生物化学教案——第十章 DNA的生物合成.doc

第十章 DNA的生物合成 生物体的遗传信息储存在DNA中，并通过DNA的复制由亲代传给子代。在子代的生长发育中遗传信息自DNA转录给RNA，然后翻译成蛋白质以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。1958年，F.Crick提出中心法则：（1）以原DNA分子为模板，合成出相同DNA分子的过程。（2）以某一段DNA分子为模板，合成出与其序列对应的RNA分子的过程。（3）以mRNA为模板，根据三联密码规则，合成对应蛋白质的过程。 中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。（实际上10、11、12这三章分别讲述了中心法则的三个主要环节） DNA生物合成有两种方式：DNA复制和反转录DNA体内复制涉及：原核、真核生物的染色体、细菌质粒（环状，双链）、真核细胞器DNA（线粒体、叶绿体）、病毒（双链，环状）DNA的体外复制：分子克隆。 一、DNA的复制1、 DNA半保留复制 在复制过程中，首先亲代双链解开，然后每条链作为模板，在其上合成互补的子代链，结果新形成的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样，而且每个子代DNA分子中有一条链完全来自亲代DNA，另一条是新合成的。 1958年，Meselson和Stahl用15N标记E.coli. DNA，然后密度梯度离心，证明了DNA的复制是半保留复制。 1963年，Cairns用放射自显影法，在显微镜下首次观察到完整的正在复制的E. coli. 染色体DNA。用3H-脱氧胸苷标记E.coli. DNA ，经过将近两代时间，用溶菌酶消化细胞壁，将E.coli. DNA转至膜上，干燥，压感光胶片，3H放出β粒子，还原银，在光学显微镜下观察。用这种方法证明了大肠杆菌染色体DNA是一个环状分子，并以半保留的形式进行复制。DNA的半保留复制可以说明DNA在代谢上的稳定性。经过多代复制，DNA的多核苷酸链仍可以保持完整，并存在于后代而不被分解掉。二、 复制起点、单位和方向 DNA的复制是在起始阶段进行控制的，一旦复制起始，它就会继续下去直到整个复制子完成复制。1、 复制起点 复制起点是以一条链为模板起始DNA合成的一段序列。有时，两条链的复制起点并不总是在同一点上（如D环复制）。 在一个完整的细胞周期中，每一个复制起点只使用一次，完成一次复制过程。多数生物的复制起点，都是DNA呼吸作用强烈（甲醛变性实验）的区段，即经常开放的区段，富含A.T。2、 复制单位 复制子(Replicon)：Genome能独立进行复制的单位，每个复制子都含有一个复制起点。原核生物的染色体和质粒、真核生物的细胞器DNA都是环状双链分子，它们都是单复制子，都在一个固定的起点开始复制，复制方向大多数是双向的，少数是单向复制。多数是对称复制，少数是不对称复制（一条链复制后才进行另一条链的复制）。 环状DNA的复制眼象θ，称θ形复制。 真核生物的染色体DNA是线形双链分子，含有许多复制起点，因此是多复制子，每个复制子约有100-200Kbp。人体细胞平均每个染色体含有1000个复制子。病毒DNA多种多样，环状或线形，双链或单链，但都是单复制子。3、 复制方向 定点起始，复制方向大多数是双向的（等速进行或异速进行），形成两个复制叉，少数是单向复制，形成一个复制叉。4、 DNA的几种复制方式（1）、 直线双向复制单点，双向，T7多点，双向，真核染色体DNA（2）、 θ型复制：环状双链DNA，单向或双向（E .coli.）（3）、 滚环复制：环状单链DNA，Φx174（4）、 D环复制：线粒体、叶绿体DNA（5）、 多复制叉复制：第一轮复制尚未完成，复制起点就开始第二轮的复制。在E.coli.富营养时，可采取多复制叉复制方式。E.coli. DNA的复制最快可达50Kb/min，完全复制需40min，富营养时，20min分裂。而真核染色体要6-8小时。 三、 与DNA复制有关的酶及蛋白质因子目前已发现30多种酶及蛋白质因子参与DNA复制（一） DNA的聚合反应和聚合酶DNA生物合成5，→3，，化学合成3，→5，1、 DNA聚合反应必备的条件⑴ DNA聚合酶⑵ DNA模板(反转录时用RNA模板)⑶引物??(DNA、RNA或蛋白质)⑷ 4种dNTP⑸ Mg2+ 2、 聚合反应过程及特点总反应式：n1dATP?????????? DNA pol .???????? dAMPn2dGTP??+DNA???? ?????? dGMP??????????DNA+（n1+n2+n3+n4）PPin3dCTP?????????? Mg2