生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 1 页 共 14 页
1
第九章 核酸的生物合成
中心法则
第一节 DNA 的生物合成
第二节 RNA 的生物合成
第三节 基因工程简介
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 14 页
2
生物与非生物的根本区别在于生物能进行新陈代谢和具有繁殖能力。新陈代谢为生物个体的生长发育提供了必要的物质和能量，而繁殖和遗传则使生物群体得以繁衍生息、不断进化。现代科学已经充分证明，核酸是生物遗传的物质基础。除少数 RNA 病毒外，几乎所有的生物均以 DNA 为遗传信息载体。生物的遗传信息以密码的形式贮存在 DNA 分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂过程中，
通过 DNA 复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。 在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给 RNA，再由 RNA 通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸序列，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代极其相似的遗传特征。
中心法则
中心法则：遗传信息的传递规律（路线）
复制：以亲代 DNA 双链中的每一股链为模板，按照碱基配对原则，合成出与亲代完全相同的两个双链 DNA 分子的过程。
转录：以 DNA 为模板，按照碱基配对原则，将 DNA 分子的遗传信息转移到
RNA 分子上的过程。
翻译：以 RNA 为模板，根据三个碱基决定一个 AA 的原则，合成具有特定 AA
顺序的蛋白质的过程。
逆转录：逆转录病毒能以其 RNA 为模板，合成 DNA，称为逆转录。
第一节 DNA 的生物合成
一,DNA 的复制
（一） DNA 的半保留复制（复制方式）
RNA
DNA
翻译蛋白质复制复制转录逆转录
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 3 页 共 14 页
3
1、半保留复制的概念,Watson 和 Crick 于 1953 年提出 DNA 双螺旋结构模型时，就对其复制的分子机制作出科学的预测。即
在 DNA 复制过程中，亲代的一个 DNA 双螺旋分子通过复制形成了两个与原先的碱基序列完全相同的子代 DNA 分子，每个子代分子中有一条链来自亲代 DNA，
另一条链是新合成的。这样的复制方式，称为半保留复制。
双链 DNA 复制模型。
2、半保留复制的证据
1958 年 M,Meselson 和 F,M,Stall 利用同位素标记大肠杆菌，首先证明了 DNA
半保留复制。 P311
3,半保留复制的生物学意义
使生物的遗传性保持了相对稳定性。
（二）参与大肠杆菌 DNA 复制的酶类及有关因子
除模板、四种 dNTP、底物,Mg
2+
外，在起始、延长、终止各阶段都需酶及蛋白因子。
1,DNA 聚合酶
大肠杆菌中至少有 5 种，分别命为 DNA 聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。
①DNA 聚合酶 I（单体酶：单肽链）
主要功能,负责 DNA 的损伤修复及在 DNA 复制中,切除引物,填补空隙的作用。
主要负责 DNA 的损伤修复。
若用枯草杆菌蛋白酶处理此酶，可得两个片段,
a.分子量 76KD，有 5 ’→3 ’聚合酶和 3 ’→5 ’外切酶活力，叫 Klenow 片段。3 ’ →5 ’
外切活性能及时切除错配核苷酸（发生错配时，此 E 活性提高）,与 5 ’→3 ’聚合活性共同保证 DNA 复制的过程中的高保真度。 广泛用于 DNA 序列分析和其它研究。
b.分子量 34kD，5 ’→3 ’外切酶活力。
作用于双链 DNA 的碱基配对部分，从 5 ’端切下单核苷酸或寡核苷酸。
在 DNA 损伤修复和切除 RNA 引物中发挥作用。
②DNA 聚合酶Ⅱ（单体酶）
主要功能参于 DNA 的损伤修复
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 14 页
4
具有 5 ’→3 ’聚合活力，较弱，3 ’→5 ’外切活性。但无 5 ’→3 ’外切活性。
③DNA 聚合酶 Ⅲ（寡聚酶）
是催化大肠杆菌 DNA 复制的主酶
全酶有 10 种亚基，含 Zn
2+
β亚基大约把酶的核心夹于模板上，从而提高全酶的工作能力。
④DNA 聚合酶 IV 和 V
与 DNA 的修复有关。 （1999 鉴定）
2、引发酶和引发体
所有 DNA 聚合 E 都只能在模板链指令下，在引物（通常为 RNA）3′－OH 端添加新核苷酸（延伸新链）功能，没有从头合成活力。
引发酶合成一小段 RNA 引物（有游离的 3′－OH）,作为 DNA 合成的引物。
引发酶为一条单链多肽，单独存在时相当不活泼，只有与几 种辅助蛋白组装成引发体，才有合成引物活性。
3、DNA 连接酶
催化双链 DNA 中一条链上缺口的共价连接，形成 3ˊ，5ˊ－－磷酸二酯键。缺口上的 3′－OH，5ˊ－磷酰基必须相邻。如果缺少一个或几个核苷酸残基，连接酶不能将缺口弥合。也不能将两条游离的单链连接起来。需要消耗能量，大肠杆菌
NAD
+
，真核细胞 ATP。
4、DNA 解螺旋酶
DNA 双螺旋在复制和修复中都必须解链，以便提供单链 DNA 模板。催化 DNA 双螺旋解链，都有依赖双链 DNA 的 ATPase 活性。水解 ATP 提供解链所需能量。
5、单链 DNA 结合蛋白
SSB 结合蛋白的作用,
DNA 双螺旋经解螺旋酶解链形成的单链很快被 SSB 所覆盖。
①保护单链 DNA 免遭核酸的降解，使单链 DNA 保持伸展态，以便作为模板。
②降低 DNA 的 Tm，促进 DNA 解链。原核细胞 SSB 有协同效应，真核细胞无。
协同效应,先结合到已存在的单链区，其后的 SSB 的结合能力可提高 10
3
倍，表现出协同效应。
ΠΙ
→
→
→
→?
低活性的核心或pol
形成外切活力5'θ刺激ε的3'
外切活性5'ε亚基有3'
聚合活力3'a亚基有5'
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 5 页 共 14 页
5
6、拓扑异构 E
大肠杆菌（原核生物）DNA 为双链环形，其三级结构为麻花状超螺旋形式，连环数是表示超螺旋的一个参数。大小和一级结构完全相同的 DNA 分子，可因连环数不同而形成一系列拓扑异构体。
引起拓扑异构反应的 E，亦称旋转酶。有两种类型,
拓扑异构酶Ⅰ，松解螺旋，能切开一条 DNA 链在复制叉前面的一段 DNA 的一个磷酸二酯键，允许该 DNA 链绕着另一条完整的 DNA 链自由旋转，而后由拓扑异构酶重新形成磷酸二酯键。 （不需 ATP，可切无 DNA 双螺旋中的一条链）
拓扑异构酶Ⅱ（旋转 E）细菌环形 DNA 复制后，两个 DNA 分子是互锁的。该酶结合到一双链 DNA 环上，造成一暂时性的双链断裂，另一 DNA 环正好从这一断裂处穿过，然后拓扑异构酶重新封上这个链的断口。 （引入负超螺旋，需 ATP，消除复制叉前进时产生的扭曲张力。在无 ATP 时，可松解负超螺旋。可同时切断 DNA 双链。 ）
（三）原核生物 DNA 复制
以四种 dNTP 为底物在 DNA 模板指令下，按碱基配对的原则，由 DNA 聚合酶催化，向
DNA 的 3′－OH 端添加核苷酸，以 5 ’→3 ’的方向合成与模板互补的新链。
1、复制的起始
原核生物：特定位点开始，特定位点终止，只有一个复制子。 （基因组能独立进行复制的单位） 。
真核生物：多个位点起始，多复制子。
大肠杆菌复制起始点：oriC
终止点：ter
一些特殊的 Pr 可以识别并结合到复制起点，随即使 DNA 双螺旋局部解链，形成复制眼，在其两端的 DNA 的两股链呈丫字状，称为 复制叉 。分别向两侧进行复制，
通常复制叉双向等速前进，某些质粒，病毒和细胞器 DNA 的复制可以单向或是不等速的或是先合成一条链后再合成另一条链。
→?
EDNA聚合
+2
Mg
n
1
dATP
n
2
dGTP
n
3
dCTP
n
4
dTTP
DNA + DNA+(n
1
+n
2
+n
3
+n
4
)PPi
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 14 页
6
迅速生长的细菌，第一轮复制未完成就启动第二次复制。
2、DNA 链的合成与延伸
（1）在引发的复制叉上，DNA 聚合酶Ⅲ组装形成，然后按照 DNA 模板链的指令，
自 RNA 引物 3 ’-OH 末端依次添加新的脱氧核苷酸残基，新生成的 DNA 链按 5 ’→3 ’方向不断延伸，同时新链与模板链反向平行，碱基配对。
（2）由于两条模板链反向平行，若以走向 3 ’→5 ’的亲代链为模板，子代链就能连续合成，称为 前导链,若以走向 5 ’→3 ’的亲代链为模板时，DNA 聚合酶Ⅲ只能按 5 ’
→3 ’的方向合成许多小片段（称为 冈崎片段 ）,然后由 DNA 聚合酶 I 切除片段上的引物，填补片段之间的空缺，最后由连接酶把它们连接成一条完整的子代链，称为 滞后链。
（3）半不连续复制
象这样，在复制叉上新生的 DNA 链一条按 5 ’→3 ’的方向（与复制叉移动方向一致）连续合成；另一条则按 5 ’→3 ’的方向（与复制叉移动方向相反）不连续合成，
称为半不连续复制。
3、终止
复制叉从两端进入 ter 位点后，复制终止。由 DNA 聚合酶Ⅰ填补空隙，连接 E
封口。
DNA 复制的高保真度主要是靠 DNA 聚合酶实现的。
（1）5 ’→3 ’聚合活性部位对底物的选择性，添加的新 dNTP 碱基必须与模板链碱基正确匹配。
（2）3 ’→5 ’外切活性具有校对或编辑功能，可及时切除参入新链 3 ’-末端的错误残基。
另外，U-糖苷酸，脱碱基核酸内切酶（AP 内切酶）等也参于校对。
综上所述,大肠杆菌复制是在几十种酶和蛋白质因子精确配合下完成的，定点起始，两个复制叉双向等速前进，进行半保留，半不连续的复制。
（四）真核细胞 DNA 的复制
1、染色质复制
（1）真核细胞染色体 DNA 分子为线性的。比原核细胞 DNA 分子大，复制更为复杂。也包括不同的 DNA 聚合酶、拓扑异构酶、解螺旋酶、连接酶、单链结合蛋白和生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 7 页 共 14 页
7
许多蛋白质因子。
（2）为多复制子复制（多起点双向复制）,在全部染色体复制完成前，各复制子不能再开始新一轮复制。
（3）在 DNA 复制的同时另外还要组装成核小体。
2、端粒复制
真核生物染色体 DNA 为线性分子，按 DNA 复制机制，其滞后链模板 5′不能被复制，使已复制出来的新链缩短，从而使染色体端部随复制次数增加而不断缩短。
多数生物是通过端粒酶专司端粒的复制，而端粒只有在生殖细胞及受精卵中才有较高的活性。
端粒酶作用的具体机制尚不清楚，其可能的模式：端粒酶的 RNA 分子与端粒末端形成氢键，接着，RNA 分子作为模板，通过逆转录在 DNA3′末端添加 6 个核苷酸，
随后，端粒酶从 DNA 分子上解离。新延伸出来的 DNA 链就可以作为复制模板形成双链染色体 DNA。
二、逆转录
以 RNA 为模板，由 RNA 指导的 DNA 聚合酶（逆转录 E）催化，合成 DNA 的过程。
1、逆转录酶的性质
①寡聚 E
②兼具有三种酶的活力，具有 RNA 指导的 DNA 聚合 E 活力，DNA 指导的 DNA 聚合酶活力和 RNaseH（核糖核酸酶 H）活力。 RNaseH,具有 5′→3′和 3′→5′外切酶活力，可除去 DNA、RNA 杂交分子中的 RNA，同时还具有逆转录酶的活力。是一个酶分子同时具有两种活性。
③要求有模板和短链 RNA 引物，dNTP 为底物，二价阳离子、和保护 —SH 的酶。
2、逆转录病毒逆转录过程
RNA（+）→RNA（+）/cDNA（-）→DNA（+）/cDNA（-）→RNA（+）
3、逆转录的生物学意义
逆转录过程的发现，不仅扩充了中心法则，还有其重要的生物学意义。它有助于人们对 RNA 病毒致癌机制的了解，并对防治肿瘤提供了重要线索。20 世纪 80 年代初发现的一种对人类健康威胁极大的传染病 —爱滋病，现已证明它也是一种逆转录病毒引起的，为了了解爱滋病的起因以及寻找防治途径，都需要深入研究这类病生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 8 页 共 14 页
8
毒的生活周期。
另外，逆转录酶已成为分子生物学和基因工程中常用的一种工具酶，利用它可以从 mRNA 合成相应的 cDNA，在基因结构研究、氨基酸序列预测以及基因工程中具有十分重要的意义。
三、DNA 突变
1、概念,碱基顺序发生突然而稳定的改变，复制、转录、翻译也发生变化，表现出异常的遗传特性。
2、突变的类型
①置换（转换、颠换）→点突变。一个或几个碱基的置换
转换：同一类碱基之间的置换。
颠换：异类碱基之间的置换。
②插入：DNA 链中插入一个或几个碱基对。
③缺失：丢失一个或几个碱基对。
点突变→个别密码子→个别氨基酸改变
移码突变→全部→后果严重 将导致染色体结构畸变。
四、DNA 的损伤修复
（一）DNA 的损伤
X－射线、紫外线照射 DNA，引起损伤。如形成胸腺嘧啶二聚体。
（二）损伤后的修复
1、光裂合酶修复：这种修复作用需要光，也称为光修复作用（光复活作用）
可见光（400－500nm ）激活光裂合酶，将嘧啶二聚体分开，恢复成单独的嘧啶碱基，对单细胞生物比较重要，人无。
2、切除修复
修复酶识别损伤部位，切除包括损伤部位的单链 DNA 片段，然后由 DNA 聚合酶和连接酶以另一条完整链为模板进行修补。
（1） 切断：专一性的内切酶在靠近二聚体处切断单链 DNA。
（2） 修复合成：DNA 聚合酶在断口处进行局部修复合成。
移码突变,在 DNA 链中插入或缺失一个或几个碱基对，将导致遗传密码解读框架的改变，从而突变位点以后的密码都可能发生错误，称为移码突变。
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 9 页 共 14 页
9
（3） 切除：5′ —核酸外切酶切去嘧啶二聚体片段。
（4） 连接：连接酶将新合成的 DNA 链与原来的 DNA 链连在一起。
3、重组修复
有结构损伤的 DNA 没修复，仍可进行复制。只是在新合成的子链中与模板损失部位相对应的地方因受阻而留下缺口，在重组酶作用，带缺口的 DNA 与完整的娣妹双链进行重组交换，用相应的 DNA 片段填补小链缺口。
实质：损伤的 DNA 链没有得到修复，只是在生物体内得到了“稀释” 。
后两种机制不需要光照，因此又称为暗修复。
第二节 RNA 的生物合成
根据分子遗传的中心法则，RNA 处于信息代谢的中心环节：贮存在 DNA 分子上的遗传信息必须转录到 mRNA 分子中,才能用来指导蛋白质的合成。 同时,rRNA,tRNA
和具有特殊功能的小 RNA 都是以 DNA 为模板、在 RNA 聚合酶催化下合成的。此外，
除逆转录病毒，其他 RNA 病毒均以 RNA 为模板进行复制。
一、转录
在 DNA 指导下的 RNA 聚合酶催化下，以 DNA 的一条链为模板，接照碱基互补配对的原则，以四种 NTP 为底物，按 5′－3′方向合成一条与模板 DNA 链互补的 RNA
链的过程。
转录为不对称转录：即以一条 DNA 链一段为模板进行转录。
转录起始于 DNA 模板的一个特定位点，并在一定位点处终止，此转录区域称为转录单位。 一个转录单位可以是一个基因，也可以是多个基因。转录的起始是由 DNA
的 启动子 区控制的，而控制终止的部位则称为 终止子 。
基因,是遗传物质的最小功能单位。是特定的 DNA 片段，这些片段中有些是为一种或几种蛋白质（酶）的全部 AA 编码的核苷酸顺序，称为基因或基因组,
DNA 的有意义链和反意义链,在转录中，双股 DNA 只有一条是模板，称为
模板 DNA 链 非编码链 反意义链 （-）链
另一条链则称为 非模板 DNA 链 编码链 有意义链 （+）链
实验证明：DNA 分子上编码链和非编码链是相对的，在同一 DNA 分子的某些部分基因以这条链作为模板链，而在另一区域别的基因中则以另一条链为模板链。即存在着一组基因与另一组基因模板的改链。
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 10 页 共 14 页
10
转录成的 mRNA 是（+）链。由于 RNA 产物和正链都与模板链反向平行，碱基互补，所以二者的碱基序列相同，虽然在 DNA 正链中的 T 在 RNA 中被 U 代替，通常用正链 DNA 的碱基序列来表示基因的一级结构，转录起点为+1（与 RNA 产物中第一个残基相对应）,其上游（5′侧）残基为-1，依此类推。
（一）RNA 聚合酶
原核生物 RNA 聚合酶,（由 5 个亚基构成）
核心酶 a 2ββˊ
全酶 还含有两个 Zn
+
，不含 6 亚基的酶称为核心酶。
6-因子
6 因子：与启动子结合，参与基因转录的起始，一旦引发 RNA 的合成，就与核心酶 a 2ββˊ分离。
原核生物只有一种酶，转录三种 RNA（mRNA、rRNA、tRNA）前体。
真核生物 RNA 聚合酶,
三种，分别转录不同的 RNA。
类 型 Ⅰ（或 A） Ⅱ（或 B） Ⅲ（或 C）
别 名 rRNA 聚合酶 hnRNA 聚合酶 小分子 RNA 聚合酶
转 录 产 物 rRNA 前体 hnRNA（mRNA 前体） tRNA 和 5S rRNA 前体
对 a－鹅膏蕈碱的繁感性
不敏感 抑制（高度敏感） 抑制（中度敏感）
RNA 聚合酶缺乏核酸外切酶活性，不具备校对功能，因此 RNA 转录的保真度比
DNA 复制低的多。
（二）转录过程
RNA 的转录为不对称转录，因为转录仅以 DNA 一条链的某一区段为模板。
1、转录的起始
启动子,在基因上由 RNA 聚合酶识别、结合并确定转录起始位点的特定序列。
一般位于转录起点的上游，约包括 40 个碱基对。根据对 100 多个基因碱基序列的分析，大肠杆菌启动子至少有两处共同顺序：－35 顺序（RNA 聚合酶全酶识别部位，约含 12bp）和－10 顺序（或 TATA 框或 pr ibnow box，富含 AT，有助于 DNA 双螺旋的局部解链，全酶结合部位） 。
目前普遍认为，RNA 聚合酶全酶先识别 —35 顺序，并与 DNA 结合形成不稳定的生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 11 页 共 14 页
11
复合物，然后酶沿 DNA 滑动，进入 —10 顺序，形成开放的启动子复合物，使 DNA 局部解链。酶进一步滑向转录起点，并引入第一个 NTP（通常是 ATP 或 GTP）,启动 RNA
的合成。
2、RNA 链的延伸
当形成 RNA 产物的第一个磷酸二酯键（二个 NTP）时，6 亚基离去，完成从起始到延伸的转变。
核心酶，DNA 和新产生的 RNA 区域形成 转录鼓泡 。核心酶沿模板链 3′ —5′的方向滑动，按照碱基配对的原则以 5′－3′的方向合成 RNA。
鼓泡前 DNA 不断解链，鼓泡后 DNA 同速复链。鼓泡中 DNA/RNA 形成 A 型杂交螺旋。
3、转录后的终止
终止子,DNA 对转录终止进行控制的一段特殊序列，位于基因末端。
大肠杆菌中有两类终止子,
①不依赖ρ因子的终止子 P329
②依赖ρ因子的终止子。
（三）转录后的加工
转录后的加工包括,
①切除某些核苷酸序列
②拼接形成 5ˊ和 3ˊ末端的特殊序列
③碱基修饰
④改变糖苷键等过程
例,
1．rRNA 前体转录后加工
原核,
真核,
2,tRNA 前体转录后加工
①切除 5 ’和3 ’端多余的核苷酸序列
②3 ’添加 CCA 序列
③对碱基和核糖进行修饰。
rRNA8s,28s,5.8s和145s
ArRNA和几个tRN,16s,23s,5s
17s,25s30s
酶促裂解甲基化专一核酸酶切割核酸酸裂解甲基化
→→?
→→→?
Κ
Κ
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 12 页 共 14 页
12
3．真核细胞 mRNA 前体转录后加工 （原核细胞 mRNA 边转录边利用，一经合成便具有模板活性，一般不需要加工。 ）
真核生物 mRNA 分子的寿命较长，有的可达几小时，不象原核生物只有几秒钟。
真核细胞编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，转录成单顺反子 mRNA。
为一条多肽链编码的 mRNA 称作单顺反子。 （一个基因的复本）
可以为两条或更多条多肽链编码的 mRNA 称为多顺反子,（几个基因的复本） 。
大多数蛋白质基因为不连续基因，它的编码序列（ 外显子 ）被非编码序列（ 内含子 ）隔成若干片段，外显子和内含子一起被转录，生成分子量很大的前体分子，
在核内加工过程中又形成大小不等的中间物，称为 核不均一 RNA（hnRNA）
hnRNA 加工,
①5 ’端形成帽子结构（M
7
G
5’
PP
5’
NmpNp）,加工发生在转录尚未完成时。
②3 ’端添加 polyA 结构
③剪去内含子，拼接外显子
④对特定核苷进行甲基化
snRNA（核内小 RNA）,参与 hnRNA 的前接
核酸构成酶 （ribozyme）:具有催化功能的 RNA。意义：在 RNA 前体加工中具有重要意义。
二、RNA 的复制
在 RNA 指导下，由 RNA 复制酶合成新的 RNA 的过程。
病毒 RNA 复制酶具有很高的模板专一性，只识别病毒自身的 RNA。
许多病毒和噬菌体以 RNA 为遗传物质，称为 RNA 病毒。
复制方式,
（1） 正链 RNA 病毒（脊髓灰质炎病毒）
首先以 RNA（+）为模板合成负链 RNA，再以负链 RNA 为模板合成新的病毒 RNA，
与蛋白质组装成病毒颗粒。
（2）负链 RNA 病毒（狂犬病病毒）
() ( ) ( ) ( ) ( )()RNA病毒RNARNA/RNARNA/复制E和相关蛋白CellRNA
合成
+→+?→?+→→?→+
病毒
)RNA)RNA/((
Pr复制酸)RNA(
)RNA)RNA/((Cell复制酶)RNA( →
+
+→+
→+?→→+?
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 13 页 共 14 页
13
（3）含有双链 RNA 的病毒（呼肠孤病毒）
（4）逆传录病毒（含正链 RNA）
在病毒特有的逆转录酶的催化下合成负链 DNA，进一步生成双链 DNA（前病毒）,
然后由寄主细胞酶系统以负链 DNA 为模板合成病毒的正链 RNA，同时翻译出病毒蛋白和逆转录酶，组成新的病毒颗粒。
（+） RNA+逆转酶→Cell→(+)RNA/(-) DNA(cDNA)→(-)DNA/(+) DNA→(-)DNA/(+)RNA+
逆转录酶+Pr→病毒
三、核酸合成的抑制剂
（一）核苷酸合成抑制剂
1.氨基酸类似物 2.叶酸类似物 3.碱基和核苷类似物
（二）与 DNA 模板结合抑制剂
1.嵌合剂（放线菌素 D） 2.烷化剂(氮芥、硫芥、氮丙啶)
（三）聚合酶的抑制剂
利福霉素及衍生物利福平，曲张霉等。
第三节 基因工程简介
一、概念
用类似工程技术的方法，将不同生物或人工合成的 DNA，按照设计方案进行重新的组合，再放回到生物体中，从而改变生物遗传特性，创造出新型生物的方法。
二、基因工程操作步骤
体外基因重组
操作技术包括两个紧密相关的环节
重组体的转化、增殖与表达
①从 cell 中分离目的基因
1、目的基因的制备 逆转酶法（mRNA cDNA）
②合成目的基因
人工合成 （按照设定的碱基序列化学方法人工合成所需要的基因。 ）
病毒
Pr复制酶
)RNA)RNA/((
)RNA(Cell复制酶双链RNA
+
+
→+→→+
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 14 页 共 14 页
14
注：化学合成法价格昂贵，且每次合成的片段长度受限。1983 —1986 年 Mullis
等建立的聚合酶链式反应（PCR 技术）,是一种体外模拟自然 DNA 复制过程的核酸扩增技术，即无细胞分子克隆技术。它以待扩增的两条 DNA 链为模板，由一对人工合成的寡聚核苷酸引物介导，通过 DNA 聚合酶酶促反应，快速体外扩增特异的 DNA 序列，PCR 技术中每轮循环包括变性、复性和延伸 3 个阶段。
2、取得基因载体
异源基因直接用于转化，效率通常很低，真核基因尤其如此。而且进入受体细胞后极易被水解，极不稳定。为了使目的基因在受体细胞中增殖表达，一般需要适当的运载工具将其带入细胞内，这种运载工具称为载体。常用的载体有质粒和噬菌体。质粒是细菌和酵母中独立于染色体之外能自主进行复制的双链闭环 DNA 分子。
噬菌体是细菌病毒，也能独立复制、稳定地遗传。
对载体的要求,
①有 1－2 个（少数）限制性内切酶切点
②易于克隆
③有选择性标记
④能独立复制
⑤拷贝数多，易分离
①借助限制性酶切粘性末端
3、目的基因与基因载体体外重组
②人工粘性末端
4、将重组 DNA 引入活细胞，在活细胞中生长扩大百万倍以上
①转化,对受体细胞进行某些处理，例 CaCl 2处理大肠杆菌。
②筛选、鉴定
③增殖、表达
5、应用
三、基因工程的应用与前景（讨论）
1
第九章 核酸的生物合成
中心法则
第一节 DNA 的生物合成
第二节 RNA 的生物合成
第三节 基因工程简介
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 14 页
2
生物与非生物的根本区别在于生物能进行新陈代谢和具有繁殖能力。新陈代谢为生物个体的生长发育提供了必要的物质和能量，而繁殖和遗传则使生物群体得以繁衍生息、不断进化。现代科学已经充分证明，核酸是生物遗传的物质基础。除少数 RNA 病毒外，几乎所有的生物均以 DNA 为遗传信息载体。生物的遗传信息以密码的形式贮存在 DNA 分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂过程中，
通过 DNA 复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。 在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给 RNA，再由 RNA 通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸序列，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代极其相似的遗传特征。
中心法则
中心法则：遗传信息的传递规律（路线）
复制：以亲代 DNA 双链中的每一股链为模板，按照碱基配对原则，合成出与亲代完全相同的两个双链 DNA 分子的过程。
转录：以 DNA 为模板，按照碱基配对原则，将 DNA 分子的遗传信息转移到
RNA 分子上的过程。
翻译：以 RNA 为模板，根据三个碱基决定一个 AA 的原则，合成具有特定 AA
顺序的蛋白质的过程。
逆转录：逆转录病毒能以其 RNA 为模板，合成 DNA，称为逆转录。
第一节 DNA 的生物合成
一,DNA 的复制
（一） DNA 的半保留复制（复制方式）
RNA
DNA
翻译蛋白质复制复制转录逆转录
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 3 页 共 14 页
3
1、半保留复制的概念,Watson 和 Crick 于 1953 年提出 DNA 双螺旋结构模型时，就对其复制的分子机制作出科学的预测。即
在 DNA 复制过程中，亲代的一个 DNA 双螺旋分子通过复制形成了两个与原先的碱基序列完全相同的子代 DNA 分子，每个子代分子中有一条链来自亲代 DNA，
另一条链是新合成的。这样的复制方式，称为半保留复制。
双链 DNA 复制模型。
2、半保留复制的证据
1958 年 M,Meselson 和 F,M,Stall 利用同位素标记大肠杆菌，首先证明了 DNA
半保留复制。 P311
3,半保留复制的生物学意义
使生物的遗传性保持了相对稳定性。
（二）参与大肠杆菌 DNA 复制的酶类及有关因子
除模板、四种 dNTP、底物,Mg
2+
外，在起始、延长、终止各阶段都需酶及蛋白因子。
1,DNA 聚合酶
大肠杆菌中至少有 5 种，分别命为 DNA 聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。
①DNA 聚合酶 I（单体酶：单肽链）
主要功能,负责 DNA 的损伤修复及在 DNA 复制中,切除引物,填补空隙的作用。
主要负责 DNA 的损伤修复。
若用枯草杆菌蛋白酶处理此酶，可得两个片段,
a.分子量 76KD，有 5 ’→3 ’聚合酶和 3 ’→5 ’外切酶活力，叫 Klenow 片段。3 ’ →5 ’
外切活性能及时切除错配核苷酸（发生错配时，此 E 活性提高）,与 5 ’→3 ’聚合活性共同保证 DNA 复制的过程中的高保真度。 广泛用于 DNA 序列分析和其它研究。
b.分子量 34kD，5 ’→3 ’外切酶活力。
作用于双链 DNA 的碱基配对部分，从 5 ’端切下单核苷酸或寡核苷酸。
在 DNA 损伤修复和切除 RNA 引物中发挥作用。
②DNA 聚合酶Ⅱ（单体酶）
主要功能参于 DNA 的损伤修复
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 14 页
4
具有 5 ’→3 ’聚合活力，较弱，3 ’→5 ’外切活性。但无 5 ’→3 ’外切活性。
③DNA 聚合酶 Ⅲ（寡聚酶）
是催化大肠杆菌 DNA 复制的主酶
全酶有 10 种亚基，含 Zn
2+
β亚基大约把酶的核心夹于模板上，从而提高全酶的工作能力。
④DNA 聚合酶 IV 和 V
与 DNA 的修复有关。 （1999 鉴定）
2、引发酶和引发体
所有 DNA 聚合 E 都只能在模板链指令下，在引物（通常为 RNA）3′－OH 端添加新核苷酸（延伸新链）功能，没有从头合成活力。
引发酶合成一小段 RNA 引物（有游离的 3′－OH）,作为 DNA 合成的引物。
引发酶为一条单链多肽，单独存在时相当不活泼，只有与几 种辅助蛋白组装成引发体，才有合成引物活性。
3、DNA 连接酶
催化双链 DNA 中一条链上缺口的共价连接，形成 3ˊ，5ˊ－－磷酸二酯键。缺口上的 3′－OH，5ˊ－磷酰基必须相邻。如果缺少一个或几个核苷酸残基，连接酶不能将缺口弥合。也不能将两条游离的单链连接起来。需要消耗能量，大肠杆菌
NAD
+
，真核细胞 ATP。
4、DNA 解螺旋酶
DNA 双螺旋在复制和修复中都必须解链，以便提供单链 DNA 模板。催化 DNA 双螺旋解链，都有依赖双链 DNA 的 ATPase 活性。水解 ATP 提供解链所需能量。
5、单链 DNA 结合蛋白
SSB 结合蛋白的作用,
DNA 双螺旋经解螺旋酶解链形成的单链很快被 SSB 所覆盖。
①保护单链 DNA 免遭核酸的降解，使单链 DNA 保持伸展态，以便作为模板。
②降低 DNA 的 Tm，促进 DNA 解链。原核细胞 SSB 有协同效应，真核细胞无。
协同效应,先结合到已存在的单链区，其后的 SSB 的结合能力可提高 10
3
倍，表现出协同效应。
ΠΙ
→
→
→
→?
低活性的核心或pol
形成外切活力5'θ刺激ε的3'
外切活性5'ε亚基有3'
聚合活力3'a亚基有5'
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 5 页 共 14 页
5
6、拓扑异构 E
大肠杆菌（原核生物）DNA 为双链环形，其三级结构为麻花状超螺旋形式，连环数是表示超螺旋的一个参数。大小和一级结构完全相同的 DNA 分子，可因连环数不同而形成一系列拓扑异构体。
引起拓扑异构反应的 E，亦称旋转酶。有两种类型,
拓扑异构酶Ⅰ，松解螺旋，能切开一条 DNA 链在复制叉前面的一段 DNA 的一个磷酸二酯键，允许该 DNA 链绕着另一条完整的 DNA 链自由旋转，而后由拓扑异构酶重新形成磷酸二酯键。 （不需 ATP，可切无 DNA 双螺旋中的一条链）
拓扑异构酶Ⅱ（旋转 E）细菌环形 DNA 复制后，两个 DNA 分子是互锁的。该酶结合到一双链 DNA 环上，造成一暂时性的双链断裂，另一 DNA 环正好从这一断裂处穿过，然后拓扑异构酶重新封上这个链的断口。 （引入负超螺旋，需 ATP，消除复制叉前进时产生的扭曲张力。在无 ATP 时，可松解负超螺旋。可同时切断 DNA 双链。 ）
（三）原核生物 DNA 复制
以四种 dNTP 为底物在 DNA 模板指令下，按碱基配对的原则，由 DNA 聚合酶催化，向
DNA 的 3′－OH 端添加核苷酸，以 5 ’→3 ’的方向合成与模板互补的新链。
1、复制的起始
原核生物：特定位点开始，特定位点终止，只有一个复制子。 （基因组能独立进行复制的单位） 。
真核生物：多个位点起始，多复制子。
大肠杆菌复制起始点：oriC
终止点：ter
一些特殊的 Pr 可以识别并结合到复制起点，随即使 DNA 双螺旋局部解链，形成复制眼，在其两端的 DNA 的两股链呈丫字状，称为 复制叉 。分别向两侧进行复制，
通常复制叉双向等速前进，某些质粒，病毒和细胞器 DNA 的复制可以单向或是不等速的或是先合成一条链后再合成另一条链。
→?
EDNA聚合
+2
Mg
n
1
dATP
n
2
dGTP
n
3
dCTP
n
4
dTTP
DNA + DNA+(n
1
+n
2
+n
3
+n
4
)PPi
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 14 页
6
迅速生长的细菌，第一轮复制未完成就启动第二次复制。
2、DNA 链的合成与延伸
（1）在引发的复制叉上，DNA 聚合酶Ⅲ组装形成，然后按照 DNA 模板链的指令，
自 RNA 引物 3 ’-OH 末端依次添加新的脱氧核苷酸残基，新生成的 DNA 链按 5 ’→3 ’方向不断延伸，同时新链与模板链反向平行，碱基配对。
（2）由于两条模板链反向平行，若以走向 3 ’→5 ’的亲代链为模板，子代链就能连续合成，称为 前导链,若以走向 5 ’→3 ’的亲代链为模板时，DNA 聚合酶Ⅲ只能按 5 ’
→3 ’的方向合成许多小片段（称为 冈崎片段 ）,然后由 DNA 聚合酶 I 切除片段上的引物，填补片段之间的空缺，最后由连接酶把它们连接成一条完整的子代链，称为 滞后链。
（3）半不连续复制
象这样，在复制叉上新生的 DNA 链一条按 5 ’→3 ’的方向（与复制叉移动方向一致）连续合成；另一条则按 5 ’→3 ’的方向（与复制叉移动方向相反）不连续合成，
称为半不连续复制。
3、终止
复制叉从两端进入 ter 位点后，复制终止。由 DNA 聚合酶Ⅰ填补空隙，连接 E
封口。
DNA 复制的高保真度主要是靠 DNA 聚合酶实现的。
（1）5 ’→3 ’聚合活性部位对底物的选择性，添加的新 dNTP 碱基必须与模板链碱基正确匹配。
（2）3 ’→5 ’外切活性具有校对或编辑功能，可及时切除参入新链 3 ’-末端的错误残基。
另外，U-糖苷酸，脱碱基核酸内切酶（AP 内切酶）等也参于校对。
综上所述,大肠杆菌复制是在几十种酶和蛋白质因子精确配合下完成的，定点起始，两个复制叉双向等速前进，进行半保留，半不连续的复制。
（四）真核细胞 DNA 的复制
1、染色质复制
（1）真核细胞染色体 DNA 分子为线性的。比原核细胞 DNA 分子大，复制更为复杂。也包括不同的 DNA 聚合酶、拓扑异构酶、解螺旋酶、连接酶、单链结合蛋白和生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 7 页 共 14 页
7
许多蛋白质因子。
（2）为多复制子复制（多起点双向复制）,在全部染色体复制完成前，各复制子不能再开始新一轮复制。
（3）在 DNA 复制的同时另外还要组装成核小体。
2、端粒复制
真核生物染色体 DNA 为线性分子，按 DNA 复制机制，其滞后链模板 5′不能被复制，使已复制出来的新链缩短，从而使染色体端部随复制次数增加而不断缩短。
多数生物是通过端粒酶专司端粒的复制，而端粒只有在生殖细胞及受精卵中才有较高的活性。
端粒酶作用的具体机制尚不清楚，其可能的模式：端粒酶的 RNA 分子与端粒末端形成氢键，接着，RNA 分子作为模板，通过逆转录在 DNA3′末端添加 6 个核苷酸，
随后，端粒酶从 DNA 分子上解离。新延伸出来的 DNA 链就可以作为复制模板形成双链染色体 DNA。
二、逆转录
以 RNA 为模板，由 RNA 指导的 DNA 聚合酶（逆转录 E）催化，合成 DNA 的过程。
1、逆转录酶的性质
①寡聚 E
②兼具有三种酶的活力，具有 RNA 指导的 DNA 聚合 E 活力，DNA 指导的 DNA 聚合酶活力和 RNaseH（核糖核酸酶 H）活力。 RNaseH,具有 5′→3′和 3′→5′外切酶活力，可除去 DNA、RNA 杂交分子中的 RNA，同时还具有逆转录酶的活力。是一个酶分子同时具有两种活性。
③要求有模板和短链 RNA 引物，dNTP 为底物，二价阳离子、和保护 —SH 的酶。
2、逆转录病毒逆转录过程
RNA（+）→RNA（+）/cDNA（-）→DNA（+）/cDNA（-）→RNA（+）
3、逆转录的生物学意义
逆转录过程的发现，不仅扩充了中心法则，还有其重要的生物学意义。它有助于人们对 RNA 病毒致癌机制的了解，并对防治肿瘤提供了重要线索。20 世纪 80 年代初发现的一种对人类健康威胁极大的传染病 —爱滋病，现已证明它也是一种逆转录病毒引起的，为了了解爱滋病的起因以及寻找防治途径，都需要深入研究这类病生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 8 页 共 14 页
8
毒的生活周期。
另外，逆转录酶已成为分子生物学和基因工程中常用的一种工具酶，利用它可以从 mRNA 合成相应的 cDNA，在基因结构研究、氨基酸序列预测以及基因工程中具有十分重要的意义。
三、DNA 突变
1、概念,碱基顺序发生突然而稳定的改变，复制、转录、翻译也发生变化，表现出异常的遗传特性。
2、突变的类型
①置换（转换、颠换）→点突变。一个或几个碱基的置换
转换：同一类碱基之间的置换。
颠换：异类碱基之间的置换。
②插入：DNA 链中插入一个或几个碱基对。
③缺失：丢失一个或几个碱基对。
点突变→个别密码子→个别氨基酸改变
移码突变→全部→后果严重 将导致染色体结构畸变。
四、DNA 的损伤修复
（一）DNA 的损伤
X－射线、紫外线照射 DNA，引起损伤。如形成胸腺嘧啶二聚体。
（二）损伤后的修复
1、光裂合酶修复：这种修复作用需要光，也称为光修复作用（光复活作用）
可见光（400－500nm ）激活光裂合酶，将嘧啶二聚体分开，恢复成单独的嘧啶碱基，对单细胞生物比较重要，人无。
2、切除修复
修复酶识别损伤部位，切除包括损伤部位的单链 DNA 片段，然后由 DNA 聚合酶和连接酶以另一条完整链为模板进行修补。
（1） 切断：专一性的内切酶在靠近二聚体处切断单链 DNA。
（2） 修复合成：DNA 聚合酶在断口处进行局部修复合成。
移码突变,在 DNA 链中插入或缺失一个或几个碱基对，将导致遗传密码解读框架的改变，从而突变位点以后的密码都可能发生错误，称为移码突变。
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 9 页 共 14 页
9
（3） 切除：5′ —核酸外切酶切去嘧啶二聚体片段。
（4） 连接：连接酶将新合成的 DNA 链与原来的 DNA 链连在一起。
3、重组修复
有结构损伤的 DNA 没修复，仍可进行复制。只是在新合成的子链中与模板损失部位相对应的地方因受阻而留下缺口，在重组酶作用，带缺口的 DNA 与完整的娣妹双链进行重组交换，用相应的 DNA 片段填补小链缺口。
实质：损伤的 DNA 链没有得到修复，只是在生物体内得到了“稀释” 。
后两种机制不需要光照，因此又称为暗修复。
第二节 RNA 的生物合成
根据分子遗传的中心法则，RNA 处于信息代谢的中心环节：贮存在 DNA 分子上的遗传信息必须转录到 mRNA 分子中,才能用来指导蛋白质的合成。 同时,rRNA,tRNA
和具有特殊功能的小 RNA 都是以 DNA 为模板、在 RNA 聚合酶催化下合成的。此外，
除逆转录病毒，其他 RNA 病毒均以 RNA 为模板进行复制。
一、转录
在 DNA 指导下的 RNA 聚合酶催化下，以 DNA 的一条链为模板，接照碱基互补配对的原则，以四种 NTP 为底物，按 5′－3′方向合成一条与模板 DNA 链互补的 RNA
链的过程。
转录为不对称转录：即以一条 DNA 链一段为模板进行转录。
转录起始于 DNA 模板的一个特定位点，并在一定位点处终止，此转录区域称为转录单位。 一个转录单位可以是一个基因，也可以是多个基因。转录的起始是由 DNA
的 启动子 区控制的，而控制终止的部位则称为 终止子 。
基因,是遗传物质的最小功能单位。是特定的 DNA 片段，这些片段中有些是为一种或几种蛋白质（酶）的全部 AA 编码的核苷酸顺序，称为基因或基因组,
DNA 的有意义链和反意义链,在转录中，双股 DNA 只有一条是模板，称为
模板 DNA 链 非编码链 反意义链 （-）链
另一条链则称为 非模板 DNA 链 编码链 有意义链 （+）链
实验证明：DNA 分子上编码链和非编码链是相对的，在同一 DNA 分子的某些部分基因以这条链作为模板链，而在另一区域别的基因中则以另一条链为模板链。即存在着一组基因与另一组基因模板的改链。
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 10 页 共 14 页
10
转录成的 mRNA 是（+）链。由于 RNA 产物和正链都与模板链反向平行，碱基互补，所以二者的碱基序列相同，虽然在 DNA 正链中的 T 在 RNA 中被 U 代替，通常用正链 DNA 的碱基序列来表示基因的一级结构，转录起点为+1（与 RNA 产物中第一个残基相对应）,其上游（5′侧）残基为-1，依此类推。
（一）RNA 聚合酶
原核生物 RNA 聚合酶,（由 5 个亚基构成）
核心酶 a 2ββˊ
全酶 还含有两个 Zn
+
，不含 6 亚基的酶称为核心酶。
6-因子
6 因子：与启动子结合，参与基因转录的起始，一旦引发 RNA 的合成，就与核心酶 a 2ββˊ分离。
原核生物只有一种酶，转录三种 RNA（mRNA、rRNA、tRNA）前体。
真核生物 RNA 聚合酶,
三种，分别转录不同的 RNA。
类 型 Ⅰ（或 A） Ⅱ（或 B） Ⅲ（或 C）
别 名 rRNA 聚合酶 hnRNA 聚合酶 小分子 RNA 聚合酶
转 录 产 物 rRNA 前体 hnRNA（mRNA 前体） tRNA 和 5S rRNA 前体
对 a－鹅膏蕈碱的繁感性
不敏感 抑制（高度敏感） 抑制（中度敏感）
RNA 聚合酶缺乏核酸外切酶活性，不具备校对功能，因此 RNA 转录的保真度比
DNA 复制低的多。
（二）转录过程
RNA 的转录为不对称转录，因为转录仅以 DNA 一条链的某一区段为模板。
1、转录的起始
启动子,在基因上由 RNA 聚合酶识别、结合并确定转录起始位点的特定序列。
一般位于转录起点的上游，约包括 40 个碱基对。根据对 100 多个基因碱基序列的分析，大肠杆菌启动子至少有两处共同顺序：－35 顺序（RNA 聚合酶全酶识别部位，约含 12bp）和－10 顺序（或 TATA 框或 pr ibnow box，富含 AT，有助于 DNA 双螺旋的局部解链，全酶结合部位） 。
目前普遍认为，RNA 聚合酶全酶先识别 —35 顺序，并与 DNA 结合形成不稳定的生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 11 页 共 14 页
11
复合物，然后酶沿 DNA 滑动，进入 —10 顺序，形成开放的启动子复合物，使 DNA 局部解链。酶进一步滑向转录起点，并引入第一个 NTP（通常是 ATP 或 GTP）,启动 RNA
的合成。
2、RNA 链的延伸
当形成 RNA 产物的第一个磷酸二酯键（二个 NTP）时，6 亚基离去，完成从起始到延伸的转变。
核心酶，DNA 和新产生的 RNA 区域形成 转录鼓泡 。核心酶沿模板链 3′ —5′的方向滑动，按照碱基配对的原则以 5′－3′的方向合成 RNA。
鼓泡前 DNA 不断解链，鼓泡后 DNA 同速复链。鼓泡中 DNA/RNA 形成 A 型杂交螺旋。
3、转录后的终止
终止子,DNA 对转录终止进行控制的一段特殊序列，位于基因末端。
大肠杆菌中有两类终止子,
①不依赖ρ因子的终止子 P329
②依赖ρ因子的终止子。
（三）转录后的加工
转录后的加工包括,
①切除某些核苷酸序列
②拼接形成 5ˊ和 3ˊ末端的特殊序列
③碱基修饰
④改变糖苷键等过程
例,
1．rRNA 前体转录后加工
原核,
真核,
2,tRNA 前体转录后加工
①切除 5 ’和3 ’端多余的核苷酸序列
②3 ’添加 CCA 序列
③对碱基和核糖进行修饰。
rRNA8s,28s,5.8s和145s
ArRNA和几个tRN,16s,23s,5s
17s,25s30s
酶促裂解甲基化专一核酸酶切割核酸酸裂解甲基化
→→?
→→→?
Κ
Κ
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 12 页 共 14 页
12
3．真核细胞 mRNA 前体转录后加工 （原核细胞 mRNA 边转录边利用，一经合成便具有模板活性，一般不需要加工。 ）
真核生物 mRNA 分子的寿命较长，有的可达几小时，不象原核生物只有几秒钟。
真核细胞编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，转录成单顺反子 mRNA。
为一条多肽链编码的 mRNA 称作单顺反子。 （一个基因的复本）
可以为两条或更多条多肽链编码的 mRNA 称为多顺反子,（几个基因的复本） 。
大多数蛋白质基因为不连续基因，它的编码序列（ 外显子 ）被非编码序列（ 内含子 ）隔成若干片段，外显子和内含子一起被转录，生成分子量很大的前体分子，
在核内加工过程中又形成大小不等的中间物，称为 核不均一 RNA（hnRNA）
hnRNA 加工,
①5 ’端形成帽子结构（M
7
G
5’
PP
5’
NmpNp）,加工发生在转录尚未完成时。
②3 ’端添加 polyA 结构
③剪去内含子，拼接外显子
④对特定核苷进行甲基化
snRNA（核内小 RNA）,参与 hnRNA 的前接
核酸构成酶 （ribozyme）:具有催化功能的 RNA。意义：在 RNA 前体加工中具有重要意义。
二、RNA 的复制
在 RNA 指导下，由 RNA 复制酶合成新的 RNA 的过程。
病毒 RNA 复制酶具有很高的模板专一性，只识别病毒自身的 RNA。
许多病毒和噬菌体以 RNA 为遗传物质，称为 RNA 病毒。
复制方式,
（1） 正链 RNA 病毒（脊髓灰质炎病毒）
首先以 RNA（+）为模板合成负链 RNA，再以负链 RNA 为模板合成新的病毒 RNA，
与蛋白质组装成病毒颗粒。
（2）负链 RNA 病毒（狂犬病病毒）
() ( ) ( ) ( ) ( )()RNA病毒RNARNA/RNARNA/复制E和相关蛋白CellRNA
合成
+→+?→?+→→?→+
病毒
)RNA)RNA/((
Pr复制酸)RNA(
)RNA)RNA/((Cell复制酶)RNA( →
+
+→+
→+?→→+?
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 13 页 共 14 页
13
（3）含有双链 RNA 的病毒（呼肠孤病毒）
（4）逆传录病毒（含正链 RNA）
在病毒特有的逆转录酶的催化下合成负链 DNA，进一步生成双链 DNA（前病毒）,
然后由寄主细胞酶系统以负链 DNA 为模板合成病毒的正链 RNA，同时翻译出病毒蛋白和逆转录酶，组成新的病毒颗粒。
（+） RNA+逆转酶→Cell→(+)RNA/(-) DNA(cDNA)→(-)DNA/(+) DNA→(-)DNA/(+)RNA+
逆转录酶+Pr→病毒
三、核酸合成的抑制剂
（一）核苷酸合成抑制剂
1.氨基酸类似物 2.叶酸类似物 3.碱基和核苷类似物
（二）与 DNA 模板结合抑制剂
1.嵌合剂（放线菌素 D） 2.烷化剂(氮芥、硫芥、氮丙啶)
（三）聚合酶的抑制剂
利福霉素及衍生物利福平，曲张霉等。
第三节 基因工程简介
一、概念
用类似工程技术的方法，将不同生物或人工合成的 DNA，按照设计方案进行重新的组合，再放回到生物体中，从而改变生物遗传特性，创造出新型生物的方法。
二、基因工程操作步骤
体外基因重组
操作技术包括两个紧密相关的环节
重组体的转化、增殖与表达
①从 cell 中分离目的基因
1、目的基因的制备 逆转酶法（mRNA cDNA）
②合成目的基因
人工合成 （按照设定的碱基序列化学方法人工合成所需要的基因。 ）
病毒
Pr复制酶
)RNA)RNA/((
)RNA(Cell复制酶双链RNA
+
+
→+→→+
生物化学, 核酸的生物合成 山农大生物化学与分子生物学系 第 14 页 共 14 页
14
注：化学合成法价格昂贵，且每次合成的片段长度受限。1983 —1986 年 Mullis
等建立的聚合酶链式反应（PCR 技术）,是一种体外模拟自然 DNA 复制过程的核酸扩增技术，即无细胞分子克隆技术。它以待扩增的两条 DNA 链为模板，由一对人工合成的寡聚核苷酸引物介导，通过 DNA 聚合酶酶促反应，快速体外扩增特异的 DNA 序列，PCR 技术中每轮循环包括变性、复性和延伸 3 个阶段。
2、取得基因载体
异源基因直接用于转化，效率通常很低，真核基因尤其如此。而且进入受体细胞后极易被水解，极不稳定。为了使目的基因在受体细胞中增殖表达，一般需要适当的运载工具将其带入细胞内，这种运载工具称为载体。常用的载体有质粒和噬菌体。质粒是细菌和酵母中独立于染色体之外能自主进行复制的双链闭环 DNA 分子。
噬菌体是细菌病毒，也能独立复制、稳定地遗传。
对载体的要求,
①有 1－2 个（少数）限制性内切酶切点
②易于克隆
③有选择性标记
④能独立复制
⑤拷贝数多，易分离
①借助限制性酶切粘性末端
3、目的基因与基因载体体外重组
②人工粘性末端
4、将重组 DNA 引入活细胞，在活细胞中生长扩大百万倍以上
①转化,对受体细胞进行某些处理，例 CaCl 2处理大肠杆菌。
②筛选、鉴定
③增殖、表达
5、应用
三、基因工程的应用与前景（讨论）
