生物化学重点串讲(6)

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1、第九章DNA的生物合成（复制）目标：1.掌握DNA复制的概念、特点和参与复制的酶与蛋白质。比较原核细胞DNA复制与真核细胞DNA复制的不同。2.掌握反转录的概念、反转录酶、主要反应过程。导入：DNA的生物合成反应有三种方式：DNA指导的DNA合成，RNA指导的DNA合成和修复合成。第一种就是DNA复制，是最主要的合成方式。复制是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。碱基配对规律和DNA双螺旋结构是复制的分子基础，其化学本质是酶促的生物细胞内单核苷酸聚合。本章重点讲述复制的特点、机制和过程。第一节DNA的复制自从1953年Watson和Crick提出

2、了DNA双螺旋结构模型和DNA半保留复制假说后，关于遗传信息的传递，科学界出现了一场空前热烈的探索。遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，通过DNA复制由亲代传递给子代；在子代的生长发育过程中又自DNA转录给RNA，然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种功能，使后代现出与亲代相似的遗传性状。一、DNA的半保留复制（semiconservationreplication）1.概念：DNA复制的一种方式。每条链都可作为合成互补链的模板，合成出的两分子双链DNA，每个分子都是由一条亲代链和一条新链组成。2.实验证明：1958年，Meselson和Stahl通过一个著名的实验证

3、明了Watson和Crick的推测。实验设计是以大肠杆菌为材料，培养基以15N标记的NH4Cl作为N的惟一来源（重氮培养基）。经过15代传代培养，使其DNA全部变成[15N]DNA。然后转移到轻氮培养基传代培养，每隔一定时间取样，对DNA进行分析（CsCl密度梯度离心），其结果呈规律性的变化：在0代细菌中，DNA双链中氮的分布为15N/15N，对DNA密度梯度离心，得浮力密度为1.724g/ml；在第1代细菌中，DNA双链中氮的分布由15N/15N转为15N/14N，其浮力密度为1.717g/ml；在第1代以后的细菌中，DNA双链中氮分布有两种，即15N/14N和14

4、N/14N；随着传代次数的增加，双链均含14N的DNA的比重越来越高。1963年Cairus用放射自显影的方法第一次观察到完整的正在复制的大肠杆菌染色体DNA。3.意义：半保留复制是DNA复制最重要的特征。这种方式使子代保留了亲代DNA的全部遗传信息，说明DNA在代谢上的稳定性。物种稳定的分子基础就是遗传的相对保守性，体现在代与代之间DNA碱基序列的一致性，或者说某种生物的后代只能是它的同种生物而不是其他。二、DNA复制的起点和方式基因组能独立进行复制的单位称为复制子（replicon）。每个复制子都含有控制复制起始的起点（origin），可能还有终止复制的终点（te

5、rminus）。（一）环状DNA双链的复制大肠杆菌DNA复制始于单一起点或原点（oriC），双向、等速、对称进行。在电镜下复制的起点与复制的DNA部分犹如眼睛，称复制眼，包括两个反向运动的复制叉（replicationfork），形成θ型。复制叉移动速度约50000bp/min。染色体完成复制需要40min。某些病毒及噬菌体DNA复制时，可以观察到单向滚环型复制。在哺乳类动物线粒体DNA复制中发现，两条链的合成是高度不对称，一条链上迅速合成出互补链，另一条则为游离的单链环（即D-环）。（二）线性DNA双链的复制真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有许多复制起点，因此

6、是多复制子。虽然其复制叉移动慢（1000~3000bp/min），但同时起作用的复制叉数目大，DNA复制的总速度比原核生物还快。三、与DNA复制有关的酶DNA指导下的DNA合成，是一个复杂、有序的酶促反应过程，涉及几十种酶和因子参与。1.DNA聚合酶（polymerase）1956年Kornberg等首先从大肠杆菌中发现DNA-polＩ，能催化脱氧核苷酸加到引物链的3′-OH末端，引物延伸方向5′→3′。该酶需要的条件：4种dNTP、Mg2+、DNA模板（template）、引物（primer），此酶有三种活性：5′→3′聚合酶，5′→3′外切酶（切除引物和突变片段）

7、，3′→5′外切酶（校正活性）。70年代初又从大肠杆菌分离出DNA-polⅡ和polⅢ。polⅡ无5′→3′外切酶活性。polⅢ是大肠杆菌主要的DNA聚合酶，其全酶由10种亚基组成，α、ε、θ组成核心酶，α亚基具有5′→3′方向合成DNA的催化活性，ε亚基具有3′→5′核酸外切酶的活性，起校对作用。DNApolⅢ为异二聚体，使DNA解开的双链可同时进行复制。这种复杂的亚基结构使其具有更高的忠实性、协同性和持续性。2.拓扑异构酶（topoisomerase）和解链酶（helicase）环状DNA的三级结构（超螺旋）存在拓扑异构体，“拓扑”一词原意是指物