三组 13bp重复区（富含 AT）依次变性，产生 开放型复合物。 DnaB（在DnaC协助 下）与开放复合物结 合，进一步解链。 2015/10/20
32
DNA的复制只能从一个特定位点开始，称为原 点（origin），从原点开始同时向DNA链的两个方
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三、DNA的损伤、修复和突变
㈠、DNA损伤 一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱 变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。然而 在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。 紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的 胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共 价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二 聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。
nm）可激活
光裂合酶，
此酶能分解 由于紫外线 形成的嘧啶 二聚体。
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2. 切除修复
切开 切除 修复
连接
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3. 重组修复
切除修复发生在
DNA复制之前，而
当DNA发动复制时
尚未修复的损伤部 位，可以先复制， 再重组修复。
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