伤,需要修复;在复制和转录中DNA会有 损耗,必须进行更新;在发育和分化过程 中,DNA特定序列可能修饰、删除、扩增 和重排。 与DNA复制有关的酶和蛋白质 DNA的合成是以四种三磷酸脱氧核糖 核苷为底物(四种NTP)的聚合反应,该 过程除了酶的催化之外,还需要以适量的 DNA为模板,以RNA(或DNA)为引物和 镁离子的参与。 nIdATP n2dGTP DNA聚合酶 DNA+(n+n2+n3+n4)PPi n3dCTP 模板DNA,Mg nadTTP 原料
272 伤，需要修复；在复制和转录中 DNA 会有 损耗，必须进行更新；在发育和分化过程 中，DNA 特定序列可能修饰、删除、扩增 和重排。 二、与 DNA 复制有关的酶和蛋白质 DNA的合成是以四种三磷酸脱氧核糖 核苷为底物（四种 NTP）的聚合反应，该 过程除了酶的催化之外，还需要以适量的 DNA 为模板，以 RNA(或 DNA)为引物和 镁离子的参与。 n1dATP + n2dGTP DNA 聚合酶 + DNA+ (n1+n2+n3+n4)PPi n3dCTP 模板 DNA, Mg2+ + n4dTTP 原 料 产 物
轻杂重 沉降方向链链链 DNA的组成 两条重链 对照DNA 两条轻链 对照DNA 轻链混 实际结果 分裂一次后 §§ 分裂三次后 8 图113证明DNA半保留复制的 Meselsen-Stahl实验图解 实际上,DNA合成的反应是很复杂的, 催化这个反应的酶也有多种,除DNA聚合 酶外,还有RNA引物合成酶(即引发酶)、 DNA连接酶、拓扑异构酶、解螺旋酶及多 种蛋白质因子参与。现将与DNA合成有关 的几种酶和蛋白质因子扼要介绍如下; 1.引物合成酶(亦称引发酶, Primase) 273
273 图 11-3 证明 DNA 半保留复制的 Meselsen-Stahl 实验图解 实际上，DNA合成的反应是很复杂的， 催化这个反应的酶也有多种，除 DNA 聚合 酶外，还有 RNA 引物合成酶(即引发酶)、 DNA 连接酶、拓扑异构酶、解螺旋酶及多 种蛋白质因子参与。现将与 DNA 合成有关 的几种酶和蛋白质因子扼要介绍如下； 1． 引物合成酶(亦称引发酶，Primase) 轻杂重 合 沉降方向链链链 亲代DNA （两条重链） 对照DNA （两条轻链） 对照DNA （两条重链和 轻链混合） 实际结果 分裂一次后 的DNA 分裂二次后 的DNA 分裂三次后 的DNA DNA的组成
此酶以DNA为模板合成一段RNA, 这段RNA作为合成DNA的引物( Primer) 催化引物RNA合成的酶对利福平 ( rifampicin)不敏感,而且在一定程度上可 用脱氧核糖核苷酸代替核糖核苷酸作为底 物,而与经典的RNA聚合酶不同。大肠杆 菌的引物酶为一条单链多肽,分子量为60 000。 2.DNA聚合酶 DNA polymerase) 目前已知的DNA聚合酶有多种,它们 的性状和在DNA合成中的功能均不相同。 在大肠杆菌中发现有3种DNA聚合酶,分 别称为DNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ。DNA聚合 酶I最初是在1955年由 Kornberg在大肠杆 菌内发现的。 Kornberg将其进行了高度纯 化。纯化的酶是一条单链多肽,呈球状, 直径约为65mm,是DNA直径的3倍左右。 相对分子质量为109000。每个分子含一个 锌原子。这个锌原子与酶的催化作用有关
274 此酶以 DNA 为模板合成一段 RNA， 这段 RNA 作为合成 DNA 的引物(Primer)。 催化引物 RNA 合 成 的 酶 对利福平 (rifampicin)不敏感，而且在一定程度上可 用脱氧核糖核苷酸代替核糖核苷酸作为底 物，而与经典的 RNA 聚合酶不同。大肠杆 菌的引物酶为一条单链多肽，分子量为 60 000。 2． DNA 聚合酶(DNApolymerase) 目前已知的 DNA 聚合酶有多种，它们 的性状和在 DNA 合成中的功能均不相同。 在大肠杆菌中发现有 3 种 DNA 聚合酶，分 别称为 DNA 聚合酶 I、Ⅱ、Ⅲ。DNA 聚合 酶 I 最初是在 1955 年由 Kornberg 在大肠杆 菌内发现的。Kornberg 将其进行了高度纯 化。纯化的酶是一条单链多肽，呈球状， 直径约为 6.5nm，是 DNA 直径的 3 倍左右。 相对分子质量为 109 000。每个分子含一个 锌原子。这个锌原子与酶的催化作用有关
DNA聚合酶I是多功能酶: (1)、它具有5′→3′聚合酶功能,形成 3′,5′一磷酸二脂键,DNA聚合酶 都不能从无到有开始合成DNA链,只 能在已有引物的3′端游离一OH上 合成延伸DNA,合成延伸方向为5′ 3′; (2)、5′→3′外切酶作用。 A、它的主要功能是对DNA损伤的修复; B、以及在DNA复制时,填补RNA引物 切除后留下的空隙; (3)、3′→5′外切酶的活性,在正常聚合 条件下此酶活性很低,一旦出现碱基 错配,则聚合反应停止,此酶活性增 强,它被认为具有校对的功能; 当有底物和模板存在时,DNA聚合酶I 可将脱氧核糖核苷酸逐个地加到具有3′ OH末端的多核苷酸(RNA引物或DNA) 链上形成3′,5′—磷酸二脂键(图11-4) 275
275 DNA 聚合酶 I 是多功能酶： （1）、它具有 5′ →3′聚合酶功能，形成 3′ ，5′—磷酸二脂键，DNA 聚合酶 都不能从无到有开始合成 DNA 链，只 能在已有引物的 3′端游离—OH 上 合成延伸 DNA，合成延伸方向为 5′ →3′ ； （2）、5′→3′外切酶作用。 A、它的主要功能是对 DNA 损伤的修复； B、以及在 DNA 复制时，填补 RNA 引物 切除后留下的空隙； （3）、3′→5′外切酶的活性，在正常聚合 条件下此酶活性很低，一旦出现碱基 错配，则聚合反应停止，此酶活性增 强，它被认为具有校对的功能； 当有底物和模板存在时，DNA 聚合酶 I 可将脱氧核糖核苷酸逐个地加到具有 3′ —OH 末端的多核苷酸(RNA 引物或 DNA) 链上形成 3′ ，5′—磷酸二脂键(图 11-4)
至今已发现的DNA聚合酶都不能从无到 有开始合成DNA链,只能在已有引物的 3′端游离一OH上合成延伸DNA,合成延 伸方向为5′→3′。该酶具有3′→5′核 酸外切酶的活性,能在3′-OH端将DNA 链水解。在正常聚合条件下,3′→5′外 切酶活性很低。一旦出现碱基错配,则聚 合反应停止,由3′→5′外切酶将错配的 核苷酸切除,然后继续进行正常的聚合反 立。3′→5′核酸外切酶被认为具有校对 的功能。5′→3′核酸外切酶的功能是由 5′端水解双链DNA,切下单核苷酸或 段寡核苷酸。它可能起着切除DNA损伤 部分或将5′端RNA引物切除的作用 DNA聚合酶Ⅰ在细胞中担负着多种功能, 如双链缺口的填补,单股链的置换合成, 具有引物的环形、线形单股链的合成
276 至今已发现的 DNA 聚合酶都不能从无到 有开始合成 DNA 链，只能在已有引物的 3′端游离—OH 上合成延伸 DNA，合成延 伸方向为 5′→3′。该酶具有 3′→5′核 酸外切酶的活性，能在 3′—OH 端将 DNA 链水解。在正常聚合条件下，3′→5′外 切酶活性很低。一旦出现碱基错配，则聚 合反应停止，由 3′→5′外切酶将错配的 核苷酸切除，然后继续进行正常的聚合反 应。3′→5′核酸外切酶被认为具有校对 的功能。5′→3′核酸外切酶的功能是由 5′端水解双链 DNA，切下单核苷酸或一 段寡核苷酸。它可能起着切除 DNA 损伤 部分或将 5′端 RNA 引物切除的作用。 DNA 聚合酶 I 在细胞中担负着多种功能， 如双链缺口的填补，单股链的置换合成， 具有引物的环形、线形单股链的合成