第十二章核酸的生物合成一、DNA的生物合成二、RNA的生物合成中心法則一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復制（二）DNA復制的起始點和方向（三）原核細胞DNA的復制（四）真核細胞DNA的復制（五）反轉錄作用（RNA指導的DNA合成）（六）DNA的損傷與修復復制(replication)是指遺傳物質的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復制親代DNA子代DNA（一）DNA的半保留復制DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板，按堿基配對規律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整接受過來，另一股單鏈則完全重新合成，兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致，這種復制方式為半保留復制。保證遺傳信息傳遞的忠實性；遺傳和變異的統一（二）DNA復制的起始點和方向DNA復制是從DNA上一個固定點開始的；DNA復制起始點稱為原點；它的復制從原點開始可雙向同時進行，也可以單向進行；DNA復制是邊解鏈邊復制，復制中的DNA在復制點呈叉狀，這個分叉點稱為復制叉。5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復制子3’真核生物DNA多復制子復制半不連續復制順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續進行的，這股鏈稱為領頭鏈。復制方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續延長，這股不連續復制的鏈稱為隨從鏈。復制中的不連續片段稱為岡崎片段。3535解鏈方向3′5′3′3′5′領頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段(okazakifragment)

領頭鏈連續復制而隨從鏈不連續復制

——復制的半不連續性DNA復制的特點固定的起始點邊解鏈邊復制單向或雙向沿53

方向復制半保留復制半不連續參與DNA復制的物質模板：解開成單鏈的DNA母鏈底物：dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)引物：提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合聚合酶：依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DNA-pol其他的酶和蛋白質因子（三）原核細胞DNA的復制復制的起始延長終止5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-poldNMP引物:短鏈RNA分子領頭鏈的合成領頭鏈：順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續進行的，這股鏈稱為領頭鏈。隨從鏈的合成隨從鏈：復制方向與解鏈方向相反，為不連續復制，這股不連續復制的鏈稱為隨從鏈。復制中位于隨從鏈上的不連續片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。（四）真核生物的DNA生物合成

?多復制子復制子(replicon)：相鄰兩個復制起點之間的距離。復制子是獨立完成復制的功能單位。復制有時序性，即復制子以分組方式激活而不是同步起動。

復制的起始3553領頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核小體復制的延長DNA-polδDNA-polα353355335+5333555′復制的終止染色體DNA呈線狀，復制在末端停止。1、親代DNA為模板嚴格遵守堿基配對規律2、復制延長時聚合酶對堿基的選擇功能3、復制出錯時DNA-pol的即時校讀功能4、錯配修復機制DNA復制具有保真性（五）反轉錄作用（RNA指導的DNA合成）

指遺傳信息從RNA流向DNA，是RNA指導下的DNA合成過程，即以RNA為模板，四種dNTP為原料，合成與RNA互補的DNA單鏈。RNADNA

逆轉錄酶逆轉錄酶(reversetranscriptase)

催化逆轉錄過程的酶稱逆轉錄酶，RNA病毒中都含有此酶。具有三種酶活性：

RNA指導的DNA聚合酶

RNA酶

DNA指導的DNA聚合酶逆轉錄過程RNA模板逆轉錄酶（RNA指導的DNA聚合酶）DNA-RNA雜化雙鏈逆轉錄酶（RNA酶）單鏈DNA逆轉錄酶（DNA指導的DNA聚合酶）雙鏈DNA（六）DNA的損傷與修復DNADamage(Mutation)andRepair遺傳物質的結構改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。在復制過程中發生的DNA突變稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。

引發突變的因素物理因素如紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射UV胸腺嘧啶二體化學因素DNA損傷的修復修復(repairing)

是對已發生分子改變的補償措施，使其回復為原有的天然狀態。光修復(lightrepairing)切除修復(excisionrepairing)重組修復(recombinationrepairing)SOS修復

修復的主要類型二、RNA的生物合成轉錄(transcription)

生物體以DNA為模板合成RNA的過程

DNA

RNA轉錄（一）參與轉錄的物質原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)

模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNA-pol)其他蛋白質因子

結構基因（structuralgene）：能轉錄生成RNA的DNA區段。

模板鏈（templatestrand）：

DNA雙鏈中按堿基配對規律能指引轉錄生成RNA的一股鏈。

編碼鏈（codingstrand）：

DNA雙鏈中與模板鏈相對應的另一條鏈1、模板不對稱轉錄：在DNA分子雙鏈上，一股鏈用作模板指導轉錄，另一股鏈不轉錄；模板鏈并非總是在同一條鏈上。

2、原料4種核糖核苷三磷酸：

ATP、GTP、CTP、UTP

作為RNA聚合酶的底物3、RNA聚合酶全稱：依賴DNA的RNA聚合酶

(DNA-dependentRNApolymerase)簡稱：RNA-pol它以DNA為模板，4種NTP為原料，按A=U、CG堿基配對規則，催化合成5′→3′方向的RNA鏈。原核生物的RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶4、終止因子（ρ）其作用是協助RNA聚合酶辨認終止點并終止轉錄（二）轉錄的過程

轉錄是以DNA為模板合成RNA的過程包括起始、延長和終止三個階段1、起始階段

轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄模板的起始區域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的模板。2、延長階段RNA–pol聚合酶核心酶沿著DNA模板鏈3′→5′方向，催化合成5′→3′方向的RNA鏈。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi（三）終止階段RNA聚合酶在DNA模板鏈上停止滑動，轉錄產物RNA鏈停止延長并從轉錄復合物上脫落下來分類依賴ρ因子的轉錄終止依賴莖環結構的轉錄終止轉錄全過程（三）轉錄后加工真核生物轉錄產物RNA都要經過一系列改變才能成為有生物活性的RNA分子。1、mRNA的轉錄后加工mRNA的前體分子被稱為核內不均一RNA（hnRNA）

hnRNA需進行5′端（形成帽子結構m7GpppGp—）和3′端（加多聚腺苷酸尾巴polyA）的修飾，再進行剪接加工，才能成為成熟mRNA。mRNA的剪接外顯子(exon)：能編碼多肽鏈中氨基酸的序列的被稱為外顯子。內含子(intron)：不被翻譯的插入序列被稱為內含子。

mRNA的剪接：除去hnRNA中的內含子，將外顯子連接。2、tRNA的轉錄后加工3、rRNA的轉錄后加工第十三章蛋白質的生物合成一、遺傳密碼二、核糖體三、轉移RNA的功能四、蛋白質生物合成的分子機制五、真核生物與原核生物蛋白質合成的差異mRNA分子中的遺傳信息轉變為蛋白質的氨基酸排列順序的過程稱為翻譯（translation）蛋白質的生物合成體系

原料：20種氨基酸模板：mRNA

場所：核蛋白體氨基酸的“搬運工具”：tRNA

酶與蛋白質因子：啟動、延長、終止因子能量：ATP、GTP

無機離子

起始密碼(initiationcoden):5′端第一個AUG表示起動信號，并代表甲酰甲硫氨酸(細菌)或甲硫氨酸(高等動物)

密碼子（codon）：mRNA從5′端→3′端，每3個核苷酸組成一組，代表相應的氨基酸或翻譯起始、終止信號。

終止密碼(terminationcoden)

：UAA、UAG或UGA（不編碼氨基酸）

一、遺傳密碼遺傳密碼表UCUCUCUCAGAGAGAG第三個字母密碼子的特點1、不重疊性2、簡并性3、通用性4、連續性二、核糖體核糖體（核蛋白體）是多肽鏈合成的裝置核糖體可游離存在，真核中，也可同內質網結合，形成粗糙的內質網。原核中，與mRNA形成串狀——多核糖體。原核生物真核生物核糖體小亞基大亞基核糖體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細胞核糖體的組成蛋白質rRNA原核生物翻譯過程中核糖體結構與功能A位：氨基酰位(結合AA-tRNA)P位：肽酰位(結合肽酰-tRNA和起始Met-tRNA)E位：排出位(轉肽酶、GTP酶)三、轉移RNA的功能一種tRNA可攜帶一種氨基酸；而一種氨基酸可由數種tRNA攜帶。

搬運工具—tRNA與氨基酸結合與氨酰-tRNA合成酶結合識別密碼子與核糖體結合四、蛋白質生物合成的分子機制蛋白質合成的過程大致分為五個階段：氨基酸的激活；肽鏈合成的起動；肽鏈的延長；肽鏈合成的終止和釋放；肽鏈的折疊和加工處理。（一）氨基酸的激活（1）氨酰-tRNA合成酶：高度特異識別氨基酸、tRNA；校對活性（2）能量：1個ATP（2個高能鍵）氨基酸+tRNA氨酰-tRNAATPAMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶（二）在核糖體上合成多肽1、起始復合物的生成（1）起始因子

3種IF（原核）：IF1、IF2、IF3

多種eIF（真核）：eIF2是合成調控的關鍵物質（2）能量：GTP（真核體系還需ATP）（3）起始AA-tRNAfMet-tRNAfmet

（原核）

Met-tRNAmet

（真核）（4）起始復合物組成：大、小亞基、mRNA、起始因子、起始AA-tRNA小亞基先與起始AA-tRNA結合（真核）起始復合物形成過程核蛋白體的拆離、mRNA就位、起始tRNA結合、大亞基結合小亞基先與mRNA結合（原核）2、肽鏈延長

（1）延長因子EF-T：真核為EF-T1與T2，原核為EF-Tu、Ts與EF-G

（2）能量：GTP

方向：N端→C端（肽鏈）；5′端→3′端（mRNA）

（3）過程

進位：EF-Tu、Ts或T1、GTP；進入A位轉肽：轉肽酶；P位酰基與A位氨基反應

轉位、脫落、移位：EF-G（轉位酶）或T2、GTP

；由A位移至P位，A位留空肽鏈的延長12122323進位肽鍵形成移位進位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）

（1）釋放因子RF：原核：3種真核：1種（2）能量：GTP（3）轉肽酶活性轉變：轉肽酶→酯酶（水解酶）3、終止參與翻譯的蛋白質因子

階段原核真核功能

IF1

IF2

eIF2參與起始復合物的形成

IF3

eIF3、eIF4C

起始CBPI與mRNA帽子結合

eIF4ABF參與尋找第一個AUG

eIF5協助eIF2、eIF3、eIF4C的釋放

eIF6協助60S亞基從無活性的核糖體上解離

EF-Tu

eEF1

協助氨酰-tRNA進入核糖體延長EF-Ts

eEF1

幫助EF-Tu、eEF1周轉

EF-G

eEF2移位因子終止RF-1eRF釋放完整的肽鏈

RF-2因子前加“e”表示真核生物(eukaryotic)（三）翻譯后加工1、去除N-甲酰基（原核）或N-蛋氨酸（真核）2、二硫鍵形成：生成胱氨酸5、水解修剪

3、氨基酸側鏈修飾：羥化（生成羥脯氨酸、羥賴氨酸）、乙酰化、磷酸化、甲基化與羥甲基化、加糖、加脂，等

6、亞基聚合

4、輔基結合

多肽鏈折疊為天然三維結構肽鏈一級結構的修飾空間結構的修飾IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結合到小亞基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結合；mRNA在核蛋白體小亞基準確就位；核蛋白體大亞基結合。met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程又稱注冊(registration)1、進位指根據mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。

延長因子EF-T催化進位（原核生物）

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP2、轉肽由轉肽酶催化的肽鍵形成過程3、移位延長因子EF-G有移位酶(translocase)活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側移動。進位移位轉肽原核肽鏈合成終止過程UAG5'3'RFCOO-多核蛋白體1個mRNA和多個核蛋白體的聚合物，體現了蛋白質合成的高速、高效性。每個核糖體都獨立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，大大提高了翻譯的效率。（四）蛋白質合成所需的能量