DNA、RNA和蛋白质的生物合成

2. DNA片段的合成和链的延伸
Only one RNA primer is needed for synthesizing the leading strand.
RNA primers are repeatedly formed by the primase on the lagging strand.
前导链
冈崎片段
后随链
Both daughter strands at the replication fork are synthesized in 5’- 3’ direction, but one (the leading strand) is synthesized continuously and the other (the lagging strand) discontinuously (synthesized initially as Okazaki fragments).
反转录酶是一种多功 能酶： RNA指导的DNA聚 合酶活力；
核糖核酸酶H的 活力：
DNA指导的DNA聚 合酶活力
RNA 模板 DNA-RNA 杂化双链 单链 DNA 双链 DNA
反转录病毒的生活周期
14.2 RNA的生物合成
功 DNA聚合酶 能 5`-3`外切酶
3`-5`外切酶
分子量
酶分子数/细胞
转化率 主要功能
pol I
+ + + 109000
400
1 复制、修复
pol Ⅱ
+ + 120000
100
0.05 修复
pol III
+ （+）
+ 140000
10-20
50 复制
② 真核细胞的DNA聚合酶
α
β
γ
δ
分子量 120000-220000 45000
连接反应需要能量 （NAD+ or ATP ）。
DNA复制体
14.1.3 DNA的半不连续复制
冈崎提出DNA的不连续复制 模型：3`-5`走向的DNA实际 上是由许多5`-3`方向合成的 DNA片段连接起来的。
Overall direction of progeny chain growth at a replicating fork: one in 5’ 3’ and the other in 3’ 5’ direction.
1. DNA聚合酶（DNA-polymerase）
DNA聚合酶能催化四种脱氧核糖核苷三 磷酸合成DNA
四种脱氧核苷 三磷酸为底物
具有3`-OH末端的低聚 多核苷酸为引物
Arthur Kornberg 阿瑟·科恩伯格
单链DNA为模板
Mg 2+或Mn 2+
① 原核细胞的DNA聚合酶
DNA聚合酶I（pol I）—Kornberg酶
Radioisotope labelin（放 射性同位素标记）and density gradient（密度梯度 离心）centrifugation clearlydistinguishes replications of semiconservative from conservative.
14.1.2 参与DNA复制的酶类和蛋白质因子
DNA 的 复 制 过 程
引
解
发
螺
酶
旋
酶
聚
修
松
单
连
合
复
弛
链
接
酶
酶
酶
结
酶
合
蛋
白
1. 引物酶识别复制起点， 引导解螺旋酶到正确位点
2. 解螺旋酶解开双螺旋
3. DNA聚合酶合成新的DNA链
5. 四种脱氧核苷三磷酸为底物
4. 按碱基互补原理合成DNA链
6. 释放焦磷酸
7-12. DNA片段的合成和链的延伸
160000
122000
分布 酶活力
细胞核 80%
细胞核 10-15%
线粒体 2-15%
细胞核 10-25%
核酸外切
无
酶活力
无
无
3`-5`
主要功能
复制
修复 复制（线粒体） ？
6. 连接酶（ligase）
催化双链DNA中单链 缺口部分的3`-OH和 它临近的DNA片段的 5`-磷酸基形成3`，5`磷酸二酯键，将两个 DNA片段连接起来。
单相复制
噬菌体Φ×174—滚环复制
3'
33''
5'
5' 5'
② 真核生物
线形双链DNA，含有多个复制子；双向复制。
2. 复制速度 3. 真核生物的DNA在全部复制完成之前，起点不再 重新开始复制；原核生物中，起点可连续发动复制
14.1.6 在RNA指导下的DNA的合成
1970年Temin等在致癌RNA病毒中发现了一种特殊的DNA聚合 酶，该酶以RNA为模板，根据碱基配对原则，按照RNA的核 苷酸顺序(其中U与A配对)合成DNA。这一过程与一般遗传信 息流转录的方向相反，故称为反转录。
13. 连接酶
14. 单链结合蛋白
15. 松弛酶
16. DNA的复制
14.5.1 原核生物与真核生物 DNA复制的特点比较
1. 复制的起点和单位
复制单位：复制子，生物Leabharlann Baidu内能独立行使复制 功能，进行独立复制的DNA单位。
ori
① 原核生物
由一个复制子组成 双向复制
大肠杆菌，θ结构
大肠杆菌：θ结构
14.1 DNA的复制
14.1.1 DNA的复制方式—半保留复制
1953年，Watson和Crick在DNA双螺旋 结构的基础上提出了半保留复制假说：
DNA在复制过程中，首先碱基之间的氢 键破裂，使两条链解旋并分开，然后以 碱基互补的方式，以每条单链为 模板， 按单链DNA的核苷酸顺序合成子链。在 此过程中，每个子代分子的一条链来自 亲代DNA，另一条链是新合成的，这种 复制方式称为半保留复制。
第十四章 DNA、RNA和 蛋白质的生物合成
复制
DNA 转录 RNA 翻译 蛋白质
复制—以原来的DNA分子为模板，合成出相同分子的过 程。
转录—在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的 RNA的过程。
翻译—在RNA的控制下，根据核酸链上每三个核苷酸决 定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出具有特定氨基 酸顺序的蛋白质肽链的过程。
pol I是一个多功能酶
DNA聚合酶活力：使DNA链 沿5`-3`方向延伸；
DNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ）
DNA聚合酶活力； 3`-5`核酸外切酶活力
DNA聚合酶Ⅲ（pol Ⅲ ）
DNA聚合酶活力； 3`-5`核酸外切酶活力； 5`-3`核酸外切酶活力
pol Ⅲ
ε
φ
ε
大肠杆菌中DNA聚合酶的性质比较