化学第十二章 核酸的生物合成

这是一篇关于第十二章 核酸的生物合成的思维导图，主要内容包括：中心法则，DNA的生物合成，RNA的生物合成。

第十二章 核酸的生物合成

• 1||| 中心法则
  • 标注
  • 1958年，Crick提出了“中心法则”(Central dogma)揭示了遗传信息的传递规律
  • 复制
    • 亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。
  • 转录
    • 以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。
  • 翻译
    • 亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。
  • 逆转录
    • 以RNA为模板合成DNA。
• 2||| DNA的生物合成
  • DNA的自我复制--半保留复制
    • 定义
      • DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制
    • DNA复制相关酶
      • （1）DNA聚合酶（具有校正功能，确保复制准确性和忠实性） （2）引物酶 (3）DNA连接酶 (4）DNA解链酶 (5）单链结合蛋白SSB (6）拓扑异构酶(解旋酶)
    • DNA合成的物质条件
      • （1）各种酶 （2）原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP) （3）DNA模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA （4）引物：一小段RNA(或DNA）为引物
    • 原核生物DNA复制的主要过程
      • 复制的起始
        • 大肠杆菌DNA复制特定起点：复制原点ori C。
        • 在起始位点解开双链，并形成复制叉。关键酶：解旋酶
      • DNA复制的延伸
        • 相关概念
          • 前导链：在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。
          • 滞后链：在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链
          • 半不连续复制：在DNA复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。
          • 冈崎片段：在DNA复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只能是断续的合成5’→3’的多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段
          • 复制体：在DNA合成的生长点（既复制叉上）分布着许多与复制有关的酶和辅助因子，它们在DNA的模板链形成离散的复合物，彼此配合进行高度精确的复制，称为复制体
        • DNA链的延长
          • 主要过程：DNA pol III催化底物dNTP逐个掺入，整个复制体沿着复制叉方向前进就合成DNA
          • 延长方向：复制沿5'→3'延长（指的是子链合成的方向）
          • 延长方式：前导链沿着5'→3'方向连续延长，而滞后链沿着5'→3'方向呈不连续延长（前导链只需要一个RNA引物，滞后链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物）
        • 链的延长反应由DNA聚合酶Ⅲ催化。
      • DNA链合成的终止
        • 终止过程：包括切除引物、填补空缺和连接切口。关键酶DNA聚合酶 I、DNA连接酶
    • 真核与原核细胞DNA复制的比较
      • 1、为多起点复制，为多复制子
      • 2、存在端粒复制（重要酶：端粒酶）
      • 3、真核生物DNA复制速度比原核慢，但总速度快于原核细胞
      • 4、真核冈崎片段长约100-200bp（原核生物中1000-2000个核苷酸）
    • 基本规律（或特点）
      • （1）半保留复制
      • （2）在特定的部位开始， 原核细胞仅有一个复制子(真核多个复制子)
      • （3）单向或双向
      • （4）从5 ’→3’方向进行
      • （5）半不连续复制
      • （6）需要RNA作为引物
    • 生物学意义
      • 保证亲代的遗传信息相对稳定地传递给后代
  • 逆转录
    • 定义
      • 以RNA为模板合成DNA。这与通常转录过程中遗传信息从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录作用
    • 主要酶
      • 逆转录酶
    • 生物学意义
      • 扩充了中心法则 有助于对病毒致癌机制的了解 与真核细胞分裂和胚胎发育有关 逆转录酶是分子生物学重要工具酶
  • 其他相关概念
    • PCR（Polymerase Chain Reaction）
      • 聚合酶链式反应，它是一种用于体外扩增特定的DNA片段的分子生物学技术
    • DNA损伤
      • 某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于DNA，造成DNA结构和功能的破坏，称为DNA的损伤
    • DNA突变
      • DNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致DNA的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，称为DNA的突变
• 3||| RNA的生物合成
  • 转录
    • 定义
      • 是在 DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按照碱基互补配对原则，以四种核苷酸为原料，合成一条与模板DNA互补的RNA 的过程
    • RNA合成（转录）的基本特征 （与DNA合成的差别）
      • 1、底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP） 2、不需引物 3、模板为单个或少数几个基因的DNA序列 4、RNA聚合酶没有校读功能 5、新链延伸方向5’→3’，碱基的加入遵循碱基配对原则（共同点）
    • 原核生物启动子的识别关键区域
      • -10序列（Pribnow框）在转录起点上游大约-10处，有一个6bp的保守序列TATAAT，称Pribnow框。目前认为，Pribnow框决定转录方向
      • -35序列（Sexfama box）（识别区域）：只含-10序列的DNA不能转录，在-10序列上游还有一个保守序列，其中心约在-35位置，称为-35序列，此序列为RNA酶的识别区域。
    • 真核生物和原核生物转录的差别
      • 真核：1个转录单位=1个基因；原核：1个转录单位=多个基因 RNA聚合酶不相同 启动子不同 场所不同 转录后RNA加工修饰不同（真核需要加工修饰，原核mRNA一旦形成既可指导合成蛋白质）
  • RNA的自我复制
    • 有些RNA病毒，进入寄主细胞后，借助复制酶而进行RNA病毒的复制
• 【目标】掌握1. 遗传中心法则；2. DNA的生物合成过程；3. DNA突变、损伤与修复；4. 原核生物以及真核生物RNA转录和RNA复制及转录后的加工特点