动物生物化学核酸的生物学功能

ψ
12
β
40.6
dnaN
Pol III* Pol III全酶
DNA聚合酶的一般 结构
“右手”结构： 拇指（thumb） 手指（finger） 手掌（palm）
DNA位于手掌上由 拇指和手指形成的 槽中。
（2）真核生物DNA聚合酶： 共有四种，为DNA聚合酶a、b、g、 d
a
b
g
d
MW
110~12000
重链 轻链
五、DNA的半不连续复制
双螺旋DNA两股链的极性是相反的，因此在 复制叉上进行互补链的合成极性也应是相反的。 但现发现的DNA聚合酶的作用都是5´→3´聚合。
在复制过程中如何解决这一问题？
1968年，冈崎（Okazaki）的实验（一个是同位素 标记；另一个是电子显微镜观察）发现在DNA
是DNA Pol I特有的活性。
Pol I 的实际功能是修复
DNA受损后，内切酶会在损伤部位切出切口， 切口出现可激活5’-3’核酸外切酶活性，切除 损伤部位；同时聚合酶开始工作，使DNA链 和切口都向3’方向延伸，这一现象称为切口 转移（nick translation）;
5’-3’外切活性也会切除新合成DNA 5’端的 RNA引物和填补形成的缺口。
四、 DNA复制方式
1. 凯恩斯模型（型）（ Cairns model ） 双链环状DNA的复制方式。
拓扑异 构酶 I
在环形DNA中，整个结构象 字母θ，称为θ结构。
2.环状DNA的滚环复制 Rolling Circle Mechanism for Replicating Circular DNA
10.1 中心法则
•生物的遗传信息从 DNA 传递给mRNA的过程称为 转录。根据mRNA链上的 遗传信息合成蛋白质 的过程，被称为翻译 和表达。
复制
DNA
转录 反转录
RNA
蛋白质
翻译
复制
1958年Crick将生物遗传信息的这种传递方 式称为中心法则。。
10.2 DNA的复制
一、DNA复制原则——半保留性复制 DNA复制方式有三种可能性，即全保留、半保留和
DNA聚合酶 I (Kornberg 酶) （DNA Polymerase I, Pol I） 基本特性：
分子量：109 kD； 具DNA聚合酶活性，掺入一dNMP后，不立即脱离，可持续 作用； 具3’-5’核酸外切酶活性，由具有-OH的不配对核苷引发该活 性； 具5’-3’核酸外切酶活性，由具有切口的双螺旋DNA片段引发；
亚基数 M.W 聚合作用 连续聚合作用 聚合速度(N/s) 5′－3 ′外切酶 3′－5 ′外切酶
功能
I
II
1
≥4
103 000
88 000
√
√
小
较小
16～20
40
√
×
√
√
复制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ去除引 物填补缺口
可能参与损 伤修复
参与损伤修复
III ≥10 830 000 √ 很大 250～1000 √ √
DNA复制的主要酶
六、 DNA复制系统
• DNA复制系统是指参与DNA复制的酶和蛋白因子。
1. DNA聚合酶：催化反应的要点： 底物：四种dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP） 模板：DNA单链 聚合方式：按照碱基配对原则，将相应dNTP的5′
磷酸与上一个核苷酸的3 ′羟基形成3 ′－ 5′磷酸二酯键， 即合成方向为5 ′→3′，与模板链反平行 。
主要功能是修复
Klenow 片段：Pol I 可被枯草杆菌蛋白酶裂解为大小两段， 其中较大的C段含DNA结合部位，具聚合酶活性和3’-5’核酸 外切酶活性。
3’-5’核酸外切酶活性: 由具有-OH的不配对 核苷引发该活性。
是所有DNA聚合酶 的共同特性。
5’-3’核酸外切酶活性，由具有切口的 双螺旋DNA片段引发。
分散式。 • Meselson等的氮同位素试验 证明了DNA复制为半保留
复制机理。
二、 DNA复制方向
单向复制，即只形成一个复制叉（replication fork） 双向复制，即形成两个复制叉。如E.coliDNA等。
都是5´→3´方向合成
三、复制起始点（origin）
原核DNA只有一个复制起始点（ori），而真核 DNA上一般有多个ori。现细菌、酵母以及线粒体、 叶绿体的DNA复制起始点已克隆，并测序，发现其 共同点都富含A、T序列，认为这可能与复制起始 时起始点处DNA双螺旋的解旋有关，是引发复制的 蛋白因子的结合部位。
条件：聚合反应必须有引物存在。
DNA聚合酶的基本功能
酶并不直接识别碱基，而是 通过碱基配对来识别掺入的 碱基是否正确。
当一脱氧核苷酸掺入DNA后， 酶并不立即与模板脱离，而 是继续作用，这一性质称为 持续性（processitivity）。
（1）大肠杆菌DNA聚合酶：共有三种，
为DNA聚合酶 I、II、III。
许多病毒DNA，细菌F因子(F factor)等用滚环复制方式进行 DNA扩增。
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
• 3. 染色体DNA复制 方式
• 多复制子复制，即 DNA上先形成多个 复制眼，双向复制。 “眼”扩大互相相 连，形成“大眼睛” 最后完成整个DNA 的复制，形成两个 DNA分子
4. 线粒体DNA复制方式 D环复制模型
45000
60000
122000
亚基数
3’→5’外切酶 活性
4~8个 无
一条肽 无
四个相同亚 基
无
一条肽 有
功能
复制的主要 酶，与随后 链合成有关
DNA损伤修 复
线粒体DNA 的复制
复制的主要 酶，与先导 链合成有关
DNA聚合酶III (DNA Polymerase III, DNA Pol III)
E. coli中的DNA复制酶是DNA Pol III
亚基
分子量（kD） 基因
组装层次
α
130
dnaE
ε
27.5
dnaQ
θ
10
τ*
71
dnaX
γ*
47.5
dnaX
δ
35
33
Pol III Pol III’
χ
15
复制时，总是一条链先完成，另一条链随后。两 条模板链中，以3’→5’方向为模板其子链合成是 连续的，这条子代DNA叫先导链（leading strand），以5’→3’方向为模板的链是不连续合成
的，随着复制叉的移动要先合成小片段，然后连 起来，这条子代DNA链叫滞后链或随后链 （lagging strand）。故称半不连续复制。 在随后链合成时，先合成的DNA小片段称之为冈 崎片段。