第十三章 核酸的生物合成
本章主要讨论 DNA的生物合成即 DNA的半保留复制； RNA生物合成即 DNA到 RNA的转录。
现加上下一章蛋白质的生物合成内容 (即翻译过程 )，就构成了分子遗传学中心法则。
第一节 DNA的复制与修复
研究 DNA复制的目的就是要了解三个问题 。
第一, 子代 DNA为什么能够直接地获得新 DNA的遗传信息?
第二, 复制是怎样进行的
第三, 生物体是怎样对 DNA复制进行调控的?
一, DNA的半保留复制 (P321 图 19-1 P321 图 19-1)
在 DNA复制过程中, 每个子代分子的一条链来自亲代
DNA,另一条则是新合成的, 这种复制方式称为半保留复
制 。 实验证明见课本 。
生物意义, DNA的半保留复制机制可以说明 DNA在代
谢上的稳定性 。
（一）、反应所需的条件及反应的特点：
(1)原料 (或底物 )：四种 5′三磷酸脱氧核苷 (dNTP),缺一不可。
(2)模板及辅助因子, DNA模板,Mg2+(或 Mn2+)或 DNA二条链 (一条
链为模板，一条链为引物 )
(3)引物链,具有自由 3′-OH的 RNA或 DNA片段 (约 10个核苷酸 )
(4)反应,由引物末端 3′-OH与进入的 5′三磷酸脱氧核苷的 α磷酸残
基化合，生成酯键 (3′5′磷酸二酯键，并脱下焦磷酸 )
(5)方向, DNA 链由 5′→3′
(6)能量,来自 α与 β之间的高能磷酸键裂解
(7)四种 dNTP参加反应的先后顺序,由 DNA模板决定，受碱基配
对支配；而不受四种 dNTP相对浓度的影响。
(8)产物 DNA的性质与模板相同 。这说明 DNA聚合酶是一种模板指
导的酶。
二, 参加复制过程的主要酶及作用
DNA是由脱氧核糖核苷酸聚合而成, 参加聚合反应的酶包括多
种 DNA聚合酶以及 DNA连接酶 。
（一）大肠杆菌中 DNA聚合酶,(含 Zn2+)（ DDDP）
(1)DNA聚合物 Ⅰ (又称 Kornberg酶 )的特殊作用,(是一个多功能酶 )
① 去除引物及填补间隙作用,在 DNA复制过程中, 可将引物 RNA水解下来,
并催化合成 DNA片段以填补间隙 。
② DNA聚合酶作用,催化 DNA链由 5′→ 3′方向延长 。
③ 校正错误作用,它可将 DNA链的末端接上的错误核苷酸水解下来, 然后再
催化接上一个正确的核苷酸 。 即由 3′端水解 DNA链, 具有 3′→ 5′核酸外切酶的作
用 。
④ 修复损坏及变异作用,即由 5′端水解 DNA链, 具有 5′→ 3′核酸外切酶作用 。
(详见后面介绍 )
⑤ 由 3′端使 DNA链发生焦磷酸解 。
⑥催化无机焦磷酸盐与脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换 。
(2)DNA聚合酶 Ⅱ 特殊作用,目前尚不大清楚, 可能在
DNA修复中起作用 。
(3)DNA聚合酶 Ⅲ 的特殊作用,主要参与绝大多数新的
DNA的合成 。
DNA聚合酶 Ⅰ M.W,109Kdal 单一多肽链，聚合 1000个核苷酸 /分 /分子
DNA聚合酶 Ⅱ M.W,120Kdal 单一多肽链, 聚合 2000个核苷酸 /分 /
DNA聚合酶 Ⅲ M.W,180Kdal 单一多肽链, 聚合 50000个核苷酸 /分 /分子
(二 )DNA连接酶及作用,DNA聚合酶能催化 DNA片段及链的延长合
成, 但不能将 DNA断片连接起来, 这种连接反应是由 DNA连接酶来
催化的 。 DNA连接酶不单是 DNA复制所必需的, 而且也是在 DNA
损伤修复及基因重组中不可缺少的酶 。
? 连接双股 DNA中的一
股存在的缺口，
? 不能连接单股 DNA 。
(三 )拓扑异构酶：
生物体内 DNA分子通常处于负超螺旋状态,
拓扑异构酶 ?的作用
拓扑异构酶 ??的作用
? 拓扑异构酶的作用
是使 DNA的超螺
旋的圈数增加或者
减少。
? 此作用需要 ATP分
解提供能量。
(四 )DNA解螺旋酶及单链结合蛋白 (SSB)：
(五 )引发酶 (引物合成酶 )
又称特定的 RNA聚合酶
根据 DNA的顺序合成 RNA引物，本质上是
RNA聚合酶
RNA引物 （约 10个核苷酸的 RAN片段）是由引
发酶（引发体）来合成的，合成时不需要引物，
其碱基与一般模板 DNA配对，合成的方向是
5′→ 3′ 。
三,DNA的半不连续复制
DNA解链后,DNA聚合酶即以分开了的两条多核苷酸链为模板
进行复制。 DNA两条链都能作为模板。以复制叉向前移动的方向为
标准，走向为 3′→ 5′ 的模板链上的 DNA能以 5′→ 3′ 方向连续合
成，直到所需的长度，这条链能连续合成称为 前导链,而另一条走
向为 5′→ 3′ 的模板链却不能连续合成，称为 滞后链 。 1968年日本
学者冈崎等提出了 DNA的不连续复制模型，认为需先合成一些约为
1000～ 2000个核苷酸 (真核生物为 100～ 200个 )DNA片段 (称为 冈崎片
段 ),其合成方向也是 5′→ 3′,但与复制叉移动的方向相反，这些
片段合成后可在 DNA连接酶作用下拼接起来，直到其长度与前导链
相等。 DNA这一复制过程称为 半不连续合成 (Semidis-continous)。
四,DNA复制的主要过程：（见 P342 图 19-17）
1,拓扑异构酶 Ⅱ 可引入负超螺旋而造成 DNA双链断裂, 以便
于解螺旋酶的作用 。
2,解螺旋酶将双股螺旋解开, 形成复制岔口 (复制叉 )。
3,单链结合蛋白质 (SSB)结合于每股链上, 以维持两链处于分
开状态 。
4,引物合成酶催化合成 RNA引物 。
5,DNA聚合酶 Ⅲ 催化合成新的 DNA的前导链及冈崎片断 。
6,DNA聚合酶 Ⅰ 切除引物, 并合成 DNA片段以填补空隙 。
7,DNA连接酶将冈崎片断拼接起来, 以完成滞后链的合成 。
五、真核生物 DNA的复制,复制条件、酶及因子
等均与原核生物相似。
特点
1,真核生物 DNA复制的冈崎片断约为 200bp,相当于一个核小体 DNA的长度 。
（ 小于原核生物,1000～ 2000 bp）
2,复制速度比原核生物慢, 基因组较大, 但真核生物染色体 DNA上有许多复制
起点, 它们可以分段进行复制 。 细菌的 DNA复制叉移动速度为 5万 bp/分；哺乳动
物则为 1千～ 3千 bp/分 。
3,真核生物一个复制起点一般发动一次复制过程, 快速生长往往采用更多的复
制起点 。 原核生物：一个起点可连续发动复制 。
4,真核生物在复制子上，由于其染色体是以核小体为结构单位组成，因此在其
复制时涉及到亲代 DNA链与组蛋白八聚体的解开和子代 DNA与组蛋白的重新组
装。
六, DNA复制调控 (了解 )：
1963年 Jacob等提出复制子模型 （ 即一个复制单位 ）, （ P 344）
它的一个结构基因能产生一种蛋白质 —— 起始因子 （ initiator）,具有
感受细胞内信号, 识别复制基因, 促使复制开始等作用 。
复制子中存在正、负调节系统，调控机制很复杂。
七, DNA损伤及修复：
（ 一 ） DNA损伤, 指 DNA分子的一级结构的任何异常改变, 包括异常修饰和顺
序改变 。 可分为 自发的损伤 和 环境因子引起的损伤 。
1,物理损伤, μV辐射, 电离辐射 。 （ 放射性同位素 β 粒子, x射线 ）
可使 DNA分子中出现, TT（ 二聚体 ） 防碍复制, 转录等 。
2,化学损伤,主要有亚硝酸, 亚硝基胺, 甲基化试剂, 碱基类似物等
改变碱基配对顺序，影响 DNA正常复制。
如：亚硝酸（ HNO2） 可使
A变成 I （ 脱 NH3）
C变成 U （ 脱 NH3）
(二 )DNA修复,目前已知细胞内有四种修复系统：
光复活；切除修复 (复制前修复 )；重组修复 (复制后修复 )；诱导修复和应急反
应 （ SOS）, 后三种又称为暗修复 。
修复工作相继由四种酶催化, 分为四步进行,（ 参见 P348,图 19-24右半部 ）
① 切开 （ 特异的核酸内切酶催化 ）,切开二聚体的 5′端一侧,
② 切除 （ 核酸外切酶催化 ）,切除含二聚体的片断 。
③ 修复 （ DNA聚合酶 Ⅰ 催化 ）, 在敞开的 3′-OH上逐个接上正确的脱氧核苷,
形成与另一链有互补关系的短链 。
④ 连接 （ DNA连接酶 ）, 将新合成的正确片段 3′-OH与切去缺陷片断后而敞开
的 5′-P,拼接起来 。
生物学意义,能使正常机体在内外环境因子高速度变化的条件下, 保持遗传
信息稳定和复制的准确性 。
第二节 RNA的生物合成与加工
现已肯定：细胞内所有 RNA都是以 DNA为模板在胞核
中合成, 其绝大部分进入胞液中, 发挥其指导蛋白质合
成的功能, 只有小部分留在胞核中起结构及调节作用 。
RNA,分为三种,mRNA( 信使 RNA),tRNA(转运
RNA),rRNA(核糖体 RNA)。
mRNA,将从 DNA转录来的遗传信息传递给蛋白质,
作为蛋白质合成的直接模板 。 一分子 mRNA,可表达一
个或一组基因 。
tRNA,将活化了的 AA运送到核蛋白体供给合成蛋白质
之用 。
rRNA,组成核蛋白体 (核糖体 ),作为细胞内蛋白质合
成场所, 细胞内 RNA的合成可由 DNA指导的 RNA聚合
酶, RNA指导的 RNA聚合酶, 多核苷酸磷酸化酶等催
化 。 但转录作用只有在 DNA指导的 RNA聚合酶的作用
下才发生 。
一,DNA指导的 RNA聚合酶的作用：（ DDRP）
（一）反应所需条件及反应特点：
1,原料 (或底物 )：四种 5′-三磷酸核苷 (NTP)缺一不可 。
2,模板及因子, DNA模板, Mg2+ 或 Mn2+,一般双链中只有一
条链作为转录的模板链 。
3,反应进入的核苷酸的 5′-P与另一核苷酸的 3′-OH形成磷酸二酯
键 。
4,反应方向,5′→ 3′。
5,四种 NTP参加的先后顺序,由 DNA模板决定, 受碱基配对支
配, 而不受四种 NTP相对浓度影响 。
（二）与 DNA聚合酶的不同之处
1,不需要引物；
2,作用方式不同； DNA碱基顺序的转录是通过全保留方进行的 。
3,不具有核酸酶的活性 (RNase或 DNase的活性 )
(三 )RNA聚合酶的种类和组成：
1,大肠杆菌的 RNA聚合酶组成：
全酶 分子量约为 46万；它包括两条 α 链 (α 2),一条 β 链 (β ),一条 β ′ 链
(β ′ ),一分子 σ 因子 （ σ ）, 其中 σ 因子 的功能是识别模板上特殊起始
点, 使 DDRP结合到 DNA启动子上, 故在转录开始后即被释放, 剩余
α 2ββ′ 部分称为 核心酶, 催化转录继续进行 。
2、现真核细胞中有酶 Ⅰ (A),酶 Ⅱ (B),酶 Ⅲ (C)都是金属酶。 （含
Zn2+,Mg2+,或,Mn2+） 它们的结构分布部位及功能都不完全相同
① 酶 Ⅰ 分布于核仁中, 催化合成核仁的 rRNA(18s,28s,5.8s)
② 酶 Ⅱ 在核质中催化合成 mRNA的前体及病毒 RNA
③ 酶 Ⅲ 在核质中催化合成 5sRNA及 tRNA。
除了上述细胞核 RNA聚合酶外，还分离到线粒体 RNA聚合酶和
叶绿 RNA体聚合酶。其功能详见 P362。
二, 转录的基本步骤：有四个步骤 (有的称三个步骤 )：见
P361 图 20-2
识别,对双链 DNA特定部位的识别 。
起始,聚合作用即转录的开始 。
延长, RNA链的延长 。
终止,聚合作用停止。
（一）识别起始：
1：识别,原核细胞 RNA聚合酶的因子能辨认 DNA模板链上的起始位点。（该位
点被叫作启动基因或启动子）。起始点约由 6— 11个核苷酸构成，且具有一定的
排列顺序,RNA聚合酶与起始点结合子前,DNA的两条链必须解开，具体是由
于什么因子的作用尚不清楚。总之，识别可能是 RNA聚合酶在一些辅助因素的协
作下与 DNAA链上起始点结合的步骤。
2：起始：头 两个与 DNA链上碱基配对的 NTP依次进行聚合作用形成第一个磷酸
二酯键。其中第一个核苷酸 80%以上都是嘌呤，大多是 GTP、（ 或 ATP）。：
DNA模板链走向,3′→ 5′ RNA的合成方向,5′→ 3
（二）延长：
当 RNA链合成开始后,σ 因子就脱落下来，可与另一核心酶
结合而被重新使用。为了能沿模板移动，全酶必须放松对 DNA
的结合，这些变化使得：此时 RNA聚合酶构象改变：全酶 → 核心
酶 +σ 因子。参见 P361。 核心酶可沿 DNA链滑行向前，利用 NTP
为原料，连续合成 RNA,不断延长 RNA链，延伸时所合成的多
核苷酸链并不全保留在模板上，对一条 RNA合成链而言，在任何
时候只有一个连接点，该点沿 DNA链移动，连续转录出相同的
RNA产物。当核心酶滑向前时，已被转录的 DNA前段分开的部
分链又重新并合，形成双螺旋，这一开一合逐步不断进行，直到
转录过程结束。
（三）终止
在 DNA分子上有终止转录的特殊信号（ 终止子）,这些信号一些可被
RNA聚合酶自身识别，另一些则需 ρ 因子帮助 (终止辅助因子，又称 终止因
子 )。
①不依赖于 ρ 的终止子 (简单终止子 )：现已弄清许多 DNA分子的终止区
域，发现在终止点之前有一双重对称的 G与 C丰富区，紧接着还有一 A和 T多的
排列顺序。因此在些区域内转录的 RNA能自身互补 (G…… C)而形成发夹形结
构,AT丰富区有一连串的 AAAA,故新生 RNA链终止末端带有多个 U残基
(UUUU),很可能在这些结构中一个或多个即是终止信号。
② 依赖于 ρ的终止子,在某些终止点有种特殊蛋白质 ρ蛋白 (rho protein)，
其分子量为 5.5万, 能辩认终止信号, 并与酶结合, 以阻止核心酶再向前滑动,
于是转录作用停止, 并释放出产物 RNA,ρ因子, RNA聚合酶 。 在依赖 ρ因子
的终止点处, RNA聚合酶只是在此暂停, 但不终止, 需 ρ的帮助, 才能停止
转录 。
（ 1） E.Coli中存在两类终止子, ① 不依赖于 ρ的终止子 (简单终止子 )。
② 依赖于 ρ的终止子 。
（ 2） ρ因子具有两种活性：
a,终止转录；
b,依赖于 RNA的核苷三磷酸酶 (NTPase)。 因此提出了一个 ρ
终止转录模型 。
三、转录的不对称性：
在转录过程中作为模板的 DNA大多为双链的，实验证明，不管任何一个基
因 (DNA片断 )，其 DNA双股链中都只有一股被转录，即所谓的不对称转录。究竟
DNA双链的哪一条上带有被转录的信息呢?目前认为没有一定的约束和规定
四、一些名词：
(一 )启动子 （ promoter） 和转录因子；
(二 )终止子 (terminator)和终止因子；
(三 )操纵子 (operon)详见 P367转录过程的调节控制
五,RNA的转录后加工 (RNA的成熟 ),P369
(一 )RNA前体的加工处理 (修饰作用 )主要包括：
1,剪切,5′或 3′端的切除
2,链的裂解：
3,特殊结构的形成：如 mRNA5′— 帽子的形成 。
4,碱基或糖的修饰：如甲基化 。
5、拼接：切除内含子，拼接外显子。
(二 )tTNA前体的加工：
1,切除,用核酸内切酶, 核酸外切酶切除 5′端和 3′端的附加序列 。
2、碱基修饰,特异的修饰酶催化。
3、加上 3′ -CCAOH结构,它对于接受氨酰基的活性是必要的，该反应是由
tRNA核苷酰转移酶催化进行，由 CTP和 ATP供给胞苷酸和腺苷酸。成熟 tRNA
分子较小 (MW∶ 2.4万～ 3.1万 )，沉降系数 4s±,具有二个功能部位 (3′ -
CCAOH即 AA臂；反密码环 )。 tRNA种类多 (50多种 )，而体内 AA只有 20种，故
可有几种 tRNA转运同一种 AA称为同功受体 tRNA,如转运苯丙氨酸的二种
tRNA可用 tRNAphe表示。
（三） rRNA的前体加工：
占细胞内 RNA总量的 80%,由于 ① rRNA和 prot 结合存在, ② 核蛋
白体在功能上须反复使用, 所以代谢比较稳定 。,
rRNA包括 28s,18s,5.8srRNA,在核仁中合成；
5srRNA在核质中合成 。
转录后 rRNA前体的加工过程主要包括：拼接, 断裂, 甲基化等反应
rRNA的功能主要是：组成核蛋白体，为 prot合成的, 装配机, 。
（四） mRNA
占细胞总量最少，真核生物的 mRNA前体是核不均一 RNA
（ HnRNA）,须经复杂的加工过程才能变成成熟 mRNA,进入
细胞质胞液中 作为蛋白质合成模板。
hnRNA其加工过程包括,
1,5′端, 帽子, 结构的形成； 5′—, -帽子, → 非翻译顺序 →
起始顺序 (多 AUG)→ 密码区 →, 尾巴, 。
2 多聚 A— ‘尾巴, 的形成；
3,链内核苷甲基化；
4, 除去内含子，拼接外显子。
本章主要讨论 DNA的生物合成即 DNA的半保留复制； RNA生物合成即 DNA到 RNA的转录。
现加上下一章蛋白质的生物合成内容 (即翻译过程 )，就构成了分子遗传学中心法则。
第一节 DNA的复制与修复
研究 DNA复制的目的就是要了解三个问题 。
第一, 子代 DNA为什么能够直接地获得新 DNA的遗传信息?
第二, 复制是怎样进行的
第三, 生物体是怎样对 DNA复制进行调控的?
一, DNA的半保留复制 (P321 图 19-1 P321 图 19-1)
在 DNA复制过程中, 每个子代分子的一条链来自亲代
DNA,另一条则是新合成的, 这种复制方式称为半保留复
制 。 实验证明见课本 。
生物意义, DNA的半保留复制机制可以说明 DNA在代
谢上的稳定性 。
（一）、反应所需的条件及反应的特点：
(1)原料 (或底物 )：四种 5′三磷酸脱氧核苷 (dNTP),缺一不可。
(2)模板及辅助因子, DNA模板,Mg2+(或 Mn2+)或 DNA二条链 (一条
链为模板，一条链为引物 )
(3)引物链,具有自由 3′-OH的 RNA或 DNA片段 (约 10个核苷酸 )
(4)反应,由引物末端 3′-OH与进入的 5′三磷酸脱氧核苷的 α磷酸残
基化合，生成酯键 (3′5′磷酸二酯键，并脱下焦磷酸 )
(5)方向, DNA 链由 5′→3′
(6)能量,来自 α与 β之间的高能磷酸键裂解
(7)四种 dNTP参加反应的先后顺序,由 DNA模板决定，受碱基配
对支配；而不受四种 dNTP相对浓度的影响。
(8)产物 DNA的性质与模板相同 。这说明 DNA聚合酶是一种模板指
导的酶。
二, 参加复制过程的主要酶及作用
DNA是由脱氧核糖核苷酸聚合而成, 参加聚合反应的酶包括多
种 DNA聚合酶以及 DNA连接酶 。
（一）大肠杆菌中 DNA聚合酶,(含 Zn2+)（ DDDP）
(1)DNA聚合物 Ⅰ (又称 Kornberg酶 )的特殊作用,(是一个多功能酶 )
① 去除引物及填补间隙作用,在 DNA复制过程中, 可将引物 RNA水解下来,
并催化合成 DNA片段以填补间隙 。
② DNA聚合酶作用,催化 DNA链由 5′→ 3′方向延长 。
③ 校正错误作用,它可将 DNA链的末端接上的错误核苷酸水解下来, 然后再
催化接上一个正确的核苷酸 。 即由 3′端水解 DNA链, 具有 3′→ 5′核酸外切酶的作
用 。
④ 修复损坏及变异作用,即由 5′端水解 DNA链, 具有 5′→ 3′核酸外切酶作用 。
(详见后面介绍 )
⑤ 由 3′端使 DNA链发生焦磷酸解 。
⑥催化无机焦磷酸盐与脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换 。
(2)DNA聚合酶 Ⅱ 特殊作用,目前尚不大清楚, 可能在
DNA修复中起作用 。
(3)DNA聚合酶 Ⅲ 的特殊作用,主要参与绝大多数新的
DNA的合成 。
DNA聚合酶 Ⅰ M.W,109Kdal 单一多肽链，聚合 1000个核苷酸 /分 /分子
DNA聚合酶 Ⅱ M.W,120Kdal 单一多肽链, 聚合 2000个核苷酸 /分 /
DNA聚合酶 Ⅲ M.W,180Kdal 单一多肽链, 聚合 50000个核苷酸 /分 /分子
(二 )DNA连接酶及作用,DNA聚合酶能催化 DNA片段及链的延长合
成, 但不能将 DNA断片连接起来, 这种连接反应是由 DNA连接酶来
催化的 。 DNA连接酶不单是 DNA复制所必需的, 而且也是在 DNA
损伤修复及基因重组中不可缺少的酶 。
? 连接双股 DNA中的一
股存在的缺口，
? 不能连接单股 DNA 。
(三 )拓扑异构酶：
生物体内 DNA分子通常处于负超螺旋状态,
拓扑异构酶 ?的作用
拓扑异构酶 ??的作用
? 拓扑异构酶的作用
是使 DNA的超螺
旋的圈数增加或者
减少。
? 此作用需要 ATP分
解提供能量。
(四 )DNA解螺旋酶及单链结合蛋白 (SSB)：
(五 )引发酶 (引物合成酶 )
又称特定的 RNA聚合酶
根据 DNA的顺序合成 RNA引物，本质上是
RNA聚合酶
RNA引物 （约 10个核苷酸的 RAN片段）是由引
发酶（引发体）来合成的，合成时不需要引物，
其碱基与一般模板 DNA配对，合成的方向是
5′→ 3′ 。
三,DNA的半不连续复制
DNA解链后,DNA聚合酶即以分开了的两条多核苷酸链为模板
进行复制。 DNA两条链都能作为模板。以复制叉向前移动的方向为
标准，走向为 3′→ 5′ 的模板链上的 DNA能以 5′→ 3′ 方向连续合
成，直到所需的长度，这条链能连续合成称为 前导链,而另一条走
向为 5′→ 3′ 的模板链却不能连续合成，称为 滞后链 。 1968年日本
学者冈崎等提出了 DNA的不连续复制模型，认为需先合成一些约为
1000～ 2000个核苷酸 (真核生物为 100～ 200个 )DNA片段 (称为 冈崎片
段 ),其合成方向也是 5′→ 3′,但与复制叉移动的方向相反，这些
片段合成后可在 DNA连接酶作用下拼接起来，直到其长度与前导链
相等。 DNA这一复制过程称为 半不连续合成 (Semidis-continous)。
四,DNA复制的主要过程：（见 P342 图 19-17）
1,拓扑异构酶 Ⅱ 可引入负超螺旋而造成 DNA双链断裂, 以便
于解螺旋酶的作用 。
2,解螺旋酶将双股螺旋解开, 形成复制岔口 (复制叉 )。
3,单链结合蛋白质 (SSB)结合于每股链上, 以维持两链处于分
开状态 。
4,引物合成酶催化合成 RNA引物 。
5,DNA聚合酶 Ⅲ 催化合成新的 DNA的前导链及冈崎片断 。
6,DNA聚合酶 Ⅰ 切除引物, 并合成 DNA片段以填补空隙 。
7,DNA连接酶将冈崎片断拼接起来, 以完成滞后链的合成 。
五、真核生物 DNA的复制,复制条件、酶及因子
等均与原核生物相似。
特点
1,真核生物 DNA复制的冈崎片断约为 200bp,相当于一个核小体 DNA的长度 。
（ 小于原核生物,1000～ 2000 bp）
2,复制速度比原核生物慢, 基因组较大, 但真核生物染色体 DNA上有许多复制
起点, 它们可以分段进行复制 。 细菌的 DNA复制叉移动速度为 5万 bp/分；哺乳动
物则为 1千～ 3千 bp/分 。
3,真核生物一个复制起点一般发动一次复制过程, 快速生长往往采用更多的复
制起点 。 原核生物：一个起点可连续发动复制 。
4,真核生物在复制子上，由于其染色体是以核小体为结构单位组成，因此在其
复制时涉及到亲代 DNA链与组蛋白八聚体的解开和子代 DNA与组蛋白的重新组
装。
六, DNA复制调控 (了解 )：
1963年 Jacob等提出复制子模型 （ 即一个复制单位 ）, （ P 344）
它的一个结构基因能产生一种蛋白质 —— 起始因子 （ initiator）,具有
感受细胞内信号, 识别复制基因, 促使复制开始等作用 。
复制子中存在正、负调节系统，调控机制很复杂。
七, DNA损伤及修复：
（ 一 ） DNA损伤, 指 DNA分子的一级结构的任何异常改变, 包括异常修饰和顺
序改变 。 可分为 自发的损伤 和 环境因子引起的损伤 。
1,物理损伤, μV辐射, 电离辐射 。 （ 放射性同位素 β 粒子, x射线 ）
可使 DNA分子中出现, TT（ 二聚体 ） 防碍复制, 转录等 。
2,化学损伤,主要有亚硝酸, 亚硝基胺, 甲基化试剂, 碱基类似物等
改变碱基配对顺序，影响 DNA正常复制。
如：亚硝酸（ HNO2） 可使
A变成 I （ 脱 NH3）
C变成 U （ 脱 NH3）
(二 )DNA修复,目前已知细胞内有四种修复系统：
光复活；切除修复 (复制前修复 )；重组修复 (复制后修复 )；诱导修复和应急反
应 （ SOS）, 后三种又称为暗修复 。
修复工作相继由四种酶催化, 分为四步进行,（ 参见 P348,图 19-24右半部 ）
① 切开 （ 特异的核酸内切酶催化 ）,切开二聚体的 5′端一侧,
② 切除 （ 核酸外切酶催化 ）,切除含二聚体的片断 。
③ 修复 （ DNA聚合酶 Ⅰ 催化 ）, 在敞开的 3′-OH上逐个接上正确的脱氧核苷,
形成与另一链有互补关系的短链 。
④ 连接 （ DNA连接酶 ）, 将新合成的正确片段 3′-OH与切去缺陷片断后而敞开
的 5′-P,拼接起来 。
生物学意义,能使正常机体在内外环境因子高速度变化的条件下, 保持遗传
信息稳定和复制的准确性 。
第二节 RNA的生物合成与加工
现已肯定：细胞内所有 RNA都是以 DNA为模板在胞核
中合成, 其绝大部分进入胞液中, 发挥其指导蛋白质合
成的功能, 只有小部分留在胞核中起结构及调节作用 。
RNA,分为三种,mRNA( 信使 RNA),tRNA(转运
RNA),rRNA(核糖体 RNA)。
mRNA,将从 DNA转录来的遗传信息传递给蛋白质,
作为蛋白质合成的直接模板 。 一分子 mRNA,可表达一
个或一组基因 。
tRNA,将活化了的 AA运送到核蛋白体供给合成蛋白质
之用 。
rRNA,组成核蛋白体 (核糖体 ),作为细胞内蛋白质合
成场所, 细胞内 RNA的合成可由 DNA指导的 RNA聚合
酶, RNA指导的 RNA聚合酶, 多核苷酸磷酸化酶等催
化 。 但转录作用只有在 DNA指导的 RNA聚合酶的作用
下才发生 。
一,DNA指导的 RNA聚合酶的作用：（ DDRP）
（一）反应所需条件及反应特点：
1,原料 (或底物 )：四种 5′-三磷酸核苷 (NTP)缺一不可 。
2,模板及因子, DNA模板, Mg2+ 或 Mn2+,一般双链中只有一
条链作为转录的模板链 。
3,反应进入的核苷酸的 5′-P与另一核苷酸的 3′-OH形成磷酸二酯
键 。
4,反应方向,5′→ 3′。
5,四种 NTP参加的先后顺序,由 DNA模板决定, 受碱基配对支
配, 而不受四种 NTP相对浓度影响 。
（二）与 DNA聚合酶的不同之处
1,不需要引物；
2,作用方式不同； DNA碱基顺序的转录是通过全保留方进行的 。
3,不具有核酸酶的活性 (RNase或 DNase的活性 )
(三 )RNA聚合酶的种类和组成：
1,大肠杆菌的 RNA聚合酶组成：
全酶 分子量约为 46万；它包括两条 α 链 (α 2),一条 β 链 (β ),一条 β ′ 链
(β ′ ),一分子 σ 因子 （ σ ）, 其中 σ 因子 的功能是识别模板上特殊起始
点, 使 DDRP结合到 DNA启动子上, 故在转录开始后即被释放, 剩余
α 2ββ′ 部分称为 核心酶, 催化转录继续进行 。
2、现真核细胞中有酶 Ⅰ (A),酶 Ⅱ (B),酶 Ⅲ (C)都是金属酶。 （含
Zn2+,Mg2+,或,Mn2+） 它们的结构分布部位及功能都不完全相同
① 酶 Ⅰ 分布于核仁中, 催化合成核仁的 rRNA(18s,28s,5.8s)
② 酶 Ⅱ 在核质中催化合成 mRNA的前体及病毒 RNA
③ 酶 Ⅲ 在核质中催化合成 5sRNA及 tRNA。
除了上述细胞核 RNA聚合酶外，还分离到线粒体 RNA聚合酶和
叶绿 RNA体聚合酶。其功能详见 P362。
二, 转录的基本步骤：有四个步骤 (有的称三个步骤 )：见
P361 图 20-2
识别,对双链 DNA特定部位的识别 。
起始,聚合作用即转录的开始 。
延长, RNA链的延长 。
终止,聚合作用停止。
（一）识别起始：
1：识别,原核细胞 RNA聚合酶的因子能辨认 DNA模板链上的起始位点。（该位
点被叫作启动基因或启动子）。起始点约由 6— 11个核苷酸构成，且具有一定的
排列顺序,RNA聚合酶与起始点结合子前,DNA的两条链必须解开，具体是由
于什么因子的作用尚不清楚。总之，识别可能是 RNA聚合酶在一些辅助因素的协
作下与 DNAA链上起始点结合的步骤。
2：起始：头 两个与 DNA链上碱基配对的 NTP依次进行聚合作用形成第一个磷酸
二酯键。其中第一个核苷酸 80%以上都是嘌呤，大多是 GTP、（ 或 ATP）。：
DNA模板链走向,3′→ 5′ RNA的合成方向,5′→ 3
（二）延长：
当 RNA链合成开始后,σ 因子就脱落下来，可与另一核心酶
结合而被重新使用。为了能沿模板移动，全酶必须放松对 DNA
的结合，这些变化使得：此时 RNA聚合酶构象改变：全酶 → 核心
酶 +σ 因子。参见 P361。 核心酶可沿 DNA链滑行向前，利用 NTP
为原料，连续合成 RNA,不断延长 RNA链，延伸时所合成的多
核苷酸链并不全保留在模板上，对一条 RNA合成链而言，在任何
时候只有一个连接点，该点沿 DNA链移动，连续转录出相同的
RNA产物。当核心酶滑向前时，已被转录的 DNA前段分开的部
分链又重新并合，形成双螺旋，这一开一合逐步不断进行，直到
转录过程结束。
（三）终止
在 DNA分子上有终止转录的特殊信号（ 终止子）,这些信号一些可被
RNA聚合酶自身识别，另一些则需 ρ 因子帮助 (终止辅助因子，又称 终止因
子 )。
①不依赖于 ρ 的终止子 (简单终止子 )：现已弄清许多 DNA分子的终止区
域，发现在终止点之前有一双重对称的 G与 C丰富区，紧接着还有一 A和 T多的
排列顺序。因此在些区域内转录的 RNA能自身互补 (G…… C)而形成发夹形结
构,AT丰富区有一连串的 AAAA,故新生 RNA链终止末端带有多个 U残基
(UUUU),很可能在这些结构中一个或多个即是终止信号。
② 依赖于 ρ的终止子,在某些终止点有种特殊蛋白质 ρ蛋白 (rho protein)，
其分子量为 5.5万, 能辩认终止信号, 并与酶结合, 以阻止核心酶再向前滑动,
于是转录作用停止, 并释放出产物 RNA,ρ因子, RNA聚合酶 。 在依赖 ρ因子
的终止点处, RNA聚合酶只是在此暂停, 但不终止, 需 ρ的帮助, 才能停止
转录 。
（ 1） E.Coli中存在两类终止子, ① 不依赖于 ρ的终止子 (简单终止子 )。
② 依赖于 ρ的终止子 。
（ 2） ρ因子具有两种活性：
a,终止转录；
b,依赖于 RNA的核苷三磷酸酶 (NTPase)。 因此提出了一个 ρ
终止转录模型 。
三、转录的不对称性：
在转录过程中作为模板的 DNA大多为双链的，实验证明，不管任何一个基
因 (DNA片断 )，其 DNA双股链中都只有一股被转录，即所谓的不对称转录。究竟
DNA双链的哪一条上带有被转录的信息呢?目前认为没有一定的约束和规定
四、一些名词：
(一 )启动子 （ promoter） 和转录因子；
(二 )终止子 (terminator)和终止因子；
(三 )操纵子 (operon)详见 P367转录过程的调节控制
五,RNA的转录后加工 (RNA的成熟 ),P369
(一 )RNA前体的加工处理 (修饰作用 )主要包括：
1,剪切,5′或 3′端的切除
2,链的裂解：
3,特殊结构的形成：如 mRNA5′— 帽子的形成 。
4,碱基或糖的修饰：如甲基化 。
5、拼接：切除内含子，拼接外显子。
(二 )tTNA前体的加工：
1,切除,用核酸内切酶, 核酸外切酶切除 5′端和 3′端的附加序列 。
2、碱基修饰,特异的修饰酶催化。
3、加上 3′ -CCAOH结构,它对于接受氨酰基的活性是必要的，该反应是由
tRNA核苷酰转移酶催化进行，由 CTP和 ATP供给胞苷酸和腺苷酸。成熟 tRNA
分子较小 (MW∶ 2.4万～ 3.1万 )，沉降系数 4s±,具有二个功能部位 (3′ -
CCAOH即 AA臂；反密码环 )。 tRNA种类多 (50多种 )，而体内 AA只有 20种，故
可有几种 tRNA转运同一种 AA称为同功受体 tRNA,如转运苯丙氨酸的二种
tRNA可用 tRNAphe表示。
（三） rRNA的前体加工：
占细胞内 RNA总量的 80%,由于 ① rRNA和 prot 结合存在, ② 核蛋
白体在功能上须反复使用, 所以代谢比较稳定 。,
rRNA包括 28s,18s,5.8srRNA,在核仁中合成；
5srRNA在核质中合成 。
转录后 rRNA前体的加工过程主要包括：拼接, 断裂, 甲基化等反应
rRNA的功能主要是：组成核蛋白体，为 prot合成的, 装配机, 。
（四） mRNA
占细胞总量最少，真核生物的 mRNA前体是核不均一 RNA
（ HnRNA）,须经复杂的加工过程才能变成成熟 mRNA,进入
细胞质胞液中 作为蛋白质合成模板。
hnRNA其加工过程包括,
1,5′端, 帽子, 结构的形成； 5′—, -帽子, → 非翻译顺序 →
起始顺序 (多 AUG)→ 密码区 →, 尾巴, 。
2 多聚 A— ‘尾巴, 的形成；
3,链内核苷甲基化；
4, 除去内含子，拼接外显子。
