生物化学 第11章 核酸的生物合成

第十、十一章 DNA与RNA的生物合成一、知识要点在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质；在RNA病毒中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成；在致癌RNA病毒中，RNA还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。

这种遗传信息的流向称为中心法则。

复制是指以原来DNA分子为模板，合成出相同DNA分子的过程；转录是在DNA（或RNA）分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA（或DNA）的过程；翻译是在以rRNA 和蛋白质组成的核糖核蛋白体上，以mRNA为模板，根据每三个相邻核苷酸决定一种氨基酸的三联体密码规则，由tRNA运送氨基酸，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。

（一）DNA的生物合成在DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先行解旋和分开，然后以每条链为模板，按照碱基配对原则，在这两条链上各形成一条互补链，这样从亲代DNA的分子可以精确地复制成2个子代DNA分子。

每个子代DNA分子中，有一条链是从亲代DNA来的，另一条则是新形成的，这叫做半保留复制。

通过14N和15N标记大肠杆菌实验证实了半保留复制。

1．复制的起始点与方向DNA分子复制时，在亲代分子一个特定区域内双链打开，随之以两股链为模板复制生成两个子代DNA双链分子。

开始时复制起始点呈现一叉形（或Y形），称之为复制叉。

DNA 复制要从DNA分子的特定部位开始，此特定部位称为复制起始点（origin of replication），可以用ori表示。

在原核生物中复制起始点常位于染色体的一个特定部位，即只有一个起始点。

真核生物的染色体是在几个特定部位上进行DNA复制的，有多个复制起始点。

酵母基因组与真核生物基因组相同，具有多个复制起始点。

复制的方向可以有三种不同的机制。

其一是从两个起始点开始，各以相反的单一方向生长出一条新链，形成两个复制叉。

生物化学重点_第十一章D N A的生物合成work Information Technology Company.2020YEAR第十一章 DNA的生物合成一、中心法则：① DNA的自我复制将遗传信息由亲代传递给子代；② 转录：以DNA为模板合成RNA；③ 翻译：mRNA指导蛋白质的生物合成，从而决定生物的表现型。

DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。

但在少数RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA中。

因此，在这些生物体中遗传信息的流向是④ RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；⑤ 通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，二、DNA复制的特点：1．半保留复制：DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，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(semiconservative replication)。

DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证明。

2．需要引物(primer)：DNA聚合酶必须以一段具有3'端自由羟基（3'-OH）的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链。

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，因此两条亲代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聚合时基本上是连续进行的，这一条链被称为前导链(leading strand)。

而以5'→3'方向的亲代DNA链为模板的子代链在聚合时则是不连续的，这条链被称为随后链(lagging strand)。

DNA在复制时，由随后链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。

三、DNA复制的条件：1．底物：以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。

第十一章 DNA的生物合成一、课后习题1.怎样确定DNA复制的主要方式是双向复制，以及一些生物的DNA采取单向复制？2.假定在D环式的复制叉上，螺旋的解开会引起未复制部分的缠绕，当缠绕继续到不可能再进一步缠绕时，主链的增长便停止，然后随从链的延长才会被引发。

那么，在什么条件下更可能观察到大小与前体片段相似的D环？3.试述滚动机制有哪些主要特征？怎样鉴别环状与线状DNA？4.已知大肠杆菌DNA的长度为1100μm，其复制叉式在一个世代大约40min内通过一个复制叉完成的，试求其复制体的链增长速度、正在复制的DNA分子的转速。

参考答案：1.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。

实验表明，它们都在一个固定的起点开始复制，复制方向大多是双向的，即形成两个复制叉或生长点，分别向两侧进行复制；也有一个是单向的，只形成一个复制叉或生长点。

2.叶绿体和线粒体DNA（除纤毛虫的线粒体线性DNA分子外）的复制方式。

双链环在固定点解开进行复制，但两条链的合成是高度不对称的，一条链先复制，另一条链保持单链而被取代，在电镜下看到呈（取代环，D环）形状。

待一条链复制到一定程度，露出另一链的复制起点并开始复制。

两条多核苷酸链的起点不在同一点上，当两条链的起点分开一定距离时就产生D环（如线粒体DNA的复制）。

双链环两条链的起点不在同一位置，但同时在起点处解开双链，进行D环复制，称为2D环复制（如叶绿体DNA的复制）。

这时，更可能观察到大小与前体片段相似的D环。

3. Walter Gilbert（1968）提出滚环模型来解释φX174DNA的复制：首先由特异核酸内切酶在环状双链DNA（称为RF型、增值型，即单链DNA已复制一次成双链）的一条链上切开切口产生5′—P末端和3′—OH末端。

5′—P末端与细胞质膜连接，被固定在膜上，然后环形的双链通过滚动而进行复制。

以完整链（正链）为模板进行的DNA合成是在DNA 聚合酶参与下，在切口的3′—OH末端按5′—3′的方向逐个添加核苷酸；以5′—P 末端结合在细胞膜上的链（被切断的负链）作模板所进行的DNA合成也是由DNA聚合酶催化，先按5′—3′方向形成短链（冈崎片断），然后再通过DNA连接酶连接起来。

第十一章 核酸的生物合成一、填空题1．中心法则是 于 年提出的，其内容可概括为2．所有冈崎片段的延伸都是按 方向进行的。

3．前导链的合成是 的，其合成方向与复制叉移动方向 。

4．引物酶与转录中的RNA 聚合酶之间的差别在于它对 不敏感；后随链的合成是 的。

5．DNA 聚合酶I 的催化功能有 、 、 。

6．DNA 拓扑异构酶有 种类型，分别为 和 ,它们的功能是 。

7．细菌的环状DNA 通常在一个 开始复制，而真核生物染色体中的线形DNA 可以在 起始复制。

8．大肠杆菌DNA 聚合酶III 的 活性使之具有 功能，极大地提高了DNA 复制的保真度。

9．到目前为止，在大肠杆菌中已发现有 种DNA 聚合酶，其中 负责DNA 复制， 负责DNA 损伤修复。

10．大肠杆菌中DNA 指导的RNA 聚合酶全酶的亚基组成为 ，去掉 _因子的部分称为核心酶，这个因子使全酶能识别DNA 上的 位点。

11．在DNA 复制中， 可防止单链模板重新缔合和核酸酶的攻击。

12．DNA 合成时，先由引物酶合成 ，再由 在其3′端合成DNA 链，然后由 切除引物并填补空隙，最后由 连接成完整的链。

13．大肠杆菌DNA 连接酶要求 的参与，哺乳动物的DNA 连接酶要求 参与。

14．原核细胞中各种RNA 是 种RNA 聚合酶催化生成的，而真核细胞核基因的转录分别由 种RNA 聚合酶催化，其中rRNA 基因由 转录，hnRNA 基因由 转录，各类小分子量RNA 则是 的产物。

15．转录单位一般应包括 序列， 序列和 序列。

16．真核细胞中编码蛋白质的基因多为 ，编码的序列还保留在成熟mRNA 中的是 ，编码的序列在前体分子转录后加工中被切除的是 ；在成熟的mRNA 中 序列被拼接起来。

17．限制性核酸内切酶主要来源于 ，都识别双链DNA 中 ，并同时断裂 。

二、选择题(只有一个最佳答案)：1．如果一个完全具有放射性的双链DNA 分子在无放射性标记溶液中经过两轮复制，产生的四个DNA 分子的放射性情况是：（ ）A 、其中一半没有放射性B 、都有放射性C 、半数分子的两条链都有放射性D 、一个分子的两条链都有放射性E 、四个分子都不含放射性2．关于DNA 指导下的RNA 合成的下列论述除了（ ）项外都是正确的。

第十一章核酸生物合成第十二章蛋白质的生物合成练习参考答案1.名词解释:1)复制：DNA的生物合成，以亲本DNA为模板，根据碱基互补原则，合成与亲代DNA相同分子的过程。

2)冈崎片段：DNA复制过程中，合成方向与复制叉移动方向相反的DNA片断。

3)半保留复制：DNA生物合成过程中，子代双链DNA分子中有一条DNA链来自亲本。

这种合成方式称为半保留复制。

4)半不连续复制：DNA复制过程中，一条链复制是连续的，另一条是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。

5)前导链：DNA复制过程中，复制方向与复制叉移动方向相同，连续合成的DNA链称为前导链；6)滞后链：在复制过程中，复制方向与复制叉移动方向相反，形成不连续的片断，后连接成完整链的DNA链，称为滞后链。

7)转录：以DNA为模板，在RNA聚合酶指导下，合成RNA并把遗传信息传给RNA的过程，称为转录。

8)遗传密码：即指核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系，这种编码氨基酸序列的核苷酸称为密码子。

2. 写出原核生物DNA复制过程；原核生物与真核生物DNA复制的区别?答：（1）原核生物DNA复制过程可分为：起始，延伸和终止。

1）复制的起始；2）复制的延伸；3）复制的终止（请分别说明）（2）原核生物与真核生物DNA复制的区别：1）聚合酶的不同；2）复制的起点不同；3）复制的速度不同4）DNA复制的调节；（详细内容看课件及参考书）3.比较原核生物和真核生物转录过程有哪些不同点？答：1）聚合酶的不同；2）启动子的不同；3）终止过程的不同；4）转录的调节控制；4）转录后加工不同。

（详细内容看课件及参考书）4.哪些理化因素能引起DNA分子损伤？体内有何种DNA修复机制？答：（1）某些理化因素，如紫外线照射、电离辐射和化学诱变剂等等。

（2）修复机制有：错配修复，直接修复，切除修复，重组修复和易错修复。

5.大肠杆菌蛋白质合成体系由哪些物质组成？各起什么作用？答：参与蛋白质生物合成的物质：（1）20 基本氨基酸作为材料。

第十一章RNA的生物合成RNA的生物合成包括转录和RNA的复制。

转录（transcription）：以一段DNA的遗传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下合成RNA。

转录产物：mRNA 、rRNA、tRNA、小RNA除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自DNA转录的产物。

转录研究的主要问题：①RNA聚合酶②转录过程③转录后加工④转录的调控①~③是基本内容，④是目前研究的焦点，转录调控是基因调控的核心。

转录与DNA复制的异同：相同：要有模板，新链延伸方向5’→3’，碱基的加入严格遵循碱基配对原则。

相异：①复制需要引物，转录不需引物。

②转录时，模板DNA的信息全保留，复制时模板信息是半保留。

③转录时，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，无5’→3’及3’→5’外切活性。

转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。

基因表达的终产物：①RNA ②蛋白质转录过程涉及两个方面①RNA合成的酶学过程②RNA合成的起始信号和终止信号，即DNA分子上的特定序列。

DNA正链：与mRNA序列相同的DNA链。

负链：与正链互补的DNA链。

转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游（转录区），转录起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3。

DNA指导的RNA合成（转录）RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。

一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。

基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的改变，将转录不同的基因。

转录的起始由DNA上的启动子区控制，转录的终止由DNA上的终止子控制，转录是通过DNA指导的RNA聚合酶来实现的。

一、RNA聚合酶RNA合成的基本特征①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）②RNA链生长方向：5’→3’③不需引物④需DNA模板反应：1、E.coli RNA聚合酶（原核生物）E.coli和其它原核细胞一样，只有一种RNA聚合酶，合成各种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。

第11章 RNA的生物合成(转录) 1.思考题1．试述核酶的概念及其意义。

2．复制和转录过程的异同。

3．原核生物和真核生物的RNA聚合酶有何不同？2.名词解释1．转录2．不对称转录3．内含子4．外显子3.英汉互译1．pre-initiation complex (PIC)2．transcriptional factor (TF)3．lariat RNA4．transcription bubble5．post-transcriptional modification6．断裂基因7．外显子8．启动子9．转录10．内含子4.选择题1．识别转录起始点的是A．RNA聚合酶的α亚基B．RNA聚合酶的β亚基C．RNA聚合酶的β′亚基D．RNA聚合酶的σ因子E．dnaB蛋白2．真核细胞hnRNA的内含子的切除依靠A．snRNPB．限制性核酸内切酶C．核酶D．蛋白酶E．RNase3．DNA上某段有意义链碱基顺序为5′GTCAACTAG3′，转录后的mRNA上相应的碱基顺序为A．5′-TGATCAGTC-3′B．5′-CUAGUUGAC-3′C．5′-CAGUUGAUC-3′D．5′-CTGACTAGT-3′E．5′-GACCUAGUU-3′4．在真核生物中，经RNA聚合酶Ⅱ催化的转录产物是A．hnRNAB．18SrRNAC．28SrRNAD．tRNAE．全部RNA5．tRNA和5SrRNA是由真核生物哪种酶催化转录产生的？A．RNA聚合酶ⅠB．逆转录酶C．RNA聚合酶D．RNA聚合酶全酶E．RNA聚合酶Ⅲ6．ρ因子的功能是A．在启动区域结合阻遏物B．增加RNA合成速率C．释放结合在启动子上的RNA聚合酶D．参加转录的终止过程E．允许特定转录的启动过程7．原核生物的pribnow盒是A．转录的起始点B．翻译的起始点C．RNA聚合酶与DNA模板稳定结合处D．DNA聚合酶的活性中心E．DNA合成起始位点8．外显子是A．不转录的DNAB．基因突变的表现C．真核生物结构基因中的非编码序列D．真核生物结构基因中为蛋白质编码的序列E．断裂开的DNA片段9．Pribnow box序列是指A．AATAAAB．AAUAAAC．TAAGGCD．TTGACAE．TATAAT10．核酶（ribozyme）A．有催化作用的蛋白质B．以NAD+为辅酶C．三叶草结构D．能催化RNA的自我剪接E．是由snRNA和蛋白质组成。