第九章 核酸的生物合成

I? 主要內容

一、DNA的半保留復制

復制時DNA的兩條鏈分開，分別作模板合成新鏈形成兩個DNA 新鏈。

1．復制子和復制方式

基因組中能夠獨立進行復制的單位稱為復制子，每個復制子都含有復制起點和終點。復制方向大多數(shù)是定點雙向，起點一個或多個，因此在復制的部位形成叉形，稱為復制叉。滾筒式復制是單向復制的特殊方式。

2．參與復制的酶和蛋白質因子

（1）DNA聚合酶：①原核細胞：DNA聚合酶I、II和III，其中DNA聚合酶III真正具有合成新鏈的復制作用。②真核細胞：DNA聚合酶α、β、γ、δ，其中DNA聚合酶α真正具有合成新鏈的復制作用。

(2)DNA連接酶：催化雙鏈DNA切口處5′- 磷酸基和3′-羥基生成磷酸二酯鍵的酶。? ? 連接酶作用的過程中，在原核細胞中以NAD+提供能量，在真核細胞中以ATP提供能量。

（3）拓撲異構酶：拓撲異構酶I消除DNA的負超螺旋，改變DNA的超螺旋數(shù)；拓撲異構酶II引入負超螺旋，消除復制叉前進帶來的扭曲張力。

（4）引物合成酶：催化RNA引物的合成，作用時該酶與另外6種蛋白結合形成引發(fā)體。

（5）DNA單鏈結合蛋白(SSB)：與DNA分開的單鏈結合防止雙鏈重新結合。

3．復制的方向：5′- 3′

4．復制的過程：雙鏈解開；RNA引物的合成；DNA新生鏈的延長；切除RNA引物，填補缺口連接相鄰的DNA片段；切除與修復錯配堿基。

二、DNA的損傷與修復

紫外線、電離輻射和化學誘變劑等理化因素可以導致DNA產(chǎn)生損傷，嚴重者可以導致生物死亡。DNA損傷的修復方式主要有光復活、切除修復和重組修復和應急反應(SOS)。

三、逆轉錄酶

逆轉錄酶是依賴RNA的DNA聚合酶，催化以RNA為模板的DNA合成，是多功酶。

四、RNA的生物合成——轉錄

1．RNA聚合酶

原核細胞的RNA聚合酶的全酶由五個亞基(α2β2σ)組成，沒有σ亞基的酶為核心酶。σ因子的功能是使RNA聚合酶與DNA結合，核心酶可以使已經(jīng)開始的轉錄過程完成。真核細胞的RNA聚合酶，根據(jù)對α-鵝膏蕈堿的敏感性分為三類：RNA聚合酶A、B和C。A對α-鵝膏蕈堿不敏感，B對低濃度的敏感，C對高濃度的敏感。

2．錄啟動和終止的調節(jié)

啟動子和啟動因子：從轉錄起點向上的第十個核苷酸(-10)處有TATAAT保守序列，是RNA聚合酶識別和結合的部位；另一個保守序列TTGACA中心位于-35處，是RNA聚合酶的識別信號。

終止子和終止因子：終止子位于已轉錄的RNA序列中，它使RNA聚合酶在模板上的移動減慢RNA的合成停止，終止因子有依賴和不依賴ρ因子兩種。

3．錄的過程和調節(jié)。

4．轉錄后加工：tRNA、mRNA和rRNA的前體通過剪接、拼接和甲基化等方式進行加工。

II? 習? 題

一、解釋名詞

1．密碼子：

2．逆轉錄：

3．中心法則：

4．基因重組：

5．不對稱轉錄：

6．岡崎片段：

二、是非題: 判斷下列每句話的意見正確與否，對的畫“√”，錯的畫“×”，并說明理由。

1．所有核酸的復制過程中，新鏈的形成都必須遵循堿基配對的原則。

2．原核細胞的每一個染色體只有一個復制起點，而真核細胞的每一個染色體就有許多個復制起點。

3．細胞中，DNA鏈延長的速度隨細胞的培養(yǎng)條件而改變。

4．所有核酸合成時，新鏈的延長方向都是從5′- 3′。

5．抑制RNA合成酶的抑制劑不影響DNA的合成。

6．在E.coli細胞和真核細胞中都是由DNA聚合酶I切除RNA引物。

7．缺失DNA聚合酶II的E.coli突變株，可以正常地進行染色體復制和DNA修復合成。

8．在真核細胞中，三種主要RNA的合成都是由一種RNA聚合酶催化。

9．大多數(shù)mRNA 5′-端都是由嘧啶核苷酸起始的。

10．真核細胞的mRNA兩個末端都有3- OH基團。

11．無論是在原核或真核細胞中，大多數(shù)mRNA都是多順反子的轉錄產(chǎn)物。

12．一段人工合成的多聚尿苷酸可自發(fā)形成雙螺旋。

三、填空題

1. mRNA前體的加工一般要經(jīng)過? ? ? ? ? ? ? 、在5′-端? ? ? ? ? ? 和在3′-端

? ? ? ? ? ? ? ?三個步驟。

2．逆轉錄酶是催化以? ? ? ? ? 為模板，合成? ? ? ? ?的一類酶，產(chǎn)物是? ? ? ? ?。

3．核糖體的? ? ? ? ? ? ?亞基上含有與mRNA結合的位點。

4．RNA聚合酶復合物中的因子具有? ? ? ? ? ? ? ? ? ?作用。

5．DNA雙鏈中編碼鏈的一段核苷酸順序是pCpTpGpGpApC，轉錄的mRNA順序應該是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

6．每個岡崎片段是借助連在它? ? ? ? ? ? ?端的一小段? ? ? ? ? ? ? 引物，每個岡崎片段的增長都是由? ? ? ? ? ? ? ? ?端向? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 端延伸。

7．DNA復制時，前導鏈的合成是? ? ? ? ? 的，復制方向與復制叉移動方向? ? ? ? ，后隨鏈的合成是? ? ? ? ? ? ? 的，復制方向與復制叉移動的方向? ? ? ? ? ? 。

8．在真核細胞的DNA切除修復過程中，受損傷的堿基可由? ? ? ? ? ? ? 切除，并由

? ? ? ? ? ? ? ? ?和? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 共同作用將缺失的堿基補上。

9．在實驗室使用的大多數(shù)誘變劑都是屬于? ? ? ? ? ? ? ? ? ?誘變，而大多數(shù)致癌物質都是屬于? ? ? ? ? ? ? ? ? 誘變。

10．在線粒體中的環(huán)狀基因組是通過? ? ? ? ? ? ? ? ?合成方式復制。

四、選擇題

1．下列何者是DNA復制的底物?

A ATP? B dUTP ? Ｃ dTTP ? Ｄ dGDP??

2．下列何者是DNA的基本單位?

Ａ dAMP ? Ｂ dUTP Ｃ dTTP ? Ｄ dGDP?

3．下列有關DNA聚合酶III的論述，哪一項是錯誤的?

Ａ 是復制酶 Ｂ 有5′-3′聚合活性

Ｃ 有3′-5′外切酶活性 Ｄ 有5′-3′，外切酶活性

4．下列有關DNA聚合酶I的論述，哪一項是錯誤的?

Ａ 是復制酶，又是修復酶 Ｂ 有3′-5′外切酶活性

Ｃ 有5′一3′聚合活性 Ｄ 沒有5′-3′，外切酶活性

5．下列有關DNA復制的論述，哪一項是正確的?

Ａ 領頭鏈是不連續(xù)合成的 Ｂ 隨從鏈是連續(xù)合成的

Ｃ 新鏈合成的方向與復制叉前進方向相同者，稱領頭鏈

Ｄ 新鏈合成的方向與復制叉前進方向相反者，稱領頭鏈

6．下列與DNA解鏈無關的是：

Ａ 單鏈DNA結合蛋白 Ｂ DNA Helicase

Ｃ DNA旋轉酶 Ｄ DNA酶?

7．下列哪一項屬于DNA自發(fā)損傷?

Ａ DNA復制時堿基錯配 Ｂ 紫外線照射DNA生成嘧啶二聚體

Ｃ x－射線間接引起DNA斷裂 Ｄ.亞硝酸鹽使胞嘧啶脫氨

8．下列哪一項引起DNA移碼突變?

Ａ DNA中的腺嘌呤轉換為鳥嘌呤 Ｂ DNA中的胞嘧啶轉換為尿嘧啶

Ｃ DNA中的鳥嘌呤顛換為胸腺嘧啶 Ｄ DNA鏈缺失一個核苷酸

９．下列有關反向轉錄的論述，哪一項是錯誤的?

Ａ 以DNA為模板合成cDNA Ｂ 合成的雙鏈DNA稱為前病毒

Ｃ 逆轉錄酶既催化cDNA的合成又催化模板RNA水解

Ｄ 引物不是以病毒DNA為模板合成的

10．下列有關真核生物轉錄的論述，哪一項是正確的?

Ａ 利福霉素及利福平可抑制其RNA聚合酶

Ｂ 利福平與σ亞基結合

Ｃ 不作為轉錄模板的DNA鏈稱為編碼鏈

Ｄ 啟動子通常位于結構基因的下游

11．在E.co1i細胞中DNA聚合酶I的作用主要是：

A DNA復制 ? ? B DNA合成的起始

C 切除RNA引物 ? ? D 岡崎片段的連接

12．5—氟尿嘧啶是經(jīng)常使用的誘變劑，它的作用是：

A 在DNA復制時，可引入額外的堿基。

B 取代胸腺嘧啶核苷酸到新合成的DNA分子中，在新鏈DNA復制時產(chǎn)生錯配堿基

C 使腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶脫氨。

D 參入RNA導致密碼子錯位。

13．小白鼠的基因組比E.co1i的基因組長600多倍，但是復制所需要的時間僅長10倍因為：

A 染色質蛋白加速小白鼠DNA的復制。

B 在細胞中小白鼠基因組不全部復制。

C 小白鼠DNA聚合酶合成新鏈的速度比E.co1i DNA聚合酶快60倍。

D 小白鼠基因組含有多個復制起點，E.co1i的基因組只含有一個復制起點。

14．細菌DNA復制過程中不需要：

A 一小段RNA作引物? ? B DNA片段作模板

C? 脫氧三磷酸核苷酸? ? D 限制性內切酶的活性

15．利用逆轉錄酶進行復制的動物病毒帶有：

A? 單鏈線形RNA? ? B 單鏈線形DNA

C? 雙鏈線形DNA? ? D 雙鏈共價封閉環(huán)形DNA? ·

16．下列物質可以作為逆轉錄病毒進行逆轉錄引物的是：

A 特異性的寄主tRNA? ? B 特異性的寄生蛋白

C U6snRNA? ? D U2snRNA

17．參與DAN復制的酶和蛋白質因子包括：⑴DNA聚合酶III；⑵解鏈蛋白和解旋蛋白；⑶DNA聚合酶I；⑷RNA聚合酶；⑸DNA連接酶。它按如下順序工作。

A ⑷、⑶、⑴、⑵、⑸； ? ? B ⑵、⑶、⑷、⑴、⑸；

C ⑷、⑵、⑴、⑸、⑶；? ? ? D ⑷、⑵、⑴、⑶、⑸；

E ⑵、⑷、⑴、⑶、⑸。

18．DNA半保留復制時，如果一個完全放射標記的雙鏈DNA分子在不含放射物的溶液中復制兩輪，共產(chǎn)生四個DNA分子，其放射性為：

A 半數(shù)分子無放射性； ? ? ?B 所有分子都有放射性；

C 半數(shù)分子的兩條鏈有放射性;? ? ? D 一個分子的兩條鏈都有放射性；

E 都無放射性。

19．大腸桿菌DNA連接酶的催化活性是：

A.在雙螺旋DNA一條鏈斷開處形成磷酸二酯鍵；

B.催化兩條游離的單鏈DNA分子形成磷酸二酯鏈；

C.以DNA作能源； D? 以ATP作能源。

20．配伍酶促反應：

A DNA聚合酶Ⅲ；? B DNA聚合酶I； C 引發(fā)酶；

⑴引物RNA合成；? ? ⑵DNA復制；? ? ??

⑶切除引物RNA； ⑷損傷DNA的暗修復。

五、問答與計算

1．簡述原核細胞內DNA聚合酶的種類和主要功能。

2．如何用實驗證實在復制叉區(qū)域存在許多小片段(Okazaki片段)?

3．每次DNA合成的起始需要一小段RNA作引物，E.co1i RNA聚合酶受利福平的抑制。 (1)把利福平加到正在進行對數(shù)生長的E.co1i群體中，對DNA復制會產(chǎn)生什么影響? (2)如果將E.co1i在缺乏某種生長必需因子的培養(yǎng)基中饑餓兩小時，然后再加入這種生長必需因子和利福平，對DNA復制會產(chǎn)生什么影響?

5．組織培養(yǎng)產(chǎn)生的哺乳動物細胞系的細胞中，每個DNA長1.2m，這些細胞生長周期中的S期長達5小時，如果這種細胞DNA延長的速度與E.co1i相同，即16μm／min，那么染色體復制時需要有多少復制叉同時運轉?

6．如果E.co1i的DNA長度為1100μm，復制一代大約需要40分鐘通過一個復制叉完成，求復制體的鏈增長速度和DNA螺旋的旋轉速度是多少(以每分鐘的轉數(shù)表示)