生化各章小结(ppt转word版)

生 化 小 结

第十章 DNA的生物合成

一．DNA复制(replication)：是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子

链DNA的过程。

分子基础：碱基互补配对和DNA的二级结构。

化学本质：酶促反应。

参与物质：酶和蛋白质因子。

二．半保留复制是DNA复制的基本特征。

1.半保留复制(semi-conservative replication)：DNA生物合成时，母链DNA

解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。

2.意义：按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保

留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。

三．DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制。

1.双向复制：原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成

两个延伸方向相反的复制叉。

2.复制子(replicon)：真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。

习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。

四．DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制。

1.DNA复制是有方向性：总是沿着子链的5’--3’方向合成，这种方向的形成

取决于DNA聚合酶的聚合活性，在同一个复制叉上只有一个解链方向。

2.顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(leading

strand)。

3.另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这

股不连续复制的链称为随从链(lagging strand) 。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazaki fragment)。

4.领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

五．参与DNA复制的物质：底物(dATP, dGTP, dCTP, dTTP)、聚合酶(依赖DNA

的DNA聚合酶，简写为DNA-pol)、模板(解开成单链的DNA母链)、引物(提供3’-OH末端使dNTP可以依次聚合)、其他的酶和蛋白质因子

六．核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应，(dNMP)n + dNTP

→ (dNMP)n+1 + PPi。

1.DNA聚合酶（DNA-pol）催化核苷酸之间聚合。活性：3’--5’的聚合活性，

核酸外切酶活性（3’--5’外切酶能辨认错配的碱基对，并将其水解；5’--3’外切酶能切除突变的 DNA片段）。

1

2.原核生物的DNA聚合酶分为DNA-polⅠ、DNA-polⅡ、DNA-polⅢ三型，都具

有5`——3`聚合的活性和3`——5`核酸外切酶的活性。

DNA-polⅠ：只能催化延长约20核苷酸左右；对复制中的错误进行校读，对

复制和修复中出现的空隙进行填补。

DNA-polⅡ：DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活；在I和III缺失

情况下暂时起作用；对模板的要求不高，它参与DNA损伤的应急状态修复。 DNA-polⅢ：活性远高于I，是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

3.常见的真核细胞DNA聚合酶有DNA-pol?（起始引发，有引物酶活性）、

DNA-pol?（参与低保真度的复制）、DNA-pol?（在线粒体DNA复制中起催化作用）、DNA-pol?（延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性）、DNA-pol?（在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用）五种。

4.核酸外切酶的校读活性和碱基选择功能是复制保真性的酶学依据。

核酸外切酶(exonuclease)：能从核酸链的末端把核苷酸依次水解出来的酶，

外切酶是有方向性的。

5.DNA复制的保真性至少要依赖三种机制。（遵守严格的碱基配对规律；聚合

酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时DNA-pol的及时校读功能）

七．复制中的分子解链伴有DNA 分子拓扑学变化。

1.解螺旋酶（helicase)：利用

ATP供能，作用于氢键，使DNA

双链解开成为两条单链。

2.引物酶：依赖DNA的RNA聚

合酶在模板的复制起始部位

催化NTP的聚合, 形成短片

段的RNA。这一小段RNA作为

复制的引物，提供3’-OH末

端，使DNA-pol能够催化dNTP

聚合。

3.单链DNA结合蛋白(SSB)：在

复制中维持模板处于单链状态，保护单链的完整。

八．DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链。包括拓扑异构酶Ⅰ、拓

扑异构酶Ⅱ，既能水解 、又能连接磷酸二酯键。

1.拓扑异构酶Ⅰ作用机制：切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；

适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态；反应不需ATP。

2.拓扑异构酶Ⅱ作用机制：切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋

松弛；利用ATP供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。

九．DNA连接酶连接DNA双链中的单链缺口。

1.作用方式：连接DNA链3’-OH末端和相邻DNA链5’-P末端，使二者生成

磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。

2

2.功能: DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用,在DNA修复、重组及剪接

中也起缝合缺口作用,也是基因工程的重要工具酶之一。

十．原核生物DNA复制起始：DNA解链形成引发体。

1.DNA解开成单链，提供模板：E.coli复制起始点 oriC。

2.形成引发体，合成引物，提供3’-OH末端：含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引

物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

十一.原核生物DNA复制延长：复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP

的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

1.领头链的合成：领头链的子链沿着5?

→3?方向可以连续地延长。

2.随从链的合成：

3.同一复制叉上领头链和随从链由相同

的DNA-pol催化延长。

十二.原核生物DNA复制终止：切除引物、填补空缺、连接切口。

十三.真核生物的DNA生物合成中，细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关；蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。

十四.真核生物复制的起始与原核基本相似。

1. 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。复制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(RF)。

2. 增殖细胞核抗原（PCNA）在复制起始和延长中起关键作用。PCNA为同源三聚体，具有与E.coli DNA 聚合酶Ⅲ的β亚基相同的功能和相似的构象，即形成闭合环形的可滑动DNA夹子，在RFC的作用下PCNA结合于引物－模板链；并且PCNA使polδ获得持续合成能力。PCNA水平也是检验细胞增殖的重要指标。

3. 细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M

的 3

调节，与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。相关的激酶都有调节亚基即细胞周期蛋白(cyclin)，和催化亚基即细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)。哺乳类动物细胞内还发现天然抑制CDK的蛋白质，例如锚蛋白(ankynin)是CDK4的特异性抑制物，P21蛋白能抑制多种CDK。锚蛋白和P21蛋白的抑制/活化可使细胞周期开放/关闭，因此被形容为细胞周期的检查点(check point)蛋白。

十五.真核生物复制的延长发生DNA聚合酶α/δ转换。

DNA-pol δ和pol α分别兼有解螺旋酶和引物酶活性。在复制叉及引物生成后，DNA-pol δ通过PCNA的协同作用，逐步取代polα，在RNA引物的3’-OH基础上连续合成领头链。随从链引物也由polα催化合成。然后由PCNA协同，polδ置换polα，继续合成DNA子链。

十六.端粒酶参与解决染色体末端复制问题。

1. 染色体DNA呈线状，复制在末端停止；复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接；染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。

2. 端粒(telomere)：指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。其结构特点为：由末端单链DNA序列和蛋白质构成；末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。功能为：维持染色体的稳定性，维持DNA复制的完整性。

3. 端粒酶(telomerase)由端粒酶RNA(hTR)、端粒酶协同蛋白(hTP1)、端粒酶逆转录酶(hTRT)组成。

4. 端粒酶的催化延长作用：爬行模型。

十七.逆转录病毒细胞内的逆转录现象: RNA 模板经逆转录酶生成DNA-RNA杂化

双链，接着在RNA酶作用下生成单链DNA，最后在逆转录酶作用下生成双链DNA。

十八.cDNA：为试管内合成，以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列

互补的DNA链。

十九.滚环复制(rolling circle replication)：某些低等生物的复制形式，如

X174和M13噬菌体等。

二十.D环复制(D-loop replication): 是线粒体DNA的复制形式。

二十一.遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。在复制过

程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNA damage)。

1. 错配：DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)，包括转换（同型碱基间）和颠换（异型碱基间）。

2. 缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。

3. 插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。

4. 重排：DNA分子内较大片段的交换。

5. 框移突变三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变，缺失或插入都可导致框移突变。

4

二十二. DNA损伤的修复:

1. 光修复。

2. 切除修复：是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。

3. 重组修复：作用于单链

4. SOS修复：当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。在E. coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的；然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。

第十一章 RNA的生物合成

一．中心法则(The Central Dogma)：是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA

传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。在某些病毒中的RNA自我复制和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程是对中心法则的补充。

二．转录(transcription)：生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

1.RNA合成有转录与RNA复制两种形式。

2.与复制相同处：酶促的核苷酸聚合过程，以DNA为模板，依赖DNA的RNA

聚合酶，产物是磷酸二酯键连接的核苷酸链，都从5`-3`方向合成新链，遵从碱基配对规律。

3.与复制不同处：模板（不对称转录）、产物、配对、原料（NTP）、酶（RNA-pol）。

三．原核生物的转录模板。

1.结构基因(structural gene)：DNA分子上转录出RNA的区段。

2.不对称转录(asymmetric transcription)：在DNA分子双链上某一区段，一

股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。

3.转录是有方向性的，按照产物链的5`向3`方向延长。

4．DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链

(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。

四．RNA聚合酶能直接启动RNA链的合成。

1. DNA依赖的RNA聚合酶催化合成RNA，RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA

聚合酶催化DNA合成相似，(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+PPi。

2.RNA聚合酶通过在RNA的3’-羟基端加入核苷酸延长RNA链，以5’到3’

方向合成RNA。

3. DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就

能直接启动RNA链的延长。RNA聚合酶和DNA的特殊序列--启动子(promoter) 5