第12章 核酸的合成.pptVIP

12 核酸的合成 12.1 DNA的生物合成 12.2 RNA的生物合成 12.3 核酸合成抑制剂 12.4 基因工程简介 DNA是生物界遗传主要物质基础。生物有机体的遗传特征以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序——即遗传信息。 在细胞分裂前通过DNA复制，将遗传信息由亲代传递给子代，在后代的个体发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA，并指导蛋白质合成，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。 为保证遗传的稳定性，每次细胞分裂之前，遗传信息载体必须 精确地复制自己。 遗传信息载体是DNA，许多病毒的遗传信息载体是RNA而不是DNA。 DNA复制(replication)：在亲代双链DNA分子每一条 链上按碱基互补配对而准确地合成一条新的互补链，结果生成两个与亲代链相同DNA双链的过程。 1958年Meselson和Stahl首次支持了半保留复制方式： 大肠杆菌在15NH4Cl培养基中生长12代，使DNA被15N 标记，再将细菌移到只含14NH4Cl培养基中培养。 取每一代细胞进行裂解，将裂解液进行密度梯度离心。 当含有15N-DNA细胞在14NH4C1培养液中培养一代后，只有一条区带介于14N-DNA与15N-DNA之间，表明DNA一条链来自15N-DNA， 另一条链为含有14N的 新合成链。 培养两代后则在14N-DNA区又出现一条带。 按照DNA半保留复制方式，培养两代只能出现14N-15N DNA两种分子，随着代数增加14N-DNA逐渐增加。 而14N-15NDNA区带逐渐减弱。 Meselson和Stahl的实验证实了保留复制的设想。 DNA复制是半保留复制，并且是半不连续复制(Semi-discontinuous replication)。 DNA双螺旋的两条链反向平行，因此在复制起点处 两条DNA链解开成单链时，一条是5’→3’方向， 另一条是3’→5’方向。 以这两条链为模板，新生链延伸方向一条为3’→5’，另一条为5’→3’。 生物体内所有DNA聚合酶都只能催化5‘→3’延伸。 在复制起点两条链解开形成复制泡(replication bubbles)，DNA向两侧复制形成两个复制叉(replication forks)。 以复制叉移动的方向为基准，一条模板链是3‘→5’，以此为模板的新生DNA链合成沿5‘→3’方向连续进行，这条链称前导链(leading strand)。 前导链的连续复制和滞后链的不连续复制，称为 DNA合成的半不连续复制。 DNA聚合酶的性质： ①以dNTP为前体催化合成DNA； ②需要模板和引物的存在； ③不能起始合成新的DNA链； ④催化dNTP加到生长中DNA链的3‘-OH末端； ⑤催化DNA合成的方向是5‘→3’。 ①大肠杆菌DNA polymerase ( DNA polⅠ) 1956年Kornberg首先发现DNApolⅠ (Kornberg酶)。 在引物3‘-OH末端，以dNTP为底物，按模板DNA上的指令由DNA polⅠ逐个聚合上核苷酸。 酶的专一性主要表现为，新进入的dNTP必须与模板DNA配对才有催化作用。dNTP进入结合位点后，可能使酶的构象发生变化，促进3’-OH与5‘-PO4结合生成磷酸二酯键。 从3‘→5’方向识别和切除不配对DNA生长链末端核苷酸。错误核苷酸进入polⅠ结合位点不能与模板配对，无法改变酶的构象，被3‘→5’外切酶活性位点识别并切除。 从5‘→3’方向水解DNA生长链前方的DNA链。它只作用具切口的双螺旋DNA，并在切口以外的配对区切割。 DNA polⅠ不是大肠杆菌中DNA复制的主要酶。 体内DNA合成速率比纯化的DNA polⅠ催化dNTP 掺入速率( 667nt /min )高20倍； b. 大肠杆菌的一个突变株中， DNA polⅠ活力正常，但染色体DNA复制不正常； c. 在一些突变株中，DNA polⅠ活力只是野生型的1%，但DNA复制正常，而此突变株对辐射和化学诱变剂却高度敏感。 DNA polⅠ在DNA修复中起着重要的作用。 1970年发现DNA polⅡ。MW：120KD，100个酶/细胞， DNApolⅡ具5‘→3’聚合活性，仅为DNA polⅠ的5%。 DNA polⅡ催化DNA聚合，最适模板是双链DNA而中间有小空隙(gap，50~200个核苷酸)的单链DNA部份。 DNA pol Ⅲ至少以10种亚基组成的复合物形态存在， 并发挥功能，此复合物称为DNA聚合酶全酶。 其中?, ?,θ三个亚基构成核心聚合酶(core polymerase)。 DNA pol Ⅲ 具有5‘→3’聚合酶活性、3‘