大學(xué)生物《核酸》課件

核酸DNA、RNA的結(jié)構(gòu)和功能DNA的合成（復(fù)制）RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）蛋白質(zhì)的合成（翻譯）內(nèi)容核酸(nucleicacid)

一、DNA、RNA的結(jié)構(gòu)和功能是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。調(diào)控調(diào)控中心法則核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體

分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過(guò)復(fù)制傳遞給下一代。是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體核酸(DNA和RNA)核苷酸脫氧核苷和核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤(G)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)H3PO4HO-P-OHOHO磷酸脫氧核苷嘌呤N-9

或嘧啶N-1與脫氧核糖C-1

通過(guò)β-N-糖苷鍵相連形成脫氧核苷(deoxyribonucleoside)。堿基+脫氧核糖

嘌呤N-9或嘧啶N-1與核糖C-1

通過(guò)β-N-糖苷鍵相連形成核苷(ribonucleoside)。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵堿基+核糖核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵堿基+戊糖+磷酸多磷酸核苷酸DNA是脫氧核苷酸通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3

的羥基與另一個(gè)核苷酸5

的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。

多個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA鏈。5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5

→3

5’3’3’,5’-磷酸二酯鍵5’-磷酸基團(tuán)3’-羥基TACGRNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過(guò)酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。定義核酸中核苷酸的排列順序。

由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGA核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)AGP5

PTPGPCPTPOH3

書(shū)寫(xiě)方法：5

pApCpTpGpCpT-OH

3

5

ACTGCT

3

核酸分子的大小常用堿基(base或kilobase)數(shù)目來(lái)表示。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)堿基。DNA和RNA的區(qū)別核糖G、C、A、URNA脫氧核糖G、C、A、TDNA堿基核糖核酸分為二級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對(duì)位置關(guān)系。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)富蘭克林拍到了高質(zhì)量的DNA分子X(jué)射線衍射照片。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景：(RosalindFranklin,1920-1958)不同生物種屬的DNA的堿基組成不同同一個(gè)體的不同器官或組織的DNA堿基組成相同。[A]=[T]，[G]=[C]Chargaff法則DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景：(ErwinChargaff)堿基互補(bǔ)配對(duì):鳥(niǎo)嘌呤/胞嘧啶堿基互補(bǔ)配對(duì):腺嘌呤/胸腺嘧啶相鄰兩個(gè)堿基對(duì)會(huì)有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)。堿基堆積力和互補(bǔ)堿基對(duì)的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。疏水作用力和氫鍵共同維系著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。兩條鏈反向平行右手螺旋直徑2nm，螺距3.4nm外側(cè)是脫氧核糖--磷酸骨架（親水性），內(nèi)側(cè)是疏水的堿基互補(bǔ)堿基對(duì)表面有大溝和小溝DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)它能夠說(shuō)明遺傳物質(zhì)的自我復(fù)制。這個(gè)“半保留復(fù)制”的設(shè)想后來(lái)被馬修·麥賽爾遜（MatthewMeselson）和富蘭克林·斯塔勒（FranklinW.Stahl）用同位素追蹤實(shí)驗(yàn)證實(shí)。它能夠說(shuō)明遺傳物質(zhì)是如何攜帶遺傳信息的。它能夠說(shuō)明基因是如何突變的?；蛲蛔兪怯捎趬A基序列發(fā)生了變化，這樣的變化可以通過(guò)復(fù)制而得到保留。DNA雙螺旋模型的意義：大溝與小溝超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。

DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，以負(fù)超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個(gè)超螺旋形成。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞周期的大部分時(shí)間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像染色質(zhì)經(jīng)微球菌核酸酶的逐步消化降解H1及核心八聚體組蛋白在核小體結(jié)構(gòu)中的位置圖解核心八聚體連接區(qū)DNA146165200165bp雙鏈DNA

Nucleosome(核小體)由200個(gè)堿基對(duì)的DNA鏈結(jié)合有9個(gè)組蛋白分子組成的重復(fù)亞單位.

Nucleosome(核小體)核小體染色小體核小體核心顆粒30nm染色質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的模式圖解(a)螺旋管的正面觀，螺旋管的每一圈由6~8個(gè)核小體圍成，H1具有穩(wěn)定30nm纖維的作用；(b)螺旋管側(cè)面觀裝配核酸酶降解30nm染色質(zhì)纖維10nm核小體細(xì)絲DNA染色質(zhì)的電鏡圖像(a)染色質(zhì)粗纖維(φ30nm)和(b)細(xì)纖維(φ10nm)的電鏡照片30nm粗纖維為染色質(zhì)的自然狀態(tài)，10nm細(xì)纖維為消化處理后產(chǎn)生的細(xì)線狀結(jié)構(gòu)粗纖維細(xì)纖維分裂中期高度凝縮染色體的形態(tài)中期染色體10nm染色質(zhì)絲經(jīng)過(guò)4級(jí)壓縮，形成了高度濃縮的中期染色體一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)粗纖維超粗纖維中期染色體染色質(zhì)經(jīng)逐級(jí)凝縮形成染色體的模式圖解雙鏈DNA的折疊和組裝染色體The30nmfiber核小體The10nmfiber組蛋白染色質(zhì)真核生物的染色體SinglestrandednucleicacidRNA的結(jié)構(gòu)和功能RNA的結(jié)構(gòu)和功能RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過(guò)程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局部二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。RNA的種類、分布、功能hnRNARNA的種類、分布、功能三種RNA示意圖信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋白質(zhì)的模板。不均一核RNA(hnRNA)含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編碼序列。hnRNA經(jīng)過(guò)剪切后成為成熟的mRNA。1、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過(guò)程

外顯子(exon)把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞

mRNA的功能mRNA依照自身的堿基順序指導(dǎo)蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成從mRNA分子5'末端起的第一個(gè)AUG開(kāi)始，每3個(gè)核苷酸為一組稱為密碼子(codon)或三聯(lián)體密碼(tripletcode)。AUG被稱為起始密碼子；決定肽鏈終止的密碼子則稱為終止密碼子。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開(kāi)放閱讀框(openreadingframe,ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成；占細(xì)胞總RNA的15%；具有很好的穩(wěn)定性。2、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體二級(jí)結(jié)構(gòu)“三葉草”

tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的3-末端都是以CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸共價(jià)連結(jié)，tRNA成為了氨基酸的載體。不同的tRNA可以結(jié)合不同的氨基酸。tRNA的3-末端連接氨基酸t(yī)RNA的反密碼子環(huán)上有一個(gè)由三個(gè)核苷酸構(gòu)成的反密碼子(anticodon)。tRNA上的反密碼子依照堿基互補(bǔ)的原則識(shí)別mRNA上的密碼子。tRNA的反密碼子識(shí)別mRNA的密碼子三級(jí)結(jié)構(gòu)倒置“L”型

tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)核蛋白體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核蛋白體蛋白結(jié)合組成核蛋白體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。3、以rRNA為組分的核蛋白體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所蛋白質(zhì)合成時(shí)形成的復(fù)合體二、DNA的合成（復(fù)制）復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過(guò)程。復(fù)制親代DNA子代DNA子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式:

全保留式半保留式混合式密度梯度實(shí)驗(yàn):——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第二代梯度離心結(jié)果按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。半保留復(fù)制的意義:遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。DNA復(fù)制從起始點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸形成雙向復(fù)制復(fù)制中的放射自顯影圖像A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination,ter)oriterABC真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子(replicon)。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制3’DNA一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈方向相反導(dǎo)致半不連續(xù)復(fù)制3

5

3

5

解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)

。另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈(laggingstrand)

。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。參與DNA復(fù)制的物質(zhì):引物(primer):提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合；底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase):依賴DNA的DNA聚合酶，簡(jiǎn)寫(xiě)為DNA-pol；模板(template):解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈；其他的酶和蛋白質(zhì)因子。1、核苷酸和核苷酸之間生成磷酸二酯鍵是復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)聚合反應(yīng)的特點(diǎn):DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長(zhǎng)只可沿5→3

方向進(jìn)行。2、DNA聚合酶催化核苷酸之間聚合全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：1.5

3

的聚合活性2.核酸外切酶活性5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′3

5

外切酶活性:5

3

外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。核酸外切酶活性:（1）原核生物的DNA聚合酶分為三型DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ功能：DNA-polⅠ（109kD）對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對(duì)復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。323個(gè)氨基酸小片段5

核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性

5

核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。DNA-polⅡ?qū)δ０宓奶禺愋圆桓?，即使在已發(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認(rèn)為，它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。功能：DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。DNA聚合酶的結(jié)構(gòu)類似于一只右手，新合成的DNA雙鏈與手掌部分結(jié)合，DNA合成催化位點(diǎn)位于拇指和手指之間的裂縫中，模板鏈的單鏈區(qū)在此強(qiáng)烈彎曲，不從拇指和手指間穿過(guò)。（2）常見(jiàn)的真核細(xì)胞DNA聚合酶有五種DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性。延長(zhǎng)子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制。在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

3、核酸外切酶的校讀活性和堿基選擇功能是復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)復(fù)制按照堿基配對(duì)規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。此外還需酶學(xué)的機(jī)制來(lái)保證復(fù)制的保真性。核酸外切酶(exonuclease)是指能從核酸鏈的末端把核苷酸依次水解出來(lái)的酶，外切酶是有方向性的。（1）核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)切除錯(cuò)配堿基并加以校正DNA-polⅠ的校讀功能當(dāng)DNA聚合酶把不正確的核苷酸摻入DNA后，DNA合成的速度降低且引物3’端與DNA聚合酶的親和力降低，而與校正外切核酸酶的活性位點(diǎn)親和力增加，與此位點(diǎn)結(jié)合后，錯(cuò)配的核苷酸即被除去，之后，正確配對(duì)的DNA鏈與DNA聚合酶的親和力恢復(fù)，DNA合成繼續(xù)進(jìn)行。DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價(jià)（氫鍵）與共價(jià)（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對(duì)，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。（2）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能。DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制：4、復(fù)制中的分子解鏈伴有DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。

（1）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)原核生物復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)通用名功能DnaA解旋酶辨認(rèn)起始點(diǎn)DnaB解開(kāi)DNA雙鏈DnaC運(yùn)送和協(xié)同DnaBSSB單鏈DNA結(jié)合蛋白穩(wěn)定已解開(kāi)的單鏈DnaG引物酶催化RNA引物合成拓?fù)洚悩?gòu)酶理順DNA鏈E.Coli基因圖DNA聚合酶解離雙鏈DNA的能力很差，在復(fù)制叉上由DNA解旋酶催化DNA雙鏈的分離。使用ATP水解的能量結(jié)合到DNA單鏈上并沿著其定向移動(dòng)環(huán)形六聚體蛋白解旋酶（helicase）協(xié)同結(jié)合：一個(gè)SSB的結(jié)合會(huì)促進(jìn)另一個(gè)SSB與其緊鄰的單鏈DNA結(jié)合結(jié)合SSB的單鏈DNA處于伸直狀態(tài)，有利于其作為模版進(jìn)行DNA合成非特異性結(jié)合方式與單鏈DNA結(jié)合單鏈DNA結(jié)合蛋白Single-strandedDNAbindingprotein，SSB——復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物。

RNA引物提供3’-OH末端。引物酶(primase)108局部解鏈后DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)、理順DNA鏈復(fù)制過(guò)程正超螺旋的形成：解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ拓?fù)洚悩?gòu)酶分類：拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)：拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。作用機(jī)制：拓?fù)涿傅淖饔梅绞剑?、DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口連接DNA鏈3

-OH末端和相鄰DNA鏈5

-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：提供核糖3

-OH提供5

-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長(zhǎng)中的新鏈游離dNTP去PPi(dNTP)n+1連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)→連續(xù)鏈拓?fù)涿盖袛?、整理后的兩鏈改變拓?fù)錉顟B(tài)DNA聚合酶，拓?fù)涿负瓦B接酶催化3

,5

-磷酸二酯鍵生成的比較（1）復(fù)制起始：DNA解鏈，形成引發(fā)體需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。6、原核生物的DNA生物合成DnaA

DnaB、

DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶SSB3

5

3

5

引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。引物3'HO5'引物酶（2）復(fù)制的延長(zhǎng)過(guò)程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

DNA聚合酶的高延伸性依賴于滑動(dòng)夾的存在沒(méi)有滑動(dòng)夾存在時(shí)，DNA聚合酶平均每合成20-100個(gè)堿基對(duì)就會(huì)從DNA模板鏈上解離并散落下來(lái)，而在有滑動(dòng)夾存在時(shí)，DNA聚合酶的活性部位仍然經(jīng)常從DNA的3’OH末端脫落，但是其與滑動(dòng)夾的結(jié)合組織了聚合酶從DNA上散開(kāi)，通過(guò)保持DNA聚合酶與DNA的緊密接觸，滑動(dòng)夾使DNA聚合酶能迅速的重新結(jié)合到同一引物-模板接頭上，大大增加了DNA聚合酶的延伸能力。g復(fù)合體在ATP作用下負(fù)責(zé)滑動(dòng)夾的裝載滑動(dòng)夾裝載器是五個(gè)亞基的蛋白質(zhì)復(fù)合體，其活性是由ATP的結(jié)合和水解控制的。裝載器與ATP結(jié)合后即與滑動(dòng)夾結(jié)合并在一個(gè)亞基-亞基界面處將環(huán)打開(kāi)。打開(kāi)的環(huán)與新合成的DNA結(jié)合，使DNA位于夾子的孔洞之中，DNA的結(jié)合通過(guò)夾子裝載器激發(fā)了ATP的水解，結(jié)合了ADP的夾子裝載器即很快從滑動(dòng)夾及DNA上脫離下來(lái)。DNA聚合酶的裝配每個(gè)拷貝的DNA聚合酶III全酶中有三個(gè)酶，兩個(gè)拷貝的DNA聚合酶III核心酶和一個(gè)拷貝的g-復(fù)合體，g-復(fù)合體含有兩個(gè)拷貝的τ-蛋白，每個(gè)τ-蛋白都有一個(gè)與DNA聚合酶III核心酶相作用的域。DNA聚合酶III全酶通過(guò)τ-亞基與DNA解旋酶相互作用，τ-亞基與兩個(gè)DNA聚合酶都結(jié)合，一個(gè)DNA聚合酶III核心酶復(fù)制前導(dǎo)鏈，另一個(gè)DNA聚合酶III核心酶復(fù)制后隨鏈DNA在復(fù)制叉的合成DNA引物酶周期性的與DNA解旋酶結(jié)合并在后隨鏈模板上合成新的引物DNA在復(fù)制叉的合成當(dāng)后隨鏈DNA聚合酶完成一個(gè)岡崎片斷的合成之后，即從滑動(dòng)夾和DNA上脫落DNA在復(fù)制叉的合成之后，剛被引物結(jié)合的后隨鏈DNA成為夾子裝載器的靶子，裝載器在新合成的RNA引物及引物模板接頭處組裝新的滑動(dòng)夾DNA在復(fù)制叉的合成裝載有滑動(dòng)夾的引物模板接頭與后隨鏈DNA聚合酶結(jié)合起始下一個(gè)岡崎片斷的合成。DNA在復(fù)制叉的合成復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（3）復(fù)制的終止過(guò)程：切除引物、填補(bǔ)空缺、連接切口5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA連接酶

隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接：在生物界，RNA合成有兩種方式：

一是DNA指導(dǎo)的RNA合成，也叫轉(zhuǎn)錄，此為生物體內(nèi)的主要合成方式，也是本節(jié)介紹的主要內(nèi)容。另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成(，也叫RNA復(fù)制,由RNA依賴的RNA聚合酶催化，常見(jiàn)于病毒，是逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的RNA病毒在宿主細(xì)胞以病毒的單鏈RNA為模板合成RNA的方式。三、RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)錄(transcription)是生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代雙鏈DNAmRNA,tRNA,rRNA配對(duì)A-T,C-GA-U,C-G,T-A參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)：原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子原核生物轉(zhuǎn)錄的模板DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)。轉(zhuǎn)錄的這種選擇性稱為不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)，它有兩方面含義：在DNA分子雙鏈上，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；其二是模板鏈并非總是在同一單鏈上。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對(duì)的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(codingstrand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。5

3

3

5

模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻譯區(qū)5

3

3’-端非翻譯區(qū)開(kāi)放閱讀框架從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開(kāi)放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。四、蛋白質(zhì)的合成（翻譯）遺傳密碼在mRNA的開(kāi)放閱讀框架區(qū)，以每3個(gè)相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸(或其他信息)，這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。起始密碼子：AUG終止密碼子：UAA、UAG、UGA密碼子（codon）起始密碼子和終止密碼子：遺傳密碼表遺傳密碼的特