2013-5-21-第九章核酸的生物合成概述.ppt

第九章 核酸的生物合成  ● DNA的生物合成 ● RNA的生物合成 一、DNA的生物合成（一） DNA的自我复制 1.DNA复制的特点 （1）半保留复制 1953年，Watson和Crick提出DNA半保留复制假说：DNA复制时，以亲代DNA的每一条链作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semi-conservative replication)。 （2）从复制起始点开始，多双向进行 DNA复制时，在一些具有特定核苷酸排列顺序的位点起始，即复制起始点。在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。 DNA复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制（在低等生物中，也可进行单向复制，如滚环复制）。 （3）半不连续复制 由于DNA聚合酶只能以5’→3’方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的方向必须为3’→5’。因此，分别以两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。 以3’→5’方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为5’→3’，这一条链被称为前导链(leading strand)。 以5’→3’方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是不连续的，其链的聚合方向也是5’→3’，这条链被称为后随链(lagging strand)。 由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此，后随链的合成也是一段一段的。DNA在复制时，由后随链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。 冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000～2000个核苷酸，而在真核生物中约为100-200个核苷酸。 2.DNA复制的条件 （1）原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、 dCTP、dTTP)。 （2）模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA。 （3）引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物。 （4）还需要多种蛋白质： ? ● 解螺旋酶和拓扑异构酶 解螺旋酶(unwinding enzyme)，又称解链酶，是用于解开DNA双链的酶蛋白，每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。 拓扑异构酶Ⅰ可使DNA双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来。 拓扑异构酶Ⅱ可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来。 ●单链结合蛋白 单链结合蛋白（single strand binding protein, SSB）:能够与单链DNA结合。其作用为：① 使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，便于以其为模板复制子代DNA；② 保护单链DNA，避免核酸酶的降解。 ● DNA聚合酶 在原核生物中，目前发现的DNA聚合酶有三种，分别命名为DNA聚合酶Ⅰ（pol Ⅰ）、DNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ）、DNA聚合酶Ⅲ（pol Ⅲ），这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与DNA复制的主要是pol Ⅲ和pol Ⅰ。 真核生物的DNA聚合酶有五种：DNA聚合酶α(pol α)，β(pol β)，γ(pol γ)，δ(polδ)和ε(pol ε)。 参与染色体DNA复制的是pol α(后随链)和pol δ(前导链)，参与线粒体DNA复制的是pol γ，polε与DNA损伤修复、校正和填补缺口有关，pol β只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。 ● DNA连接酶 DNA连接酶(DNA ligase)可将后随链上冈崎片段之间的切口连接起来（DNA片段之间形成磷酸二酯键）。 反应需要能量。 3.DNA的复制过程 （1）解旋解链，形成复制叉 由拓扑异构酶和解链酶作用，使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链DNA。SSB结合在两条单链DNA上，形成复制叉。 DNA复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉状结构称为复制叉。 （3）延长 由DNA聚合酶催化，前导链从5’→3’方向连续聚合子代DNA链，后随链则按5’→3’方向合成一个个短的冈崎片段。 去除引物，填补缺口： 在原核生物中，DNA聚合酶Ⅰ(5’→3’外切酶活性)水解去除RNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的切口。 在真核生物中，RNA引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，而冈崎片段仍由DNA聚合酶来延长。 * 在合成过程中，如果插入了一个错配的核苷酸，DNA polⅠ、DNA pol Ⅲ就能识别、并除掉错配的核苷酸（3’?5’外切酶活性） (4)连接冈崎片段 在DNA连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长链。 真核生物细胞中DNA的复制除了多