第三篇 遗传信息的传递 遗传信息的流动或传递规律可归纳为中心法则(central dogma),最早由DNA双螺旋的发现者.Cik于 1958年提出，后经补充完善。见图10-1。 转录 图101中心法则 中心法则主要包括如下内容： (1)遗传信息的传递一D八A的复制：即遗传信息如何忠实地从亲代传递至子代？ (2)遗传信息的表达一转录和翻译：即遗传信息如何表达为有功能的产物？ (3)中心法则的发展与补充 病毒中的逆转录和RNA复制 第10章DNA的生物合成 学习要求 讲义要点 掌握半保留复制的概念、了解半保留复制的实验 DNA的生物合成包括基因组DNA的复制、逆转 证据。了解双向复制、复制起点，复制子的概念。掌 录以及DNA损伤的修复等。 握半不连续复制、领头链，随从链和冈崎片段的基本 概念。掌握DNA复制的原料、复制的基本化学反应。 (一】复制的基本规律 L.半保留复制是DNA复制的基本特征 掌握原核生物（大肠杆菌）DNA聚合酶I的作用， (1)复制的概念：复制是指遗传信息的传代即 了解大肠杆南其他DNA聚合的作用了解常见的 直核生物DNA聚合酶及其作用。捉解螺旋酶 以母株DNA为模板合成子特DNA的时程 DNA拓扑异构酵、单链DNA结合蛋白、DNA连接醇 (2)半保留复制的概念：在DNA复制过程中 引物酵的作 DNA双螺旋结构的两条 核苷酸链彼此分开，然后 熟悉原核生物D八A复制起始区的 构与功能 每条链各自作为模板，在其上分别合成出一条互补 引发体的概念 了解原核生物复制的延 与终止过 链，这样，新形成的两个DNA分子（子代DNA)与原来 程，了解真核生物DNA复制过程与原核生物的差异。 DNA分子（亲代DNA)的核苷酸序列完全相同。在此 熟悉端粒的慨念、端粒酵的结构与作用，了解端粒的 过程中，每个子代DNA的两条链.一条来自亲代 作用端粒箭参与端粒合成的机制。了解滚环复制等 DNA,另一条链则是新合成的，这种方式称为DNA的 其他复制方式。 半保留复制。 掌握逆转录的概念与逆转录酶的作用。了解逆 (3)半保留复制的实验证据：1958年由Me 转录的生物学意义。 &Shl通过核素示踪实验予以证实，如图10-2所示 掌握DNA损伤的概念、突变的概念与主要类型。 2DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向 物采常见的DNA损伤因素了解室的生物医学音 复制 义摸DNA终复的赏见方式执希切除修复的 (1)复制叉：DNA双链解开分成两股，各自作为 本过程，了解光修复重组修复，SOS修复等其他DNA 模板子韩沿模板延长所形成的Y字形结构 损伤修复方式。 (2)复制子：是独立完成复制的基本功能单位 107
１０７ 第三篇 遗传信息的传递 遗传信息的流动或传递规律可归纳为中心法则( ｃｅｎｔｒａｌ ｄｏｇｍａ)ꎬ最早由 ＤＮＡ 双螺旋的发现者 Ｆ Ｃｒｉｃｋ 于 １９５８ 年提出ꎬ后经补充完善ꎮ 见图 １０￣１ꎮ 图 １０￣１ 中心法则 中心法则主要包括如下内容: (１) 遗传信息的传递———ＤＮＡ 的复制:即遗传信息如何忠实地从亲代传递至子代? (２) 遗传信息的表达———转录和翻译:即遗传信息如何表达为有功能的产物? (３) 中心法则的发展与补充———病毒中的逆转录和 ＲＮＡ 复制 第 １０ 章 ＤＮＡ 的生物合成 学 习 要 求 掌握半保留复制的概念、了解半保留复制的实验 证据ꎮ 了解双向复制、复制起点、复制子的概念ꎮ 掌 握半不连续复制、领头链、随从链和冈崎片段的基本 概念ꎮ 掌握 ＤＮＡ 复制的原料、复制的基本化学反应ꎮ 掌握原核生物(大肠杆菌)ＤＮＡ 聚合酶 Ｉ 的作用ꎬ 了解大肠杆菌其他 ＤＮＡ 聚合酶的作用ꎬ了解常见的 真核生物 ＤＮＡ 聚合酶及其作用ꎮ 掌握解螺旋酶、 ＤＮＡ 拓扑异构酶、单链 ＤＮＡ 结合蛋白、ＤＮＡ 连接酶、 引物酶的作用ꎮ 熟悉原核生物 ＤＮＡ 复制起始区的结构与功能、 引发体的概念ꎬ了解原核生物复制的延长与终止过 程ꎬ了解真核生物 ＤＮＡ 复制过程与原核生物的差异ꎮ 熟悉端粒的概念、端粒酶的结构与作用ꎬ了解端粒的 作用、端粒酶参与端粒合成的机制ꎮ 了解滚环复制等 其他复制方式ꎮ 掌握逆转录的概念与逆转录酶的作用ꎮ 了解逆 转录的生物学意义ꎮ 掌握 ＤＮＡ 损伤的概念、突变的概念与主要类型ꎮ 熟悉常见的 ＤＮＡ 损伤因素、了解突变的生物医学意 义ꎮ 熟悉 ＤＮＡ 修复的常见方式ꎬ熟悉切除修复的基 本过程ꎬ了解光修复、重组修复、ＳＯＳ 修复等其他 ＤＮＡ 损伤修复方式ꎮ 讲 义 要 点 ＤＮＡ 的生物合成包括基因组 ＤＮＡ 的复制、逆转 录以及 ＤＮＡ 损伤的修复等ꎮ (一) 复制的基本规律 １ 半保留复制是 ＤＮＡ 复制的基本特征 (１) 复制的概念:复制是指遗传信息的传代ꎬ即 以母链 ＤＮＡ 为模板合成子链 ＤＮＡ 的过程ꎮ (２) 半保留复制的概念:在 ＤＮＡ 复制过程中ꎬ ＤＮＡ 双螺旋结构的两条多核苷酸链彼此分开ꎬ然后ꎬ 每条链各自作为模板ꎬ在其上分别合成出一条互补 链ꎬ这样ꎬ新形成的两个 ＤＮＡ 分子(子代 ＤＮＡ)与原来 ＤＮＡ 分子(亲代 ＤＮＡ)的核苷酸序列完全相同ꎮ 在此 过程中ꎬ 每 个 子 代 ＤＮＡ 的 两 条 链ꎬ 一 条 来 自 亲 代 ＤＮＡꎬ另一条链则是新合成的ꎬ这种方式称为 ＤＮＡ 的 半保留复制ꎮ (３) 半保留复制的实验证据:１９５８ 年由 Ｍｅｓｅｌｓｏｎ ＆ Ｓｔａｈｌ 通过核素示踪实验予以证实ꎬ如图 １０￣ ２ 所示ꎮ ２ ＤＮＡ 复制从起始点向两个方向延伸形成双向 复制 (１) 复制叉:ＤＮＡ 双链解开分成两股ꎬ各自作为 模板ꎬ子链沿模板延长所形成的 Ｙ 字形结构ꎮ (２) 复制子:是独立完成复制的基本功能单位ꎬ
·108·生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉复制完 (二)DNA复制的酶学和拓扑学变化 时，复制又相遇并汇合连接。 习惯上把两个相邻起 L.DNA复制雷多种生物分子共同参与DNA复 始点之间的距离定为一个复制子 制是在酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种生物分 步度稀度实验： 梯度离心结果 子共同参与。 (1)底物（原料）：四种dNTP(dATP.dGTP.dCIP 合重氨DNA的细省 (2)模板(template):解开成单链的DNA母链 (3)引物(primer):短RNA片段，提供3'OH末 端使NP可以依次聚合 ‖ 第一代 (4)酶类及蛋白质因子，DNA爽合醇等 2.参与DNA复制的酶及蛋白质因子 售整茶 (I)DNA聚合酶(D I 大肠杆菌DNA聚合酶I是最早发现的DNA聚合 第二代 酶.其作用见表10.2。 一实验结果支持半保留复制的设想 表10-2大肠杆菌DNA聚合酶I的作用 图10-2半保留复制的实验证据 活性 作用 5”一→3聚合酶活性催化脱氧核苷酸在模板单链上聚合 5”一3'外切衡活性切除复制过程中的RNA引物 表10-1原核生物与真核生物双向复制的比较 3”一5外切酶活性校正复制过程中的错闵 原核生物 直核生物 基因组DNA 环状 线性 原核生物中共有三种DNA聚合爵(DNA聚合酶 复制起始点 一个 多个 I、Ⅱ、Ⅲ)，常见的真核生物DNA聚合酶有五种 复制子 单复制子（复制体）多（数以万计） (DNA聚合酶&BY,8,e),作用见表10-3。 表10-3原核生物与真核生物DNA聚合酶 3DNA的半不连缕复制 种类 作用 (1)体内催化DNA合成的酶仅有5'→3方向的 DNA聚合南I校正复制错误，填补复制、修 DNA聚合酶：而DNA为两条反向平行的多核苷酸 复中的空膜 构成且复制过程中会保留亲代的一条DNA链。 DNA聚合南Ⅱ可能参与DNA相伤应急状态 (2)在同一复制叉上只有一个解链方向。因此 的修复 在子链的形成过程中，一条链的合成是连续进行的 原核生物DNA聚合酶Ⅲ 其聚合爵活性远高于DNA 称为前导链，其合成方向与解链方向相同：而另一条 l.是 子链的合成是不连续、分段合成的，其合成方向与解 ,加工能强而又准碗 链方向相反，必须待模板解开至足够的长 度后方可合 成大多数 成.称为随从链（图10-3）。 DNA聚合南a 起始引发，有引物酶 (3)复制中随从筛合成时合成的不连续片断，称 DNA聚合南B参与低保直度的复创 为冈崎片断。 真核生物DNA聚合y 领头连续合成) DNA聚合南8 延长子链的主委南，有解螺旋 复制又 复制 酶活性 DNA聚合制需填补引物空隙，切除修复重组 3￥5 注：用特异的蛋白醇可将DNA四l水解为大小两个片段 解链方向 解链方向 小片段：含3个氨基酸残基，有 (大片段：也称Knw片段.含604个氨基酸残基.有3 随从不连合成】 →5'核酸外切酶活性和DNA聚合酶活性。KIow片 图10-3半不连续复制 段是实验室合成DNA和进行分子生物学研究中常用 的工具南
１０８ 生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉ꎬ复制完 成时ꎬ复制叉相遇并汇合连接ꎮ 习惯上把两个相邻起 始点之间的距离定为一个复制子ꎮ 图 １０￣ ２ 半保留复制的实验证据 表 １０￣１ 原核生物与真核生物双向复制的比较 原核生物 真核生物 基因组 ＤＮＡ 环状 线性 复制起始点 一个 多个 复制子 单复制子(复制体) 多(数以万计) ３ ＤＮＡ 的半不连续复制 (１) 体内催化 ＤＮＡ 合成的酶仅有 ５′→３′方向的 ＤＮＡ 聚合酶ꎻ而 ＤＮＡ 为两条反向平行的多核苷酸链 构成且复制过程中会保留亲代的一条 ＤＮＡ 链ꎮ (２) 在同一复制叉上只有一个解链方向ꎮ 因此ꎬ 在子链的形成过程中ꎬ一条链的合成是连续进行的ꎬ 称为前导链ꎬ其合成方向与解链方向相同ꎻ而另一条 子链的合成是不连续、分段合成的ꎬ其合成方向与解 链方向相反ꎬ必须待模板解开至足够的长度后方可合 成ꎬ称为随从链(图 １０￣３)ꎮ (３) 复制中随从链合成时合成的不连续片断ꎬ称 为冈崎片断ꎮ 图 １０￣３ 半不连续复制 (二) ＤＮＡ 复制的酶学和拓扑学变化 １ ＤＮＡ 复制需多种生物分子共同参与 ＤＮＡ 复 制是在酶催化下的核苷酸聚合过程ꎬ需要多种生物分 子共同参与ꎮ (１) 底物(原料):四种ｄＮＴＰ(ｄＡＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＴＴＰ) (２) 模板(ｔｅｍｐｌａｔｅ):解开成单链的 ＤＮＡ 母链 (３) 引物( ｐｒｉｍｅｒ):短 ＲＮＡ 片段ꎬ提供 ３′￣ＯＨ 末 端ꎬ使 ｄＮＴＰ 可以依次聚合ꎮ (４) 酶类及蛋白质因子:ＤＮＡ 聚合酶等 ２ 参与 ＤＮＡ 复制的酶及蛋白质因子 (１) ＤＮＡ 聚合酶(ＤＮＡ￣ｐｏｌ) 大肠杆菌 ＤＮＡ 聚合酶 Ｉ 是最早发现的 ＤＮＡ 聚合 酶ꎬ其作用见表 １０￣ ２ꎮ 表 １０￣ ２ 大肠杆菌 ＤＮＡ 聚合酶Ⅰ的作用 酶活性 作用 ５′→３′聚合酶活性 催化脱氧核苷酸在模板单链上聚合 ５′→３′外切酶活性 切除复制过程中的 ＲＮＡ 引物 ３′→５′外切酶活性 校正复制过程中的错误 原核生物中共有三种 ＤＮＡ 聚合酶(ＤＮＡ 聚合酶 Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ)ꎬ 常见的真核生物 ＤＮＡ 聚合酶有五种 (ＤＮＡ 聚合酶 α、β、γ、δ、ε)ꎬ作用见表 １０￣３ꎮ 表 １０￣３ 原核生物与真核生物 ＤＮＡ 聚合酶 种类 作用 ＤＮＡ 聚合酶Ⅰ 校正复制错误ꎬ填补复制、修 复中的空隙 ＤＮＡ 聚合酶Ⅱ 可能参与 ＤＮＡ 损伤应急状态 的修复 原核生物 ＤＮＡ 聚合酶Ⅲ 其聚 合 酶 活 性 远 高 于 ＤＮＡ￣ ｐｏｌＩꎬ是一个真正的 ＤＮＡ 复 制酶ꎬ加工能强而又准确ꎬ 合成大多数 ＤＮＡꎮ ＤＮＡ 聚合酶 α 起始引发ꎬ有引物酶活性 ＤＮＡ 聚合酶 β 参与低保真度的复制 真核生物 ＤＮＡ 聚合酶 γ 在线粒体 ＤＮＡ 复制中起催化 作用 ＤＮＡ 聚合酶 δ 延长子链的主要酶ꎬ有解螺旋 酶活性 ＤＮＡ 聚合酶 ε 填补引物空隙ꎬ切除修复、重组 注:用特异的蛋白酶可将 ＤＮＡ ｐｏｌⅠ水解为大、小两个片段ꎮ 小片段:含 ３２３ 个氨基酸残基ꎬ有 ５′→３′核酸外切酶活性ꎮ {大片段:也称 Ｋｌｅｎｏｗ 片段ꎬ含 ６０４ 个氨基酸残基ꎬ有 ３′ →５′核酸外切酶活性和 ＤＮＡ 聚合酶活性ꎮ Ｋｌｅｎｏｗ 片 段是实验室合成 ＤＮＡ 和进行分子生物学研究中常用 的工具酶ꎮ
第10章DNA的生物合成·1O9· D八A复制的保直性主要依赖三种机制：遵守严格 (1)复制起始：DNA解链和RNA引物合成 的碱基配对规律：聚合酶在复制延长中对碱基的选择 参与大肠杆菌复制起始的蛋白质及其作用（见表 功能：复制出错时有即时校读功能。 10-5) (2)DNA复制所需的他酶成蛋白质（表10.4） 子的碱基埋在双螺旋内部，因此复制时，只有把 表105参与大肠杆菌复制起始的蛋白质 DNA分 DNA分子解成单链，才能起模板作用。 蛋白质（基因） 通用名 功能 湖认起始点 表104DNA复制所需的其他酶或蛋白质 DnaB(dnaB) 解螺旋南 解开DNA双链 名称 作用 引物南 催化RNA引物合成 DnaC(dnaC) 协同DnaB DgG(dnaG)引物南 催化RNA引物生成 DNA连接酶 连接DNA分子中的单链缺口 解开DNA双链 单链DNA结合 稳定已解开的单链 解螺旋南 蛋白 DNA拓扑异构酶 使超螺旋DNA松弛，理顺DNA徒 拓扑异构酶 理顺DNA链 单链DNA结合蛋白 稳定已解开的单DNA (S5B) 1)复制起始点(oiC):见表10-6： 大肠杆菌有一个固定的复制起始点。0C的结 (三)DNA生物合成过程 构如图10.4 1.原核生物DNA的生物合成 退别 宽会AT区 复列的三个3将列 血g结构位置4个9D序列 图104大肠杆菌复制起始点 链上，其化学本质是3'、5磷酸二酯键的不断生成。 表10-6大肠杆菌复制起始点 DNA链不断延长的过程。 结构 名称 (3)复制的终止：复制的终止过程见表10-7。 C3组申联重复识别区 为DaaA所辨认与 表10-7原核生物DNA复制的终止 序列 结合 基本过程 参与的南及其作用 2对反向重复富含AT区容易解链 去除RNA引物 枝内RNA萄 序列 DNA聚合南】 2)DNA解链：参与DNA解链蛋白质主要有 填补空缺 3”一5外切作用 5'+3聚合作用 DnaA、DnaB、DnaC,基本过程是：首先，DnaA蛋白辨i以 缺口连接 DNA连接前 oiC的识别区并与富含AT区结合，促使AT区解链： DnaB/DnC使双链DNA解开至足够长度，同时逐步 原核生物DNA复制的基本过程参见图10-5。 图换出DnA蛋白.随后是B与单DNA结合 2.直核生物的DNA合成 3)引发体与RNA引物：含有 (】)直核生物的DNA复制与原核生物（大肠杆 DnaC,DnaG(引物酶)和DNA复制起始区域的复合线 菌)基本相似，但也有其白身的特 构称为引发体。引发体在模板的适当位置，即可以 T的核心序列称》 链DNA为模板，以NTP(A.G,CU)为原料，按5'一→3 1)酵母的复制起始点高含 自主复制序列(ARS),复制起始点多，呈时序性而非 方向催化一短链RNA引物合成。 同步性： (2)复制的延长.指在DNA聚合南催化下，四种 2)需要复制因子(RFA,RFC)及增殖细胞核抗原 NTP以dNMP的方式逐个加入至引物或延长中的子 (PCNA):
第 １０ 章 ＤＮＡ 的生物合成 １０９ ＤＮＡ 复制的保真性主要依赖三种机制:遵守严格 的碱基配对规律ꎻ聚合酶在复制延长中对碱基的选择 功能ꎻ复制出错时有即时校读功能ꎮ (２) ＤＮＡ 复制所需的其他酶或蛋白质(表 １０￣ ４): ＤＮＡ 分子的碱基埋在双螺旋内部ꎬ因此复制时ꎬ只有把 ＤＮＡ 分子解成单链ꎬ才能起模板作用ꎮ 表 １０￣ ４ ＤＮＡ 复制所需的其他酶或蛋白质 名 称 作 用 引物酶 催化 ＲＮＡ 引物合成 ＤＮＡ 连接酶 连接 ＤＮＡ 分子中的单链缺口 解螺旋酶 解开 ＤＮＡ 双链 ＤＮＡ 拓扑异构酶 使超螺旋 ＤＮＡ 松弛ꎬ理顺 ＤＮＡ 链 单链 ＤＮＡ 结合蛋白 (ＳＳＢ) 稳定已解开的单链 ＤＮＡ (三) ＤＮＡ 生物合成过程 １ 原核生物 ＤＮＡ 的生物合成 (１) 复制起始:ＤＮＡ 解链和 ＲＮＡ 引物合成 参与大肠杆菌复制起始的蛋白质及其作用(见表 １０￣５)ꎮ 表 １０￣５ 参与大肠杆菌复制起始的蛋白质 蛋白质(基因) 通用名 功能 ＤｎａＡ(ｄｎａＡ) 辨认起始点 ＤｎａＢ(ｄｎａＢ) 解螺旋酶 解开 ＤＮＡ 双链 ＤｎａＣ(ｄｎａＣ) 协同 ＤｎａＢ ＤｎａＧ(ｄｎａＧ) 引物酶 催化 ＲＮＡ 引物生成 ＳＳＢ 单 链 ＤＮＡ 结 合 蛋白 稳定已解开的单链 拓扑异构酶 理顺 ＤＮＡ 链 １) 复制起始点(ｏｒｉＣ):见表 １０￣ ６ꎮ 大肠杆菌有一个固定的复制起始点ꎮ ＯｒｉＣ 的结 构如图 １０￣ ４ꎮ 图 １０￣ ４ 大肠杆菌复制起始点 表 １０￣ ６ 大肠杆菌复制起始点 ｏｒｉＣ 结构 名称 特性 ３ 组 串 联 重 复 序列 识别区 为ＤｎａＡ 所辨认与 结合 ２ 对 反 向 重 复 序列 富含 ＡＴ 区 容易解链 ２) ＤＮＡ 解 链: 参 与 ＤＮＡ 解 链 蛋 白 质 主 要 有 ＤｎａＡ、ＤｎａＢ、ＤｎａＣꎬ基本过程是:首先ꎬＤｎａＡ 蛋白辨认 ｏｒｉＣ 的识别区并与富含 ＡＴ 区结合ꎬ促使 ＡＴ 区解链ꎻ ＤｎａＢ/ ＤｎａＣ 使双链 ＤＮＡ 解开至足够长度ꎬ同时逐步 置换出 ＤｎａＡ 蛋白ꎻ随后是 ＳＳＢ 与单链 ＤＮＡ 结合ꎮ ３) 引发体与 ＲＮＡ 引物:含有 ＤｎａＢ(解螺旋酶)、 ＤｎａＣ、ＤｎａＧ(引物酶)和 ＤＮＡ 复制起始区域的复合结 构称为引发体ꎮ 引发体在模板的适当位置ꎬ即可以单 链 ＤＮＡ 为模板ꎬ以 ＮＴＰ(Ａ、Ｇ、Ｃ、Ｕ)为原料ꎬ按 ５′→３′ 方向催化一短链 ＲＮＡ 引物合成ꎮ (２) 复制的延长:指在 ＤＮＡ 聚合酶催化下ꎬ四种 ｄＮＴＰ 以 ｄＮＭＰ 的方式逐个加入至引物或延长中的子 链上ꎬ其化学本质是 ３′、５′￣磷酸二酯键的不断生成ꎬ ＤＮＡ 链不断延长的过程ꎮ (３) 复制的终止:复制的终止过程见表 １０￣７ꎮ 表 １０￣７ 原核生物 ＤＮＡ 复制的终止 基本过程 参与的酶及其作用 去除 ＲＮＡ 引物 核内 ＲＮＡ 酶 ＤＮＡ 聚合酶Ⅰ 填补空缺 ３′→５′外切作用 ５′→３′聚合作用 缺口连接 ＤＮＡ 连接酶 原核生物 ＤＮＡ 复制的基本过程参见图 １０￣５ꎮ ２ 真核生物的 ＤＮＡ 合成 (１) 真核生物的 ＤＮＡ 复制与原核生物(大肠杆 菌)基本相似ꎬ但也有其自身的特点: １) 酵母的复制起始点富含 ＡＴ 的核心序列称为 自主复制序列(ＡＲＳ)ꎬ复制起始点多ꎬ呈时序性而非 同步性ꎻ ２) 需要复制因子(ＲＦＡ、ＲＦＣ)及增殖细胞核抗原 (ＰＣＮＡ)ꎻ
·110·生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 解蝶旋酶 SSB 一引发 引物酶 DNA聚合Ⅲ DNA聚合I 前导 DNA连接酶 后随的 图10-5原核生物DNA复制过程 3)DNA复制位于细胞周期的S期，有相应的蛋 4)端粒酶（见后）维持DNA复制的完整性。 白激酶参与调控。蛋白激酶有调节亚基（细胞周期蛋 (2)真核生物与原核生物DA复制的比较（表 白)和倦化亚基（细胞周期蛋白依赖激南.CDK)构成。！10.8） 表10.8直核生物与原核生物DNA复制的比较 真核生物 原枝生物 复制起始点 很多（可多达千个） 一个 复制起始点序列特征 富含AT序列 3组串联重复序列与2对反向重复序列 引物酶活性 DNA-pol a 解链酶活性 DNA-pol 8 DnaR 引物长度 短 长 冈崎片断长度 长 延长网崎片断填补空晾 DNA-pole DNA-pol I 主要复制鬧 DNA-pols DNA-网lⅢ 复制速度 慢 DNA损伤修复 DNA-polB DNA-pol I (3)端粒与端粒酶 (四)其他DNA复制方式 1)端粒：是直核生物染色体线性DNA分子末端 (1)滚环复制：是某些低等生物的复制形式，如 的结构，其序列特征是富含T,G短序列的多次重复序 bX174和M13噬菌体笔 列。对于维持染色体的稳定性和复制的完整性有虽 (2)D环复制：是线粒体DNA的复制形式。其特 要作用。 点是复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复 2)端粒酶，是一种由RNA和蛋白质组成的酶.包 制有时序差别。 数醇R+端粒酷协同蛋白+端粒反 端粒酶以其自身携带 五)逆转录 3)端粒合成机制：爬行模型。 1.逆转录的概念也称反转录，是RNA指导 的DNA合成。即以RNA为模板，dNTP为原料.由逆 转录酶催化合成DNA分子
１１０ 生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 图 １０￣５ 原核生物 ＤＮＡ 复制过程 ３) ＤＮＡ 复制位于细胞周期的 Ｓ 期ꎬ有相应的蛋 白激酶参与调控ꎮ 蛋白激酶有调节亚基(细胞周期蛋 白)和催化亚基(细胞周期蛋白依赖激酶ꎬＣＤＫ)构成ꎮ ４) 端粒酶(见后)维持 ＤＮＡ 复制的完整性ꎮ (２) 真核生物与原核生物 ＤＮＡ 复制的比较(表 １０￣ ８) 表 １０￣ ８ 真核生物与原核生物 ＤＮＡ 复制的比较 真核生物 原核生物 复制起始点 很多(可多达千个) 一个 复制起始点序列特征 富含 ＡＴ 序列 ３ 组串联重复序列与 ２ 对反向重复序列 引物酶活性 ＤＮＡ￣ｐｏｌ α ＤｎａＧ 解链酶活性 ＤＮＡ￣ｐｏｌ δ ＤｎａＢ 引物长度 短 长 冈崎片断长度 短 长 延长冈崎片断填补空隙 ＤＮＡ￣ｐｏｌε ＤＮＡ￣ｐｏｌ Ⅰ 主要复制酶 ＤＮＡ￣ｐｏｌδ ＤＮＡ￣ｐｏｌ Ⅲ 复制速度 慢 快 ＤＮＡ 损伤修复 ＤＮＡ￣ｐｏｌβ ＤＮＡ￣ｐｏｌ Ⅰ (３) 端粒与端粒酶 １) 端粒:是真核生物染色体线性 ＤＮＡ 分子末端 的结构ꎬ其序列特征是富含 Ｔ、Ｇ 短序列的多次重复序 列ꎮ 对于维持染色体的稳定性和复制的完整性有重 要作用ꎮ ２) 端粒酶:是一种由 ＲＮＡ 和蛋白质组成的酶ꎬ包 括端粒酶 ＲＮＡ＋端粒酶协同蛋白＋端粒酶反转录酶ꎮ 端粒酶以其自身携带的 ＲＮＡ 为模板合成互补链ꎮ ３) 端粒合成机制:爬行模型ꎮ (四) 其他 ＤＮＡ 复制方式 (１) 滚环复制:是某些低等生物的复制形式ꎬ如 ϕＸ１７４ 和 Ｍ１３ 噬菌体等ꎮ (２) Ｄ 环复制:是线粒体 ＤＮＡ 的复制形式ꎮ 其特 点是复制起始点不在双链 ＤＮＡ 同一位点ꎬ内、外环复 制有时序差别ꎮ (五) 逆转录 １ 逆转录的概念 也称反转录ꎬ是 ＲＮＡ 指导下 的 ＤＮＡ 合成ꎮ 即以 ＲＮＡ 为模板ꎬｄＮＴＰ 为原料ꎬ由逆 转录酶催化合成 ＤＮＡ 分子ꎮ
第10章DNA的生物合成·111，y 逆转录病依赖RNA的DNA聚合醇活 某些生物.RNA同样具有遗传信息传代和表达的功能」 核糖核酸南HCRN aseh的活性 (2)拓展了病毒致癌的理论：HIV属RNA病毒。 的三种爵体葱DNA的DNA聚合酶活性 具有逆转录功能，是ADS的病原体。 2.逆转录过程（图10-6） (3)分子生物学研究中，可以利用逆转录酶将真 逆转录是RNA 病毒的复制形式。以逆转录为特 核生物的mRNA反转录为互补DNA( 征的RNA病毒为逆转录病毒，如BRSV、HIV。逆转录 DNA,cDNA)。 反应包括以下三步： (六)DNA的损伤与修 (1)以病毒基因组RNA为模板，以dNTP为底 L.DNA损伤的因素 多种化学或物理因素可 物，合成一条互补DNA链构成RNA-DNA杂合分子： 诱发突变 DNA损伤 常泛指各种体内外因素所 ())化型结中的BNA水剩下单链DNA (3)以剩下的单链DNA再做模板，合成第 致的DNA结构的破坏或异常，常见的DNA损伤形式 包括DNA中碱基的损伤.DNA链骨架的损伤如DNA DNA互补链。 单链或双链断裂，DNA链内或DNA与蛋白质的交联、 RNA模 碱基错配（如复制时）等 2.DNA损伤的结果饰大多数DNA提伤可得 反转录刷 效修复 杂化双链 若不能得到有效修复，则导致突变(mutation),疾 病发生、衰老、乃至死亡。 ●DNA损伤和突变实际上是两个完全不同的概念，前 RNaseH 考主要侧重于生物化学角度，后者则侧重遗传学角度。DN 单链DNA 伤进常泛指各种体内外因茶所数的小A结的环 异常：而DNA的突变则通常是指DNA碱基序列的改变或另 反转录 常。细胞内的DNA损伤可以被DNA修复系统中的南识别 进而以复，DA损伤肉其转求和（或）制处于停 以使及时修复。面DNA突变则不能被南识别且不被修 双链DN 图10-6逆转录过程示意图 复，DNA突变后其转录和复制照常进行 ●DNA损伤与突变也密切相关，因为DNA损伤通常导 致DNA突变 3.逆转录的生物学意义 ·遗传学上广义的突变的概念还包括细胞或个体遗传 (1)拓展了中心法则的内容：逆转录现象说明在 性状的政变。 内源性因索：如代谢产生的自由基等 物理性因素紫外线：可引起DNA链上相邻的两个密定碱基共价交联形成 嘧啶二聚体电离辐射 DNA损伤因素 外源性因素 「稠环芳香烃，苯并芘、二甲苯并意 化学性因素 变质食物：黄曲霉素B 无机盐： 硝酸盐、砷，石棉 烷化剂：氨芥、环磷酰胺 3.突变的意义及其类型 改变。 (1)突变的意义 碱基替换是指DNA分子上一个成多个碱基对被 1)在生物界普遍存在，是进化的分子基础： 其他碱其对所梦换 2)只有基因型改 的突变形成DNA分子的多 DNA分子中单 一碱基的替换则称点突变(poi 态性： aion),为最常见的突变形式。又可以分为转换和 3)致死性的突变可导致个体，细胞的死亡： 颠换两种形式。转换是指同类碱基之间的互换：颠换 4)突变是某此疾病的发病基础。 是指异类碱基之间的互换。一般而言，颠换比转换导 (2)突变的分子类型及其作用 致的遗传后果严重（图10-7）。 1)碱基替换和点突变一可导致氨基酸的 若点突变发生在基因的编码区，遗传结果则可能
第 １０ 章 ＤＮＡ 的生物合成 １１１ 逆转录酶 的三种酶 依赖 ＲＮＡ 的 ＤＮＡ 聚合酶活 核糖核酸酶 ＨＣＲＮ ａｓｅＨ 的活性 依赖 ＤＮＡ 的 ＤＮＡ 聚合酶活性 { ２ 逆转录过程(图 １０￣ ６) 逆转录是 ＲＮＡ 病毒的复制形式ꎮ 以逆转录为特 征的 ＲＮＡ 病毒为逆转录病毒ꎬ如 ＲＳＶ、ＨＩＶꎮ 逆转录 反应包括以下三步: (１) 以病毒基因组 ＲＮＡ 为模板ꎬ以 ｄＮＴＰ 为底 物ꎬ合成一条互补 ＤＮＡ 链ꎬ构成 ＲＮＡ￣ＤＮＡ 杂合分子ꎻ (２) 杂化双链中的 ＲＮＡ 被水解ꎬ剩下单链 ＤＮＡꎻ (３) 以剩下的单链 ＤＮＡ 再做模板ꎬ合成第二条 ＤＮＡ 互补链ꎮ 图 １０￣ ６ 逆转录过程示意图 ３ 逆转录的生物学意义 (１) 拓展了中心法则的内容:逆转录现象说明在 某些生物ꎬＲＮＡ 同样具有遗传信息传代和表达的功能ꎮ (２) 拓展了病毒致癌的理论:ＨＩＶ 属 ＲＮＡ 病毒ꎬ 具有逆转录功能ꎬ是 ＡＩＤＳ 的病原体ꎮ (３) 分子生物学研究中ꎬ可以利用逆转录酶将真 核生物的 ｍＲＮＡ 反转录为互补 ＤＮＡ( ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＤＮＡꎬｃＤＮＡ)ꎮ (六) ＤＮＡ 的损伤与修复 １ ＤＮＡ 损伤的因素———多种化学或物理因素可 诱发突变 ＤＮＡ 损伤通常泛指各种体内外因素所导 致的 ＤＮＡ 结构的破坏或异常ꎬ常见的 ＤＮＡ 损伤形式 包括 ＤＮＡ 中碱基的损伤、ＤＮＡ 链骨架的损伤如 ＤＮＡ 单链或双链断裂、ＤＮＡ 链内或 ＤＮＡ 与蛋白质的交联、 碱基错配(如复制时)等ꎮ ２ ＤＮＡ 损伤的结果 绝大多数 ＤＮＡ 损伤可得到 有效修复ꎮ 若不能得到有效修复ꎬ则导致突变(ｍｕｔａｔｉｏｎ)、疾 病发生、衰老、乃至死亡ꎮ ● ＤＮＡ 损伤和突变实际上是两个完全不同的概念ꎬ前 者主要侧重于生物化学角度ꎬ后者则侧重遗传学角度ꎮ ＤＮＡ 损伤通常泛指各种体内外因素所导致的 ＤＮＡ 结构的破坏或 异常ꎻ而 ＤＮＡ 的突变则通常是指 ＤＮＡ 碱基序列的改变或异 常ꎮ 细胞内的 ＤＮＡ 损伤可以被 ＤＮＡ 修复系统中的酶识别并 进而加以修复ꎬＤＮＡ 损伤时其转录和(或) 复制处于停滞状 态以便及时修复ꎮ 而 ＤＮＡ 突变则不能被酶识别且不被修 复ꎬＤＮＡ 突变后其转录和复制照常进行ꎮ ● ＤＮＡ 损伤与突变也密切相关ꎬ因为 ＤＮＡ 损伤通常导 致 ＤＮＡ 突变ꎮ ● 遗传学上广义的突变的概念还包括细胞或个体遗传 性状的改变ꎮ ＤＮＡ 损伤因素 内源性因素:如代谢产生的自由基等 外源性因素 物理性因素 紫外线:可引起 ＤＮＡ 链上相邻的两个嘧啶碱基共价交联形成 { 嘧啶二聚体电离辐射 化学性因素 稠环芳香烃:苯并芘、二甲苯并蒽 变质食物:黄曲霉素 Ｂ 无机盐:亚硝酸盐、砷、石棉 烷化剂:氮芥、环磷酰胺 ì î í ï ï ï ï ì î í ï ï ï ï ï ï ì î í ï ï ï ï ï ï ï ï ３ 突变的意义及其类型 (１) 突变的意义 １) 在生物界普遍存在ꎬ是进化的分子基础ꎻ ２) 只有基因型改变的突变形成 ＤＮＡ 分子的多 态性ꎻ ３) 致死性的突变可导致个体、细胞的死亡ꎻ ４) 突变是某些疾病的发病基础ꎮ (２) 突变的分子类型及其作用 １) 碱 基 替 换 和 点 突 变———可 导 致 氨 基 酸 的 改变ꎮ 碱基替换是指 ＤＮＡ 分子上一个或多个碱基对被 其他碱基对所替换ꎮ ＤＮＡ 分子中单一碱基的替换则称点突变( ｐｏｉｎｔ ｍｕｔａｔｉｏｎ)ꎬ为最常见的突变形式ꎮ 又可以分为转换和 颠换两种形式ꎮ 转换是指同类碱基之间的互换ꎻ颠换 是指异类碱基之间的互换ꎮ 一般而言ꎬ颠换比转换导 致的遗传后果严重(图 １０￣７)ꎮ 若点突变发生在基因的编码区ꎬ遗传结果则可能