动物生化第九章核酸的生物学功能

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1、第九章核酸的生物学功能讲授内容第一节DNA的生物合成第二节RNA的生物合成第三节RNA催化活性的发现第四节蛋白质的生物合成第五节蛋白质的到位第六节中心法则第七节基因表达的调控第八节分子生物学技术教学目标了解DNA复制的一般过程，以及原核细胞和真核细胞DNA合成的异同了解PCR有选择扩增DNA的原理了解RNA合成涉及的起始、延伸和终止三个过程掌握核酶的概念掌握蛋白质合成的一般过程掌握乳糖操纵子模型了解几种分子生物学技术过程及原理第一节DNA的生物合成一、DNA的复制Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型推测DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂，两条链分

2、开然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制半保留复制A=TG=CDNA合成的同位素示踪实验1958，Meselson和Stahl大肠杆菌15NH4CI为唯一氮源的培养液中生长若干代被15N标记的大肠杆菌转入14NH4CI为唯一氮源的培养液中完成第一代和第二代繁殖时，分离DNA，密度梯度超速离心被15N标记的亲代双链DNA（记作15N/15N）密度大，在下部；14N/14N密度小，在上部；15N/14N在15N/15N和14N/14N之间（一）DNA的半保留复制（

3、二）DNA复制开始于特定的起点复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫原点（origin）从原点开始同时向DNA链的两个方向进行，结果形成一个分叉，称为复制叉（fork）原核生物与真核生物DNA合成区别大肠杆菌只有一个复制原点，Q形复制，速率1700bp/s高等生物有多个复制点，速率只有50bp/sDNA的复制总是由5`向3`方向进行前导链(leadingstrand)以3‘→5’方向的母链为模板，连续复制合成的一条5‘→3’方向的链随后链另一条母链DNA是5‘→3’方向，它作为模板时，复制合成许多条不连续的5‘→3’方向的短链（三）DNA复制中一股链是不

4、连续合成DNA复制的过程（四）DNA复制相关的酶和蛋白质（1）DNA聚合酶DNA聚合酶I是一个模板指导酶需要打开的DNA单链作为模板才能合成子链此酶催化的底物必须是脱氧的核苷5’-三磷酸（dATP、dGTP、dTTP和dCTP）DNA聚合酶Ⅰ需要引物DNA聚合酶Ⅰ只能将脱氧核苷酸加于已存在的DNA或RNA链的3’-羟基上，缺少则不能合成DNA聚合酶还具有水解作用DNA聚合酶I是一个3’→5’核酸外切酶，又是5’→3’核酸外切酶。这两种酶活性对DNA的复制都是十分重要的由DNA聚合酶催化的链延长反应2．引物酶复制合成先导链或随后链冈崎片段的引物是一段RNA（5-10

5、个核苷酸）这段RNA由一种特异的RNA聚合酶合成，此酶称为引物酶（Primerase）。引物及引物酶的作用已知DNA聚合酶具有3’→5’的外切作用以校对复制中的错误核苷酸。这就决定了它不能从头开始合成。因此先合成一段低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合成，并以核糖核苷酸来标记是“暂时”的。这种高度精确的安排增加了DNA复制的复杂性，却保证了复制的忠实性。已知复制的误差率仅为十亿分之一至百亿分之一，即复制十亿到一百亿个碱基才可能出一个差错。3.DNA连接酶DNA聚合酶能将脱氧核苷酸加到引物RNA链上并延长，但不能催化两条DNA单链连接起来或把单条DNA链闭合起来。二、

6、DNA的损伤和修复保证DNA分子的完整性对于生物是至关重要的在几亿年进化的过程中产生了对复制过程中偶然发生的错误，进行校正的高效“校正”系统及由于客观因素造成的DNA损伤进行修复的系统。（一）DNA的损伤某些化学、物理的因素可引起细胞DNA的损伤（化学结构发生改变）化学因素种类繁多，机制也很复杂；物理因素中紫外线的作用机制研究得比较清楚。例如形成胸腺嘧啶二聚体。此外，DNA的损伤还有碱基可能改变或丢失、骨架中的磷酸二酯键可能断裂，螺旋链可能形成交联等。胸腺嘧啶二聚体紫外线引起DNA分子中同一条链上相邻的两个嘧啶核苷酸以共价键连接生成环丁烷结构，即嘧啶二聚体。最易见

7、的是胸腺嘧啶二聚体。此种二聚体不能容纳在双螺旋结构中，它不能与互补链上的腺嘌呤形成氢键配对，影响DNA的复制和基因表达。（二）损伤修复系统修复保护DNA的正常功能是非常重要的不论物理因素或化学因素所造成的损伤，只要DNA结构发生改变，就能被修复酶识别，而把不正常的部分切除光诱导的修复（光修复）不依赖光的修复（暗修复）在高等动物体内暗修复代替了光修复。光修复光修复也称光复活它是由可见光（300-400nm）激活光复活酶，该酶能分解胸腺嘧啶二聚体。已从细菌和动物的细胞中分裂出一种光复活酶。哺乳动物和人体内缺乏此酶。暗修复暗修复通过三种不同的机理来完成修复：1．切除修复

8、（exci