? 第七章 生物氧化
?一、概念
? 能量是一切生物体活动所必需的。能
量的来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、
蛋白质等有机物的氧化作用。
? 有机物在生物体细胞内氧化分解成二
氧化碳和水并释放出能量形成 ATP的过程
称为 生物氧化（ bioligical oxidation） 。
?由于此过程通常要消耗氧，生成二氧化碳，
并且在组织细胞内进行，所以 生物氧化也
叫做细胞呼吸或组织呼吸 。
?二、生物氧化的特点和酶类
?（一）特点
? 氧化还原的本质是电子的转移。生物体
内的电子转移主要有以下几种形式：
?1、直接进行电子转移
?2、氢原子的转移
?3、有机还原剂直接加氧
? 加氧时常常伴随有接受质子和电子
而被还原成水。
?（二）生物氧化中二氧化碳的生成
? 生物氧化中二氧化碳的生成是由于
糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧
基的化合物进行脱羧反应所至。
? 种类：
?1,α -脱羧和 β -脱羧；
?2、直接脱羧和氧化脱羧：氧化脱羧是指
脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
?α -直接脱羧：
?β -直接脱羧：
?α -氧化脱羧：
?β -氧化脱羧：
?（三）生物氧化中水的生成
? 生物氧化中所生成的水是代谢物脱
下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合
而成的。
? 糖类、蛋白质、脂肪等代谢物所含
的氢在一般情况下是不活泼的，必须通
过相应的 脱氢酶 将之激活后才能脱落。
进入体内的氧也必须经过 氧化酶 激活后
才能变为活性很高的氧化剂。但激活的
氧在一般情况下，也不能直接氧化由脱
氢酶激活而脱落的氢，两者之间尚需传
递才能结合成水。所以 生物体主要是以
脱氢酶、传递体及氧化酶组成的生物氧
化体系,以促进水的生成。
?（四）酶
? 凡是参与生物体内氧化还原反应的
酶都叫做 生物氧化还原酶 。主要存在于
线粒体中，所以生物氧化主要在线粒体
内进行。另外，线粒体外（如微粒体等）
也可发生生物氧化（次要）。
?1、脱氢酶
? 脱氢酶的作用是使代谢物的氢活化、
脱落，并传递给其它受氢体或中间传递
体。
? 根据所含辅助因子的不同，分为两
类：
?（ 1）以黄素核苷酸为辅基的脱氢酶（黄
素脱氢酶）
? 以黄素单核苷酸（ FMN）或黄素腺
嘌呤二核苷酸（ FAD）为辅基。
? 又分为两种：
?需氧黄素脱氢酶：以氧为直接受氢体，
氢于氧结合生成 H2O2 。
?不需氧黄素脱氢酶：不以氧为直接受氢
体，催化代谢物脱下的氢首先传递给中
间传递体，最后再传递给分子氧生成水。
?（ 2）以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶
（烟酰胺脱氢酶）
? 以 NAD（ CoⅠ) 或 NADP（ CoⅡ ）
为辅酶，催化代谢物脱氢，由 NAD+ 或
NADP+ 接受，然后将氢交给中间传递体，
最后传递给分子氧生成水。
?2、氧化酶
? 在生物氧化中，氧化酶的作用是激
活氧，把来自传递体的氢传递给活化的
氧而生成水。
? 氧化酶一般是含有金属离子的结合
酶，直接以氧为受氢体，每个氧原子接
受 2个电子（ 2e）后和 2个质子（ 2H+ ）生
成水。
?3、传递体
? 传递体是生物氧化过程中传递氢或传
递电子的物质，它们既不能使代谢物脱氢，
也不能使氧活化。
? 传递体只存在于由不需氧脱氢酶所催
化的代谢物脱氢的生物氧化体系中。
? 有的传递体起传递氢原子的作用，叫
做,递氢体”,主要有黄素蛋白传递体
（ FAD,FMN）,CoⅠ （ NAD）,CoⅡ
（ NADP）及辅酶 Q。
? 有的传递体起传递电子的作用，叫做
“递电子体”,主要有细胞色素及铁硫蛋
白。
?（ 1）铁硫蛋白
? 铁硫蛋白类作用机理是通过铁的变
价互变进行电子传递。
? 由于其活性部位含有两个活泼的硫
和两个铁原子，所以叫做铁硫蛋白。
?
? 铁硫蛋白存在于微生物、动物组织
中，通常在线粒体内膜上与黄素酶或细
胞色素结合成复合物而存在。
?（ 2）辅酶 Q类（泛醌）
? 递氢体。
?（ 3）细胞色素类（ cytochrome,Cyt）
? 现已发现 30多种细胞色素，在线粒体
内参与生物氧化的细胞色素有 a,a3, b、
c,c1等几种。依靠细胞色素分子中铁离子
化合价的变化传递电子。
?
? 目前尚不能将 a,a3 分开。在 aa3分子
中除铁原子外，还有两个铜原子，依靠其
化合价的变化将电子从 a3传给氧。
? 在典型的线粒体呼吸链中，其顺序为：
?三、呼吸链（电子传递链或电子传递体系）
?（一）概念
? 代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落
后，经过一些列的传递体，最后传递给被
激活的氧分子而生成水的全部体系叫做 呼
吸链 。
?（二）种类
? 在具有线粒体的生物中，根据接受代
谢物上脱下的氢的初始受体不同，分成两
种典型的呼吸链，即 NADH呼吸链和
FADH2呼吸链。
?
?
? 其中 NADH呼吸链应用最广泛，糖类、
蛋白质、脂肪三大物质分解代谢中的脱
氢氧化反应绝大多数是通过 NADH呼吸
链来完成的。
?四、生物氧化过程中能量的转移
? （一）概述
? 生物体内的 ATP是高能化合物，由
ADP磷酸化生成。这种伴随着放能的氧
化作用而进行的磷酸化称为, 氧化磷酸
化, 。即代谢物上的氧化（脱氢）作用
与 ATP的磷酸化作用相偶联而生成 ATP
的过程叫做, 氧化磷酸化, 。
? 根据生物氧化方式的不同将 氧化磷
酸化分为底物水平磷酸化和电子传递体
系磷酸化。 通常所说的氧化磷酸化是指
电子传递体系磷酸化。
?（二） ATP的生成
? ATP主要由 ADP磷酸化所生成，少
数情况下可由 AMP焦磷酸化生成。
?1、底物水平磷酸化
? 底物水平磷酸化是在被氧化的底物上
发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，
形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，
通过酶的作用可使 ADP生成 ATP。
? 底物磷酸化形成高能化合物，其能量
来源于伴随着底物的脱氢，分子内部能量
的重新分布。
? 底物磷酸化与氧的存在与否无关，它
是发酵作用中进行生物氧化获得能量的唯
一方式。
?2、电子传递体系磷酸化
? 当电子从 NADH或 FADH2经过电子
传递体系传递给氧形成水时，同时伴随
有 ADP磷酸化为 ATP，即 电子传递体系
磷酸化 。
? 电子传递体系磷酸化是生成 ATP的
主要方式。
? NADH呼吸链中有三个地方生成 ATP：
? 由于, 氧化磷酸化, 是氧化作用与
ATP的磷酸化作用相偶联而生成 ATP，
所以氧的消耗与 ATP的生成有特殊定量
关系，通常用, 磷氧比（ P/O）, 来描述，
即消耗 1摩尔氧时，有多少摩尔无机磷与
ADP作用生成 ATP。生成的 ATP的数量。
? 线粒体的离体实验证明，经 NADH呼
吸链氧化生成水的 P/O为 3，经 FAD呼吸
链氧化生成水的 P/O为 2。其氧化磷酸化
的偶联部位见图。
?3、细胞液中 NADH的氧化磷酸化
? 线粒体是糖、脂肪、蛋白质等能源物
质的最终氧化场所，这些物质的彻底氧化
是在线粒体内通过呼吸链生成 ATP。但是
糖、蛋白质和脂肪的全部氧化过程并不是
都在线粒体内进行（如糖酵解作用在细胞
液中进行，真核生物细胞液中的 NADH不
能通过正常的线粒体内膜），细胞液中
NADH不能通过线粒体内膜进入线粒体内
进行氧化磷酸化，必须通过两种,穿梭”
途径 。
? 原理：线粒体外的 NADH可将其所带
之 H转交给某些能透过线粒体内膜的化合物
（甘油 -3-磷酸，苹果酸等），进入线粒体
内后再氧化。
?（ 1）甘油 -3-磷酸穿梭途径（ glycerol3-
phosphate shuttle）
? 细胞液中含有甘油 -3-磷酸脱氢酶，
可以将二羟丙酮磷酸还原为甘油 -3-磷酸，
后者可进入线粒体内；线粒体内又在甘
油 -3-磷酸脱氢酶作用下，将甘油 -3-磷酸
转变为二羟丙酮磷酸，同时 FAD还原为
FADH2,于是细胞液中的 NADH便间接
形成了线粒体内的 FADH2, FADH2将电
子传递给 CoQ还原为 QH2,后者通过呼
吸链产生 ATP。
? 这种穿梭作用主要存在于肌肉、神
经组织，所以葡萄糖在这些组织中彻底
氧化所产生的 ATP比其他组织要少 2个，
即生成 36个 ATP。
?（ 2）苹果酸穿梭途径（苹果酸 -天冬氨
酸穿梭途径）
? 细胞液内的 NADH的电子在 苹果酸脱
氢酶 作用下传递给草酰乙酸后转变为苹
果酸，同时 NADH氧化为 NAD+ 。苹果酸
通过 苹果酸 -α -酮戊二酸载体 穿过线粒
体膜，进入线粒体内膜的苹果酸被 NAD+
氧化失去电子又转变为 草酰乙酸,NAD+
又形成 NADH，草酰乙酸不能透过线粒
体内膜，经过 转氨基作用 形成天冬氨酸，
再经过 谷氨酸 -天冬氨酸载体 转移到细胞
液中，天冬氨酸再经过 转氨基作用 转变
为草酰乙酸。
?
? 在肝、肾、心等组织，细胞液中的 NADH是
通过苹果酸穿梭途径。
?（三）氧化磷酸化的抑制作用
? 影响呼吸链的因素都影响氧化磷酸化的正常
进行。主要有三种；
? 1、解偶联剂
? 氧化磷酸化是氧化及磷酸化的偶联反应。磷
酸化所需能量由氧化作用供给，氧化作用所形成
的能量通过磷酸化作用储存。如果二者之间的偶
联被破坏，氧化磷酸化就受到抑制，甚至危及生
物体的生命。
? 解偶联剂：引起解偶联作用的物质。
? 解偶联作用：所有破坏生物氧化与磷酸化相
偶联的作用，即抑制氧化磷酸化的作用即解偶联
作用。
? 常见的解偶联剂有 2,4-二硝基苯酚、双香
豆素等。
? 解偶联剂并不抑制电子传递过程，只抑制由
ADP形成 ATP的磷酸化过程。如感冒发烧即是由
于某些细菌或病毒产生某种解偶联剂，影响氧化
磷酸化作用的正常进行，导致较多能量转变为热
能。
? 2、呼吸链抑制剂
? 有些物质专一结合呼吸链中的不同部位，从
而抑制呼吸链的传递，使氧化过程受阻，能量释
放减少，影响 ATP的生成。
? 常见的呼吸链抑制剂有阿米妥（戊巴比妥，
amytal）、鱼藤酮（ rotenone）、抗霉素
（ antimycin）、一氧化碳和氰化物等。
?3、离子载体抑制剂
? 有些物质可以与 K+或 Na+形成脂溶性
复合物，将线粒体内的 K+跨膜转移到细
胞液。这种离子转移消耗了生物氧化所
产生的能量，从而抑制 ADP磷酸化 ATP。
? 常见的离子载体抑制剂有寡霉素、
缬氨霉素、短杆菌肽等。
? 离子载体抑制剂也不抑制电子传递
过程。
? 第八章 核酸的生物合成
?一,DNA的生物合成
? DNA的生物合成有两条途径：
? DNA的复制（主要）； RNA的反向转录（次要）。
?（一） DNA的半保留复制
? 提出背景：
? 1953年 Watson和 Crick在 DNA双螺旋结构基
础上提出了 DNA半保留复制假说。他们推测复制
时,DNA的两条链分开，按照碱基配对方式，以
单链 DNA的核苷酸顺序合成新链，从而组成新的
DNA分子。这样新形成的两个 DNA分子与原来
DNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代分子的
一条链来自于亲代 DNA，另一条链是新合成的。
这种子代 DNA分子中总是保留一条来自亲代 DNA
的复制方式称为“半保留复制”。
? 1958年 Meselson和 Stahl首次用同位
素标记法得到证实。
?（二） DNA复制的起始点和方向
?1、起始点
? DNA复制的起始点是含有 100-200个
碱基的一段 DNA。先是 DNA的两条链在
起始点分开形成叉子样的,复制叉
（ replication fork）,,也叫, 生长点
（ growing point）, 随着复制叉的移动
完成 DNA的复制过程。
? 细胞内存在能识别起始点的特种蛋
白质。
?2、方向
? DNA复制可以朝一个方向（ 单向复
制, unidirectional），也可以朝两个相
反方向进行（ 双向复制, bidirectional，
主要）。
? DNA复制一般是对称的，两条链同
时进行，也有不对称的，一条链复制完
后再进行另一条链的复制。
?（三）原核细胞 DNA的复制（ DNA指导
下的 DNA合成）
?1、复制的条件
?（ 1） DNA亲链（模板）：复制前 DNA先
解螺旋、解链形成两条单链，两条单链
都可以作为模板；
?（ 2）四种三磷酸脱氧核苷（ dNTP）作
为底物；
?（ 3）一系列酶；
?（ 4）一小段寡核苷酸链作为, 引物, 。
?2、参与 DNA复制的酶类及蛋白因子
?（ 1）拓扑异构酶
? 解开 DNA的超螺旋结构。包含两种：
?拓扑异构酶 Ⅰ （转环酶）,在 DNA的特定部
位将双链中的 一条 切开，使链的末端沿螺旋
轴松解的方向转动，然后将切口封闭，使
DNA分子呈松弛状态。（不需要 ATP供能）。
?拓扑异构酶 Ⅱ （旋转酶）,将 DNA特定部位
的 两条 链均切开，使 DNA分子去除超螺旋，
变为松弛状态。（需要 ATP供能）。
?（ 2）解链酶（解螺旋酶）
? 使 DNA双螺旋局部的两条互补链解开
成单链。当 DNA双螺旋有单链末端或双链
有缺口时，解链酶即结合于此处，然后沿
DNA链移行，逐渐解开双链。
?（ 3）单链结合蛋白（ SSB），又叫螺旋去
稳定蛋白或 DNA结合蛋白
? 当 DNA局部的两条链解开后，还有可
能再结合成双螺旋结构而复性，因此 SSB
与解开的单链牢固结合，防治它们再接触
并重新结成碱基对；同时也可避免核酸酶
对单链 DNA的水解，使正在复制中的 DNA
模板链得到保护。
?（ 4）引物酶
? 在 DNA复制时，需要首先合成一小段
寡核苷酸链作为引物，然后在引物的一端逐
个加上脱氧核苷酸合成 DNA链。
? DNA合成的引物有多种，大多数情况下
以 RNA片段作引物，也可以 DNA片段作引物。
?催化 RNA引物合成的酶叫做, RNA聚合酶,,
在 DNA复制的起始点，在 DNA模板链指导下
催化 RNA引物的合成。
?（ 5） DNA聚合酶
? 在 DNA模板链的指导下，以三磷酸
脱氧核苷为底物，按碱基配对原则，将
三磷酸脱氧核苷逐个加到寡聚核苷酸片
段的 3’-OH末端上，并催化核苷酸之间的
3’5’ -磷酸二酯键的形成，新合成的 DNA
链沿 5’ 3’的方向延长。
? 在大肠杆菌菌体内发现有三种 DNA
聚合酶，分别是 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 。其中 DNA聚
合酶 Ⅰ 和 Ⅲ 最重要，都有 核酸外切酶 的
作用（将 DNA链损伤部位或两个 DNA片段
之间的 RNA引物切除，然后催化脱氧核苷
酸向此处聚合，将间隙填充）。
? 在真核细胞内发现有 α, β, γ, δ
四种 DNA聚合酶，最重要的是 DNA聚合酶 α,
与 DNA聚合酶 Ⅲ 功能相同。
?（ 6） DNA连接酶
? 在 DNA双螺旋局部解开后，两条 DNA互
补链均可以作为模板指导复制。在复制过
程中，往往一条模板链指导合成的子链是
连续的，另一条模板链指导合成的是不连
续的 DNA片段（岗崎片段）,DNA连接酶即
将相邻的两个岗崎片段连接起来，并催化
两者之间的 3’5’-磷酸二酯键形成。
?3,DNA的复制
?包括三个阶段：
?（ 1）复制的起始
? 起始点,DNA的复制并非在 DNA分
子的任何部位都可以起始，而是在特定
的起始部位开始的。
? 原核细胞 的环状 DNA一般只有一个
起始点。 真核细胞 染色体 DNA分子比原
核细胞 DNA分子大得多，其线状 DNA具
有多个复制起始点，甚至多达上千个，
从而形成许多独立复制的核苷酸序列，
称为,复制单位”或“复制子”。
? 复制开始时，先由 拓扑异构酶 Ⅱ 和
解链酶 与 DNA的复制起始部位结合，使该
部位解螺旋、解链，形成复制点，同时
单链结合蛋白 与该处解开的两条模板链
牢固结合，使其保持可复制状态。每个
复制点结构犹如叉状，称为, 复制叉, 。
? 引物酶具有辨别 DNA模板链起始点的
能力，在此处由模板链指导，按照 A-U、
G-C的碱基配对原则聚合三磷酸核苷
（ NTP），形成 RNA引物。
? 细菌的 RNA引物较长，一般含有 50-
100个核苷酸残基，哺乳动物的 RNA引物
较短，一般含有 10个左右的核苷酸残基。
? （ 2） DNA片段的合成与延伸
? RNA引物形成之后，在两条 DNA模板
链的指导下，在 DNA聚合酶 Ⅲ 的催化下，
按照 A-T,G-C的碱基配对原则在引物的
3’-OH端逐个聚合三磷酸脱氧核苷，形成
两段 DNA片段。在复制中,拓扑异构酶 Ⅱ
和解链酶 不断向前推进，复制叉就不停
地向前移行，新合成的 DNA片段也就相应
的延伸。合成的方向为 5’ 3’。
? 前导链,在复制叉的起点处复制时，
一条子链的延伸方向与复制叉前进方向
相同，称为, 前导链, 。
?后随链,另一条子链的延伸方向与复制
叉的前进方向相反，称为, 后随链, 。
? 复制开始后，随着复制叉向前移行，
前导链向复制叉移行方向连续延伸；而
后随链沿着复制叉移性的反方向断续合
成，开始合成的是一段一段的 DNA片段
（冈崎片段）。
? 当一个冈崎片段合成后，随着复制
叉的前移，在新分叉处又合成一段 RNA
引物，在引物的 3’-OH端再合成一段冈崎
片段，如此进行下去便合成了 一条 RNA引
物 -冈崎片段相间排列 的序列。
? 复制到了一定程度,DNA聚合酶 Ⅰ 的 核
酸外切酶 活性便将 RNA引物切除，同时它的
DNA聚合酶 Ⅰ 活性催化冈崎片段由 3’-OH端延
长（每个核苷酸单位被切除后立即被与模板
链上相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上），
直达前一个冈崎片段的 5’-末端为止。
?（ 3）完成子代 DNA分子的形成
? 复制进行到一定程度,核酸外切酶 将前
导链的 RNA引物切除，由 DNA聚合酶 Ⅰ 催化其
延长补缺； DNA连接酶 将相邻的两个岗崎片
段连接起来，使之成为完整的长链。两条子
链分别与两条亲链重新形成双螺旋结构，生
成两个与亲代 DNA完全相同的子代 DNA。
?4,DNA聚合酶的, 校对, 作用
? 在大肠杆菌的 DNA复制中，每聚合
109-1010个碱基对仅有一个误差。
? 原因,DNA聚合酶具有三种不同的酶
活性，其 核酸外切酶 活性是校对新生 DNA
链和改正聚合酶活性所造成, 错配, 的一
种方法。当, 错配, 一个核苷酸时，酶能
识别这种, 失误, 并立即从新链的 3’-OH端
切除所配错的核苷酸，然后再按 5’ 3’
方向和正常复制的过程在新 DNA链的 3’加
上正确的核苷酸。所以当复制叉沿模板链
移动时，随加入的每个脱氧核苷酸单位都
会受到检查。
? 复制的准确性高于转录和翻译过程，
否则易引起突变或致死。而转录和翻译
的失误一般只涉及一个细胞中某种 RNA
或蛋白质的产生，不会改变生物的遗传
性能。
? 因此,DNA聚合酶的校正作用是保
证复制准确性的数种途径之一。
?（四）真核生物的 DNA复制（ DNA指导
下的 DNA合成）
? 真核细胞 DNA结构相当复杂，有关
DNA复制的研究主要来自于原核生物。
近年来随着新技术应用以及体外复制系
统的建立，真核细胞 DNA复制研究也有
了较大进展。真核细胞 DNA复制过程与
原核细胞 DNA复制基本上相似，但也有
不同之处：
?1、真核细胞 DNA复制有许多起始点，即真
核细胞 DNA复制是由许多, 复制子, 共同完
成的。因此真核生物复制叉移动速度虽慢但
复制总速度可能比原核生物更快。
?2、在较高等的生物中至少有 5种以上的 DNA
聚合酶，分别命名为 α, β, γ, δ 和 ε 。
这五种酶均能在 5’ 3’方向上聚合 DNA
链。
?3、端粒的复制：线性染色体的末端 DNA称
为端粒（ telomere）。端粒的复制是由一种
特殊的酶 ------端粒酶所催化。在真核细胞中，
当复制叉到达线性染色体末端时，复制过程
是在端粒酶作用下完成的。
? 端粒酶,最早于 1985年在四膜虫中
发现，现已证实该酶存在于所有真核细
胞中。是一种核糖核蛋白，它由 RNA和
蛋白质两种成分组成。
?（五）反转录作用（ RNA指导下的 DNA
合成）
? 1970年 Temin和 Baltimore同时从致
癌病毒中发现 RNA指导下的 DNA聚合酶。
此酶以 4种三磷酸脱氧核苷（ dCTP、
dGTP,dATP,dTTP）为底物能生成与
病毒 RNA（模板）碱基序列互补的 DNA。
? 由于其催化遗传信息从 RNA流向
DNA，与转录作用正好相反，所以称为
“反转录酶”或“逆转录酶”。
? 病毒反转录酶特性：以病毒 RNA为模
板；以三磷酸脱氧核苷为底物；含 Zn2+,
催化时也需要引物，生成的新 DNA链的
方向是 5’ 3’。
? 具体过程：
?1、病毒进入宿主细胞后，在细胞液中脱
去外壳，然后以病毒 RNA为模板，以三
磷酸脱氧核苷为底物，由反转录酶催化
合成一条与病毒 RNA链互补的 DNA链，
称为, 互补 DNA（ cDNA）, 。病毒
RNA与 cDNA形成杂交体。
?2、反转录酶继续催化杂交体分离，释放
出 cDNA，再以 cDNA为模板合成一条互
补 DNA链，形成双股 cDNA。
?3、双股 cDNA整合到宿主细胞的染色体
DNA中。
?（六） DNA分子的损伤与修复
? 1,DNA分子的损伤
? 一些理化因素如紫外线、电离辐射和化学
诱变剂（碱基和核苷类似物、某些抗生素、烷
化剂和亚硝胺等）等能使细胞 DNA受到损伤而
导致生物突变或致死。
? 细胞具有一系列机制，能在一定条件下使
DNA的损伤得到修复。
? 2,DNA损伤的修复
?（ 1）切除修复
? 是哺乳动物 DNA损伤的主要修复方式。
? 即在一系列酶的作用下，将 DNA分子中受
损伤部位切除掉，并以完整的 DNA链为模板，
合成切去的部分，使损伤修复。
?
? 在原核细胞中,DNA聚合酶具有核
酸外切酶和 DNA聚合酶活性，由它同时
担当切除与修复的作用。在真核细胞中，
DNA聚合酶不具有核酸外切酶活性，因
此损伤部位的切除主要由核酸内切酶和
核酸外切酶担当，损伤部位的修复则由
DNA聚合酶催化。
?（ 2）光复活（直接修复）
? 紫外光照射会使 DNA分子中同一条
链两相邻的胸腺嘧啶形成, 嘧啶二聚
体,,从而影响 DNA的双螺旋结构，使
其复制和转录功能受到阻碍。
? 光复活是一种高度专一的直接修复
方式。它只作用于紫外光引起的 DNA嘧
啶二聚体。光复活酶在生物界分布很广，
从低等单细胞生物到鸟类都有，但是高
等哺乳动物类几乎没有（只存在于淋巴
细胞和成纤维细胞中。高等动物主要是
暗修复，即切除含嘧啶二聚体的核酸链，
然后再修复合成）。
?（ 3）重组修复
? 上述的光复活修复、切除修复都能
得到精确的修复，其原因是损伤通常发
生在双链 DNA的一条链，另一条链仍保
持正常的遗传信息，因此修复时能以一
条链为模板，修复另一条损伤链。
? 如果 DNA损伤范围较大，来不及修
复就进行复制，复制后仍可以进行修复，
叫做 复制后修复，即重组修复 。
?
?（ 4）错配修复
? DNA在复制过程中发生错配，如果新合成
链被校正，基因编码信息可得到恢复。但是如果
模板链被校正，突变就被固定。这时就需要进行
,错配修复, 。
? 错配修复系统能够识别错配位点以及
,新,,旧, 链，将错配新链切除并加以修复。
?（ 5） SOS修复
? 当 DNA损伤范围很大时，复制便会受到抑
制。此时细胞可诱导合成一些新的 DNA聚合酶，
催化此缺口部位 DNA的形成。但此类 DNA聚合酶
对碱基识别能力较差，常常修复后的 DNA链上出
现许多差错，甚至使细胞癌变。尽管如此，这种
修复毕竟可以提高细胞的存活率，不失为一种紧
急补救措施。
?二,RNA的生物合成
? 贮存于 DNA中的遗传信息需要通过转
录和翻译得到表达。
?（一）转录（ DNA指导下的 RNA合成）
? DNA分子中的遗传信息转移到 RNA分
子中的过程称为,转录”,即酶促合成除
T变成 U外与基因编码链碱基序列相同的
RNA链。
? 转录产物有三类：信使 RNA
（ mRNA）、核糖体 RNA（ rRNA）、转移
RNA（ tRNA）。
?一、概念
? 能量是一切生物体活动所必需的。能
量的来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、
蛋白质等有机物的氧化作用。
? 有机物在生物体细胞内氧化分解成二
氧化碳和水并释放出能量形成 ATP的过程
称为 生物氧化（ bioligical oxidation） 。
?由于此过程通常要消耗氧，生成二氧化碳，
并且在组织细胞内进行，所以 生物氧化也
叫做细胞呼吸或组织呼吸 。
?二、生物氧化的特点和酶类
?（一）特点
? 氧化还原的本质是电子的转移。生物体
内的电子转移主要有以下几种形式：
?1、直接进行电子转移
?2、氢原子的转移
?3、有机还原剂直接加氧
? 加氧时常常伴随有接受质子和电子
而被还原成水。
?（二）生物氧化中二氧化碳的生成
? 生物氧化中二氧化碳的生成是由于
糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧
基的化合物进行脱羧反应所至。
? 种类：
?1,α -脱羧和 β -脱羧；
?2、直接脱羧和氧化脱羧：氧化脱羧是指
脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
?α -直接脱羧：
?β -直接脱羧：
?α -氧化脱羧：
?β -氧化脱羧：
?（三）生物氧化中水的生成
? 生物氧化中所生成的水是代谢物脱
下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合
而成的。
? 糖类、蛋白质、脂肪等代谢物所含
的氢在一般情况下是不活泼的，必须通
过相应的 脱氢酶 将之激活后才能脱落。
进入体内的氧也必须经过 氧化酶 激活后
才能变为活性很高的氧化剂。但激活的
氧在一般情况下，也不能直接氧化由脱
氢酶激活而脱落的氢，两者之间尚需传
递才能结合成水。所以 生物体主要是以
脱氢酶、传递体及氧化酶组成的生物氧
化体系,以促进水的生成。
?（四）酶
? 凡是参与生物体内氧化还原反应的
酶都叫做 生物氧化还原酶 。主要存在于
线粒体中，所以生物氧化主要在线粒体
内进行。另外，线粒体外（如微粒体等）
也可发生生物氧化（次要）。
?1、脱氢酶
? 脱氢酶的作用是使代谢物的氢活化、
脱落，并传递给其它受氢体或中间传递
体。
? 根据所含辅助因子的不同，分为两
类：
?（ 1）以黄素核苷酸为辅基的脱氢酶（黄
素脱氢酶）
? 以黄素单核苷酸（ FMN）或黄素腺
嘌呤二核苷酸（ FAD）为辅基。
? 又分为两种：
?需氧黄素脱氢酶：以氧为直接受氢体，
氢于氧结合生成 H2O2 。
?不需氧黄素脱氢酶：不以氧为直接受氢
体，催化代谢物脱下的氢首先传递给中
间传递体，最后再传递给分子氧生成水。
?（ 2）以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶
（烟酰胺脱氢酶）
? 以 NAD（ CoⅠ) 或 NADP（ CoⅡ ）
为辅酶，催化代谢物脱氢，由 NAD+ 或
NADP+ 接受，然后将氢交给中间传递体，
最后传递给分子氧生成水。
?2、氧化酶
? 在生物氧化中，氧化酶的作用是激
活氧，把来自传递体的氢传递给活化的
氧而生成水。
? 氧化酶一般是含有金属离子的结合
酶，直接以氧为受氢体，每个氧原子接
受 2个电子（ 2e）后和 2个质子（ 2H+ ）生
成水。
?3、传递体
? 传递体是生物氧化过程中传递氢或传
递电子的物质，它们既不能使代谢物脱氢，
也不能使氧活化。
? 传递体只存在于由不需氧脱氢酶所催
化的代谢物脱氢的生物氧化体系中。
? 有的传递体起传递氢原子的作用，叫
做,递氢体”,主要有黄素蛋白传递体
（ FAD,FMN）,CoⅠ （ NAD）,CoⅡ
（ NADP）及辅酶 Q。
? 有的传递体起传递电子的作用，叫做
“递电子体”,主要有细胞色素及铁硫蛋
白。
?（ 1）铁硫蛋白
? 铁硫蛋白类作用机理是通过铁的变
价互变进行电子传递。
? 由于其活性部位含有两个活泼的硫
和两个铁原子，所以叫做铁硫蛋白。
?
? 铁硫蛋白存在于微生物、动物组织
中，通常在线粒体内膜上与黄素酶或细
胞色素结合成复合物而存在。
?（ 2）辅酶 Q类（泛醌）
? 递氢体。
?（ 3）细胞色素类（ cytochrome,Cyt）
? 现已发现 30多种细胞色素，在线粒体
内参与生物氧化的细胞色素有 a,a3, b、
c,c1等几种。依靠细胞色素分子中铁离子
化合价的变化传递电子。
?
? 目前尚不能将 a,a3 分开。在 aa3分子
中除铁原子外，还有两个铜原子，依靠其
化合价的变化将电子从 a3传给氧。
? 在典型的线粒体呼吸链中，其顺序为：
?三、呼吸链（电子传递链或电子传递体系）
?（一）概念
? 代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落
后，经过一些列的传递体，最后传递给被
激活的氧分子而生成水的全部体系叫做 呼
吸链 。
?（二）种类
? 在具有线粒体的生物中，根据接受代
谢物上脱下的氢的初始受体不同，分成两
种典型的呼吸链，即 NADH呼吸链和
FADH2呼吸链。
?
?
? 其中 NADH呼吸链应用最广泛，糖类、
蛋白质、脂肪三大物质分解代谢中的脱
氢氧化反应绝大多数是通过 NADH呼吸
链来完成的。
?四、生物氧化过程中能量的转移
? （一）概述
? 生物体内的 ATP是高能化合物，由
ADP磷酸化生成。这种伴随着放能的氧
化作用而进行的磷酸化称为, 氧化磷酸
化, 。即代谢物上的氧化（脱氢）作用
与 ATP的磷酸化作用相偶联而生成 ATP
的过程叫做, 氧化磷酸化, 。
? 根据生物氧化方式的不同将 氧化磷
酸化分为底物水平磷酸化和电子传递体
系磷酸化。 通常所说的氧化磷酸化是指
电子传递体系磷酸化。
?（二） ATP的生成
? ATP主要由 ADP磷酸化所生成，少
数情况下可由 AMP焦磷酸化生成。
?1、底物水平磷酸化
? 底物水平磷酸化是在被氧化的底物上
发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，
形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，
通过酶的作用可使 ADP生成 ATP。
? 底物磷酸化形成高能化合物，其能量
来源于伴随着底物的脱氢，分子内部能量
的重新分布。
? 底物磷酸化与氧的存在与否无关，它
是发酵作用中进行生物氧化获得能量的唯
一方式。
?2、电子传递体系磷酸化
? 当电子从 NADH或 FADH2经过电子
传递体系传递给氧形成水时，同时伴随
有 ADP磷酸化为 ATP，即 电子传递体系
磷酸化 。
? 电子传递体系磷酸化是生成 ATP的
主要方式。
? NADH呼吸链中有三个地方生成 ATP：
? 由于, 氧化磷酸化, 是氧化作用与
ATP的磷酸化作用相偶联而生成 ATP，
所以氧的消耗与 ATP的生成有特殊定量
关系，通常用, 磷氧比（ P/O）, 来描述，
即消耗 1摩尔氧时，有多少摩尔无机磷与
ADP作用生成 ATP。生成的 ATP的数量。
? 线粒体的离体实验证明，经 NADH呼
吸链氧化生成水的 P/O为 3，经 FAD呼吸
链氧化生成水的 P/O为 2。其氧化磷酸化
的偶联部位见图。
?3、细胞液中 NADH的氧化磷酸化
? 线粒体是糖、脂肪、蛋白质等能源物
质的最终氧化场所，这些物质的彻底氧化
是在线粒体内通过呼吸链生成 ATP。但是
糖、蛋白质和脂肪的全部氧化过程并不是
都在线粒体内进行（如糖酵解作用在细胞
液中进行，真核生物细胞液中的 NADH不
能通过正常的线粒体内膜），细胞液中
NADH不能通过线粒体内膜进入线粒体内
进行氧化磷酸化，必须通过两种,穿梭”
途径 。
? 原理：线粒体外的 NADH可将其所带
之 H转交给某些能透过线粒体内膜的化合物
（甘油 -3-磷酸，苹果酸等），进入线粒体
内后再氧化。
?（ 1）甘油 -3-磷酸穿梭途径（ glycerol3-
phosphate shuttle）
? 细胞液中含有甘油 -3-磷酸脱氢酶，
可以将二羟丙酮磷酸还原为甘油 -3-磷酸，
后者可进入线粒体内；线粒体内又在甘
油 -3-磷酸脱氢酶作用下，将甘油 -3-磷酸
转变为二羟丙酮磷酸，同时 FAD还原为
FADH2,于是细胞液中的 NADH便间接
形成了线粒体内的 FADH2, FADH2将电
子传递给 CoQ还原为 QH2,后者通过呼
吸链产生 ATP。
? 这种穿梭作用主要存在于肌肉、神
经组织，所以葡萄糖在这些组织中彻底
氧化所产生的 ATP比其他组织要少 2个，
即生成 36个 ATP。
?（ 2）苹果酸穿梭途径（苹果酸 -天冬氨
酸穿梭途径）
? 细胞液内的 NADH的电子在 苹果酸脱
氢酶 作用下传递给草酰乙酸后转变为苹
果酸，同时 NADH氧化为 NAD+ 。苹果酸
通过 苹果酸 -α -酮戊二酸载体 穿过线粒
体膜，进入线粒体内膜的苹果酸被 NAD+
氧化失去电子又转变为 草酰乙酸,NAD+
又形成 NADH，草酰乙酸不能透过线粒
体内膜，经过 转氨基作用 形成天冬氨酸，
再经过 谷氨酸 -天冬氨酸载体 转移到细胞
液中，天冬氨酸再经过 转氨基作用 转变
为草酰乙酸。
?
? 在肝、肾、心等组织，细胞液中的 NADH是
通过苹果酸穿梭途径。
?（三）氧化磷酸化的抑制作用
? 影响呼吸链的因素都影响氧化磷酸化的正常
进行。主要有三种；
? 1、解偶联剂
? 氧化磷酸化是氧化及磷酸化的偶联反应。磷
酸化所需能量由氧化作用供给，氧化作用所形成
的能量通过磷酸化作用储存。如果二者之间的偶
联被破坏，氧化磷酸化就受到抑制，甚至危及生
物体的生命。
? 解偶联剂：引起解偶联作用的物质。
? 解偶联作用：所有破坏生物氧化与磷酸化相
偶联的作用，即抑制氧化磷酸化的作用即解偶联
作用。
? 常见的解偶联剂有 2,4-二硝基苯酚、双香
豆素等。
? 解偶联剂并不抑制电子传递过程，只抑制由
ADP形成 ATP的磷酸化过程。如感冒发烧即是由
于某些细菌或病毒产生某种解偶联剂，影响氧化
磷酸化作用的正常进行，导致较多能量转变为热
能。
? 2、呼吸链抑制剂
? 有些物质专一结合呼吸链中的不同部位，从
而抑制呼吸链的传递，使氧化过程受阻，能量释
放减少，影响 ATP的生成。
? 常见的呼吸链抑制剂有阿米妥（戊巴比妥，
amytal）、鱼藤酮（ rotenone）、抗霉素
（ antimycin）、一氧化碳和氰化物等。
?3、离子载体抑制剂
? 有些物质可以与 K+或 Na+形成脂溶性
复合物，将线粒体内的 K+跨膜转移到细
胞液。这种离子转移消耗了生物氧化所
产生的能量，从而抑制 ADP磷酸化 ATP。
? 常见的离子载体抑制剂有寡霉素、
缬氨霉素、短杆菌肽等。
? 离子载体抑制剂也不抑制电子传递
过程。
? 第八章 核酸的生物合成
?一,DNA的生物合成
? DNA的生物合成有两条途径：
? DNA的复制（主要）； RNA的反向转录（次要）。
?（一） DNA的半保留复制
? 提出背景：
? 1953年 Watson和 Crick在 DNA双螺旋结构基
础上提出了 DNA半保留复制假说。他们推测复制
时,DNA的两条链分开，按照碱基配对方式，以
单链 DNA的核苷酸顺序合成新链，从而组成新的
DNA分子。这样新形成的两个 DNA分子与原来
DNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代分子的
一条链来自于亲代 DNA，另一条链是新合成的。
这种子代 DNA分子中总是保留一条来自亲代 DNA
的复制方式称为“半保留复制”。
? 1958年 Meselson和 Stahl首次用同位
素标记法得到证实。
?（二） DNA复制的起始点和方向
?1、起始点
? DNA复制的起始点是含有 100-200个
碱基的一段 DNA。先是 DNA的两条链在
起始点分开形成叉子样的,复制叉
（ replication fork）,,也叫, 生长点
（ growing point）, 随着复制叉的移动
完成 DNA的复制过程。
? 细胞内存在能识别起始点的特种蛋
白质。
?2、方向
? DNA复制可以朝一个方向（ 单向复
制, unidirectional），也可以朝两个相
反方向进行（ 双向复制, bidirectional，
主要）。
? DNA复制一般是对称的，两条链同
时进行，也有不对称的，一条链复制完
后再进行另一条链的复制。
?（三）原核细胞 DNA的复制（ DNA指导
下的 DNA合成）
?1、复制的条件
?（ 1） DNA亲链（模板）：复制前 DNA先
解螺旋、解链形成两条单链，两条单链
都可以作为模板；
?（ 2）四种三磷酸脱氧核苷（ dNTP）作
为底物；
?（ 3）一系列酶；
?（ 4）一小段寡核苷酸链作为, 引物, 。
?2、参与 DNA复制的酶类及蛋白因子
?（ 1）拓扑异构酶
? 解开 DNA的超螺旋结构。包含两种：
?拓扑异构酶 Ⅰ （转环酶）,在 DNA的特定部
位将双链中的 一条 切开，使链的末端沿螺旋
轴松解的方向转动，然后将切口封闭，使
DNA分子呈松弛状态。（不需要 ATP供能）。
?拓扑异构酶 Ⅱ （旋转酶）,将 DNA特定部位
的 两条 链均切开，使 DNA分子去除超螺旋，
变为松弛状态。（需要 ATP供能）。
?（ 2）解链酶（解螺旋酶）
? 使 DNA双螺旋局部的两条互补链解开
成单链。当 DNA双螺旋有单链末端或双链
有缺口时，解链酶即结合于此处，然后沿
DNA链移行，逐渐解开双链。
?（ 3）单链结合蛋白（ SSB），又叫螺旋去
稳定蛋白或 DNA结合蛋白
? 当 DNA局部的两条链解开后，还有可
能再结合成双螺旋结构而复性，因此 SSB
与解开的单链牢固结合，防治它们再接触
并重新结成碱基对；同时也可避免核酸酶
对单链 DNA的水解，使正在复制中的 DNA
模板链得到保护。
?（ 4）引物酶
? 在 DNA复制时，需要首先合成一小段
寡核苷酸链作为引物，然后在引物的一端逐
个加上脱氧核苷酸合成 DNA链。
? DNA合成的引物有多种，大多数情况下
以 RNA片段作引物，也可以 DNA片段作引物。
?催化 RNA引物合成的酶叫做, RNA聚合酶,,
在 DNA复制的起始点，在 DNA模板链指导下
催化 RNA引物的合成。
?（ 5） DNA聚合酶
? 在 DNA模板链的指导下，以三磷酸
脱氧核苷为底物，按碱基配对原则，将
三磷酸脱氧核苷逐个加到寡聚核苷酸片
段的 3’-OH末端上，并催化核苷酸之间的
3’5’ -磷酸二酯键的形成，新合成的 DNA
链沿 5’ 3’的方向延长。
? 在大肠杆菌菌体内发现有三种 DNA
聚合酶，分别是 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 。其中 DNA聚
合酶 Ⅰ 和 Ⅲ 最重要，都有 核酸外切酶 的
作用（将 DNA链损伤部位或两个 DNA片段
之间的 RNA引物切除，然后催化脱氧核苷
酸向此处聚合，将间隙填充）。
? 在真核细胞内发现有 α, β, γ, δ
四种 DNA聚合酶，最重要的是 DNA聚合酶 α,
与 DNA聚合酶 Ⅲ 功能相同。
?（ 6） DNA连接酶
? 在 DNA双螺旋局部解开后，两条 DNA互
补链均可以作为模板指导复制。在复制过
程中，往往一条模板链指导合成的子链是
连续的，另一条模板链指导合成的是不连
续的 DNA片段（岗崎片段）,DNA连接酶即
将相邻的两个岗崎片段连接起来，并催化
两者之间的 3’5’-磷酸二酯键形成。
?3,DNA的复制
?包括三个阶段：
?（ 1）复制的起始
? 起始点,DNA的复制并非在 DNA分
子的任何部位都可以起始，而是在特定
的起始部位开始的。
? 原核细胞 的环状 DNA一般只有一个
起始点。 真核细胞 染色体 DNA分子比原
核细胞 DNA分子大得多，其线状 DNA具
有多个复制起始点，甚至多达上千个，
从而形成许多独立复制的核苷酸序列，
称为,复制单位”或“复制子”。
? 复制开始时，先由 拓扑异构酶 Ⅱ 和
解链酶 与 DNA的复制起始部位结合，使该
部位解螺旋、解链，形成复制点，同时
单链结合蛋白 与该处解开的两条模板链
牢固结合，使其保持可复制状态。每个
复制点结构犹如叉状，称为, 复制叉, 。
? 引物酶具有辨别 DNA模板链起始点的
能力，在此处由模板链指导，按照 A-U、
G-C的碱基配对原则聚合三磷酸核苷
（ NTP），形成 RNA引物。
? 细菌的 RNA引物较长，一般含有 50-
100个核苷酸残基，哺乳动物的 RNA引物
较短，一般含有 10个左右的核苷酸残基。
? （ 2） DNA片段的合成与延伸
? RNA引物形成之后，在两条 DNA模板
链的指导下，在 DNA聚合酶 Ⅲ 的催化下，
按照 A-T,G-C的碱基配对原则在引物的
3’-OH端逐个聚合三磷酸脱氧核苷，形成
两段 DNA片段。在复制中,拓扑异构酶 Ⅱ
和解链酶 不断向前推进，复制叉就不停
地向前移行，新合成的 DNA片段也就相应
的延伸。合成的方向为 5’ 3’。
? 前导链,在复制叉的起点处复制时，
一条子链的延伸方向与复制叉前进方向
相同，称为, 前导链, 。
?后随链,另一条子链的延伸方向与复制
叉的前进方向相反，称为, 后随链, 。
? 复制开始后，随着复制叉向前移行，
前导链向复制叉移行方向连续延伸；而
后随链沿着复制叉移性的反方向断续合
成，开始合成的是一段一段的 DNA片段
（冈崎片段）。
? 当一个冈崎片段合成后，随着复制
叉的前移，在新分叉处又合成一段 RNA
引物，在引物的 3’-OH端再合成一段冈崎
片段，如此进行下去便合成了 一条 RNA引
物 -冈崎片段相间排列 的序列。
? 复制到了一定程度,DNA聚合酶 Ⅰ 的 核
酸外切酶 活性便将 RNA引物切除，同时它的
DNA聚合酶 Ⅰ 活性催化冈崎片段由 3’-OH端延
长（每个核苷酸单位被切除后立即被与模板
链上相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上），
直达前一个冈崎片段的 5’-末端为止。
?（ 3）完成子代 DNA分子的形成
? 复制进行到一定程度,核酸外切酶 将前
导链的 RNA引物切除，由 DNA聚合酶 Ⅰ 催化其
延长补缺； DNA连接酶 将相邻的两个岗崎片
段连接起来，使之成为完整的长链。两条子
链分别与两条亲链重新形成双螺旋结构，生
成两个与亲代 DNA完全相同的子代 DNA。
?4,DNA聚合酶的, 校对, 作用
? 在大肠杆菌的 DNA复制中，每聚合
109-1010个碱基对仅有一个误差。
? 原因,DNA聚合酶具有三种不同的酶
活性，其 核酸外切酶 活性是校对新生 DNA
链和改正聚合酶活性所造成, 错配, 的一
种方法。当, 错配, 一个核苷酸时，酶能
识别这种, 失误, 并立即从新链的 3’-OH端
切除所配错的核苷酸，然后再按 5’ 3’
方向和正常复制的过程在新 DNA链的 3’加
上正确的核苷酸。所以当复制叉沿模板链
移动时，随加入的每个脱氧核苷酸单位都
会受到检查。
? 复制的准确性高于转录和翻译过程，
否则易引起突变或致死。而转录和翻译
的失误一般只涉及一个细胞中某种 RNA
或蛋白质的产生，不会改变生物的遗传
性能。
? 因此,DNA聚合酶的校正作用是保
证复制准确性的数种途径之一。
?（四）真核生物的 DNA复制（ DNA指导
下的 DNA合成）
? 真核细胞 DNA结构相当复杂，有关
DNA复制的研究主要来自于原核生物。
近年来随着新技术应用以及体外复制系
统的建立，真核细胞 DNA复制研究也有
了较大进展。真核细胞 DNA复制过程与
原核细胞 DNA复制基本上相似，但也有
不同之处：
?1、真核细胞 DNA复制有许多起始点，即真
核细胞 DNA复制是由许多, 复制子, 共同完
成的。因此真核生物复制叉移动速度虽慢但
复制总速度可能比原核生物更快。
?2、在较高等的生物中至少有 5种以上的 DNA
聚合酶，分别命名为 α, β, γ, δ 和 ε 。
这五种酶均能在 5’ 3’方向上聚合 DNA
链。
?3、端粒的复制：线性染色体的末端 DNA称
为端粒（ telomere）。端粒的复制是由一种
特殊的酶 ------端粒酶所催化。在真核细胞中，
当复制叉到达线性染色体末端时，复制过程
是在端粒酶作用下完成的。
? 端粒酶,最早于 1985年在四膜虫中
发现，现已证实该酶存在于所有真核细
胞中。是一种核糖核蛋白，它由 RNA和
蛋白质两种成分组成。
?（五）反转录作用（ RNA指导下的 DNA
合成）
? 1970年 Temin和 Baltimore同时从致
癌病毒中发现 RNA指导下的 DNA聚合酶。
此酶以 4种三磷酸脱氧核苷（ dCTP、
dGTP,dATP,dTTP）为底物能生成与
病毒 RNA（模板）碱基序列互补的 DNA。
? 由于其催化遗传信息从 RNA流向
DNA，与转录作用正好相反，所以称为
“反转录酶”或“逆转录酶”。
? 病毒反转录酶特性：以病毒 RNA为模
板；以三磷酸脱氧核苷为底物；含 Zn2+,
催化时也需要引物，生成的新 DNA链的
方向是 5’ 3’。
? 具体过程：
?1、病毒进入宿主细胞后，在细胞液中脱
去外壳，然后以病毒 RNA为模板，以三
磷酸脱氧核苷为底物，由反转录酶催化
合成一条与病毒 RNA链互补的 DNA链，
称为, 互补 DNA（ cDNA）, 。病毒
RNA与 cDNA形成杂交体。
?2、反转录酶继续催化杂交体分离，释放
出 cDNA，再以 cDNA为模板合成一条互
补 DNA链，形成双股 cDNA。
?3、双股 cDNA整合到宿主细胞的染色体
DNA中。
?（六） DNA分子的损伤与修复
? 1,DNA分子的损伤
? 一些理化因素如紫外线、电离辐射和化学
诱变剂（碱基和核苷类似物、某些抗生素、烷
化剂和亚硝胺等）等能使细胞 DNA受到损伤而
导致生物突变或致死。
? 细胞具有一系列机制，能在一定条件下使
DNA的损伤得到修复。
? 2,DNA损伤的修复
?（ 1）切除修复
? 是哺乳动物 DNA损伤的主要修复方式。
? 即在一系列酶的作用下，将 DNA分子中受
损伤部位切除掉，并以完整的 DNA链为模板，
合成切去的部分，使损伤修复。
?
? 在原核细胞中,DNA聚合酶具有核
酸外切酶和 DNA聚合酶活性，由它同时
担当切除与修复的作用。在真核细胞中，
DNA聚合酶不具有核酸外切酶活性，因
此损伤部位的切除主要由核酸内切酶和
核酸外切酶担当，损伤部位的修复则由
DNA聚合酶催化。
?（ 2）光复活（直接修复）
? 紫外光照射会使 DNA分子中同一条
链两相邻的胸腺嘧啶形成, 嘧啶二聚
体,,从而影响 DNA的双螺旋结构，使
其复制和转录功能受到阻碍。
? 光复活是一种高度专一的直接修复
方式。它只作用于紫外光引起的 DNA嘧
啶二聚体。光复活酶在生物界分布很广，
从低等单细胞生物到鸟类都有，但是高
等哺乳动物类几乎没有（只存在于淋巴
细胞和成纤维细胞中。高等动物主要是
暗修复，即切除含嘧啶二聚体的核酸链，
然后再修复合成）。
?（ 3）重组修复
? 上述的光复活修复、切除修复都能
得到精确的修复，其原因是损伤通常发
生在双链 DNA的一条链，另一条链仍保
持正常的遗传信息，因此修复时能以一
条链为模板，修复另一条损伤链。
? 如果 DNA损伤范围较大，来不及修
复就进行复制，复制后仍可以进行修复，
叫做 复制后修复，即重组修复 。
?
?（ 4）错配修复
? DNA在复制过程中发生错配，如果新合成
链被校正，基因编码信息可得到恢复。但是如果
模板链被校正，突变就被固定。这时就需要进行
,错配修复, 。
? 错配修复系统能够识别错配位点以及
,新,,旧, 链，将错配新链切除并加以修复。
?（ 5） SOS修复
? 当 DNA损伤范围很大时，复制便会受到抑
制。此时细胞可诱导合成一些新的 DNA聚合酶，
催化此缺口部位 DNA的形成。但此类 DNA聚合酶
对碱基识别能力较差，常常修复后的 DNA链上出
现许多差错，甚至使细胞癌变。尽管如此，这种
修复毕竟可以提高细胞的存活率，不失为一种紧
急补救措施。
?二,RNA的生物合成
? 贮存于 DNA中的遗传信息需要通过转
录和翻译得到表达。
?（一）转录（ DNA指导下的 RNA合成）
? DNA分子中的遗传信息转移到 RNA分
子中的过程称为,转录”,即酶促合成除
T变成 U外与基因编码链碱基序列相同的
RNA链。
? 转录产物有三类：信使 RNA
（ mRNA）、核糖体 RNA（ rRNA）、转移
RNA（ tRNA）。
