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1、1.DNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译逆转录逆转录中中 心心 法法 则则2.Reverse transcription3.中心法则的遗传流向有中心法则的遗传流向有5条途径条途径 1、DNADNA：DNA复制复制 （以（以DNA为模板合成为模板合成DNA） 2、RNA RNA：RNA复制复制 （以（以RNA为模板合成为模板合成RNA） 3、DNA RNA：DNA转录转录 （以（以DNA为模板合成为模板合成RNA） 4、RNA DNA：反反(逆逆)转录转录 （以（以RNA为模板合成为模板合成DNA） 5、RNA Protein：翻译翻译4. 复制复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生
2、成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。5.DNADNA的生物合成的生物合成RNARNA的生物合成的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成6.DNADNA的生物合成的生物合成一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制二、二、与与DNADNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质三、三、DNADNA的复制过程的复制过程四、四、逆转录
3、逆转录五、五、DNADNA的损伤修复的损伤修复7.一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制定义：定义：由亲代由亲代DNADNA生成子代生成子代DNADNA时，每个新形成时，每个新形成的子代的子代DNADNA中，一条链来自亲代中，一条链来自亲代DNADNA，而另一条，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制半保留复制半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据: :19581958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位素用同位素1515N N标记大肠杆菌标记大肠杆菌DNA,DNA,首先证明了首先证明了DNADNA的半保留复制。的半
4、保留复制。8.1515N-DNAN-DNA的密度大于的密度大于1414N-DNAN-DNA的密度的密度9.DNADNA的半保留复制的生物学意义：的半保留复制的生物学意义：DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上的稳在代谢上的稳定性，定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。给后代。 10.二、与二、与DNADNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质 原料原料：四种脱氧核苷三磷酸（四种脱氧核苷三磷酸（dATPdATP、dGTPdGTP、 dCTP dCTP、dTTP)dTTP) 模板模板：以：以DNADNA的两条链为模板链，合成子代的两条链
5、为模板链，合成子代DNADNA。 酶和能量酶和能量：DNADNA聚合酶，聚合酶，DNADNA连接酶，拓扑异构连接酶，拓扑异构酶等能量为酶等能量为ATPATP。 引物引物：一小段：一小段RNA(RNA(或或DNADNA）为引物，在大肠杆菌）为引物，在大肠杆菌 中，中，DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA链作为链作为引物。引物。11.( (一）原核生物中的一）原核生物中的DNADNA聚合酶聚合酶在大肠杆菌中发现有五种在大肠杆菌中发现有五种DNADNA聚合酶（聚合酶（用突变株研究其功能用突变株研究其功能）：）： DNA DNA聚合酶聚合酶 DNA DNA聚合酶聚合酶： DNA聚合酶聚
6、合酶：是原核生物是原核生物DNA复制的主要聚合酶复制的主要聚合酶，该酶由该酶由10种亚基组成，其中种亚基组成，其中 、 、 形成全酶的核心酶形成全酶的核心酶。（4） DNA聚合酶聚合酶IV和和V：1999年发现，当年发现，当DNA严重损伤严重损伤时，诱导产生。时，诱导产生。 12. DNADNA聚合酶聚合酶 DNA DNA聚合酶聚合酶 DNA DNA聚合酶聚合酶 亚基数目亚基数目 1 1（单体酶）（单体酶） 1 1（多亚基酶（多亚基酶 ） 1 1（多亚基酶）（多亚基酶） 5 35 3聚合活性聚合活性 + + 中中 + + 很低很低 + + 很高很高3 53 5外切活性外切活性 + + + +
7、+ +（保护（保护DNADNA复制的复制的忠实性忠实性fidelityfidelity）5 35 3外切活性外切活性 + - - + - -主要是对主要是对DNADNA损伤的修损伤的修复；以及在复；以及在DNADNA复制时复制时切除切除RNARNA引物并填补其引物并填补其留下的空隙。留下的空隙。修复紫外光引起修复紫外光引起的的DNADNA损伤损伤DNA DNA 复制的主要复制的主要聚合酶，还具有聚合酶，还具有3-5 3-5 外切酶外切酶的校对功能，提的校对功能，提高高DNADNA复制的保真复制的保真性性13. （二）（二）在真核细胞内有五种在真核细胞内有五种DNADNA聚合酶聚合酶 （与（与
8、细菌细菌DNADNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）方向） 定位定位 细胞核细胞核 细胞核细胞核 线粒体线粒体 细胞核细胞核 细胞核细胞核3-53-5外切外切 - - + + + - - + + +酶活性酶活性功能功能引物引物 合成合成修复修复作用作用线粒体线粒体DNADNA的复制的复制核核DNADNA的复制的复制修复修复作用作用14.（三）（三）DNADNA连接酶（连接酶（19671967年发现）：年发现）：若双链若双链DNADNA中一条链有切口，一端是中一条链有切口，一端是3-OH3-OH，另一端是，另一端是5-5-磷酸基，连接酶可催化
9、这两端形成磷酸二酯键，而使磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。切口连接。 DNA DNA连接酶连接酶在在DNADNA复制、损伤修复、重组等过程中起重复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用要作用作用但是它不能将两条游离的但是它不能将两条游离的DNADNA单链连接起来单链连接起来。 3535OHOHP P15.拓扑异构酶拓扑异构酶：使使DNADNA一条链发生断裂和再连接一条链发生断裂和再连接。作用是松作用是松解负超螺旋解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录有关。同转录有关。拓扑异构酶拓扑异构酶：使使DNADNA两条链发
10、生断裂和再连接。两条链发生断裂和再连接。当引当引入负超螺旋入负超螺旋时需要由时需要由ATPATP提供能量，同复制有关。提供能量，同复制有关。二者共同控制二者共同控制DNADNA的拓扑结构。的拓扑结构。（五）解螺旋酶（五）解螺旋酶 （解链酶）（解链酶）：通过水解：通过水解ATPATP将将DNADNA两条两条链打开。链打开。E.coliE.coli中的中的reprep蛋白就是解螺旋酶，还有解蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶螺旋酶I I、IIII、IIIIII。每解开一对碱基需要水解。每解开一对碱基需要水解2 2个个ATPATP分子。分子。（四）（四） 拓扑异构酶：拓扑异构酶：除连环数不同外其它性质均
11、相同的除连环数不同外其它性质均相同的DNADNA分子称为拓扑异构体，分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶拓扑异构酶16.其它蛋白因子：其它蛋白因子：单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB-single-strand binding (SSB-single-strand binding protein)protein)：稳定已被解开的稳定已被解开的DNADNA单链，阻止复性和保护单链不单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。被核酸酶降解。引发前体引发前体: :它由多种蛋白质它由多种蛋白质dnaAdnaA、dnaBdnaB、dnaCdnaC、n n、nn、n
12、n 和和i i组成。组成。引发前体再与引发酶结合组装成引发体引发前体再与引发酶结合组装成引发体。 引发体可以沿模板链引发体可以沿模板链55 3 3方向移动方向移动, ,具有识别合成起始具有识别合成起始 位点的功能，移动到一定位置上即可引发位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNARNA引物的合成。引物的合成。移动和引发均需要移动和引发均需要ATPATP提供能量。提供能量。17.三、三、DNADNA的复制过程的复制过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例） 双链的解开双链的解开 RNA RNA引物的合成引物的合成 DNA DNA链的延伸链的延伸 切除切除RNARNA引物，填补缺口，连接相邻的引物
13、，填补缺口，连接相邻的DNADNA片片段段18.1 1、双链的解开、双链的解开一些概念：一些概念：v DNADNA的复制有特定的起始位点，叫做的复制有特定的起始位点，叫做复制原点复制原点。常用常用oriori( (或或o o）表示。许多生物的复制原点都是表示。许多生物的复制原点都是富含富含A A、T T的区段。的区段。v大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNADNA以及真核生物的细胞器以及真核生物的细胞器DNADNA为为双链环状，只有双链环状，只有一个一个复制原点，而真核生物染色复制原点，而真核生物染色体体DNADNA是线性双链分子，含有是线性双链分子，含有许多许多复制起点。复制起点。v从复制原点到
14、终点，组成一个复制单位，叫从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制复制子（基因组独立进行复制的单位）子（基因组独立进行复制的单位）。19.v复制原点复制原点由由DnaADnaA蛋白识别，蛋白识别， 在原点由在原点由DnaBDnaB蛋白蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链模板，合成其互补链(DNA(DNA双链的解开还需双链的解开还需DNADNA拓扑异拓扑异构酶构酶 、 SSB)SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。制眼。v DNADNA复制复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的进行时
15、，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点生长点(growth point)(growth point)，叫叫复制叉复制叉。在复制叉上分。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复合物称为复制体（复制体（replisomereplisome）复制叉复制叉复制叉复制叉20.复制叉起点复制叉延伸延伸起点领头链领头链随后链随后链3535DNA的双向复制的双向复制21.(1)复制的起始复制的起始 互相缠绕的双链母本DNA，复制从特定的位置(复制原点Ori or O)开始，该位置常是富含A、T区段。22.23.24.首先DNA解螺旋酶(Dna
16、B)打开局部双链，SSB与每条单链结合,稳定单链并防止DNA复性;然后在DNA旋转酶（TOP)的作用下，使螺旋DNA局部变成松弛态。25.26.起始因子、引物酶、起始因子、引物酶、DNA聚合酶聚合酶等随后结合，复制开始。27.28. 引发体在复制叉上移动，沿模板链引发体在复制叉上移动，沿模板链5 35 3的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，的起始位点， DnaB DnaB蛋白活化引物合成酶。引发蛋白活化引物合成酶。引发RNARNA引物的合成。引物的合成。领头链领头链先引发开始合成，以原来一条先引发开始合成，以原来一条DNADNA单
17、链为模板（单链为模板（3 3 5), 5),按按5 5 3 3的方向合的方向合成一段成一段RNARNA引物链。领头链开始合成后，随后链也开引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约为几个至始合成其引物。引物长度约为几个至1010个核苷酸，个核苷酸，在引物的在引物的55端含端含3 3个磷酸残基（个磷酸残基（引物酶的底物是核引物酶的底物是核苷三磷酸苷三磷酸），），33端为游离的羟基。端为游离的羟基。（2 2）RNARNA引物的合成引物的合成29.前导链链 随（滞）后链随（滞）后链 冈崎片段冈崎片段 半不连续复制半不连续复制冈崎模型冈崎模型（3 3）DNADNA链的延伸链的延伸30
18、.前导链前导链在在DNADNA复制时，合成方向与复制叉移动的复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。方向一致并连续合成的链。随后链随后链在在DNADNA复制时，合成方向与复制叉移动的复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的条完整的DNADNA链。链。半不连续复制半不连续复制在在DNADNA复制时，领头链是连续合成复制时，领头链是连续合成的的, ,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。为半不连续复制。31.冈崎片段冈崎片段 在在DNADNA
19、复制过程中，领头链能连续合成，复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只能是断续的合成而随后链只能是断续的合成5 53 3 的多的多个短片段，这些不连续的小片段以其发个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。现者的名字命名为冈崎片段。 冈崎片段：冈崎片段：真核生物中真核生物中100-200100-200个核苷个核苷酸（核小体的酸（核小体的DNADNA单位）。原核生物中单位）。原核生物中1000-20001000-2000个核苷酸。个核苷酸。32.33.34.在在DNADNA聚合酶聚合酶催化下切除催化下切除RNARNA引物；留下的空隙由引物；留下的空隙由DNADNA聚聚合酶合酶催
20、化合成一段催化合成一段DNADNA填补上；填补上；在在DNADNA连接酶连接酶作用下，连作用下，连接相邻的接相邻的DNADNA链；链；（4 4）切除）切除RNARNA引物，填补缺口，连接相邻的引物，填补缺口，连接相邻的DNADNA片段片段（复制终止）（复制终止） 35.一、一、DNA的复制：的复制：36.蛋白蛋白Mr亚基数亚基数功能功能SSB756004结合单链结合单链DNADnaB蛋白蛋白(解螺旋酶解螺旋酶)3000006DNA解螺旋解螺旋,引物体成分引物体成分引物酶引物酶(DnaG蛋白蛋白)600001RNA引物合成引物合成,引物体成引物体成分分DNA聚合酶聚合酶9000001820新链延
21、长新链延长DNA聚合酶聚合酶I1030001除去引物除去引物,填充缺口填充缺口DNA连接酶连接酶740001连接连接DNA旋转酶旋转酶(DNA拓扑拓扑异构酶异构酶 )4000004超螺旋超螺旋参与链的延伸阶段的蛋白质和酶参与链的延伸阶段的蛋白质和酶37.真核生物中真核生物中DNADNA的复制特点的复制特点1 1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。多复制子。2 2、冈崎片段长约、冈崎片段长约200bp.200bp.3 3、真核生物、真核生物DNADNA复制速度比原核慢。复制速度比原核慢。4 4、真核生物染色体在全部
22、复制完之前起点不再重新开始复制；、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。物快速生长时，往往采用更多的复制起点。5 5、真核生物有多种、真核生物有多种DNADNA聚合酶。聚合酶。6 6、真核生物线性染色体两端有、真核生物线性染色体两端有端粒端粒结构，防止染色体间的末结构，防止染色体间的末端连接。由端连接。由端粒酶端粒酶负责新合成链负责新合成链5 5 RNARNA引物切除后的填补，引物切除后的填补，亦保持亦保持端粒端粒的一定长度的一定长度。38.D
23、NADNA复制的其它方式复制的其它方式大肠杆菌双链环状大肠杆菌双链环状DNADNA的复制的复制（一个复制起点，双（一个复制起点，双向复制）向复制）真核细胞线状染色体真核细胞线状染色体DNADNA的复制方式的复制方式（多个复制（多个复制起点，双向复制）起点，双向复制）单向滚环式复制单向滚环式复制（噬菌体（噬菌体 X174DNAX174DNA单链环状）单链环状）3 D-D-环式复制方式环式复制方式（线粒体双链环状（线粒体双链环状DNADNA：两条链的复制起两条链的复制起点不同位置，且复制不同步）点不同位置，且复制不同步）39.v定义定义: :以以RNARNA为模板，按照为模板，按照RNARNA中的
24、核苷酸顺中的核苷酸顺序合成序合成DNADNA称为逆转录，由称为逆转录，由逆转录酶逆转录酶催化进催化进行。行。四、逆转录四、逆转录40.+RNA+RNA+DNA-DNA-RNA+RNA+DNA-DNA-DNA+DNA+v病毒病毒RNARNA的逆转录过程的逆转录过程 （以前病毒形式引起整合到宿主细（以前病毒形式引起整合到宿主细胞胞DNADNA中而使细胞恶性转化）中而使细胞恶性转化） 单链病毒单链病毒RNARNA RNA-DNARNA-DNA杂交分子杂交分子 双链双链DNADNA（前病毒）前病毒） 逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶v 逆转录酶是多功能酶：逆转录酶是多功能酶： RNARNA指导的指导的
25、DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性v逆转录酶也和逆转录酶也和DNADNA聚合酶一样，沿聚合酶一样，沿5533方向方向合成合成DNADNA，并要求短链并要求短链RNARNA作引物。作引物。41.cDNAcDNA：几乎所有真核生物几乎所有真核生物mRNAmRNA分子的分子的33末端都有末端都有一段一段polyA,polyA,当加入寡聚当加入寡聚dTdT作为引物时，作为引物时，mRNAmRNA就可作就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNADNA，称为，称为cDNAcDNA。逆转录酶发现
26、的理论和实践意义：逆转录酶发现的理论和实践意义：不能把不能把“中心法则中心法则”绝对化，遗传信息也可以从绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。转录酶已经成为研究这些学科的工具。19831983年，发现人类免疫缺陷病毒（年，发现人类免疫缺陷病毒（human immune deficience human immune deficience virus,HIVvirus,HIV）, ,感染感染T T淋
27、巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系统损伤，引起艾滋病（统损伤，引起艾滋病（ acquired immunodeficiency acquired immunodeficiency syndrome,AIDSsyndrome,AIDS）42.五、五、DNADNA的损伤修复的损伤修复DNADNA的损伤：的损伤：DNADNA在复制时产生错配、病毒基因整合；某些在复制时产生错配、病毒基因整合；某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏DNADNA的双螺的双螺旋结构。从而影响旋结构。从而影响DNADNA的复制，
28、并使的复制，并使DNADNA的转录和翻译也跟着变的转录和翻译也跟着变化，因而表现出异常的特征（生物突变）。化，因而表现出异常的特征（生物突变）。 若若DNADNA的损伤或错配得不到修复，会导致的损伤或错配得不到修复，会导致DNADNA突变。其主要突变。其主要形式：形式： 一个或几个碱基被置换一个或几个碱基被置换 插入一个或几个碱基插入一个或几个碱基 一个或多个碱基对缺失一个或多个碱基对缺失u DNADNA的损伤修复的损伤修复 四种修复途径四种修复途径: :光复活光复活、切除切除修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。43. u光复活：光复活：400nm4
29、00nm左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射引起的同一条链上射引起的同一条链上TTTT（CC CTCC CT）二聚体。（包括从单细胞生二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）物到鸟类，而高等哺乳动物无）u切除修复：切除修复：将将DNADNA分子中的受损伤部分切除，以完整分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNADNA聚合聚合酶酶、 DNADNA外切酶、外切酶、DNADNA连接酶均参与。（发生在连接酶均参与。（发生在DNADNA复复制前）制前）u重组修复重组修复 （发生在复
30、制后）：复制时，跳过损伤部（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。切除但在后代逐渐稀释。P349P349u诱导修复：诱导修复：造成造成DNADNA损伤或抑制复制的处理均能引起损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（应急反应（SOS SOS responseresponse）。）。此过程诱导产生切除修复和重组修复此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的DNADNA聚合聚合酶。
31、所以会有酶。所以会有2 2种结果：修复或种结果：修复或变异（进化）变异（进化）。 44.RNARNA的生物合成的生物合成一、RNA聚合酶 二、RNA的转录过程 三、转录后加工 四、RNA的复制 45.转录：转录：以以DNADNA的一条链为模板在的一条链为模板在RNARNA聚合酶催化聚合酶催化下，按照碱基配对原则，合成一条与下，按照碱基配对原则，合成一条与DNADNA链的链的一定区段互补的一定区段互补的RNARNA链的过程称为转录。链的过程称为转录。以四种核糖核苷三磷酸酸（以四种核糖核苷三磷酸酸（NTPNTP）为底物，形）为底物，形成成3 3 、5 5 - -磷酸二酯键相连接。磷酸二酯键相连接。
32、二、二、RNA的生物合成：的生物合成：46.一、关于一、关于RNA合成过程中的几个概念：合成过程中的几个概念：1、模板链（无义链）：指导、模板链（无义链）：指导RNA合成的那条链。合成的那条链。2、编码链（有义链）：与模板链互补的那条链。、编码链（有义链）：与模板链互补的那条链。3、启动子：、启动子：DNA分子上结合分子上结合RNA聚合酶，并形成聚合酶，并形成 转录起始复合物的区域。转录起始复合物的区域。4、终止子：促进转录停止的特殊、终止子：促进转录停止的特殊DNA序列。序列。 可分两类：依赖可分两类：依赖因子的和不依赖因子的和不依赖 因子的。因子的。47.二、真核生物与原核生物基因的区别：
33、二、真核生物与原核生物基因的区别：1、真核生物基因内部有内含子是断裂的、不连续、真核生物基因内部有内含子是断裂的、不连续 的，而原核生物内部则没有。的，而原核生物内部则没有。2、真核生物基因一般是独立的，而原核则一般、真核生物基因一般是独立的，而原核则一般 是由多个基因联合在一起而形成操纵子结构。是由多个基因联合在一起而形成操纵子结构。 如：大肠杆菌的乳糖操纵子。如：大肠杆菌的乳糖操纵子。48.1、操纵子模型、操纵子模型操纵子模型（操纵子模型（operon model)：是原核生物是原核生物基因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一基因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一个被子发现的操纵
34、子（个被子发现的操纵子（Monod和和Jacob，1961）操纵子及调节基因示意图操纵子及调节基因示意图49.乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型操纵子操纵子Operon : 基因表达的协调单位基因表达的协调单位,它们有共同的它们有共同的控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的结构基控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的结构基因和控制部位因和控制部位.50.大肠杆菌乳糖酶诱导合成大肠杆菌乳糖酶诱导合成-调节基因产物对转录的调控调节基因产物对转录的调控阻遏蛋白阻遏蛋白乳糖酶基因乳糖酶基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶操纵
35、基因操纵基因基因合成的开关基因合成的开关调节基因调节基因关关阻遏蛋白阻遏蛋白阻挡阻挡操纵基因操纵基因，结构基因不表达，结构基因不表达诱导物（乳糖）诱导物（乳糖）开开诱导物诱导物阻止阻止阻遏蛋白阻遏蛋白功能发挥。功能发挥。mRNA酶蛋白酶蛋白51.RNARNA聚合酶聚合酶：大肠杆菌的大肠杆菌的RNARNA聚合酶聚合酶全酶由全酶由5 5种亚基种亚基 组成组成，因子与其它部分因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与的结合不是十分紧密，它易于与2 2分离，分离，没有没有、 亚基的酶称亚基的酶称为核心酶为核心酶只催化链的延长，对起始只催化链的延长，对起始无作用。无作用。 五种亚基的功能分别为：五种亚基
36、的功能分别为： 亚基：亚基：与启动子结合功能。与启动子结合功能。 亚基亚基：含催化部位，起催化作用，催化形：含催化部位，起催化作用，催化形 成磷酸成磷酸二酯键。二酯键。 亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。 亚基亚基：与：与DNADNA模板结合功能。模板结合功能。 亚基：亚基：识别起始位点。识别起始位点。 一、一、 RNA RNA聚合酶聚合酶52.u 真核细胞的真核细胞的RNARNA聚合酶聚合酶酶类分布产物-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱对酶的作用对酶的作用分子量反应条件I核仁核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA 5SrRNA不抑制低浓度抑
37、制高浓度抑制500 000700 000700 000_低离子强度,要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn2+浓度53.RNARNA聚合酶的特点：聚合酶的特点：1 1、反应底物：、反应底物：NTPNTP，DNADNA为模板、为模板、MgMg2 2+ +促进聚合反促进聚合反应应.RNA.RNA聚合酶不需要引物，合成方向聚合酶不需要引物，合成方向5 53 3 。2 2、真核生物与原核生物的、真核生物与原核生物的RNARNA聚合酶结构不同。聚合酶结构不同。3 3、利福平利福平抑制原核生物抑制原核生物RNARNA聚合酶活性；聚合酶活性； -鹅鹅膏蕈碱膏蕈碱抑制真核生物抑制真核生物RNARNA聚合酶活性
38、。聚合酶活性。54.RNARNA的转录过程的转录过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例） 起始位点的识别起始位点的识别 转录起始转录起始 链的延伸链的延伸 转录终止转录终止二、二、RNARNA的转录过程的转录过程55.（1 1）起始位点的识别）起始位点的识别 RNARNA的合成不需要引物的合成不需要引物。体外实验证明，不含。体外实验证明，不含亚基的核亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有亚基时就会亚基时就会选择正确的起点。选择正确的起点。 亚基起着识别亚基起着识别DNADNA分子上的起始信号（分子上的起始信号（启启动子动子指指RNARNA
39、聚合酶识别、结合和开始转录的一段聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNADNA序列）序列）的作用。的作用。启动子的结构至少由三部分组成：启动子的结构至少由三部分组成：-35-35序列提供了序列提供了RNARNA聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号；-10-10序列是酶的紧密结合位点（富含序列是酶的紧密结合位点（富含ATAT碱基，利于双链打开）；第三部分是碱基，利于双链打开）；第三部分是RNARNA合成的起始点。合成的起始点。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点转录起始点5335 35序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框56.（2 2）转录
40、起始）转录起始 RNARNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP，很少是，很少是CTPCTP，不用，不用UTPUTP。所形成的。所形成的启动子、全酶和核启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，酸一旦掺入到转录起始点， 亚基就会被释放脱离核心亚基就会被释放脱离核心酶。酶。 因子仅与起始因子仅与起始有关，有关，RNARNA的合的合成一旦开始成
41、一旦开始，便被释放便被释放 E-35-10pppG或pppA55553333模板链模板链57.（3 3）RNARNA链的延伸链的延伸DNADNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNADNA结合比较松弛，可沿结合比较松弛，可沿DNADNA模板移动，并按模板顺序模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNARNA链的链的3-OH3-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从方向从5 5 3358.（4 4）转录终止）转录终止 在在DNADNA分子上（基因末端）提供转
42、录停止信号的分子上（基因末端）提供转录停止信号的DNADNA序列序列称为终止子（称为终止子（terminators),terminators),它能使它能使RNARNA聚合酶停止合成聚合酶停止合成RNARNA并并释放出释放出RNARNA。 需要需要因子（因子（终止因子终止因子，协助，协助RNARNA聚合酶识别终止聚合酶识别终止信号）帮助，信号）帮助， 因子能与因子能与RNARNA聚合酶结合但不是聚合酶结合但不是酶的组分，它的作用是阻止酶的组分，它的作用是阻止RNARNA聚合酶向前移动，聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的于是转录终止，并释放出已转录完成的RNARNA链。链。不依赖
43、于不依赖于因子。强终止子序列有两个明显的因子。强终止子序列有两个明显的特征：（特征：（ 1 1 ）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含G-CG-C的的回文区域。（回文区域。（2 2）富含）富含G-CG-C的区域之后是一连串的区域之后是一连串的的dAdA碱基序列，它们转录的碱基序列，它们转录的RNARNA链的末端为一连链的末端为一连串串U U（连续（连续6 6个）个）。弱终止子：弱终止子：缺少回文结构缺少回文结构强终止子强终止子：有回文结构有回文结构59.新合成的新合成的RNARNA分子中分子中典型的回文结构（发夹结构）典型的回文结构（发夹结构）60.有些终止子的作用可被特异的因子
44、所阻止，有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称为通读（使酶得以越过终止子继续转录，称为通读（ readthroughreadthrough）能够引起抗能够引起抗终止作用的蛋白质称为终止作用的蛋白质称为抗抗终终止因子止因子（antitermination factorsantitermination factors）61.62.RNARNA生物合成的抑制剂生物合成的抑制剂1 1、嘌呤和嘧啶类似物：、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的碱基类似物能够人工合成的碱基类似物能够抑制和干扰核酸的合成。如抑制和干扰核酸的合成。如NH2SHSH作为代谢拮抗物抑制作为代谢拮抗物抑制合成酶
45、类或直接掺到核酸合成酶类或直接掺到核酸分子中，形成异常分子中，形成异常RNA或或DNA。NH2NH2OHNFNH2SH63.2 2、DNADNA模板功能的抑制物：模板功能的抑制物：可以与可以与DNADNA模板结模板结合，抑制其复制和转录合，抑制其复制和转录（1 1）烷化剂：）烷化剂：使使DNADNA发生烷基化，发生在发生烷基化，发生在G-NG-N7 7，A-NA-N1 1、N N3 3 N N7 7 ；C-NC-N1 1。易引起嘌呤的水解，在。易引起嘌呤的水解，在DNADNA上留下空隙干扰上留下空隙干扰复制或转录；或引起碱基错配。复制或转录；或引起碱基错配。（2 2）放线菌素：）放线菌素：放线
46、菌素放线菌素D D与与DNADNA形成非共价的复合物，形成非共价的复合物，抑制其模板功能（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）抑制其模板功能（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）。具有类似作用的还有色霉素。具有类似作用的还有色霉素A A3 3 、橄榄霉素、光神霉、橄榄霉素、光神霉素。素。（3 3）嵌入染料：）嵌入染料：可插入双链可插入双链DNADNA分子相邻的碱基对之间，分子相邻的碱基对之间，一般具有芳香族发色团。溴化乙锭（一般具有芳香族发色团。溴化乙锭（EBEB）是一种高灵）是一种高灵敏的荧光试剂，常用来检测敏的荧光试剂，常用来检测DNADNA和和RNARNA。与。与DNADNA结合后抑结合后抑
47、制其复制和转录。制其复制和转录。64.3 3、RNARNA聚合酶抑制物聚合酶抑制物（1 1）利福霉素：抑制细菌）利福霉素：抑制细菌RNARNA聚合酶活性。利福聚合酶活性。利福平可以高效抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌，在平可以高效抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌，在体外有抗病毒作用。体外有抗病毒作用。（2 2）利链霉素：与细菌）利链霉素：与细菌RNARNA聚合酶聚合酶 亚基结合，抑亚基结合，抑制转录过程中制转录过程中RNARNA链的延长反应。链的延长反应。（3 3） - -鹅膏蕈碱：抑制真核生物鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。65.三、三、RNARNA的转录后加工的转录后加工 在
48、细胞内，由在细胞内，由RNARNA聚合酶合成的原初转录物聚合酶合成的原初转录物（primary transcriptprimary transcript）往往需要一系列的变）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、化，包括链的裂解、5 5 和和3 3 末端的切除和特末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的等过程，才转变为成熟的RNARNA分子。此过程总分子。此过程总称为称为RNARNA的成熟的成熟或称为或称为RNARNA的转录后加工。的转录后加工。66.1 1、mRNAmRNA前体的加工前体的加工： 原核生物原核生物的的m
49、RNAmRNA转录后转录后一般一般不需要加工，转录的同时即进行不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。亦有少数多顺反子的翻译（半寿期短）。亦有少数多顺反子的mRNAmRNA需要核酸酶切成需要核酸酶切成小单位，然后再翻译。小单位，然后再翻译。 真核生物真核生物mRNAmRNA（半寿期较长）原初转录物很大，在加（半寿期较长）原初转录物很大，在加工过程中形成许多分子大小不等的中间物，它们被称工过程中形成许多分子大小不等的中间物，它们被称为为核内不均一核内不均一RNARNA（heterogeneous nuclear heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)RNA,hnR
50、NA)，需要进一步进行加工修饰转化为，需要进一步进行加工修饰转化为mRNAmRNA。加工包括：加工包括： （1 1）hnRNAhnRNA被剪接，把内含子被剪接，把内含子（DNADNA上非编码序列）上非编码序列）转转录序列剪掉，把录序列剪掉，把外显子外显子（DNADNA上的编码序列）上的编码序列）转录序列转录序列拼接拼接上上( (真核生物一般为不连续基因真核生物一般为不连续基因) )。 （2 2）33端添加端添加polyA “polyA “尾巴尾巴”； （3 3）55端连接端连接“帽子帽子”结构（结构（m m7 7G G5 5 pppppp5 5 NmpNp-NmpNp-）；）； （4 4）分子
51、内部的核苷酸甲基化修饰。）分子内部的核苷酸甲基化修饰。67. 2 2、tRNAtRNA前体的加工：前体的加工：原核与真核生物的原核与真核生物的tRNAtRNA转录后都需要加工。包括：转录后都需要加工。包括：（1 1）由核酸内切酶切除前体上）由核酸内切酶切除前体上3 3 和和5 5 端上多余的核苷端上多余的核苷酸；酸；（2 2）由核酸外切酶逐个在）由核酸外切酶逐个在3 3 切去附加序列，进行修剪。切去附加序列，进行修剪。（3 3）33端添加端添加CCACCAOHOH序列，由核苷酰转移酶催化。序列，由核苷酰转移酶催化。 （接受活化（接受活化AAAA）（4 4）核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。）
52、核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。 68.v 原核与真核生物的原核与真核生物的rRNArRNA转录后也都需要进行加工。转录后也都需要进行加工。原核：刚转录的原核：刚转录的rRNArRNA为为30S30S，先在特定的碱基上进先在特定的碱基上进行甲基化（核糖行甲基化（核糖2 2 - -羟基）修饰，后逐步裂解（核羟基）修饰，后逐步裂解（核酸酶的切割）。酸酶的切割）。真核：真核：45S45S（哺乳动物）哺乳动物）、38S38S（果蝇）果蝇）、37S37S（酵母）酵母）P16P23P516S23S5S（一般不含甲基化）（一般不含甲基化）28S18S5.8S3 3、 rRNA rRNA前体的加工：前体的
53、加工：45S45S或或38S38S37S37S26S26S17S17S5.8S5.8S真核真核rRNArRNA的甲基化程度比原核高的甲基化程度比原核高（核糖核糖2 2 - -羟基）羟基）rRNArRNA原初原初转录物转录物研究四膜虫研究四膜虫rRNArRNA前体的拼接时发现前体的拼接时发现ribozymeribozyme69.蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质合成体系的重要组成部分蛋白质合成体系的重要组成部分蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程蛋白质合成后的运送蛋白质合成后的运送70.A G C C T GA G C C T GU C G G A CU C G G A CSer Asp Ser
54、Ser Asp Ser71.一、蛋白质生物合成体系的重要组分一、蛋白质生物合成体系的重要组分 蛋白质生物合成体系的重要组分主要包括蛋白质生物合成体系的重要组分主要包括mRNA 、tRNA 、rRNA、有关的酶以及几十种蛋白质因子。其、有关的酶以及几十种蛋白质因子。其中：中：mRNA是蛋白质生物合成的直接模板。是蛋白质生物合成的直接模板。tRNA的作用体现在三个方面：的作用体现在三个方面：3CCA接受氨基酸；反接受氨基酸；反密码子识别密码子识别mRNA链上的密码子；连接多肽链和核糖链上的密码子；连接多肽链和核糖体。体。rRNA和几十种蛋白质组成合成蛋白质的场所核糖体。和几十种蛋白质组成合成蛋白质
55、的场所核糖体。知识要点知识要点72.（一）（一）mRNAmRNA和遗传密码和遗传密码lmRNAmRNA由由DNADNA经转录合成，携带着经转录合成，携带着DNADNA的遗传信的遗传信息，然后作为模板通过翻译将遗传信息传递息，然后作为模板通过翻译将遗传信息传递给蛋白质，即由它直接决定多肽链中给蛋白质，即由它直接决定多肽链中AAAA的顺的顺序。所以序。所以mRNAmRNA为模板的蛋白质合成过程被称为模板的蛋白质合成过程被称为为翻译翻译或或转译转译。lmRNAmRNA分子中四种不同碱基（分子中四种不同碱基（A A、G G、C C和和U U）构构成特定顺序决定蛋白质分子中成特定顺序决定蛋白质分子中20
56、20种种AAAA所构成所构成的序列。的序列。l大量实验证明大量实验证明mRNAmRNA上相邻三个碱基编码一种上相邻三个碱基编码一种AAAA，因而被称为碱基三联体或密码子。因而被称为碱基三联体或密码子。 四种四种核苷酸，能有核苷酸，能有4 43 3 =64=64组密码子组密码子73. 遗遗 传传 密密 码码阅读方向为阅读方向为5-35-374. 遗传密码的特点遗传密码的特点 密码子的方向性密码子的方向性 密码子的密码子的阅读方向及它们在阅读方向及它们在mRNAmRNA由起始信号到由起始信号到终止信号的排列方向均为终止信号的排列方向均为5 5 -3-3，与，与mRNAmRNA链合链合成时延伸方向相
57、同。成时延伸方向相同。 密码子的简并性密码子的简并性 64-3=6164-3=61个代表个代表2020种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子同义密码子。这种现象称为。这种现象称为密码子的简并性密码子的简并性。 75.密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠）密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠） 从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在
58、间隔（无标点），也无重叠。在在间隔（无标点），也无重叠。在mRNAmRNA分子上插入或删去一个碱基，分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。称为移码突变。密码子的基本通用性（近于完全通用）密码子的基本通用性（近于完全通用） 对于高等、低等生物都适用，只有一个例外：真对于高等、低等生物都适用，只有一个例外：真核生物线粒体核生物线粒体DNADNA。（。（P397P397）一些原核生物中利）一些原核生物中利用终止密码翻译用终止密码翻译AAAA（UGA-TrpUGA-Trp硒代半胱氨酸）
59、硒代半胱氨酸）33起始密起始密码子码子5576.起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子6464种密码子中，种密码子中，AUGAUG为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，的起始密码子，UAAUAA，UAGUAG，UGAUGA为终止密码子，不编码任为终止密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。密码子的摆动性（变偶性）密码子的摆动性（变偶性）如丙氨酸：如丙氨酸：GCUGCU，GCCGCC，GCAGCA，GCGGCG，只第三位不同，只第三位不同 ，显然，显然密码子的专一性基本取决于
60、前两位碱基，第三位碱基有密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。发现较大灵活性。发现tRNAtRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNAmRNA上的密码子上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性（性或变偶性（wobblewobble）。）。I IA A、U U、C C配对。配对。77.（二）（二）tRNA78.ltRNAtRNA有两个关键部位：有两个关键部位： 33端端CCACCA：接受氨基酸，形成氨酰接
61、受氨基酸，形成氨酰- -tRNAtRNA。需需ATPATP提供活化氨基提供活化氨基酸所需的能量。酸所需的能量。 与与mRNAmRNA结合部位结合部位反密码子部位（反密码子部位（tRNAtRNA的接头作用）的接头作用）35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C G密码子与反密码子的密码子与反密码子的阅读方向均为阅读方向均为55 3 3，两者反向平行配对。两者反向平行配对。tRNAtRNA凭借自身的反密码子与凭借自身的反密码子与mRNAmRNA链上的密码子链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。79.三、三、rRNArRNA及核糖体及核糖
62、体 核糖体是由几十种蛋白质和几种核糖体是由几十种蛋白质和几种rRNArRNA组成的组成的亚细胞亚细胞颗粒颗粒, ,其中蛋白质与其中蛋白质与rRNArRNA的重量比约为的重量比约为1:21:2。核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体是蛋白质合成的场所。 核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核糖核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核糖体亚基和多核糖体体亚基和多核糖体。 真核生物：游离核糖体或与内质网结合真核生物：游离核糖体或与内质网结合原核生物：游离核糖体或与原核生物：游离核糖体或与mRNAmRNA结合成串状的结合成串状的多核糖体多核糖体 ( (提高翻译效率提高翻译效率) )。核糖体亚基的聚合（核糖体亚基的
63、聚合（10mmol/L10mmol/L）与解聚）与解聚(0.1mmol/L)(0.1mmol/L)与与MgMg2+2+浓度有关浓度有关80.1.1.不同来源核糖体的大小和不同来源核糖体的大小和RNARNA组成组成原核生物原核生物核糖体核糖体（S)S)亚基（亚基（S)S)rRNA (S)rRNA (S)真核生物真核生物806040285.85185070302351681.原核和真核生物的核糖体的构成原核和真核生物的核糖体的构成生 物核糖体核糖体的亚基rRNA原核生物70s50s、30s16s、5s、23s、真核生物80s60s、40s18s、5s、5.8s、28s82. 大肠杆菌中大肠杆菌中3
64、0S30S的亚基能单独与的亚基能单独与mRNAmRNA结合成结合成30S30S核糖体核糖体-mRNA-mRNA复复合体，后者与合体，后者与tRNAtRNA可以专一性可以专一性结合。结合。50S50S亚基不能单独与亚基不能单独与 mRNA mRNA结合，但可以非专一地与结合，但可以非专一地与tRNAtRNA结合，结合， 50S 50S亚基上有两个亚基上有两个tRNAtRNA结结合位点：氨酰基位点合位点：氨酰基位点-A-A；肽酰；肽酰基位点基位点-P-P。还有一个。还有一个GTPGTP结合位结合位点。点。83.2. 2. 核糖体存在两个重要的核糖体存在两个重要的tRNAtRNA的结合部位的结合部位
65、（大肠杆菌）（大肠杆菌）P P位和位和A A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。P P：结合起始的氨酰：结合起始的氨酰-tRNA-tRNA和肽基和肽基-tRNA-tRNA，A A：结合新掺入的氨酰：结合新掺入的氨酰- tRNA- tRNA。P P位上肽酰位上肽酰- tRNA- tRNA上的羧基与进入上的羧基与进入A A位的氨酰位的氨酰- tRNA- tRNA上上的氨基形成新的肽键的氨基形成新的肽键P P位上位上tRNAtRNA卸下肽链成为无负卸下肽链成为无负载的载的tRNAtRNA核糖体核糖体移动一个密码子的距离，移动一个密码子的距离，A A位上的位
66、上的肽酰肽酰- tRNA- tRNA又回到又回到P P位，位，A A位又空，再进行下一次循环。位又空，再进行下一次循环。PA5384.二二 蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程 一、一、氨基酸的活化氨基酸的活化 二、二、肽链合成的起始肽链合成的起始 三、三、肽链的延伸肽链的延伸 四、四、肽链合成的终止与释放肽链合成的终止与释放 五、五、真核细胞蛋白质生物合成真核细胞蛋白质生物合成 六、六、肽链合成后加工和折叠肽链合成后加工和折叠85.一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化l氨氨基基酸酸在在掺掺入入肽肽链链前前必必须须活活化化，在在胞胞液液中中进行。进行。l氨氨基基酸酸的的活活化化是是指指各各种种参参加加
67、蛋蛋白白质质合合成成的的AAAA与与携携带带它它的的相相应应的的tRNAtRNA结结合合成成氨氨酰酰- - tRNAtRNA的的过过程程。活活化化反反应应在在氨氨酰酰- -tRNAtRNA合合成成酶酶的催化下进行。的催化下进行。l活化反应分两步进行：活化反应分两步进行：86.1 1、 活化活化 ： AA-AMP-E AA-AMP-E复合物的形成复合物的形成E-CR1-C-O P-O- CH2= O OH-O腺嘌呤 OH OH ONH2AA+ATP+E AA+ATP+E AA-AMP-EAA-AMP-E +PPi +PPiMg 2+Mn 2+2 2、 转移转移AA-AMP-E+ tRNA AA-
68、AMP-E+ tRNA 氨酰氨酰-tRNA +AMP+E-tRNA +AMP+EPPPC C A高能酸苷键高能酸苷键O C-C-RC-C-RO HO HNH3+NH3+OHOH2 2 -OH-OH连接连接AAAA，影响下一步，影响下一步肽键形成肽键形成87.v氨基酸活化的总反应式是：氨基酸活化的总反应式是： 氨基酸氨基酸+ATP+tRNA +H+ATP+tRNA +H2 2O O 氨酰氨酰-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPiv2020种种氨氨基基酸酸中中每每一一种种都都有有各各自自特特异异的的氨氨酰酰- -tRNAtRNA合合成成酶酶。氨氨酰酰- -tRNAtRNA合合成成酶酶
69、具具有有高高度度的的专专一一性性，它它既既能能识识别别相相应应的的氨氨基基酸酸（L-L-构构型型），又又能能识识别别与与此此氨氨基基酸酸相相对对应应的的一一个个或或多多个个tRNAtRNA 分分子子；即即使使AAAA识识别别出出现现错错误误，此此酶酶具具有有水水解解功功能能，可可以以将将其其水水解解掉掉。这这种种高高度度的的专专一一性性保保证证了了氨氨基基酸酸与与其其特特定定的的tRNA准准确确匹匹配配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。氨酰氨酰-tRNA -tRNA 合成酶合成酶v tRNAtRNAIleIle携带携带IleIle的的tRNAtRNAv
70、IleIle- - tRNAtRNAIleIle异亮氨酰异亮氨酰- -tRNAtRNAIleIle氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶和之相对应的合成酶和之相对应的tRNAtRNA分子被称为分子被称为遗传密码第二遗传密码第二88.tRNAtRNA与多肽合成的有关位点与多肽合成的有关位点 33端端-CCA-CCA上上AAAA接受位点接受位点识别氨酰识别氨酰-tRNA-tRNA合成酶位点合成酶位点核糖体识别位点核糖体识别位点反密码子位点（识别反密码子位点（识别mRNAmRNA上的密码子）上的密码子）89.53AUGAUGAUG二、肽链合成的起始二、肽链合成的起始 起始密码子的识别：起始密码子的识别：
71、 （30S30S复合物形成）复合物形成） 起始起始AUGAUG一般位于距一般位于距55端端2525个核苷酸以后，并在其上个核苷酸以后，并在其上游（游（55端）约端）约1010个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列（SDSD序列序列），原核生物核糖体），原核生物核糖体30S30S小亚基上的小亚基上的16SrRNA316SrRNA3端富含嘧啶的序列能与之互补配对，这样端富含嘧啶的序列能与之互补配对，这样30S30S亚基能与亚基能与mRNAmRNA结合结合(IF3(IF3参加，识别起始密码子参加，识别起始密码子AUGAUG），），在在IF1IF1参与下，参与下，30S-mRNA
72、-IF330S-mRNA-IF3进一步与进一步与fMet-fMet-tRNAtRNAf f、GTPGTP结合，并释放结合，并释放IF3IF3，形成形成30S30S复合物：复合物：30S-mRNA- 30S-mRNA- fMet-tRNAfMet-tRNAf f 90.l现现在在已已经经知知道道作作为为多多肽肽合合成成起起始始信信号号的的密密码码子子有有两两个个，即即甲甲硫硫氨氨酸酸的的密密码码子子(AUG)(AUG)和和缬缬氨氨酸酸的的密密码码子子(GUG)(GUG)(极极少少出出现现) )。在在大大肠肠杆杆菌菌中中, , 起起始始密密码码子子AUG AUG 所所编编码码的的氨氨基基酸酸并并不
73、不是是甲甲硫硫氨氨酸本身酸本身, , 而是甲酰甲硫氨酸。而是甲酰甲硫氨酸。fMet-tRNAfMet-tRNAf f的形成的形成Met-tRNAf + N10-甲酰FH4 fMet-tRNAf + FH4甲酰化酶真核生物：Met-tRNAMet。真核生物无甲基化过程，起始氨真核生物无甲基化过程，起始氨基酸是基酸是Met,Met,起始起始tRNAtRNA为为Met-tRNAMet-tRNAMetMetfMet-tRNAifMet91.30S30S复合物形成复合物形成：AUGIF3IF3AUGIF3GTP、IF1、IF2fMet-tRNAf小亚基小亚基AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC59
74、2.在肽链合成起始时，首先是核糖体小亚基与在肽链合成起始时，首先是核糖体小亚基与mRNAmRNA上的核糖体结合位点识别结合，然后，大上的核糖体结合位点识别结合，然后，大亚基与小亚基结合，形成完整的核糖体亚基与小亚基结合，形成完整的核糖体( (70S70S起起始复合物始复合物) )。 f f93.70S70S复合物的形成：复合物的形成：AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5+ 50S50S核糖体核糖体AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5P P位点位点A A位点位点GDP+PiGDP+Pi、IF1IF1、IF2IF294.95.消炎药：链霉素、新霉素、卡那霉素与原核消炎药：链霉素、新
75、霉素、卡那霉素与原核细胞细胞30S30S核糖体结合，阻止核糖体结合，阻止50S50S核糖体亚基与核糖体亚基与之结合，从而抑制其蛋白质合成。之结合，从而抑制其蛋白质合成。蛋白质合成抑制剂蛋白质合成抑制剂96.三、肽链的延伸三、肽链的延伸分为三步：分为三步：1 1、进位、进位 新的氨酰新的氨酰- tRNA- tRNA进入进入A A位。需要消耗位。需要消耗GTPGTP。97.2 2、转肽、转肽 肽酰转移酶肽酰转移酶在肽酰转移酶的作用下在肽酰转移酶的作用下P P位点上位点上fMet-tRNAfMet-tRNAf f的甲酰甲的甲酰甲硫氨酸从相应的硫氨酸从相应的tRNAtRNA上解离下来，其上解离下来，其
76、-COOH-COOH（高能酯（高能酯键）键）与刚进入与刚进入A A位的氨酰位的氨酰-tRNA-tRNA上的上的-NH2-NH2形成肽键形成肽键（实质是（实质是A A位点氨酰位点氨酰-tRNA-tRNA氨基亲核攻击氨基亲核攻击酯键羰基酯键羰基），），无负荷的无负荷的tRNAtRNA留在留在P P位，此时位，此时A A位点携带一个二肽。位点携带一个二肽。53PAAA-fMetAAAPfMet53嘌呤霉素（与嘌呤霉素（与AMP相似）与相似）与AA反应生成反应生成氨酰嘌呤霉素，中断蛋白质的合成反应。氨酰嘌呤霉素，中断蛋白质的合成反应。98.PA533 3、移位、移位在在EF-GEF-G（移位酶）的作用
77、下，核糖体沿（移位酶）的作用下，核糖体沿mRNA5mRNA5 3 3方向方向移动，每次移动一个密码子的距离，结果使原来在移动，每次移动一个密码子的距离，结果使原来在A A上的肽上的肽酰酰-tRNA-tRNA移到了移到了P P位点，原来在位点，原来在P P位点的无负载的位点的无负载的tRNAtRNA离开核离开核糖体，同时一个新的密码子进入空的糖体，同时一个新的密码子进入空的A A位，位， EF-G EF-G 催化的催化的移位移位过程需水解过程需水解GTPGTP提供能量。提供能量。肽链合成肽链合成从从N-CN-C。PA53PAPPAA99.以上三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨以上三步为一个延伸
78、循环，肽链每掺入一个氨基酸就重复一次延伸循环。基酸就重复一次延伸循环。肽链合成肽链合成从从N-CN-C100. 101.102.四、肽链合成的终止与释放四、肽链合成的终止与释放v当终止密码子出现在当终止密码子出现在A A位时，终止因子结合在位时，终止因子结合在A A位，肽链合成终止。位，肽链合成终止。 RFRF1 1：识别终止密码子：识别终止密码子UAAUAA和和UAG UAG RFRF2 2：识别终止密码子：识别终止密码子UAAUAA和和UGAUGARFRF3 3：具：具GTPGTP酶活性，激活酶活性，激活RFRF1 1和和RFRF2 2活性，协助肽链的释放活性，协助肽链的释放v终止因子的结
79、合使肽酰转移酶活性变为终止因子的结合使肽酰转移酶活性变为水解酶活性水解酶活性，肽基不转移，肽基不转移给给A A位位tRNAtRNA，而转移给而转移给H H2 2O O，并把已合成的多肽链从核糖体和并把已合成的多肽链从核糖体和 tRNAtRNA上上释放出来，无负荷的释放出来，无负荷的tRNAtRNA随机从核糖体脱落，该核糖体立即离开随机从核糖体脱落，该核糖体立即离开 mRNAmRNA，在在IFIF3 3存在下存在下, ,消耗消耗GTPGTP而解离为而解离为30S 30S 和和50S50S非功能性亚基。再非功能性亚基。再重复下一轮过程。重复下一轮过程。103.v蛋白质的合成是一个高耗能过程蛋白质的
80、合成是一个高耗能过程 AAAA活化活化 2 2个高能磷酸键（个高能磷酸键（ATPATP） 肽链起始肽链起始 1 1个（个（70S70S复合物形成，复合物形成，GTPGTP） 进位进位 1 1个（个（GTPGTP） 移位移位 1 1个（个（GTPGTP 第一个氨基酸参入需消耗第一个氨基酸参入需消耗3 3个（活化个（活化2+2+起始起始1 1 ）以后每掺入一个以后每掺入一个AAAA需要消耗需要消耗4 4个（活化个（活化2 +2 +进位进位 1 1个个 + +移位移位1 1个）。个）。104.（三）蛋白质合成后的修饰（三）蛋白质合成后的修饰 蛋白质合成后的几种修饰方式蛋白质合成后的几种修饰方式：氨基
81、末端的甲酰甲：氨基末端的甲酰甲硫氨酸的切除、肽链的折叠、氨基酸残基的修饰、硫氨酸的切除、肽链的折叠、氨基酸残基的修饰、切去一段肽链。切去一段肽链。蛋白质合成的蛋白质合成的场所场所是核糖体是核糖体, ,原料原料是是2020种种L-L-氨基氨基酸，反应所需酸，反应所需能量能量由由ATPATP、GTPGTP提供，此外还有提供，此外还有MgMg2+2+、K K+ + 等金属离子参与。等金属离子参与。蛋白质合成体系主要由蛋白质合成体系主要由mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA、有有关的酶以及几十种蛋白质因子组成。关的酶以及几十种蛋白质因子组成。105.一些概念、定义1，翻译（，翻译（tr
82、anslation）：在蛋白质合成期间，将存在于）：在蛋白质合成期间，将存在于mRNA上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为多肽链上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程。氨基酸残基序列的过程。2，遗传密码（，遗传密码（genetic code）：核酸中的核苷酸残基序列）：核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。；连续与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。；连续的的3个核苷酸残基序列为一个密码子，特指一个氨基酸。个核苷酸残基序列为一个密码子，特指一个氨基酸。标准的遗传密码是由标准的遗传密码是由64个密码子组成的，几乎为所有生个密码子组成的，几乎为
83、所有生物通用。物通用。3，起始密码子（，起始密码子（iniation codon）：指定蛋白质合成起始）：指定蛋白质合成起始位点的密码子。最常见的起始密码子是蛋氨酸密码：位点的密码子。最常见的起始密码子是蛋氨酸密码：AUG序列，该序列编码着一个指定的氨基酸序列，该序列编码着一个指定的氨基酸 ，tRNA 的的反密码子与反密码子与mRNA的密码子互补。的密码子互补。106.4，终止密码子（，终止密码子（termination codon）：任何）：任何tRNA分子分子都不能正常识别的，但可被特殊的蛋白结合并引起新合都不能正常识别的，但可被特殊的蛋白结合并引起新合成的肽链从翻译机器上释放的密码子。存
84、在三个终止密成的肽链从翻译机器上释放的密码子。存在三个终止密码子：码子：UAG ,UAA和和UGA。5，密码子（，密码子（condon）：）：mRNA（或（或DNA）上的三联体）上的三联体核苷酸残基核苷酸残基6，反密码子（，反密码子（anticodon）：）：tRNA分子的反密码子环上分子的反密码子环上的三联体核苷酸残基序列。在翻译期间，反密码子与的三联体核苷酸残基序列。在翻译期间，反密码子与mRNA中的互补密码子结合。中的互补密码子结合。7，简并密码子（，简并密码子（degenerate codon）：也称为同义密码）：也称为同义密码子。是指编码相同的氨基酸的几个不同的密码子。子。是指编码相
85、同的氨基酸的几个不同的密码子。 107.8，氨基酸臂（，氨基酸臂（amino arm）：也称为接纳茎。）：也称为接纳茎。tRNA分分子中靠近子中靠近3端的核苷酸序列和端的核苷酸序列和5端的序列碱基配对，形端的序列碱基配对，形成的可接收氨基酸的臂（茎）。成的可接收氨基酸的臂（茎）。9，TC臂（臂（TC arm）：）：tRNA中含有胸腺嘧啶核苷中含有胸腺嘧啶核苷酸酸-假尿嘧啶核苷酸假尿嘧啶核苷酸-胞嘧啶核苷酸残基序列的茎胞嘧啶核苷酸残基序列的茎-环结环结构。构。10，氨酰，氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）：在氨基酸臂的）：在氨基酸臂的3端的腺苷酸残基共价连接了氨基酸的端的腺苷酸残基共
86、价连接了氨基酸的tRNA分子。分子。11，同工，同工tRNA（isoacceptor tRNA）：结合相同氨基）：结合相同氨基酸的不同的酸的不同的tRNA分子。分子。108.12，摆动（，摆动（wobble）：处于密码子）：处于密码子3端的碱基与之互端的碱基与之互补的反密码子补的反密码子5端的碱基（也称为摆动位置），例如端的碱基（也称为摆动位置），例如I可以与密码子上可以与密码子上3端的端的U，C和和A配对。由于存在摆动配对。由于存在摆动现象，所以使得一个现象，所以使得一个tRNA反密码子可以和一个以上的反密码子可以和一个以上的mRAN密码子结合。密码子结合。13，氨酰，氨酰-tRNA合成酶（
87、合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）：催化特定氨基酸激活并共介结合在相应）：催化特定氨基酸激活并共介结合在相应的的tRNA分子分子3端的酶。端的酶。14，翻译起始复合物（，翻译起始复合物（translation initiation complex）：）：由核糖体亚基，一个由核糖体亚基，一个mRNA模板，一个起始的模板，一个起始的tRNA分分子和起始因子组成并组装在蛋白质合成起始点的复合子和起始因子组成并组装在蛋白质合成起始点的复合物。物。109.15，读码框（，读码框（reading frame）：代表一个氨基酸序列）：代表一个氨基酸序列的的mRNA分子的非重叠密码序
88、列。一个分子的非重叠密码序列。一个mRNA读码框读码框是由转录起始位置（通常是是由转录起始位置（通常是AUG密码）确定的。密码）确定的。16，SD序列（序列（Shine-Dalgarno sequence）：）：mRNA中中用于结合原核生物核糖体的序列。用于结合原核生物核糖体的序列。17，肽酰转移酶（，肽酰转移酶（peptidy transeferace）：蛋白质合）：蛋白质合成期间负责转移肽酰基和催化肽键形成的酶。成期间负责转移肽酰基和催化肽键形成的酶。110.18，嘌吟毒素（，嘌吟毒素（puromycin）：通过整合到生长着的）：通过整合到生长着的肽链，引起肽链合成提前终止来抵制多肽名链合
89、成的肽链，引起肽链合成提前终止来抵制多肽名链合成的一种抗生素。一种抗生素。19，开放读码框（，开放读码框（open reading frame）：）：DNA或或RNA序列中一段不含终止密码的连续的非重叠核苷酸序列中一段不含终止密码的连续的非重叠核苷酸密码密码20，信号肽（信号肽（signal peptide）：常指新合成多肽链中）：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质夸膜转移（定位）的用于指导蛋白质夸膜转移（定位）的N-末端氨基酸序末端氨基酸序列（有时不一定在列（有时不一定在N端）。端）。111.五、真核生物蛋白质的生物合成五、真核生物蛋白质的生物合成核糖体更大，核糖体更大，80S 80S 40S
90、+60S 40S+60S起始起始tRNAtRNA和氨基酸和氨基酸 起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是甲酰甲硫氨起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是甲酰甲硫氨酸，起始酸，起始tRNAtRNA表示为表示为tRNAtRNAMetMet，起始氨酰起始氨酰- -tRNAtRNA为为Met- Met- tRNAtRNAMetMet起始密码子为起始密码子为AUGAUG，它的上游它的上游55端无富含嘌呤序列（端无富含嘌呤序列（SDSD），），一般一般在在mRNA5-mRNA5-末端的末端的AUGAUG为起点。真核生物为起点。真核生物mRNAmRNA通常只有一个通常只有一个AUGAUG密码密码子，每种子，每种mRNAmRNA
91、只转译出一种多肽。只转译出一种多肽。对抑制剂敏感性不同，如亚胺环己酮只作用于对抑制剂敏感性不同，如亚胺环己酮只作用于80S80S核糖体，只抑制核糖体，只抑制真核生物的翻译真核生物的翻译, ,白喉毒素与白喉毒素与EF-2EF-2结合，抑制肽链移位。结合，抑制肽链移位。真核中涉及的蛋白因子较多，有约真核中涉及的蛋白因子较多，有约1313种起始因子、两种延伸因子、种起始因子、两种延伸因子、一种终止因子一种终止因子被称为信号释放因子（被称为信号释放因子（eRFeRF）。）。蛋白质激酶参与真核生物蛋白质合成的调节。蛋白质激酶参与真核生物蛋白质合成的调节。真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成，其抑制剂与原核相似。真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成，其抑制剂与原核相似。112.113.
