第四章 DNA和RNA的生物合成

DNA和RNA的生物合成第四章DNAandRNABiosynthesis全国高职高专护理类专业第三轮规划教材第一节DNA的生物合成一、DNA复制二、DNA的损伤与修复三、反转录第二节RNA的生物合成一、不对称转录二、RNA转录的体系三、RNA转录的过程四、转录后加工目录本章节学习目标1、DNA复制特点、体系2、RNA转录特点、体系3、反转录概念1、DNA复制过程2、DNA的损伤与修复3、RNA转录终止方式1、RNA的转录过程2、反转录酶学习目标掌握熟悉了解19世纪40年代，英国亚历山大·德丽那·维多利亚女王生下了四男五女共9个孩子，其中有3个男孩患有血友病，好在五个女儿都健康。而五个女儿嫁到欧洲的其它王室后，她们的小王子却有很多都患上了血友病。试问：血友病是从维多利亚女王是如何传给她的儿子以及外孙的？导入情景分子生物学(分子遗传学)中心法则

反映了从DNA-RNA-蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律。转录RNA翻译蛋白质DNARNA（病毒）复制复制翻译蛋白质（病毒）反转录第一节

DNA的生物合成DNABiosynthesis第一节DNA的生物合成复制的特点复制体系复制过程DNA损伤（突变）与修复反转录复制(replication)是指遗传物质的传代，以亲代DNA为模板，按照碱基互补配对原则合成子代DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA复制定义

一、DNA复制（一）DNA复制特点

DNA的半保留复制：DNA复制中，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制的方式称为半保留复制。一、DNA复制AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义:遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。2.DNA的半不连续复制

DNA复制中一条链是连续合成的，而另一条链是不连续的合成的，这种复制方式叫做半不连续复制。顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(leadingstrand)

。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链(laggingstrand)

。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。领头链连续复制，而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。1.模板亲代DNA分子2.底物四种三磷酸脱氧核苷酸（dNTP）3.能量ATP4.引物为DNA聚合酶提供3

’

-OH末端的短片段RNA，使dNTP可以依次聚合5.酶类及蛋白因子（1）解旋解链酶类（2）引物酶（3）SSB（4）DNA聚合酶（5）DNA连接酶(1)解螺旋酶与拓扑异构酶

解螺旋酶：利用ATP供能，打开氢键，使DNA双链解开成为两条单链。(2)引物酶复制起始时催化生成RNA引物的酶。(3)单链DNA结合蛋白(SSB)

维持模板处于单链状态并保护单链的完整。10

8

局部解链后①拓扑异构酶Ⅰ

切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。②拓扑异构酶Ⅱ

切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。DNA拓扑异构酶：理顺DNA链，改变超螺旋状态的酶分为I型和II型。(4)DNA聚合酶

全称为依赖DNA的DNA聚合酶

(DNA-dependentDNApolymerase)，简称DNA-pol。原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ真核生物的DNA聚合酶五种：α、β、γ、δ、ε大肠杆菌E.coli中的三种DNA聚合酶②DNA-polⅡDNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活。它参与DNA损伤的应急状态修复。

功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

③DNA-polⅢ真核生物DNA聚合酶+++--3¢→5¢外切酶活性5¢→3¢聚合活性250170160~300εδγβα-pol功能+++--3¢→5¢5¢→3¢聚合活性36~38300分子大小（x103)εδγβαDNA-pol+++++细胞内定位核核核核线粒体引发修复复制复制修复（引物酶，DNA聚合酶）（链的延伸填补空隙）(5)DNA连接酶连接DNA链3

-OH末端和相邻DNA链5

-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。3’HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’（三）DNA复制的过程

2.复制的延长1.复制的起始3.复制的终止1.复制的起始

DNA拓扑异构酶和解旋酶在DNA复制起始部位解开DNA超螺旋结构，使DNA双链形成局部的DNA单链，然后形成复制叉。当两股单链暴露出足够数量碱基对时，引物酶识别起始部位，并以解开的一段DNA链为模板，按碱基配对规律，从5

→3

方向合成引物RNA片段，引物的生成标志着复制的正式开始。2.复制的延长催化酶：DNA聚合酶原料：dNTP模板：DNA的两条链方向：5

→3

方式：半不连续复制

DNA的两条链反向平行，而DNA聚合酶的合成方向都是

5

→3

。3

→5

走向的模板链，其上的DNA合成与解链方向相同，可以连续合成，称为前导链。另一条5

→3

走向的模板链，其上合成DNA链与解链方向正好相反，故不能连续进行，称为随从链。随从链上形成许多不连续片段，称为冈崎片段。半不连续复制领头链的合成（1）领头链的延长领头链沿着5

→3

方向可以连续的延长。（2）随从链的延长3.复制的终止（1）DNA聚合酶I切除引物并填补空隙。（2）DNA连接酶连接缺口生成子代DNA。随从链上不连续性片段的连接（一）DNA损伤的因素

1.物理因素常见的有紫外线和各种电离辐射。

2.化学因素化学诱变剂等

3.生物因素如反转录病毒等

4.自发因素

一、DNA的损伤修复（1）DNA损伤范围部位不同能导致不同程度后果，如表现出基因多态性、导致遗传性疾病甚至个体死亡。（2）进化1.后果（二）DNA损伤的后果与类型2.DNA损伤的类型包括如下几种：点突变指DNA链上单一碱基的变异。缺失指DNA链上一个或一段核苷酸的消失。插入指原来不存在的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA分子中。④重排指DNA分子内发生较大片段的交换。1.光修复光修复过程是通过光修复酶催化完成，仅需

300-600nm波长照射即可活化，此方法普遍存在于各种生物体中。（三）DNA损伤的修复人类着色性干皮病人类着色性干皮病（xerodermapigmentosum,XP）是一种罕见的常染色体隐性遗传病，患者主要的临床表现为皮肤对日光，特别是紫外线高度敏感，暴露部位皮肤出现色素沉着、干燥、角化、萎缩及癌变等，其皮肤和眼部肿瘤的发生率是正常人的1000倍。XP是由于患者对紫外线照射造成的核苷酸损伤切除修复缺陷所致，该病具有多型性，且各型之