生物化學核酸生物合成

1、第第1 1節(jié)節(jié) DNADNA的生物合成的生物合成三個方面：三個方面：w1.1.復制復制 w2.2.損傷修復損傷修復 w3.3.逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 一、參與一、參與DNADNA復制的酶及蛋白因子復制的酶及蛋白因子三種大腸桿菌三種大腸桿菌DNADNA聚合酶聚合酶 1. DNA1. DNA聚合酶聚合酶I I 3 5 3 5外切酶；外切酶； 5 35 3聚合酶聚合酶 5 35 3外切酶外切酶 作用：切除引物、填補空缺、損傷修復作用：切除引物、填補空缺、損傷修復Klenow片段片段（一）（一） DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA polymeraseDNA polymerase）枯草桿菌蛋白酶枯草桿菌蛋白酶6

2、8 kDa35 kDa大腸桿菌大腸桿菌DNADNA聚合酶聚合酶（修復酶）（修復酶）2. DNA2. DNA聚合酶聚合酶 3 53 5外切酶外切酶 5 35 3聚合酶聚合酶 作用：作用：DNADNA損傷修復損傷修復3. DNA3. DNA聚合酶聚合酶IIIIII 大腸桿菌大腸桿菌DNADNA復制的主要酶復制的主要酶Sliding clamp subunits聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性3 5 外切活性外切活性 復合物，復合物，促進促進亞基二聚體轉(zhuǎn)移亞基二聚體轉(zhuǎn)移并結(jié)合于并結(jié)合于DNA雙螺旋雙螺旋DNA pol III （復制酶）（復制酶） 促進核心酶促進核心酶形成二聚體形成二聚體組裝

3、組裝防止核心酶從防止核心酶從模板模板DNADNA上滑落上滑落 酶酶作用作用DNADNA聚合酶聚合酶5533聚合酶；聚合酶；5533外切酶外切酶; ;3355外切酶酶；外切酶酶；切除引物、填補空缺、損傷修復切除引物、填補空缺、損傷修復DNADNA聚合酶聚合酶5533聚合酶；聚合酶；3355外切酶酶；外切酶酶； 校正校正/ /修復修復DNADNA鏈鏈DNADNA聚合酶聚合酶主要的鏈延伸酶主要的鏈延伸酶 所有所有DNADNA聚合酶都只能在模板鏈的指令下，在引物聚合酶都只能在模板鏈的指令下，在引物（通常（通常RNARNA）3 3-OH-OH添加新核苷酸功能，沒有從頭合成添加新核苷酸功能，沒有從頭合成活

4、力；活力； 引物酶合成一小段引物酶合成一小段RNARNA，作為，作為DNADNA合成的引物；合成的引物； 必須與幾種輔助蛋白組裝成必須與幾種輔助蛋白組裝成引發(fā)體引發(fā)體，才有合成引物，才有合成引物的活性。的活性。 如：如：DonaBDonaB、DonaCDonaC、DonaTDonaT、PriAPriA、PriBPriB、PriCPriC等等（二）引物酶和引發(fā)體（二）引物酶和引發(fā)體（三）（三）DNADNA連接酶（連接酶（DNA ligase)DNA ligase)w 哺乳動物：哺乳動物：ATPATP供能，供能， 大腸桿菌：大腸桿菌：NADNAD供能，供能， 都需要都需要MgMg2+2+w 在在D

5、NADNA復制、重組及損傷修復中起作用復制、重組及損傷修復中起作用（四）解螺旋酶（四）解螺旋酶催化催化DNADNA雙螺旋解鏈；雙螺旋解鏈；需需ATPATP供能。供能。（五）單鏈結(jié)合蛋白（五）單鏈結(jié)合蛋白（SSBSSB） 與解開的單鏈結(jié)合，防止形成雙螺旋；與解開的單鏈結(jié)合，防止形成雙螺旋；防止核酸酶的降解；防止核酸酶的降解；（六）拓撲異構(gòu)酶（六）拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶：解除超螺旋拓撲異構(gòu)酶：解除超螺旋半保留復制方式半保留復制方式Old strandNew strandThe hypothesis ofsemiconservativereplication proposed by Watson an

6、d Crickin 1953.大腸桿菌培養(yǎng)在大腸桿菌培養(yǎng)在15N培養(yǎng)基中培養(yǎng)基中轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到14N培養(yǎng)基中，第一代培養(yǎng)基中，第一代（50分鐘左右）分鐘左右）第二代第二代w DNADNA復制合成的復制合成的子代子代DNADNA分子中，分子中，一條來自親代一條來自親代DNADNA分子，另一分子，另一條是新合成的，條是新合成的，所以稱為所以稱為半保留半保留復制。復制。(2)(2)模板模板DNADNA解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu) 解螺旋酶把雙螺旋解開成單鏈，解螺旋酶把雙螺旋解開成單鏈，SSBSSB立即立即結(jié)合單鏈。拓撲異構(gòu)酶解開復制叉前方的超結(jié)合單鏈。拓撲異構(gòu)酶解開復制叉前方的超纏現(xiàn)象。纏現(xiàn)象。（3 3）RN

7、ARNA引物的形成引物的形成 由引發(fā)酶以單鏈由引發(fā)酶以單鏈DNADNA為模板，按為模板，按5 53 3合成合成引物引物。1.1.起始起始 （1 1）辨認起始點）辨認起始點 DNADNA復制有固定的起始點復制有固定的起始點（富含（富含ATAT） 。 解旋酶解旋酶SSBSSB引發(fā)體引發(fā)體復制子：獨立進行復制的單位復制子：獨立進行復制的單位復制叉復制叉 在在RNARNA引物上，由引物上，由DNADNA聚合酶聚合酶催化，在引物催化，在引物3 3-OH-OH每摻入一個核苷酸，從底物每摻入一個核苷酸，從底物dNTPdNTP切下一切下一個焦磷酸。個焦磷酸。 體內(nèi)僅存在體內(nèi)僅存在5 5 3 3的的DNADNA

8、聚合酶聚合酶2.2.延伸延伸 在在RNARNA引物上，由引物上，由DNADNA聚合酶聚合酶催化，催化， 體內(nèi)僅存在體內(nèi)僅存在5 5 3 3的的DNADNA聚合酶聚合酶5岡崎片段岡崎片段（OkazakiOkazaki） 當復制叉到分子末端，復制即終止。當復制叉到分子末端，復制即終止。 三、保證高保真度復制的機制三、保證高保真度復制的機制w 以以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA的過程。的過程。w 逆轉(zhuǎn)錄酶（依賴于逆轉(zhuǎn)錄酶（依賴于RNARNA的的DNADNA聚合酶）聚合酶）。GGw 光修復光修復w 切除修復切除修復w 重組修復重組修復切除修復發(fā)生在復制之前切除修復發(fā)生在復制之前3、DNA

9、突變突變(1)置換置換 轉(zhuǎn)換、顛換轉(zhuǎn)換、顛換(2)插入插入(3)缺失缺失移碼突變移碼突變w 基因轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄: :以以DNADNA為模板的為模板的RNARNA聚合酶的催化聚合酶的催化下，按照堿基配對原則，以四種下，按照堿基配對原則，以四種NTPNTP為原料，為原料，合成一條與合成一條與DNADNA互補的互補的RNARNA鏈的過程。鏈的過程。w 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄: :DNADNA雙鏈中一條鏈的某一區(qū)段雙鏈中一條鏈的某一區(qū)段作為模板合成作為模板合成RNARNA，而另一條鏈不用于合成，而另一條鏈不用于合成RNARNA。w 轉(zhuǎn)錄起始于轉(zhuǎn)錄起始于DNADNA模板的一個特定位點（模板的一個特定位點（啟

10、動啟動子子），并在一定位點終止（），并在一定位點終止（終止子終止子），這），這個轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為個轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為轉(zhuǎn)錄單位。轉(zhuǎn)錄單位。w 在轉(zhuǎn)錄中，雙股在轉(zhuǎn)錄中，雙股DNADNA中只有一條鏈是模板中只有一條鏈是模板（模模板鏈板鏈）（）（反意義鏈反意義鏈） （-鏈鏈）w 另一條鏈為另一條鏈為（編碼鏈編碼鏈）（）（有意義鏈有意義鏈） （+鏈鏈）1. 大腸桿菌大腸桿菌RNARNA聚合酶聚合酶全酶全酶= 2 核心酶核心酶= 2 識別轉(zhuǎn)錄起始信號識別轉(zhuǎn)錄起始信號。參與酶與底物的結(jié)合，以及與參與酶與底物的結(jié)合，以及與因子和核心因子和核心 酶的酶的結(jié)合。結(jié)合。 參與參與因子和核心酶的結(jié)合，并參與因子和核心酶的結(jié)合，

11、并參與RNA合成的合成的引發(fā)、延伸。引發(fā)、延伸。 與模板的結(jié)合、酶的滑動以及堿基識別有與模板的結(jié)合、酶的滑動以及堿基識別有關(guān)。關(guān)。大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖 核心酶核心酶( (2 2 ) )起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA結(jié)合結(jié)合 起始和催化聚合反應起始和催化聚合反應 酶的裝配、結(jié)合啟動子等酶的裝配、結(jié)合啟動子等全酶全酶( (2 2 ) )2. 真核細胞真核細胞RNARNA聚合酶聚合酶在在DEAE-SephadexDEAE-Sephadex柱上的洗脫次序稱為酶柱上的洗脫次序稱為酶、IIII、，基于對鵝膏蕈堿的敏感程度稱為酶，基于對鵝膏蕈堿的敏感程度稱為酶A A、B B、C C

12、1. 1.35+1轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框啟動子：啟動子：RNARNA聚合酶全酶識別、結(jié)合、開始轉(zhuǎn)錄的聚合酶全酶識別、結(jié)合、開始轉(zhuǎn)錄的DNADNA序列（雙鏈）序列（雙鏈）原核生物的轉(zhuǎn)錄起始原核生物的轉(zhuǎn)錄起始亞基辨認亞基辨認-35區(qū)區(qū)RNA pol 全酶移向全酶移向-10區(qū)區(qū)合成第一個磷酸二酯鍵合成第一個磷酸二酯鍵5-GpN-3轉(zhuǎn)錄起始復合物轉(zhuǎn)錄起始復合物RNA pol( ) DNApppGpN-OH亞基脫落亞基脫落（結(jié)合松弛）（結(jié)合松弛）（結(jié)合緊密）（結(jié)合緊密）轉(zhuǎn)錄起始不需引物！轉(zhuǎn)

13、錄起始不需引物！16/50-35-10pppG或或pppA5 55 53 33 3模板鏈模板鏈E 以以NTPNTP為原料和能量為原料和能量,DNA,DNA模板鏈為模形成核糖核酸鏈模板鏈為模形成核糖核酸鏈(RNA)(RNA)當幾個核苷三磷酸摻入后，當幾個核苷三磷酸摻入后， 亞基就會被釋放脫離核心酶。亞基就會被釋放脫離核心酶。2.鏈的延伸鏈的延伸3. 3. 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 終止子終止子（terminator）提供轉(zhuǎn)錄終止信號的提供轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列序列終止因子（終止因子（termination factor）協(xié)助協(xié)助RNA Pol識別終止信號的輔助因子識別終止信號的輔助因子起始起始雙鏈雙鏈

14、DNA局部解開局部解開磷酸二酯磷酸二酯鍵形成鍵形成終止階段終止階段解鏈區(qū)到達解鏈區(qū)到達基因終點基因終點延長階段延長階段5 3 RNA啟動子啟動子Promoter 終止子終止子terminator5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 離開離開1.rRNA 1.rRNA 的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 rRNArRNA基因轉(zhuǎn)錄原初產(chǎn)物基因轉(zhuǎn)錄原初產(chǎn)物 原核生物：原核生物：30S30S 哺乳動物：哺乳動物：45S45SRNaseRNase三、三、RNARNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工真核與原核生物真核與原核生物mRNA的區(qū)別的區(qū)別3.mRNA的加工與成熟的加工與成熟DNA復制與轉(zhuǎn)錄的比較復制與轉(zhuǎn)錄

15、的比較相相同同點點模板模板 兩股鏈均復制兩股鏈均復制 模板鏈轉(zhuǎn)錄模板鏈轉(zhuǎn)錄 合成方式合成方式 半保留復制半保留復制 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄 原原 料料 dNTP NTP 聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 堿基配對堿基配對 A-T，G-C A-U，T-A，G-C 產(chǎn)物產(chǎn)物 半保留的雙鏈半保留的雙鏈DNA 單鏈單鏈RNA引物引物 需要需要 不需要不需要不不同同點點以以DNA為模板為模板 遵循遵循堿基配對堿基配對原則原則 都需都需依賴依賴DNA的聚合酶的聚合酶 聚合過程都是生成聚合過程都是生成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵新鏈合成方向為新鏈合成方向為533/50 復制（糾錯）復制（糾錯） 轉(zhuǎn)

16、錄（不糾錯）轉(zhuǎn)錄（不糾錯）第節(jié)核酸合成的抑制劑第節(jié)核酸合成的抑制劑一、核苷酸合成抑制劑一、核苷酸合成抑制劑二、與二、與DNA模板結(jié)合的抑制劑模板結(jié)合的抑制劑三、作用于聚合酶的抑制劑三、作用于聚合酶的抑制劑利福平利福平w 1. DNA1. DNA復制的特點。復制的特點。w 2. 2. 參與復制的酶。參與復制的酶。w 3. 3. 復制的過程及損傷與修復。復制的過程及損傷與修復。w 4. RNA4. RNA轉(zhuǎn)錄的特點、過程及產(chǎn)物的加工。轉(zhuǎn)錄的特點、過程及產(chǎn)物的加工。1. 1. 生物遺傳信息傳遞的中心法則中不包括生物遺傳信息傳遞的中心法則中不包括A. DNA DNA B. DNA RNAA. DNA

17、DNA B. DNA RNAC. RNA DNA D. RNA RNAC. RNA DNA D. RNA RNAE. E. 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) RNARNA3 3關(guān)于關(guān)于DNADNA合成的敘述，正確的是合成的敘述，正確的是A.A. DNADNA的生物合成即半保留復制的生物合成即半保留復制 B. DNAB. DNA的生物合成必須以的生物合成必須以DNADNA為模板為模板C. DNAC. DNA的生物合成必須以的生物合成必須以DNADNA指導的指導的DNADNA聚合酶催化聚合酶催化 D. DNAD. DNA的生物合成是半不連續(xù)復制的生物合成是半不連續(xù)復制E. DNAE. DNA的生物合成包括的生物合成包

18、括DNADNA的半保留復制、的半保留復制、 DNADNA修復合修復合成和反轉(zhuǎn)錄成和反轉(zhuǎn)錄7. DNA7. DNA復制的引物是復制的引物是A. A. 以以DNA DNA 為模板合成的為模板合成的DNA DNA 片段片段 B. B. 以以RNARNA為模板合成的為模板合成的DNA DNA 片段片段C. C. 以以DNA DNA 的一個基因為模板合成的的一個基因為模板合成的RNA RNA 片段片段 D. D. 以復制起始處以復制起始處DNA DNA 為模板合成的為模板合成的RNARNA短片段短片段E. E. 引物存在于復制完成的片段中引物存在于復制完成的片段中8.8.大腸桿菌大腸桿菌DNADNA聚合

19、酶聚合酶A.A. 具有具有3 3 5 5核酸外切酶活性核酸外切酶活性 B. B. 具有具有3 53 5聚合酶活性聚合酶活性C. C. 不需引物不需引物 D. D. 可催化可催化2 2個游離的個游離的dNTPdNTP以以3 5 -3 5 -磷酸二酯鍵相連磷酸二酯鍵相連E. E. 需四種需四種NTPNTP為底物為底物9.9.關(guān)于關(guān)于DNADNA復制的需要：解鏈酶復制的需要：解鏈酶 引物酶引物酶 DNADNA聚合酶聚合酶拓撲異構(gòu)酶連接酶作用順序為拓撲異構(gòu)酶連接酶作用順序為A. 1A. 1， 2 2， 3 3， 4 4，5 B. 45 B. 4，1 1，2 2，3 3，5 5 C. 1C. 1， 4

20、4， 3 3， 2 2，5 D. 35 D. 3，4 4，1 1，2 2，5 5 E. 1E. 1， 4 4， 2 2， 3 3，5 5 10.10.生物遺傳信息傳遞的中心法則中尚無證據(jù)的是生物遺傳信息傳遞的中心法則中尚無證據(jù)的是A. RNA A. RNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) B. DNA RNAB. DNA RNAC. RNA DNA C. RNA DNA D. RNA RNAD. RNA RNAE. E. 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) RNARNA11.11.識別轉(zhuǎn)錄起始點的是識別轉(zhuǎn)錄起始點的是A. A. 因子因子B. B. 核心酶核心酶 C. RNAC. RNA聚合酶的聚合酶的因子因子D. RNAD. RNA

21、聚合酶的聚合酶的亞基亞基E. RNAE. RNA聚合酶的聚合酶的亞基亞基4. 4. 真核細胞中真核細胞中DNADNA的復制是在哪個部位進行的的復制是在哪個部位進行的A. A. 核蛋白體核蛋白體 B. B. 線粒體線粒體 C. C. 細胞核細胞核 D. D. 微粒體微粒體 E. E. 細胞漿細胞漿5.5.關(guān)于關(guān)于DNADNA半不連續(xù)合成敘述，錯誤的是半不連續(xù)合成敘述，錯誤的是A.A. 前導鏈是連續(xù)合成的前導鏈是連續(xù)合成的 B. B. 后隨鏈是不連續(xù)合成的后隨鏈是不連續(xù)合成的 C. C. 后隨鏈的合成方向是后隨鏈的合成方向是3 5 3 5 ，前導鏈是，前導鏈是5 35 3D. D. 不連續(xù)合成的片

22、段是岡崎片段不連續(xù)合成的片段是岡崎片段 E. E. 后隨鏈的合成滯后于前導鏈后隨鏈的合成滯后于前導鏈6.6.關(guān)于關(guān)于DNADNA復制的敘述，錯誤的是復制的敘述，錯誤的是A.A. 是半保留復制是半保留復制 B. B. 合成方向以合成方向以5 3 5 3 C. C. 以四種以四種dNTPdNTP為原料為原料 D. D. 是半不連續(xù)復制是半不連續(xù)復制13. RNA13. RNA轉(zhuǎn)錄過程是轉(zhuǎn)錄過程是A. A. 解鏈、引發(fā)、鏈的延長和終止解鏈、引發(fā)、鏈的延長和終止 B. B. 轉(zhuǎn)錄的起始、延長和終止轉(zhuǎn)錄的起始、延長和終止 C. C. 核蛋白體循環(huán)的啟動、肽鏈的延長和終止核蛋白體循環(huán)的啟動、肽鏈的延長和終

23、止D. RNAD. RNA的剪切和剪接，末端添加核苷酸、修飾及的剪切和剪接，末端添加核苷酸、修飾及RNARNA編輯編輯 E. E. 以上都不是以上都不是14.DNA14.DNA上某段堿基順序為：上某段堿基順序為：5 5-ACTAGTCAG-3-ACTAGTCAG-3轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄mRNAmRNA相應的相應的堿基順序是堿基順序是A. 5A. 5-TGATCAGTC-3-TGATCAGTC-3 B. 5 B. 5-UGAUCAGUC-3-UGAUCAGUC-3 C. 5C. 5-CUGACUAGU-3-CUGACUAGU-3 D. 5 D. 5-CTGACTAGT-3-CTGACTAGT-3 E. 5E. 5-CAGCUGACU-3-CAGCUGACU-3 15.15.催化真核催化真核mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄的酶是轉(zhuǎn)錄的酶是A. RNAA. RNA復制酶復制酶B. DNAB. DNA聚合酶聚合酶I IC. RNAC. RNA聚合酶聚合酶IIIID. RNAD. RNA聚合酶聚合酶IIIIIIE. MtRNAE. MtRNA聚合酶聚合酶10.10.生物遺傳信息傳遞的中心法則中尚無證據(jù)的是生物遺傳信息傳遞的中心法則中尚無證據(jù)的是A. RNA A. RNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) B.