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1、第第9 9章章 核酸代谢和蛋白质的核酸代谢和蛋白质的生物合成生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成导言 俗语说“种瓜得瓜，种豆得豆”，其中蕴含着在生物界中普遍存在的遗传规律；而“世界上没有完全相同的两片叶子”却又预示了遗传现象的复杂性和可变性。对于生物体而言，贮存遗传信息的物质就是核酸，它是记载生物体的演变、种属特征及一切生命活动规律的图书馆。本章书除了阐述核苷酸的基本代谢外，还将从复制、转录及翻译等几个方面分别阐述与遗传信息传递有关的重要理论知识。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成第1节 核酸代谢一、核苷酸的合成代谢途径：从头合成、补救合成。核酸代谢与蛋白质生
2、物合成核酸代谢与蛋白质生物合成1.从头合成途径：是指细胞利用一碳单位、磷酸核糖和氨基酸等基本原料，经过一系列复杂的酶促反应，合成嘌呤或嘧啶核苷酸的过程。2.补救合成途径：是指细胞利用已有的嘌呤碱或嘧啶碱以及它们的核苷形式，经过简单的酶促反应，合成嘌呤或嘧啶核苷酸的过程。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（一）嘌呤核苷酸的合成1.嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤环的元素来源核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成Asp Mg2+ GTP IMP脱氢酶NAD+ H2OGMP合成酶NADH+ Gln Mg2+ ATP Glu IMP分别
3、转变为AMP和GMP核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成2.嘌呤核苷酸的补救合成腺嘌呤+PRPP AMP+PPi 次黄嘌呤+PRPP IMP+PPi 鸟嘌呤+PRPP GMP+PPi 腺嘌呤核苷+ATP AMP+ADP 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（二）嘧啶核苷酸的合成1.嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶环的元素来源嘧啶环的元素来源核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成UMP分别转变为CTP和TMPCTP合成酶TMP合成酶 N5，N10CH2FH4 FH2 Gln核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成2
4、.嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶碱 +PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（三）脱氧核苷酸的合成嘌呤和嘧啶脱氧核苷酸合成是在二磷酸核苷酸（NDP）水平上进行的，反应式如下： NADPHNADP+H2O核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（四）核苷酸抗代谢物及应用核苷酸抗代谢物是指与核苷酸合成过程的中间产物结构相似的一些类似物。如：嘌呤、嘧啶、氨基酸、叶酸等。通过竞争性抑制或以假乱真的方式，干扰和阻断核苷酸的合成。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成抗代谢物抗代谢物抗代谢物抗代谢物相似物相似物相似物相似物作用作用作用作用6 6巯基嘌呤巯基
5、嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤抑制抑制IMPIMP转变转变为为AMPAMP和和GMPGMP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺抑制嘌抑制嘌呤核酸的合成呤核酸的合成氨蝶呤氨蝶呤甲氨蝶呤甲氨蝶呤叶酸叶酸阻断二氢叶酸及四氢阻断二氢叶酸及四氢叶酸的生成叶酸的生成影响一影响一碳单位的代谢碳单位的代谢嘌呤核苷酸抗代谢物核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成抗代谢物抗代谢物抗代谢物抗代谢物相似物相似物相似物相似物作用作用作用作用5 5氟尿嘧啶氟尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶阻断嘧啶核苷酸阻断嘧啶核苷酸的合成的合成氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺抑制抑制CTPCTP的合成的合成氨蝶呤氨蝶呤甲氨蝶呤甲氨蝶呤叶酸叶酸
6、干扰一碳单位的代谢，干扰一碳单位的代谢，影响嘧啶核苷酸合成影响嘧啶核苷酸合成嘧啶核苷酸抗代谢物核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成二、核苷酸的分解代谢（一）嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸在体内代谢的终产物是尿酸。（二）嘧啶核苷酸的分解代谢1.胞嘧啶尿嘧啶 丙氨酸、NH3和CO22.胸腺嘧啶 氨基异丁酸、NH3和CO2核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成遗传信息传递中心法则遗传信息传递中心法则核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成三、DNA的生物合成DNA的生物合成包括DNA复制、逆转录及DNA的损伤与修复。（一）DNA复制DNA复制是指以亲代单链DNA为模板，
7、合成子代DNA的过程。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成DNA复制的方式：半保留复制子代子代DNA分子中，一条链来自亲代，另一条链是新合成的。分子中，一条链来自亲代，另一条链是新合成的。亲代亲代DNA子代子代DNA复制复制来自亲代来自亲代DNA新合成链新合成链核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成1.复制的模板：亲代单链DNA为模板 方向：为352.复制的原料：dNTP（N为A、G、C、T）。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成3.参与复制的酶和蛋白质因子（1）DNA聚合酶作用：以单链DNA为模板，以dNTP作为原料，按碱基配对原则，催化DNA新链的合成
8、。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成原核生物三种DNA聚合酶及其作用DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶53535353聚合作用聚合作用聚合作用聚合作用有有有有有有有有有有有有35353535核酸外切酶活性核酸外切酶活性核酸外切酶活性核酸外切酶活性有有有有有有有有有有有有53535353核酸外切酶活性核酸外切酶活性核酸外切酶活性核酸外切酶活性有有有有无无无无无无无无功能功能功能功能校读校读校读校读损伤后修复损伤后修复损伤后修复损伤后修复目前尚不完目前尚不完目前尚不完目前尚不
9、完全清楚全清楚全清楚全清楚复制过程中的复制过程中的复制过程中的复制过程中的主要催化酶主要催化酶主要催化酶主要催化酶核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成真核生物DNA聚合酶 ：有、和等五种。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成酶酶酶酶作用作用作用作用拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶松解、理顺松解、理顺松解、理顺松解、理顺DNADNADNADNA超螺旋。超螺旋。超螺旋。超螺旋。解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶 解开解开解开解开DNADNADNADNA双链之间的氢键，形成单链双链之间的氢键，形成单链双链之间的氢键，形成单链双链之间的氢键，形成单链DNADNADNAD
10、NA模板。模板。模板。模板。引物酶引物酶引物酶引物酶 以单链以单链以单链以单链DNADNADNADNA为模板，合成为模板，合成为模板，合成为模板，合成RNARNARNARNA引物，以引物，以引物，以引物，以提供提供提供提供3333OHOHOHOH。DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶 DNADNA复制终止阶段，催化复制终止阶段，催化复制终止阶段，催化复制终止阶段，催化DNADNA分子上分子上分子上分子上的片段缺口之间形成磷酸二酯键。的片段缺口之间形成磷酸二酯键。的片段缺口之间形成磷酸二酯键。的片段缺口之间形成磷酸二酯键。参与DNA复制的其它酶及作用核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合
11、成单链DNA结合蛋白：单链DNA结合蛋白（SSB）能结合在DNA单链上，具有保护和稳定DNA模板单链的作用。 一方面：解开的单链DNA会被水解；另一方面：解开的单链DNA很容易再次聚合形成双螺旋形式。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成DNA复制过程复制过程起始阶段起始阶段延长阶段延长阶段终止阶段终止阶段核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成起始阶段起始阶段 拓扑异构酶参与拓扑异构酶参与松解松解DNA超螺旋，超螺旋，在复制的整个过在复制的整个过程中都发挥作用。程中都发挥作用。解螺旋酶解螺旋酶：解开：解开DNA双双链间的氢键，形成单链链间的氢键，形成单链DNA模板。模板。S
12、SB：维持、保护单：维持、保护单链链DNA模板。模板。引物酶引物酶：催化：催化合成合成RNA引物。引物。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成延长阶段延长阶段DNApol催化模板方向：模板方向：模板方向：模板方向：3535合成的方向：合成的方向：合成的方向：合成的方向：5353碱基配对：碱基配对：碱基配对：碱基配对：A AT T、G G C C核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成前导链与随从链 A G C T T A G C A A G C C A T C G G A C G G T A G C C TRNA引物 T C G A A 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白
13、质生物合成冈崎片段：冈崎片段：在随从链的合成之前，先合成的一在随从链的合成之前，先合成的一些不连续的些不连续的DNA短片段。短片段。DNA复制的特点：复制的特点：半保留复制、半不连续复制。半保留复制、半不连续复制。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成终止阶段终止阶段引物RNA水解DNA-pol催化填补空隙DNA连接酶连接缺口核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成逆转录1.概念：以RNA为模板，合成DNA链的过程。2.逆转录酶：为多功能酶，作用如下：水解RNA催化合成DNA互补链双链DNA核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成DNA的损伤与修复 1.概念：DNA损
14、伤又称突变，是DNA分子结构改变从而导致遗传信息的改变。 2.类型：错配、缺失、插入、重排、框移等。3.修复机制（1）光修复：光修复酶使嘧啶二聚体分解（2）重组修复：由DNApol、DNA连接及多种蛋白因子共同参与，切除DNA分子中损伤的片段，再以另一条完整链作为模板进行修复。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成蛋白质因子辨认、结蛋白质因子辨认、结合及切除损伤区段。合及切除损伤区段。DNApol以以dNTP为为原料，填补空隙。原料，填补空隙。DNA连接酶催化重组修复基本过程重组修复基本过程核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成四、RNA的生物合成（一）概念：以单链DNA为
15、模板，合成RNA的过程。（二）原料：NTP（N代表A、G、C、U四种碱基）。（三）特点：不对称转录。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成不对称转录：*只以DNA单链的某一区段作为模板进行转录。*模板链不是永远都在同一条DNA单链上。5 3 3 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链模板链模板链编码链编码链DNA核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成RNA聚合酶 原核生物RNA聚合酶：2 （全酶） 2 2（核心酶）：在（核心酶）：在RNARNA合成过程中起催化作用。合成过程中起催化作用。 ：辨认识别转录起始点。：辨认识别转录起始点。 核心酶核心酶全酶全酶核酸代
16、谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成真核生物RNA聚合酶 RNA聚合酶：催化转录生成45SrRNA。RNA聚合酶：催化转录生成hnRNA（不均一核RNA，是mRNA的前体）。RNA聚合酶：催化转录生成5SrRNA、tRNA和snRNA（小核RNA）。 下面以原核生物转录过程进行说明。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成转录起始转录起始 RNARNA聚合酶聚合酶 亚基识别和辩认模板亚基识别和辩认模板DNADNA链上链上的特异序列。的特异序列。启动子启动子 ：RNARNA聚合酶辨认结合的聚合酶辨认结合的DNADNA序列称为。序列称为。RNARNA转录不需合成引物，是转录与复制的
17、重要区别之一。转录不需合成引物，是转录与复制的重要区别之一。RNARNA聚合酶催化形成第一个磷酸二酯键。（通常加入的第一聚合酶催化形成第一个磷酸二酯键。（通常加入的第一个核苷酸为个核苷酸为GTPGTP，并保留三磷酸形式。），并保留三磷酸形式。）核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成转录起始转录起始* *启动子启动子启动子启动子 ：RNARNA聚合酶辨认结合的聚合酶辨认结合的聚合酶辨认结合的聚合酶辨认结合的DNADNA序列。序列。序列。序列。* *RNARNA聚合酶催化形成第一个磷酸二酯键。聚合酶催化形成第一个磷酸二酯键。聚合酶催化形成第一个磷酸二酯键。聚合酶催化形成第一个磷酸二酯键。
18、* *通常加入的第一个核苷酸为通常加入的第一个核苷酸为通常加入的第一个核苷酸为通常加入的第一个核苷酸为GTPGTP，并保留三，并保留三，并保留三，并保留三磷酸形式。磷酸形式。磷酸形式。磷酸形式。3 5 TTGACATATAAT 35 10 +1RNA聚合酶辨认、结合核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成转录延长 亚基即脱落，核心酶（2）催化RNA链的延长。模板链的方向：模板链的方向：35 35 合成的合成的RNARNA链方向：链方向：5353。碱基配对关系：碱基配对关系：A AT T、A AU U、G G C C核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成转录过程中的“转录泡”核
19、酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成转录终止 1.依赖（Rho）因子 的转录终止因子能结合在RNA上的特异终止序列上，并具有ATP酶活性和解螺旋酶作用。2.非依赖（Rho）因子 的转录终止RNA链形成茎环结构，终止转录。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成转录终止形成的茎环结构核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成DNA复制与RNA转录的区别复制复制转录转录模板模板单链单链DNADNA模板模板单链单链DNADNA模板模板原料原料dNTPdNTP（N N：A A、G G、C C、T T）NTPNTP（N N：A A、G G、C C、U U）聚合酶聚合酶DNADNA
20、聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶引物引物需要合成一段需要合成一段RNARNA引物引物不需要引物不需要引物碱基配对碱基配对A A与与T T、G G与与C CA A与与U U、A A与与T T、G G与与C C产物产物DNADNA分子分子三种三种RNARNA特征特征半保留复制半保留复制不对称转录不对称转录核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成转录后的加工 真核生物转录的RNA初级产物需要经过加工才具有生物活性，加工过程主要在细胞核中进行。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成1.mRNA的加工（1）加“帽”：5端形成m7GpppN。（2）加“尾”：3端形成polyA。（3
21、）剪接：切除mRNA上的非编码序列（内含子）和拼接编码序列（外显子）。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成2.tRNA的加工（1）切除3端和5端部分核苷酸。（2）3端加上CCA序列（3）对部分碱基进行特殊修饰。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成3.rRNA的加工rRNA的初级转录产物经剪接后，在核仁上与核糖体蛋白一起组装核糖体的大小亚基。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成第2节 蛋白质的生物合成翻译：以mRNA为模板，合成蛋白质的过程。合成体系（1）场所：核糖体（2）基本原料：20种编码氨基酸（3）三种RNA共同参与（4）其它：蛋白质因子（起始因子、
22、延长因子、终止因子）、GTP、ATP、Mg2+、K+等。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成RNA在蛋白质合成中的作用 （一）mRNA：mRNA是蛋白质生物合成的直接模板 模板方向：53 蛋白质合成方向：NC方式：密码子氨基酸 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成遗传密码 1、概念：mRNA链上沿53方向，每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸，这3个相邻核苷酸即称为一个遗传密码或密码子 。mRNAmRNA链上的链上的4 4种核苷酸共有种核苷酸共有6464个密码子，其中：个密码子，其中：（1 1）6161个密码子编码个密码子编码2020种氨基酸（种氨基酸（AUGAUG
23、为起始密为起始密码）码）（2 2）UAA、UAG和UGA 为终止密码，不代表任何氨基酸核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成5555端端端端第一位第一位第一位第一位核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸第二位核苷酸第二位核苷酸第二位核苷酸第二位核苷酸3333端端端端第三位第三位第三位第三位核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸U U U UC C C CA A A AG G G GU U U U苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸UUUUUUUUUUUU丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸UCUUCUUCUUCU酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸UAUUAUUAUUAU半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸UGUUGUUGUUGUU U U
24、U苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸UUCUUCUUCUUC丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸UCCUCCUCCUCC酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸UACUACUACUAC半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸UGCUGCUGCUGCC C C C亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸UUAUUAUUAUUA丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸UCAUCAUCAUCA终止密码终止密码终止密码终止密码UAAUAAUAAUAA终止密码终止密码终止密码终止密码UGAUGAUGAUGAA A A A亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸UUGUUGUUGUUG丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸UCGUCGUCGUCG终止密码终止密码终止密码终止密码UAGUAGUAGUAG色
25、氨酸色氨酸色氨酸色氨酸UGGUGGUGGUGGG G G GC C C C亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸CUUCUUCUUCUU脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸CCUCCUCCUCCU组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸CAUCAUCAUCAU精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸CGUCGUCGUCGUU U U U亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸CUCCUCCUCCUC脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸CCCCCCCCCCCC组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸CACCACCACCAC精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸CGCCGCCGCCGCC C C C亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸CUACUACUACUA脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸CCACCACCACCA谷氨酸谷氨酸谷氨酸
26、谷氨酸CAACAACAACAA精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸CGACGACGACGAA A A A亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸CUGCUGCUGCUG脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸CCGCCGCCGCCG谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸CAGCAGCAGCAG精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸CGGCGGCGGCGGG G G GA A A A异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸AUUAUUAUUAUU苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸ACUACUACUACU天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸AAUAAUAAUAAU丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸AGUAGUAGUAGUU U U U异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸AUCAUCAUCAUC苏氨酸苏氨
27、酸苏氨酸苏氨酸ACCACCACCACC天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺AACAACAACAAC丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸AGCAGCAGCAGCC C C C异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸AUAAUAAUAAUA苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸ACAACAACAACA赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸AAAAAAAAAAAA精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸AGAAGAAGAAGAA A A A甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸AUGAUGAUGAUG苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸ACGACGACGACG赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸AAGAAGAAGAAG精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸AGGAGGAGGAGGG G G GG G G G缬
28、氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸GUUGUUGUUGUU丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸GCUGCUGCUGCU天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸GAUGAUGAUGAU甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸GGUGGUGGUGGUU U U U缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸GUCGUCGUCGUC丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸GCCGCCGCCGCC天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸GACGACGACGAC甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸GGCGGCGGCGGCC C C C缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸GUAGUAGUAGUA丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸GCAGCAGCAGCA谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸GAAGAAGAAGAA甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸GGA
29、GGAGGAGGAA A A A缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸GUGGUGGUGGUG丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸GCGGCGGCGGCG谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸GAGGAGGAGGAG甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸GGGGGGGGGGGGG G G G遗传密码表 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成遗传密码的特点遗传密码的特点1.1.方向性：密码子只能沿方向性：密码子只能沿mRNAmRNA的的5353方向进行方向进行阅读。阅读。2.2.简并性：除蛋氨酸和色氨酸只对应简并性：除蛋氨酸和色氨酸只对应1 1个密码子外，个密码子外，其余氨基酸都具有两个或两个以上的密码子。其余氨基酸都具有两个或两个以上的
30、密码子。3.3.摆动性：反密码子的第摆动性：反密码子的第1 1位碱基与密码子的第位碱基与密码子的第3 3位位碱基之间不严格遵守碱基配对规律的现象。碱基之间不严格遵守碱基配对规律的现象。4.4.连续性：密码子从连续性：密码子从mRNAmRNA上起始的上起始的AUGAUG开始，以开始，以5353方向进行阅读，每个碱基读一次，没有间方向进行阅读，每个碱基读一次，没有间隔。隔。5.5.通用性：除动物的线粒体和植物的叶绿体外，几通用性：除动物的线粒体和植物的叶绿体外，几乎所有的生物都使用同一套遗传密码。乎所有的生物都使用同一套遗传密码。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成3 模板模板mRNA
31、5 A U G C C A U C U G G C A U C-C U C U A AMet Pro Ser Gly Ile -Met Pro Ser Gly Ile -Leu Leu 终止密码终止密码N C蛋白质多肽链蛋白质多肽链密码子阅读方向密码子阅读方向 肽链合成方向肽链合成方向mRNA上的遗传密码指导合成蛋白质多肽链 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（二）tRNA：转运氨基酸的工具氨基酸 + ATP + tRNA氨基酰tRNA + AMP + PPi氨基酰tRNA合成酶 氨基酸的氨基酸的a-羧基羧基 酯键酯键tRNA3CCAOH核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生
32、物合成U C A5 3 mRNA A C UC C ASer3 5 1 2 33 2 1反密码子与密码子之间的配对反密码子与密码子之间的配对核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（三）rRNA：参与形成核糖体，是蛋白质生物合成的场所P位位A位位E位位小亚基小亚基大亚基大亚基原核生物核糖体结构模式原核生物核糖体结构模式 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成原核生物多肽链的合成过程1.起始阶段在起始因子的参与下，核糖体大小亚基先分开，模板mRNA与小亚基辨认结合，与起始密码子对应的蛋氨酰由tRNA携带到达核糖体P位。翻译起始复合物：翻译起始复合物： 核糖体大小亚基、模板核糖体
33、大小亚基、模板mRNA mRNA 、fMetfMettRNAfMet tRNAfMet 。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核糖体大小亚基分离，模板mRNA与小亚基结合起始因子起始因子AUGmRNA小亚基小亚基大亚基大亚基AUGP A核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成起始因子起始因子AUGmRNA小亚基小亚基大亚基大亚基AUGP AfMetIF-2GTPfMettRNAfMet P AAUGIF-2GTPfMettRNA携带起始密码对应的蛋氨酰进入P位核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成P AAUGfMetIF-2GTPGDP起始因子起始因子AUGP A
34、fMetE形成翻译起始复合物核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成2.延长阶段（1）进位：又称注册，是按照mRNA上的密码子信息，相对应的氨基酰tRNA进入核糖体的A位。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成AUGP AfMetE AATuGTPTu GDPAUGP AfMetE AA氨基酰氨基酰tRNA翻译延长：注册核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（2）成肽：核糖体P位上fMettRNAfMet（或肽酰tRNA）的甲硫氨酸（或肽酰基）移至A位，与结合在A位上氨基酰tRNA的氨基形成肽键。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成AUGP AfMe
35、tE AAAUGP AE AAfMet肽键肽键甲酰化甲酰化fMet氨基酸氨基酸转肽酶转肽酶翻译延长：成肽核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（3）转位：成肽完成后，核糖体向mRNA的3端移动一个密码子的距离，下一个密码子即进入A位。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成P AE AAfMetAUGP AE AAfMetAUGA位空出位空出待下一个氨基酰待下一个氨基酰tRNA进入进入模板模板mRNA链上链上下一个密码子进入下一个密码子进入A位位转位酶转位酶GTPGDP翻译延长：转位核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成3.终止阶段核糖体A位上出现mRNA的终止密
36、码子时，由释放因子识别并结合于终止密码子。 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成多肽链多肽链A位出现终止密码位出现终止密码释放因子释放因子RF识别结合识别结合起始因子起始因子IFUAAP AEtRNA小亚基小亚基大亚基大亚基mRNA 翻译终止过程核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核糖体循环1.广义的概念：是指翻译起始、延长、终止三个循环过程。2.狭义的概念：是指翻译延长阶段的注册、成肽、转位三个循环过程。*翻译模板mRNA方向： 53*蛋白质多肽链合成方向：N C核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成三、蛋白质生物合成与医学的关系1.遗传性疾病：DNADNA
37、损伤、结构异常损伤、结构异常蛋白蛋白质质结构和功能异常。结构和功能异常。2.药物：利用蛋白质生物合成机理，发挥抑制或杀菌作用。利用蛋白质生物合成机理，发挥抑制或杀菌作用。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（一）分子病例：镰刀状细胞性贫血 N缬缬1 组组2 亮亮2 苏苏4 脯脯5 谷谷6 谷谷7 赖赖8 丝丝9 丙丙10 .天冬天冬100.C 3.CTC.5 5. GAG.3 正常成人血红蛋白链及其基因核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成N缬缬1 组组2 亮亮2 苏苏4 脯脯5 缬缬6 谷谷7 赖赖8 丝丝9 丙丙10 .天冬天冬100.C 3. CAC.5 5. GU
38、G.3 镰刀状红细胞性贫血病人核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（二）抗生素例：1.内酰胺类：如青霉素，抑制转肽酶活性。2.头饱菌素类：与内酰胺类的抗菌机制相似。3.氨基糖苷类：如链霉素，抑制翻译起始复合物的形成。4.四环素素：如四环素，与氨基糖苷类相似。5.酰胺醇类：如氯霉素，抑制多肽链的延长。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成（三）干扰素机制：机制：1.1.影响病毒蛋白质生物合成时蛋白质因子的活性，影响病毒蛋白质生物合成时蛋白质因子的活性，抑制翻译过程。抑制翻译过程。2.2.降解病毒蛋白质生物合成时的模板降解病毒蛋白质生物合成时的模板mRNAmRNA。核酸代谢与
39、蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成小结嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的合成代谢有从头合成和补救合成两种途径。脱氧核苷酸的合成是在NDP水平进行的。嘌呤核苷酸代谢的终产物是尿酸，嘧啶核苷酸代谢的终产物是丙氨酸和氨基异丁酸。遗传信息传递的中心法则包括DNA复制、RNA复制、转录、逆转录、翻译等内容，阐明了遗传信息传递的方式和规律。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成DNA复制是以DNA为模板合成DNA的过程，复制的特点有半保留复制、双向复制和半不连续复制等。逆转录是以RNA为模板合成DNA的过程，是对中心法则的补充。RNA转录是以DNA为模板合成RNA的过程， RNA转录的特点主要表现为不对称转录。翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，模板mRNA从53方向上的密码子可以指导多肽链上氨基酸的排列。核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成
