第十二章 核酸的生物合成

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1、第十二章核酸的生物合成核酸是贮存和传递遗传信息的生物大分子。生物体的遗传信息是以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质，表现出与亲代相似的遗传性状。在某些情况下RNA也是重要的遗传物质，如在RNA病毒中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成。在致癌RNA病毒中，RNA还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。上述遗传信息的流向称

2、为中心法则(centraldogma)，它是由F．Crick在1958年最早提出的，其后又得到不断的补充和完善。中心法则可简洁的用图11-1表示：图11-1中心法则简图图中复制就是指以原来分子为模板，合成出相同分子的过程；转录(或逆转录)就是在DNA(或RNA)分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA(或DNA)的过程；翻译就是在以rRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体(简称核糖体)上，以mRNA为模板，根据每三个相邻核苷酸决定一种氨基酸的三联体密码规则，由tRNA运送氨基酸，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过

3、程。第一节DNA的生物合成一、半保留复制DNA呈双股螺旋结构，这样的结构对于维持遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重要的。两条链严格以A—T和G—C碱基配对所形成的氢键联结在一起，这两条链是293互补的。在DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先行解旋和分开，然后以每条链为模板，按照碱基配对原则，在这两条链上各形成一条互补链。这样，由亲代DNA的分子可以精确地复制出2个子代DNA分子。每个子代DNA分子中有一条链是从亲代DNA来的，另一条则是新形成的，这叫做半保留复第一代子分子制(semiconservativer

4、eplication)(图11-2)。这个半保留复制首先由Meselson与Stahl(1958)用同位素15N实验证明。将大肠杆菌培养在以15NH4Cl原来的亲代分子为惟一氮源的培养基中，经多代之后，细胞内所形成的DNA都为15N所标第二代子分子记。收集细胞并抽提出DNA，然后进行氯化铯平衡密度梯度离心。这时DNA形成单一的浮力密度为1.724g／ml的条带，而对照是在普通14N培养基中生长的大肠杆菌，其图11-2DNA的半保留复制　　DNA浮力密度较低，为1.710g／ml。现在将15N氮源培养的大肠杆菌转移

5、到含14N的培养基中生长，每隔一段时间取样测定DNA的浮力密度。经一代之后，DNA只出现一条区图11-3证明DNA半保留复制的Meselsen-Stahl实验图解293带，浮力密度为1.7l7g／ml，位于15N—DNA和14N—DNA之间，这条区带的DNA是由14N／15N—DNA组成的。经二代之后，出现两条区带，其浮力密度分别为1.710g／ml和1.717g／ml，即一条区带为14N／14N—DNA，另一条区带为14N／15N-DNA。再继续培养，14N／14N—DNA分子逐渐增多，而14N／15N—DNA

6、分子所占的比例逐渐减少。这些结果及其解释可用图11-3表示。这个试验结果证明DNA是以半保留方式进行复制的。以后用其他细菌、动物、植物、噬菌体、动物病毒等也证明了DNA的半保留复制。DNA的半保留复制可以使遗传信息的传递保持相对的稳定，这和它的遗传功能是相吻合的，说明半保留复制具有重要的生物学意义。但是这种稳定性是相对的。在一定条件下，DNA会发生损伤，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

7、以四种三磷酸脱氧核糖核苷为底物的聚合反应，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+n2dGTPDNA聚合酶+DNA+(n1+n2+n3+n4)PPin3dCTPDNA,Mg2++n4dTTP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，Prim

8、ase)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60000。2．DNA聚合酶(DNApolymerase)目前已知的DNA聚合酶有多种，它们的性