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1、第二章 遗传物质及遗传信息的传送n除了少数的RNA病毒之外，DNA几乎是一切生物遗传信息的携带者。 nDNA遗传信息的传送中心法那么n遗传信息从DNA到RNA转录n遗传信息从mRNA到蛋白质翻译nDNA模板与模板与mRNA分子及多肽链之间分子及多肽链之间存在共线性关系。存在共线性关系。第一节第一节 DNA DNA的变性、复性和的变性、复性和DNADNA杂交杂交n一、变性一、变性(denaturation)(denaturation)n在在化化学学或或物物理理要要素素的的影影响响下下，维维系系核核酸酸二二级级构构造造的的氢氢键键和和碱碱基基堆堆积积力力遭遭到到破破坏坏，DNADNA双双螺旋解旋成
2、为单链的过程称为变性。螺旋解旋成为单链的过程称为变性。n变变性性可可发发生生在在整整个个DNADNA分分子子中中，也也可可发发生生在在部分的双螺旋阶段上部分的双螺旋阶段上 。nDNADNA变性不涉及核苷酸中磷酸二酯键的断裂。变性不涉及核苷酸中磷酸二酯键的断裂。 n引引起起DNADNA变变性性的的要要素素有有：酸酸、碱碱PH=11.3PH=11.3、热热、某某些些变变性性剂剂如如尿尿素素、胍胍和和某某些些有有机机溶剂如乙醇、丙酮等。溶剂如乙醇、丙酮等。二、复性二、复性renaturationrenaturationn变性的变性的DNADNA两条互补单链，在适当条件下重新两条互补单链，在适当条件下
3、重新缔合成双链的过程称为缔合成双链的过程称为DNADNA复性或退火。复性或退火。 n复性可分为两个阶段：首先是成核复性可分为两个阶段：首先是成核nucleationnucleation，然后是拉链式，然后是拉链式(zippering)(zippering)。n复性开场时复性开场时, ,两条两条DNADNA单链随机碰撞构成部分单链随机碰撞构成部分双链，双链， 假设是正确的互补区构成的碱基对，假设是正确的互补区构成的碱基对，就成核就成核101020bp20bp。假设不是正确的互补。假设不是正确的互补区，就解开，继续碰撞。区，就解开，继续碰撞。n成核后，两条单链的其他部分碱基就像成核后，两条单链的其
4、他部分碱基就像“拉拉链哪样完成整个复性过程。链哪样完成整个复性过程。 DNA复性速度受多种要素影响：复性速度受多种要素影响：DNA大小与信息的多少大小与信息的多少：DNA片段小的片段小的比大的容易复性，反之亦然。信息含量比大的容易复性，反之亦然。信息含量少的比多的容易复性。少的比多的容易复性。离子强度离子强度：通常添加盐浓度，可加速两：通常添加盐浓度，可加速两条互补链重新结合的速度。所以，要坚条互补链重新结合的速度。所以，要坚持单链持单链DNA，盐浓度低于，盐浓度低于0.01mol/L。DNA浓度：浓度：DNA浓度越大两条互补链彼浓度越大两条互补链彼此相遇的能够性越大，复性的速度也就此相遇的能
5、够性越大，复性的速度也就越快。越快。三、杂交三、杂交n上述复性上述复性DNADNA中，假设两条链来源不同，中，假设两条链来源不同，这就叫做杂交分子。这就叫做杂交分子。 n杂交分子的构成并不要求两条单链的碱基杂交分子的构成并不要求两条单链的碱基序列完全互补，只需有一定同源序性不序列完全互补，只需有一定同源序性不同来源的单链彼此间有一定程度的互补同来源的单链彼此间有一定程度的互补序列就可以构成杂交链。序列就可以构成杂交链。 n杂交分子可以在杂交分子可以在DNADNA和和DNADNA、DNADNA和和RNARNA、RNARNA和和RNARNA以及人工合成的寡核苷酸单链与以及人工合成的寡核苷酸单链与R
6、NARNA或或DNADNA单链之间进展。单链之间进展。 第二节 DNA的合成n一、半保管复制一、半保管复制nDNADNA复制时，两条链间的氢键破裂并使双链复制时，两条链间的氢键破裂并使双链解旋和分开，然后以每条链为模板、按碱解旋和分开，然后以每条链为模板、按碱基配对原那么进展互补合成基配对原那么进展互补合成DNADNA，新构成的，新构成的每个子代每个子代DNADNA的一条链来自亲代的一条链来自亲代DNADNA，另一，另一条链那么是新合成的，这种复制方式称为条链那么是新合成的，这种复制方式称为半保管复制半保管复制(semi conservation (semi conservation repl
7、ication)replication)。1、复制起点和复制子、复制起点和复制子nDNA复制在生物细胞中要从复制在生物细胞中要从DNA分子上特分子上特定位置开场，这个特定的位置就称为复制定位置开场，这个特定的位置就称为复制起点起点(Originofreplication)，用，用ori表示。表示。nDNA复制从起点开场双向进展直到终点为复制从起点开场双向进展直到终点为止，每一个这样的止，每一个这样的DNA单位称为复制子或单位称为复制子或复制单元复制单元(replicon)。n复制起点在复制起点在DNA内部内部n原核生物只需一个复制子原核生物只需一个复制子n真核生物有多个复制子，每个复制子长约真
8、核生物有多个复制子，每个复制子长约50-200kb。2、DNA复制的特点复制的特点nDNA复制的最主要特点复制的最主要特点1半保管复制半保管复制n2半不延续复制半不延续复制(Semi-ondisctinuousreplication)。n在复制起点两条链解开构成复制泡在复制起点两条链解开构成复制泡(replicationbubbles)，DNA向两侧复制向两侧复制构成两个复制叉构成两个复制叉(replicationforks)。n以复制叉挪动的方向为基准以复制叉挪动的方向为基准，一条链延续，一条链延续复制，为先导链复制，为先导链(leadingstrand)；另一条；另一条链不延续复制，构成冈
9、崎片段链不延续复制，构成冈崎片段(Okaxakifragments)，是后随链，是后随链(laggingstrand)。二、参与二、参与DNADNA复制的有关物质复制的有关物质n模板模板DNADNA，三磷酸核苷酸，三磷酸核苷酸(dATP,dGTP(dATP,dGTP，dCTPdCTP，dTTP)dTTP)是是DNADNA合成的原料。合成的原料。 n还需求一些酶参与还需求一些酶参与DNADNA合成合成n( (一一) )螺旋酶螺旋酶(Helicase)(Helicase)n又称为解旋酶，是一类特殊的蛋白质可以又称为解旋酶，是一类特殊的蛋白质可以促使促使DNADNA在复制叉处翻开双链。在复制叉处翻开
10、双链。 n螺旋酶可以和单链螺旋酶可以和单链DNADNA结合，并且与结合，并且与ATPATP结结合，利用合，利用ATPATP分解成分解成ADPADP时产生的能量沿时产生的能量沿DNADNA链向前运动促使链向前运动促使DNADNA双链翻开。双链翻开。 (二二)单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(SSBP)n单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(single strand DNA (single strand DNA binding protein SSBP)binding protein SSBP)能很快地和单链能很快地和单链DNADNA结合，防止其重新配对构成双链结合，防止其重新配对构成双链DNAD
11、NA或或被核酸酶降解。被核酸酶降解。 (三三)DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNATopisomerase)nDNA拓扑酶催化同一拓扑酶催化同一DNA分子不同超螺旋分子不同超螺旋形状之间的转变。形状之间的转变。nDNA拓扑异构酶有两类拓扑异构酶有两类：拓扑异构酶：拓扑异构酶，如，如大肠杆菌的大肠杆菌的蛋白蛋白(MW-110000)；n拓扑异构酶拓扑异构酶，如大，如大肠杆菌中的肠杆菌中的DNA旋转旋转酶酶(DNAgyrase)螺旋与超螺旋螺旋与超螺旋由于强行分开双螺旋末端而由于强行分开双螺旋末端而引发产生的超螺旋构造引发产生的超螺旋构造(四四)引发酶引发酶(Primase)和和RNA聚合酶聚合酶(
12、RNAPolymerase)n引发酶催化引物引发酶催化引物RNARNA分子的合成分子的合成 。nRNARNA聚合酶也是催化聚合酶也是催化RNARNA分子的合成。分子的合成。n人们以为后随链前体片段的引物是由引发人们以为后随链前体片段的引物是由引发酶合成的，而先导链的引物是由酶合成的，而先导链的引物是由RNARNA聚合酶聚合酶合成的。合成的。 n能够在大多数情况下，两种类型的引物都能够在大多数情况下，两种类型的引物都是由引发酶合成的，而是由引发酶合成的，而RNARNA聚合酶的主要作聚合酶的主要作用就是经过转录过程而解开部分的用就是经过转录过程而解开部分的DNADNA双螺双螺旋。这种作用就称为转录
13、激活旋。这种作用就称为转录激活(transcriptional activation)(transcriptional activation)。五五DNADNA聚合酶聚合酶(DNA Polymerase)(DNA Polymerase)n这类酶的共同性质是这类酶的共同性质是: :n11以脱氧核苷酸三磷酸以脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)(dNTP)为前体催化为前体催化合成合成DNA;DNA;n22需求模板和引物的存在需求模板和引物的存在; ;n33不能起始合成新的不能起始合成新的DNADNA链链; ;n44催化催化dNTPdNTP加到生长中的加到生长中的DNADNA链的链的3-OH3-OH末末端端
14、; ;n55催化催化DNADNA合成的方向是合成的方向是5353。 1、大肠杆菌、大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶n大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶(DNApolymerase(DNApolymerase，DNApol) DNApol) n这是这是19561956年由年由Arthur KornbergArthur Kornberg首先发现的首先发现的DNADNA聚合酶，又称聚合酶，又称KornberKornber酶。酶。n由一条多肽链组成，约含由一条多肽链组成，约含10001000个氨基酸残基，个氨基酸残基，MWMW为为109KD109KD。 n经过枯草杆菌蛋白酶处置后，酶分子分裂成经过枯草
15、杆菌蛋白酶处置后，酶分子分裂成两个片段，大片段分子量为两个片段，大片段分子量为76KD76KD，通常称为，通常称为KlenowKlenow片段，小片段的分子量为片段，小片段的分子量为34KD34KD。 DNApol I的功能的功能n1聚协作用聚协作用:在引物在引物RNA-OH末端，以末端，以dNTP为底物，按模板为底物，按模板DNA上的指令由上的指令由DNApol逐个将核苷酸加上去，就是逐个将核苷酸加上去，就是DNApol的聚协作用。的聚协作用。n235外切酶活性外切酶活性校正作用：从校正作用：从35方向识别和切除不配对的方向识别和切除不配对的DNA生长链末端生长链末端的核苷酸。的核苷酸。n3
16、53外切酶活性外切酶活性切除修复作用：切除修复作用：从从53方向水解方向水解DNA生长链前方的生长链前方的DNA链，主要产生链，主要产生5-脱氧核苷酸。脱氧核苷酸。大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶(DNApol) (DNApol) n1970年发现了年发现了DNApol。此酶。此酶MW为为120KD，每个细胞内约有，每个细胞内约有100个酶分子，个酶分子，但活性只需但活性只需DNApol的的5%。该酶的催。该酶的催化特性如下：化特性如下：n(1)聚协作用聚协作用n(2)该酶也具有该酶也具有35外切酶活性，但无外切酶活性，但无53外切酶活性。外切酶活性。n(3)该酶对作用底物的选择性较强
17、该酶对作用底物的选择性较强n(4)(4)该酶不是复制的主要聚合酶该酶不是复制的主要聚合酶 大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶(DNApol) (DNApol) nDNApol全酶由多种亚基组成全酶由多种亚基组成n大肠杆菌每个细胞中只需大肠杆菌每个细胞中只需10-20个酶分子个酶分子，虽然该酶在细胞内存在的数量较少，但，虽然该酶在细胞内存在的数量较少，但催化脱氧核苷酸掺入催化脱氧核苷酸掺入DNA链的速率分别是链的速率分别是DNA聚合酶聚合酶I、的的15倍和倍和30倍。倍。nDNA聚合酶聚合酶是细胞内是细胞内DNA复制所必需的复制所必需的酶酶n有聚协作用：有聚协作用：从从53方向合成方向合成
18、DNAnDNApol也有也有35和和53外切酶外切酶活性活性。DNA pol 酶酶的的组组成成亚基分子量(103) 其它名称 生物功能140dnaE蛋白，polC蛋白聚合功能和5 3 外切酶活性 253 5 外切酶活性 10 83保证 亚基 52dnaZ蛋白作用的发挥 32dnaX蛋白 40dnaN蛋白，copol 2 2、真核生物的、真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶 n真核生物中也具有几种真核生物中也具有几种DNADNA聚合酶，但这些聚合聚合酶，但这些聚合酶都没有酶都没有3 5 3 5 或或5 3 5 3 外切酶活性。外切酶活性。n主要的酶主要的酶( (占总量的占总量的80-90%)80-
19、90%)是是DNADNA聚合酶聚合酶，分，分子量为子量为300KD300KD，含有，含有4 4个或个或5 5个亚基，主要担任染个亚基，主要担任染色体色体DNADNA的复制。的复制。nDNADNA聚合酶聚合酶，分子量为，分子量为45KD45KD，仅含有一条链，仅含有一条链，主要作用是修复核内主要作用是修复核内DNADNA。nDNADNA聚合酶聚合酶，分子量为，分子量为140KD140KD，存在于线粒体内，存在于线粒体内，担任催化线粒体担任催化线粒体DNADNA的复制。的复制。n DNA DNA聚合酶聚合酶 ，具有，具有3 5 3 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 。 分子量分子量300KD45K
20、D140KD？个数细个数细胞胞20006000/cell聚合作用聚合作用核内核内DNA复制复制修复核内修复核内DNA线粒体线粒体DNA复制复制与与协同协同作用作用35外切酶活外切酶活性性无无无无无无有有真核生物真核生物DNADNA聚合酶种类及作用聚合酶种类及作用六六DNADNA衔接酶衔接酶(DNA ligase )(DNA ligase )nDNA衔接酶是衔接酶是1967年在三个实验室同时发现的。年在三个实验室同时发现的。n它是一种封锁它是一种封锁DNA链上缺口酶，借助链上缺口酶，借助ATP或或NAD水解提供的能量催化水解提供的能量催化DNA链的链的5-PO4与另一与另一DNA链的链的3-OH
21、生成磷酸二酯键。生成磷酸二酯键。nDNA衔接酶在衔接酶在DNA复制、修复和重组中起着重要复制、修复和重组中起着重要的作用的作用。n真核生物细胞中的真核生物细胞中的DNA衔接酶有两型衔接酶有两型：DNA衔接衔接酶酶分子量约为分子量约为200KD，主要存在于生长旺盛细，主要存在于生长旺盛细胞中，胞中，nDNA衔接酶衔接酶分子量约分子量约85KD，主要存在于生长于，主要存在于生长于不活泼的细胞中不活泼的细胞中(restingcell)。n三、三、DNADNA复制的过程复制的过程nDNA复制过程大致可以分为复制的引发，复制过程大致可以分为复制的引发，DNA链的延伸和链的延伸和DNA复制的终止三个阶段。
22、复制的终止三个阶段。n一一DNA复制的引发复制的引发n1、前引发过程、前引发过程n1解开双链：两种方法：解开双链：两种方法：n螺旋酶在螺旋酶在Ori处解开双链处解开双链n经过转录激活解开双链经过转录激活解开双链转录激活：转录激活：nRNA聚合酶在聚合酶在Ori处转录一段处转录一段RNA，将双链分开，将双链分开，便于引发体与便于引发体与DNA结合，在先导链模板链上合成结合，在先导链模板链上合成引物引物RNA，这一过程称为转录激活。，这一过程称为转录激活。n2引发前体引发前体preprimosome)构成构成n单链结合蛋白结合在被解开的双链上。由复制因单链结合蛋白结合在被解开的双链上。由复制因子子
23、Xn蛋白、蛋白、Yn蛋白、蛋白、n蛋白、蛋白、i蛋白、蛋白、dnaB蛋白和蛋白和dnaC蛋白六种蛋白质构成引发前体蛋白六种蛋白质构成引发前体,并与单链并与单链DNA结合，这一过程叫前引发过程。结合，这一过程叫前引发过程。2、引发体、引发体primosome)构成构成n引发前体与引发酶引发前体与引发酶(primase)组装成引发组装成引发体。引发体可在体。引发体可在DNA上挪动，在上挪动，在dnaB亚亚基的作用下，识别基的作用下，识别DNA复制起点位置。复制起点位置。n首先在先导链上合成一段首先在先导链上合成一段RNA引物，然后引物，然后引发体沿引发体沿53方向不断挪动，在一段方向不断挪动，在一
24、段间隔上反复合成引物间隔上反复合成引物primer)。二二DNA链的延伸链的延伸nDNA新生链的合成由新生链的合成由DNA聚合酶聚合酶所催化所催化。nDNA聚合酶聚合酶在引物在引物3-OH端连上核苷酸，以使端连上核苷酸，以使DNA新链得以延伸。新链得以延伸。n由螺旋酶在复制叉处边挪动边解开双链。由螺旋酶在复制叉处边挪动边解开双链。nDNA拓扑异构酶拓扑异构酶要以翻开一条链，使正超螺要以翻开一条链，使正超螺旋形状转变成松弛形状；而旋形状转变成松弛形状；而DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(旋转酶旋转酶)可以在可以在DNA解链前方不停地继续将负解链前方不停地继续将负超螺旋引入双链超螺旋引入双链DNA。n在
25、在DNA复制叉处由两套复制叉处由两套DNA聚合酶聚合酶在同一时在同一时间分别进展复制间分别进展复制DNA前导链和滞后链。前导链和滞后链。引物的切除：引物的切除：nDNA聚合酶聚合酶I发扬发扬53外切酶活性，外切酶活性，切去引物切去引物RNA并填补空缺缺刻平移，并填补空缺缺刻平移，留下的缺刻由留下的缺刻由DNA衔接酶连上。衔接酶连上。(三三)DNA复制的终止复制的终止nDNA复制在复制终止位点处终止复制在复制终止位点处终止。n1、环形、环形DNA分子的终止分子的终止n在单向复制的环形在单向复制的环形DNA分子中，复制终止分子中，复制终止也即它的复制起点。在双向复制的环形也即它的复制起点。在双向复
26、制的环形DNA分子中，有的有固定的终点，而大多分子中，有的有固定的终点，而大多数没有固定的终点。数没有固定的终点。2、线性、线性DNA复制的终止复制的终止n由于引物由于引物RNA的水解，两个子代分子中，各有的水解，两个子代分子中，各有一个一个5端短少一段核苷酸，而没有一个端短少一段核苷酸，而没有一个DNA聚聚合酶能填补。合酶能填补。n1T7DNA：构成连环分子：构成连环分子concatemer)nT7DNA两端各有一段反复的数百个核苷酸，这两端各有一段反复的数百个核苷酸，这叫末端冗余叫末端冗余terminalredundancy)。n所以，两个子代所以，两个子代DNA分子中的单链末端可以互分子
27、中的单链末端可以互补，多余的单链部分被补，多余的单链部分被DNAase除去，然后再由除去，然后再由DNA衔接酶衔接起来构成连环分子。衔接酶衔接起来构成连环分子。2、线性、线性DNA复制的终止复制的终止n2DNA的环化法的环化法nDNA进入宿主细胞内采用环化法，将线性分子进入宿主细胞内采用环化法，将线性分子连成环形。连成环形。n3真核细胞真核细胞DNA末端复制依赖于端粒和可以末端复制依赖于端粒和可以识别或结合端粒的端粒酶。识别或结合端粒的端粒酶。n首先在四膜虫中发现。四膜虫端粒中存在一种端首先在四膜虫中发现。四膜虫端粒中存在一种端粒酶粒酶telomerase)，这种酶能将端粒构造中单，这种酶能将
28、端粒构造中单链尾巴链尾巴5TTGGGG3延伸，延伸部分仍是延伸，延伸部分仍是5TTGGGG3。n各种端粒这种富含各种端粒这种富含G的序列总是突出的序列总是突出1216个核个核苷酸。苷酸。端粒酶：端粒酶：n端粒酶是一种核蛋白，由端粒酶是一种核蛋白，由RNA和蛋白质构成。和蛋白质构成。n1990年，年，Blackburn等人证明了端粒酶中的等人证明了端粒酶中的RNA是富含是富含G序列的模板。序列的模板。n例如：游仆虫的端粒酶例如：游仆虫的端粒酶RNA含有含有n5CAAAACCCCAAAACC3n端粒酶实践上是一种逆转录酶，模板存在于酶分端粒酶实践上是一种逆转录酶，模板存在于酶分子中。子中。n端粒酶
29、中的端粒酶中的RNA能够还有别的作用。能够还有别的作用。n由端粒酶连上的富含由端粒酶连上的富含G的尾巴弯起来，作为引物的尾巴弯起来，作为引物复制以填补复制以填补5空缺。空缺。四、不需求四、不需求RNA引物的引物的DNA复制复制n有些病毒的基因组是线性有些病毒的基因组是线性DNADNA，在原核细胞和真，在原核细胞和真核细胞中复制时不需求核细胞中复制时不需求RNARNA引物。引物。 n如：腺病毒如：腺病毒DNADNA和枯草菌噬菌体和枯草菌噬菌体29DNA29DNAn复制从复制从DNADNA的一端开场，而且对两端无选择性，的一端开场，而且对两端无选择性，各占各占50%50%的机率。的机率。 n这些这
30、些DNADNA复制时，从一端开场，只能利用一条复制时，从一端开场，只能利用一条DNADNA链作为模板，即以链作为模板，即以3535链为模板。这样，新链为模板。这样，新合成的合成的DNADNA链便将原来的亲代链便将原来的亲代DNADNA链取代。链取代。n原来的亲代原来的亲代DNADNA链链( (从合成起始端看是从合成起始端看是5353链链) )作为单链从双螺旋中释放出来。这条链本身的作为单链从双螺旋中释放出来。这条链本身的55和和33可以互补配对，然后在可以互补配对，然后在33端开场以此链为模端开场以此链为模板重新合成另一条子链。板重新合成另一条子链。 第三节第三节RNA的合成的合成n一、一、R
31、NA合成的根本特征：合成的根本特征：n1、RNA的前体是四种核糖核苷三的前体是四种核糖核苷三磷酸：磷酸：ATP、GTP、CTP、UTP。n2、RNA链的生长方向是链的生长方向是53，核苷三磷酸加在新生链的核苷三磷酸加在新生链的3端，同时端，同时除去一分子焦磷酸而生成磷酸二酯键，除去一分子焦磷酸而生成磷酸二酯键，焦磷酸又分解为无机磷酸，从而推进焦磷酸又分解为无机磷酸，从而推进反响向聚合方向转移。反响向聚合方向转移。一、一、RNA合成的根本特征：合成的根本特征：n3、转录必需以一条转录必需以一条DNA链为模板，按照碱链为模板，按照碱基配对原那么进展转录，因此基配对原那么进展转录，因此DNA中的中的
32、A、G、C、T将分别转录成将分别转录成U、C、G、A。在一个转录。在一个转录区内，普通只需一条区内，普通只需一条DNA链可以转录。链可以转录。n4、RNA聚合酶能起始一条新链的合成，起聚合酶能起始一条新链的合成，起始的核苷酸普通是嘌呤核苷三磷酸，而且将在始的核苷酸普通是嘌呤核苷三磷酸，而且将在RNA链的链的5末端坚持这一三磷酸基团。末端坚持这一三磷酸基团。二、二、RNA聚合酶聚合酶n一原核生物一原核生物RNA聚合酶聚合酶n原核生物原核生物RNA聚合酶全酶为聚合酶全酶为2n全酶可结合约全酶可结合约60个核苷酸，提示其外形应个核苷酸，提示其外形应为椭圆球形。为椭圆球形。n亚基和其他肽链的结合不很结
33、实。当亚基和其他肽链的结合不很结实。当亚亚基脱离全酶后，剩下的基脱离全酶后，剩下的2称为中心酶。称为中心酶。中心酶本身就能催化核苷酸间磷酸二酯键中心酶本身就能催化核苷酸间磷酸二酯键的构成的构成。n亚基的功能能够是识别其相应的启动子。亚基的功能能够是识别其相应的启动子。n基因称号基因称号基因图基因图位置位置多肽链多肽链分子量分子量全酶中全酶中的数目的数目功能功能RNA聚聚合合酶酶的的亚基基rpoCrpoC89.51550001与与DNADNA结合结合rpoBrpoB89.51510001聚协作用的催化位点聚协作用的催化位点rpoDrpoD66.5700001识识别别启启动动子子，起起始始转录转录
34、rpoArpoA72365002?110001?转录因子转录因子rhorho84.5460006转录终止转录终止nusAnusA65690001转录延伸，终止转录延伸，终止E.coli RNA聚聚合酶的合酶的亚基和亚基和转录因转录因子子 RNA聚合酶能够的构造：二真核生物二真核生物RNA聚合酶聚合酶n有三类：有三类：nRNA聚合酶聚合酶，存在于核仁，合成，存在于核仁，合成5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNA。n聚合酶聚合酶，存在于核质，合成，存在于核质，合成hnRNAmRNA的前体和的前体和snRNA。n聚合酶聚合酶，存在于核质，合成，存在于核质，合成tRNA和和5SrRNA以及转
35、录以及转录Alu顺序。顺序。三、启动子三、启动子n一原核生物的启动子一原核生物的启动子n对对100个启动子在转录上游个启动子在转录上游10和和35处处有两个共同顺序。有两个共同顺序。nPribnow框：框：TATAAT六核苷酸序列称之。六核苷酸序列称之。位于位于10区，是区，是RNA聚合酶结实结合位点，聚合酶结实结合位点，简称结合位点。简称结合位点。nSextama框：框：TTGACA六核苷酸序列称之。六核苷酸序列称之。位于位于35区，是区，是RNA聚合酶初始结合位点，聚合酶初始结合位点，RNA聚合酶依托聚合酶依托亚基识别该位点，又叫亚基识别该位点，又叫RNA聚合酶识别位点聚合酶识别位点Lac
36、 CCAGGCTTTACACTTTATGCTTCCGGCTCGTATGTTGTGTGGAATTGfdG2 CTTTTTGATGCAATTCGCTTTGCTTCTGACTATAATAGACAGGGTAA PL GGCGGGTGTTGACATAAATACCACTTGGCGGTGATACTGAGCACATCA PL GGCGGGTGTTGACATAAATACCACTTGGCGGTGATACTGAGCACATCA PR GTGCGTGTTGACTATTTTACCTCTGGCGGTGATAATGGTTGCATGTA PR GTGCGTGTTGACTATTTTACCTCTGGCGGTGATAATGGTTG
37、CATGTAtRNATyr CGTAACACTTTACAGCGGCGCGTCATTTGATATGATGCGCCCCGCTTSextama框框pribnow+1T82T84G78A65C54A45T80A95T45A60A50T9617bp二真核生物的启动子二真核生物的启动子n比较了比较了100个启动子，发现真核生物启动子是多个启动子，发现真核生物启动子是多部位构造部位构造multipatide)主要有四个部位。主要有四个部位。n1、帽子位点、帽子位点capsite)：即转录起始位点。其：即转录起始位点。其碱基大多数是碱基大多数是A非模板链两侧各有假设干个非模板链两侧各有假设干个嘧啶核苷酸。嘧啶
38、核苷酸。A为转录起点。为转录起点。n2、TATA框：又称为框：又称为Hogness框。位于框。位于25区附区附近其一致序列为：近其一致序列为：T82A97T93A85A63A83A50，根本上都是由，根本上都是由A-T组成。组成。n在在TATA框两侧有富含框两侧有富含G-C碱基对的序列，这是碱基对的序列，这是TATA框发扬重要作用的要素之一。框发扬重要作用的要素之一。二真核生物的启动子二真核生物的启动子n3、CAAT框：普通位于框：普通位于75区附近。一区附近。一致序列为：致序列为：GGCCAATCT，其头两个，其头两个G的重要性并不亚于的重要性并不亚于CAAT部分。部分。n作用：作用：CAA
39、T框控制着转录的频率。框控制着转录的频率。n4、加强子：普通在、加强子：普通在100区以上。单位区以上。单位置较灵敏，也可以位于下游或基因内部。置较灵敏，也可以位于下游或基因内部。n作用：对转录有加强成效作用：对转录有加强成效四、转录过程四、转录过程n转录的根本过程转录的根本过程n无论是原核还是真核细胞，转录的根本过程都包无论是原核还是真核细胞，转录的根本过程都包括：模板识别括：模板识别n转录起始转录起始n经过启动子经过启动子n转录的延伸和终止。转录的延伸和终止。四、转录过程四、转录过程n一一RNA合成的合成的起始和延伸起始和延伸n1、二元复合物的构、二元复合物的构成只需全酶和成只需全酶和DN
40、An1封锁的启动子封锁的启动子复合物复合物n2开放性启动子开放性启动子复合物复合物n2、三元复合物的构、三元复合物的构成全酶成全酶DNARNARNA合成起始合成起始大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区聚合酶全酶所识别的启动子区RNA合成的延伸合成的延伸由于基因转录所引起的由于基因转录所引起的DNA超螺旋构造变化超螺旋构造变化二二RNA合成的终止合成的终止n转录终止信号存在于已转录的序列中。这转录终止信号存在于已转录的序列中。这种提供终止信号的序列称为终止子种提供终止信号的序列称为终止子terminator)。n终止子有两类：终止子有两类：n1依赖于蛋白质辅助因子才干实现终止依赖于蛋
41、白质辅助因子才干实现终止作用，这种蛋白子因子称为释放因子，通作用，这种蛋白子因子称为释放因子，通常又称为常又称为因子。因子。n2不依赖蛋白质辅助因子就能实现终止不依赖蛋白质辅助因子就能实现终止作用。作用。1、不依赖、不依赖因子的终止子的特点：因子的终止子的特点：1在终止点前有在终止点前有一段反向反复序一段反向反复序列列2方向反复序列方向反复序列中富含中富含G-C碱基碱基对对3在反向反复序在反向反复序列下游有列下游有68个个A-T对对2、依赖、依赖的终止子的特点：的终止子的特点：n1在终止点前在终止点前有一段反向反复有一段反向反复序列序列n2方向反复序方向反复序列中列中G-C含量较含量较少少n3
42、方向反复序方向反复序列下游的序列没列下游的序列没有固定特征，其有固定特征，其A-T含量较前者含量较前者低。低。终止子终止转录的机制：终止子终止转录的机制：n1、不依赖、不依赖因子：因子：1富含富含G-C对之后对之后810碱基处，转录会出现跌宕。碱基处，转录会出现跌宕。n2反向反复序列构成发夹构造之后，反向反复序列构成发夹构造之后，妨碍了妨碍了RNA链从三元复合物中释放出来，链从三元复合物中释放出来，使延宕时间延伸。使延宕时间延伸。n3一连串一连串A转录出一连串转录出一连串Un2、依赖、依赖因子：因子：1G-C含量低，含量低，2发夹构造缺乏发夹构造缺乏U，所以只需，所以只需因子可终因子可终止转录
43、。止转录。五、转录后加工五、转录后加工n一转录产物的修饰一转录产物的修饰n1、帽子、帽子n2、多聚、多聚A尾巴尾巴真核生物真核生物mRNA的帽子构造的帽子构造二转录产物的剪接二转录产物的剪接n1、rRNA的剪接的剪接n1E.coli的三种的三种rRNA：5SrRNA、16SrRNA、23SrRNA与与tRNA基因混杂，基因混杂，需求剪切。需求剪切。n2真核生物真核生物rRNAn人人rRNA转录初产物为转录初产物为45S，经过剪切成，经过剪切成为为18SrRNA、28SrRNA、5.8SrRNA。n2、tRNA的剪接的剪接n1E.colitRNA转录单位是多基因的需转录单位是多基因的需求剪切求剪
44、切n2真核生物酵母约真核生物酵母约400个核个核tRNA基因，基因，有约有约40个基因中含有内含子，内含子长个基因中含有内含子，内含子长1446bp。需求切除内含子。需求切除内含子。n3、hnRNA切除内含子切除内含子n内含子内含子53的拼接点序列为：的拼接点序列为：GUAG。snRNA参与了识别拼接点的参与了识别拼接点的作用。作用。真核生物真核生物hnRNA内含内含子剪切表示子剪切表示图图第四节第四节蛋白质的合成蛋白质的合成n蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任何发育阶段都需求数千种不同活细胞在任何发育阶段都需求数千种不同的蛋白质。因此，活细胞内
45、时辰进展着各的蛋白质。因此，活细胞内时辰进展着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反响。种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反响。n遗传密码遗传密码三联子三联子n所谓翻译是指将所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定链上的核苷酸从一个特定的起始位点开场，按每的起始位点开场，按每3个核苷酸代表一个氨基酸个核苷酸代表一个氨基酸的原那么，依次合成一条多肽链的过程。这的原那么，依次合成一条多肽链的过程。这3个核个核苷酸就是一个密码子。苷酸就是一个密码子。n翻译从起始密码子翻译从起始密码子AUG开场，沿开场，沿mRNA53方方向延续阅读密码子，直至终止密码子为止，生成向延续阅读密码子，直至终止密码子为止，
46、生成一条具有特定序列的多肽链一条具有特定序列的多肽链蛋白质。蛋白质。Crick关于关于tRNA分子破译分子破译mRNA遗传密码三联遗传密码三联子的原始想象子的原始想象n三联子密码及其破译三联子密码及其破译n由于由于mRNA中只需中只需4种核苷酸，而蛋白质中有种核苷酸，而蛋白质中有20种氨基酸，以一种核苷酸代表一种氨基酸是不能种氨基酸，以一种核苷酸代表一种氨基酸是不能够的。假设以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码够的。假设以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码二联子，它们能代表的氨基酸也只需二联子，它们能代表的氨基酸也只需42=16种。假设以种。假设以3个核苷酸代表一个氨基酸，有个核苷酸代表一个氨基酸，有
47、43=64种密码子，满足了编码种密码子，满足了编码20种氨基酸的需求。种氨基酸的需求。用核苷酸的插入或删除实验证明用核苷酸的插入或删除实验证明mRNA模板上每三个核模板上每三个核苷酸组成一个密码子苷酸组成一个密码子n遗传密码的性质遗传密码的性质n1.密码的简并性密码的简并性n4种核苷酸可组成种核苷酸可组成64个密码子，如今曾经知道个密码子，如今曾经知道其中其中61个是编码氨基酸的密码子，另外个是编码氨基酸的密码子，另外3个即个即UAA、UGA和和UAG并不代表任何氨基酸，它们是并不代表任何氨基酸，它们是终止密码子，不能与终止密码子，不能与tRNA的反密码子配对，但能的反密码子配对，但能被终止因
48、子或释放因子识别，终止肽链的合成。被终止因子或释放因子识别，终止肽链的合成。通用遗传密码及相应的氨基酸通用遗传密码及相应的氨基酸nC亮氨酸Leu，L脯氨酸Pro，P组氨酸His，H精氨酸Arg，RU亮氨酸Leu，L脯氨酸Pro，P组氨酸His，H精氨酸Arg，RC亮氨酸Leu，L脯氨酸Pro，P谷氨酰胺Gln，Q精氨酸Arg，RA亮氨酸Leu，L脯氨酸Pro，P谷氨酰胺Gln，Q精氨酸Arg，RGnA异亮氨酸Ile，I苏氨酸Thr，T天冬酰胺Asn，N丝氨酸Ser，SU异亮氨酸Ile，I苏氨酸Thr，T天冬酰胺Asn，N丝氨酸Ser，SC异亮氨酸Ile，I苏氨酸Thr，T赖氨酸Lys，K精氨酸
49、Arg，RA甲硫氨酸Met，M苏氨酸Thr，T赖氨酸Lys，K精氨酸Arg，RGnG缬氨酸Val，V丙氨酸Ala，A天冬氨酸Asn，N甘氨酸Gly，GU缬氨酸Val，V丙氨酸Ala，A天冬氨酸Asn，N甘氨酸Gly，GC缬氨酸Val，V丙氨酸Ala，A谷氨酸Glu，E甘氨酸Gly，GA缬氨酸Val，V丙氨酸Ala，A谷氨酸Glu，E甘氨酸Gly，GGn除色氨酸除色氨酸UGG只需一个密码子外，其他氨基只需一个密码子外，其他氨基酸都有一个以上的密码子。酸都有一个以上的密码子。9种氨基酸有种氨基酸有2个密码个密码子，子，1种氨基酸有种氨基酸有3个密码子，个密码子，5种氨基酸有种氨基酸有4个密个密码子
50、，码子，3种氨基酸有种氨基酸有6个密码子。个密码子。n由一种以上密码子编码同一个氨基酸的景象称为由一种以上密码子编码同一个氨基酸的景象称为简并简并degeneracy，对应于同一氨基酸的密码，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子子称为同义密码子synonymous codon。nAUG和和GUG既是甲硫氨酸及缬氨酸的密码子又是既是甲硫氨酸及缬氨酸的密码子又是起始密码子。起始密码子。 密码子的兼并性n3.密码子与反密码子的相互作用密码子与反密码子的相互作用tRNA的反密码子的反密码子在核糖体内是经过碱基的反向配对与在核糖体内是经过碱基的反向配对与mRNA上的上的密码子相互作用的。密码子相互作用
51、的。1966年，年，Crick提出摆动假提出摆动假说说wobblehypothesis，解释了反密码子中，解释了反密码子中某些稀有成分如某些稀有成分如I的配对，以及许多氨基酸有的配对，以及许多氨基酸有2个以上密码子的问题。个以上密码子的问题。n mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对表示图。na. 密码子与tRNA反密码子臂上相应序列配对；nb. 当反密码子第一位是I时，密码子第三位可以是A、U或C。ntRNAtRNAntRNAtRNA不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运
52、送到核糖体上提供了运送载体，所以，它又被称为第二糖体上提供了运送载体，所以，它又被称为第二遗传密码。遗传密码。n不同不同tRNAtRNA在构造上存在大量的共性，由小片段碱在构造上存在大量的共性，由小片段碱基互补配对构成三叶草形分子构造，有基互补配对构成三叶草形分子构造，有4 4条根据构条根据构造或知功能命名的手臂。造或知功能命名的手臂。n最常见最常见tRNAtRNA分子有分子有7676个碱基，相对分子质量约为个碱基，相对分子质量约为2.51042.5104，不同的，不同的tRNAtRNA分子可有分子可有74749595个核苷酸个核苷酸不等。不等。nD臂中存在多至臂中存在多至3个可变核苷酸位点，
53、个可变核苷酸位点，17：1及及20：1、20：2。最常见的。最常见的D臂缺失这臂缺失这3个核苷酸，而最小的个核苷酸，而最小的D臂中第臂中第17位核苷酸也缺失了。位核苷酸也缺失了。 D臂臂是根据它含有二氢尿嘧啶是根据它含有二氢尿嘧啶dihydrouracil命名的。命名的。n受体臂受体臂acceptor arm由链两端由链两端序列配对构成的杆状构造和序列配对构成的杆状构造和3端未端未配对的配对的34个碱基所组成，其个碱基所组成，其3端端的最后的最后3个碱基序列永远是个碱基序列永远是CCA，最后一个碱基的最后一个碱基的3或或2自在羟基自在羟基OH可以被氨酰化。可以被氨酰化。nTC臂是根据臂是根据3
54、个核苷酸命名的，个核苷酸命名的，其中其中表示拟尿嘧啶；表示拟尿嘧啶；n反密码子臂是根据位于套索中央的反密码子臂是根据位于套索中央的三联反密码子命名的；三联反密码子命名的；酵母酵母tRNAphe的三级构造表示图根据的三级构造表示图根据X-射线衍射数据绘制射线衍射数据绘制。a和和b表示用不同方法构建的模型。表示用不同方法构建的模型。ntRNA的功能的功能n只需只需tRNA上的反密码子能与上的反密码子能与mRNA上的密码上的密码子相互识别并配对，而氨基酸本身不能识别密子相互识别并配对，而氨基酸本身不能识别密码子，只需结合到码子，只需结合到tRNA上生成上生成AA-tRNA，才，才干被带到干被带到mR
55、NA-核糖体复合物上，插入到正核糖体复合物上，插入到正在合成的多肽链的适当位置上。在合成的多肽链的适当位置上。n用用14C标志的半胱氨酸与标志的半胱氨酸与tRNACys结合后生成结合后生成14C-半胱氨酸半胱氨酸-tRNACys，经，经Ni催化可生成催化可生成14C-Ala-tRNACys，再把，再把14C-Ala-tRNACys参与到蛋白质合成系统中，发现参与到蛋白质合成系统中，发现14C-Ala-tRNACys插入了血红蛋白分子中通插入了血红蛋白分子中通常由半胱氨酸占据的位置上，阐明起识别作用常由半胱氨酸占据的位置上，阐明起识别作用的是的是tRNA。n AA-tRNA合成酶nAA-tRNA
56、合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，其反响式如下：n AA+tRNA+ATPAA-tRNA+AMP+PPin 它实践上包括两步反响：n 第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物。n AA+ATP+酶EE-AA-AMP+PPin 第二步是氨酰基转移到tRNA 3 末端腺苷残基的2 或3-羟基上。n E-AA-AMP+tRNAAA-tRNA+E+AMPn 核糖体n核糖体是由几十种蛋白质和多种核糖体RNAribosomal RNA，rRNA所组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有20 000个核糖体，而真核细胞内可达106个。这些颗粒既可以游离形状存在于细胞内，也可与内质网结合，构成微
57、粒体。n核糖体蛋白约占原核细胞总蛋白量的9-10%，占细胞内总RNA量的70-80%。在真核细胞内，核糖体所占的比重虽然有所下降，但依然占总RNA的绝大部分，是细胞总蛋白的一个重要组成部分。n真核生物中，一切正在进展蛋白质合成的核糖体都不是在细胞真核生物中，一切正在进展蛋白质合成的核糖体都不是在细胞质内自在漂浮，而是直接或间接与细胞骨架构造有关联或者与质内自在漂浮，而是直接或间接与细胞骨架构造有关联或者与内质网膜构造相连的。内质网膜构造相连的。n细菌核糖体大都经过与细菌核糖体大都经过与mRNA相互作用，被固定在核基因组上。相互作用，被固定在核基因组上。 结结结结合在内合在内合在内合在内质质质质
58、网上的核糖体。左，网上的核糖体。左，网上的核糖体。左，网上的核糖体。左，电镜电镜电镜电镜下看到的胰腺下看到的胰腺下看到的胰腺下看到的胰腺细细细细胞胞胞胞粗糙内粗糙内粗糙内粗糙内质质质质网；右，部分放大后的草网；右，部分放大后的草网；右，部分放大后的草网；右，部分放大后的草图图图图。n核糖体的构造核糖体的构造n核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。和许多不同的蛋白质分子。n原核生物核糖体由约原核生物核糖体由约2/3的的RNA及及
59、1/3的蛋白质组的蛋白质组成。真核生物核糖体中成。真核生物核糖体中RNA占占3/5，蛋白质占，蛋白质占2/5。原核生物、真核生物细胞质及细胞器中的核糖体原核生物、真核生物细胞质及细胞器中的核糖体存在着很大差别。存在着很大差别。几种不同生物核糖体及rRNA的组成n大肠杆菌核糖体小亚基大肠杆菌核糖体小亚基由由21种蛋白质组成，分种蛋白质组成，分别用别用S1S21表示，表示，大亚基由大亚基由36种蛋白质组种蛋白质组成，分别用成，分别用L1L36表示。表示。n真核生物细胞核糖体蛋真核生物细胞核糖体蛋白质中，大亚基含有白质中，大亚基含有49种蛋白质，小亚基有种蛋白质，小亚基有33种蛋白质，它们的相对种蛋
60、白质，它们的相对分子质量在分子质量在81034.0104之间。之间。核糖体构造模型及原核与真核细胞核糖体大小亚基比较真核生物细胞中发现的多聚核糖表达象n核糖体分子中可包容两个tRNA和约40bp长的mRNA。n核糖体的功能核糖体的功能n核糖体上至少有核糖体上至少有5个活性中心，即个活性中心，即mRNA结合部位、结合部位、结合或接受结合或接受AA-tRNA部位部位A位、结合或接受肽位、结合或接受肽基基tRNA的部位、肽基转移部位的部位、肽基转移部位P位及构成肽键位及构成肽键的部位转肽酶中心。此外，还应有担任肽链延的部位转肽酶中心。此外，还应有担任肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。伸的各种延伸因子
61、的结合位点。n核糖体小亚基担任对模板核糖体小亚基担任对模板mRNA进展序列特异性识进展序列特异性识别，大亚基担任携带氨基酸及别，大亚基担任携带氨基酸及tRNA的功能，肽键的的功能，肽键的构成、构成、AA-tRNA、肽基、肽基-tRNA的结合等，的结合等，A位、位、P位、位、转肽酶中心等主要在大亚基上。转肽酶中心等主要在大亚基上。n 蛋白质合成的生物学机制n核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，转移RNA是模板与氨基酸之间的接合体。蛋白质合成是一个需能反响。真核生物中能够有近300种生物大分子参与蛋白质的生物合成，这些组分约占细胞干重的35%。n细胞用来进展合成代谢总能量的90%
62、耗费在蛋白质合成过程中。大肠杆菌只需求5-6秒钟就能合成一条由100个氨基酸组成的多肽。蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、延伸、终止以及新合成多肽链的折叠和加工。 蛋白质合成各阶段的主要成分简表n氨基酸的活化氨基酸的活化n蛋白质合成的起始是指在模板蛋白质合成的起始是指在模板mRNA编码区编码区5端构端构成核糖体成核糖体-mRNA-起始起始tRNA复合物并将甲酰甲硫氨复合物并将甲酰甲硫氨酸放入核糖体酸放入核糖体P位点。位点。n原核生物中原核生物中30S小亚基首先与小亚基首先与mRNA模板相结合，模板相结合，再与再与fMet-tRNAfMet结合，最后与结合，最后与50S大亚基结合。大亚
63、基结合。n真核生物中，真核生物中，40S小亚基首先与小亚基首先与Met-tRNAMet相结相结合，再与模板合，再与模板mRNA结合，最后与结合，最后与60S大亚基结合大亚基结合生成生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。起始复合物。n起始复合物的生成除了起始复合物的生成除了GTP外，还需求外，还需求Mg2+、NH4+及及3个起始因子个起始因子IF-1、IF-2、IF-3。n翻译的起始翻译的起始n翻译起始复合物的构成翻译起始复合物的构成n第一步，第一步，30S小亚基与翻译小亚基与翻译起始因子起始因子IF-1，IF-3结合，结合，经过经过SD序列与序列与mRNA模板相模板相结合。结合。
64、n第二步，第二步，fMet-tRNAfMet在在IF-2的协同下进入小亚基的的协同下进入小亚基的P位，位，tRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。上的起始密码子配对。n第三步，带有第三步，带有tRNA、mRNA、三个翻译起始因子、三个翻译起始因子的小亚基复合物与的小亚基复合物与50S大亚大亚基结合，释放翻译起始因子。基结合，释放翻译起始因子。 真核生物翻译起始复合物的构成n肽链的延伸肽链的延伸n生成起始复合物，第一个氨基酸生成起始复合物，第一个氨基酸fMet/Met-tRNA与核糖体结合以后，肽链开场伸长。按照与核糖体结合以后，肽链开场伸长。按照mRNA模板密码子的陈列
65、，氨基酸经过新生肽键模板密码子的陈列，氨基酸经过新生肽键的方式被有序地结合上去。肽链延伸中的每个循的方式被有序地结合上去。肽链延伸中的每个循环都包括环都包括AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和与核糖体结合、肽键的生成和移位三步。移位三步。多肽链上肽键的构成缩合反响n1后续后续AA-tRNA与核糖体结合与核糖体结合n细菌中菌中肽链延伸的第一步反响：第二延伸的第一步反响：第二个氨基个氨基酰-tRNA的的结合。合。n该氨基氨基酰-tRNA首先与首先与EF-TuGTP构成复合物，构成复合物，进入核糖体的入核糖体的A位，位，水解水解产生生GDP并在并在EF-Ts的作用下的作用下释放放GDP并使并使E
66、F-Tu结合另一分子合另一分子GTP，进入新一入新一轮循循环。n由于由于EF-Tu只能与只能与fMet-tRNA以外的以外的其他其他AA-tRNA起反响，所以起始起反响，所以起始tRNA不会被不会被结合到合到A位上，位上，mRNA内部的内部的AUG不会被起始不会被起始tRNA读出，出，肽链中中间不会出不会出现甲甲酰甲硫氨酸。甲硫氨酸。n2肽键的生成肽键的生成n细菌中肽链延伸的第二步反响：细菌中肽链延伸的第二步反响：肽键的生成。肽键的生成。在核糖体在核糖体在核糖体在核糖体mRNAAA-tRNAmRNAAA-tRNA复合物复合物复合物复合物中，中，中，中，AA-tRNAAA-tRNA占据占据占据占
67、据A A位，位，位，位，fMet-fMet-tRNAfMettRNAfMet占据占据占据占据P P位。位。位。位。在在在在肽肽基基基基转转移移移移酶酶peptidyl transferasepeptidyl transferase的催化下，的催化下，的催化下，的催化下，A A位上的位上的位上的位上的AA-tRNAAA-tRNA转转移到移到移到移到P P位，与位，与位，与位，与fMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMet上的氨上的氨上的氨上的氨基酸生成基酸生成基酸生成基酸生成肽键肽键。起始起始起始起始tRNAtRNA在完成使命后分开核糖体在完成使命后分开核糖体在完成使命后分开核糖体在完成
68、使命后分开核糖体P P位点，位点，位点，位点，A A位点位点位点位点预备预备接受新的接受新的接受新的接受新的AA-AA-tRNAtRNA，开，开，开，开场场下一下一下一下一轮轮合成反响。合成反响。合成反响。合成反响。n3.移位移位n肽键延伸的最后一步是移位，肽键延伸的最后一步是移位，即核糖体向即核糖体向mRNA3端方向端方向挪动一个密码子。挪动一个密码子。n细菌中肽链延伸的第三步反响：细菌中肽链延伸的第三步反响：移位。核糖体经过移位。核糖体经过EF-G介导介导的的GTP水解所提供的能量向水解所提供的能量向mRNA模板模板3末端挪动一个密末端挪动一个密码子，使二肽基码子，使二肽基-tRNA完全进
69、完全进入入P位位,预备开场新一轮肽链延预备开场新一轮肽链延伸。伸。n肽链的终止肽链的终止n当终止密码子当终止密码子UAA、UAG或或UGA出如今核糖体的出如今核糖体的A位时，没位时，没有相应的有相应的AA-tRNA能与之结合，而释放因子能识别这些密码能与之结合，而释放因子能识别这些密码子并与之结合，水解子并与之结合，水解P位上多肽链与位上多肽链与tRNA之间的二酯键，释之间的二酯键，释放新生的肽链和放新生的肽链和tRNA，核糖体大、小亚基解体，蛋白质合成，核糖体大、小亚基解体，蛋白质合成终了。终了。n释放因子释放因子RF具有具有GTP酶活性，它催化酶活性，它催化GTP水解，使肽链与核水解，使肽
70、链与核糖体解离。糖体解离。n细菌细胞内存在三种终止因子或称释放因子，细菌细胞内存在三种终止因子或称释放因子，RF1，RF2，RF3，RF1能识别能识别UAG和和UAA，RF2识别识别UGA和和UAA。一。一旦旦RF与终止密码相结合，它们就能诱导肽基转移酶把一个水与终止密码相结合，它们就能诱导肽基转移酶把一个水分子而不是氨基酸加到延伸中的肽链上。分子而不是氨基酸加到延伸中的肽链上。RF3能够与核糖体的能够与核糖体的解体有关。解体有关。n真核细胞只需一个真核细胞只需一个RF终止因子。终止因子。n蛋白质前体的加工蛋白质前体的加工n1、N端端fMet或或Met的切除的切除n无论原核生物还是真核生物，无
71、论原核生物还是真核生物，N端的甲硫氨酸端的甲硫氨酸往往在多肽链合成终了前就被切除。往往在多肽链合成终了前就被切除。50%的真核的真核蛋白中，成熟蛋白蛋白中，成熟蛋白N端残基会被端残基会被N-乙基化。乙基化。n2、二硫键的构成、二硫键的构成nmRNA中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都含有二硫键。蛋白质合成后往往经过两个半胱氨含有二硫键。蛋白质合成后往往经过两个半胱氨酸的氧化作用生成胱氨酸。酸的氧化作用生成胱氨酸。3、特定氨基酸的修饰、特定氨基酸的修饰氨基酸侧链的修饰作用包括磷酸氨基酸侧链的修饰作用包括磷酸化如核糖体蛋白质、糖基化化如核糖体蛋白质、糖基化如各种糖蛋
72、白、甲基化如如各种糖蛋白、甲基化如组蛋白、肌肉蛋白质、乙基化组蛋白、肌肉蛋白质、乙基化如组蛋白、羟基化如胶原如组蛋白、羟基化如胶原蛋白和羧基化等。蛋白和羧基化等。生物体内最常生物体内最常生物体内最常生物体内最常见见的被修的被修的被修的被修饰饰的氨基酸及其修的氨基酸及其修的氨基酸及其修的氨基酸及其修饰产饰产物。物。物。物。n糖蛋白主要是蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基构成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸多数是羟基化的。n实验证明，内质网能够是蛋白质N-糖基化的主要场所。4、切除新生肽链中非功能片段、切除新生肽链中非功能片段如新合成的胰岛素前体是前胰岛素原，必需先切去信号肽变如新合
73、成的胰岛素前体是前胰岛素原，必需先切去信号肽变成胰岛素原，再切去成胰岛素原，再切去C-肽，才变成有活性的胰岛素。肽，才变成有活性的胰岛素。脊髓灰质炎病毒的脊髓灰质炎病毒的mRNA可翻译成很长的多肽链，含多种病可翻译成很长的多肽链，含多种病毒蛋白，经蛋白酶在特定位置上水解后得到几个有功能的毒蛋白，经蛋白酶在特定位置上水解后得到几个有功能的蛋白质分子。蛋白质分子。不少多肽类激素和酶的前体如血纤维蛋白原、胰蛋白酶原都不少多肽类激素和酶的前体如血纤维蛋白原、胰蛋白酶原都要经过加工才干变为活性分子。要经过加工才干变为活性分子。n新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质。n 左：新生蛋白质在去掉N端
74、一部分残基后变成有功能的蛋白质；n 右：某些病毒或细菌可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋白酶切割后成为有功能成熟蛋白。n前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程表示图。n蛋白质的降解蛋白质的降解n蛋白质降解是一个有序的过程。在大肠杆菌中，许蛋白质降解是一个有序的过程。在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是经过一个依赖于多蛋白质的降解是经过一个依赖于ATP的蛋白酶的蛋白酶称为称为Lon来实现的。当细胞中存在有错误或半衰来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一个肽键要耗费两分子个肽键要耗费两分子ATP。n蛋白质的半衰期从蛋白质的半衰期从3
75、0秒到许多天不等。大部分真核秒到许多天不等。大部分真核蛋白的半衰期为数小时至数天。成红细胞蛋白的半衰期为数小时至数天。成红细胞=110天。天。n真核蛋白的降解依赖于一个只需真核蛋白的降解依赖于一个只需76个氨基酸残基、个氨基酸残基、其序列高度保守的泛蛋白其序列高度保守的泛蛋白Ubiquitin。细胞内。细胞内即将被降解的蛋白首先在即将被降解的蛋白首先在ATP的作用下与泛蛋白相的作用下与泛蛋白相连，并将该复合体运送到特定的蛋白降解体系中直连，并将该复合体运送到特定的蛋白降解体系中直到完全降解。到完全降解。n泛蛋白在E1、E2和E3的作用下与被降解蛋白相衔接的过程。蛋白质的半衰期与蛋白质的半衰期与
76、N-端氨基酸残基的关系端氨基酸残基的关系n成熟蛋白成熟蛋白N-端的第一个氨基酸除已被切除的端的第一个氨基酸除已被切除的N端甲硫氨端甲硫氨酸之外，但包括翻译后修饰产物在蛋白的降解中有着举酸之外，但包括翻译后修饰产物在蛋白的降解中有着举足轻重的影响。足轻重的影响。当某个蛋白当某个蛋白当某个蛋白当某个蛋白质质的的的的N N端是端是端是端是甲硫氨酸、苷氨酸、甲硫氨酸、苷氨酸、甲硫氨酸、苷氨酸、甲硫氨酸、苷氨酸、丙氨酸、丙氨酸、丙氨酸、丙氨酸、丝丝氨酸、氨酸、氨酸、氨酸、苏苏氨酸氨酸氨酸氨酸和和和和缬缬氨酸氨酸氨酸氨酸时时，表，表，表，表现稳现稳定。定。定。定。其其其其N N端端端端为赖为赖氨酸、精氨酸氨酸、精氨酸氨酸、精氨酸氨酸、精氨酸时时，表，表，表，表现现最不最不最不最不稳稳定，平均定，平均定，平均定，平均2-32-3分分分分钟钟就被降解了。就被降解了。就被降解了。就被降解了。
