生化第十节010.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*生物遗传的中心法则,第一节 DNA的生物合成,生物体内DNA生物合成的方式主要包括复制、修复和逆转录。在生物体内，以亲代DNA为模板，合成子代DNA分子的过程称为,复制,。,一、DNA的,复制,(一)DNA复制的特征,1半保留复制,DNA复制最重要的特征是半保留复制，即,在复制的过程中，DNA双螺旋解开成为两条单链（亲代链），以每一条单链为模板，按照碱基配对规律（A-T，G-C）各自合成一条与之互补的新链（子代链），形成两个结构和碱基序列完全一致的双链子代DNA，其中每一个子代DNA分子中都保留有一条来自亲代的链,。,2半不连续复制,DNA复制的另一个特征就是半不连续复制，即DNA复制时一条子代链是连续合成的，称为,前导链,；另一条子代链是不连续分段合成的，最后才连接成完整的长链，称为,滞后链,。,3,5,3,5,解链方向,3,5,3,3,5,3有特定的起始点,DNA复制时，是在特定的部位起始复制过程的，这些部位通常具有一些特殊的核苷酸序列。在原核生物中通常只有一个复制起始点，而在真核生物中则可能有多个。,4双向复制,在原核和真核生物中，最普遍的复制方式是双向复制。DNA复制时起始于一个位点，局部DNA解链形成“眼”状的结构（复制泡），其两侧形成两个对映的复制叉，并不断向DNA分子的两端延伸，且方向相反。,复制中的放射自显影图象,（二)参与DNA复制的物质,1模板和底物,DNA的合成有严格的模板依赖性，需以解开的DNA单链为模板，指导4种脱氧三磷酸核糖核苷（dNTP）严格按照碱基配对的原则逐一合成新链。,2引物,由于DNA聚合酶的53聚合酶活性不能催化将游离的dNTP直接进行聚合以延伸子代链，因此第一个dNTP需添加到已有的寡核苷酸（RNA）的3-OH末端上，然后再继续延长，这一寡核苷酸被称为引物（primer）。,3酶和蛋白因子,（1）DNA聚合酶,：催化底物dNTP聚合为新生DNA链的酶，称为DNA聚合酶（DNA pol）。由于聚合时需要依赖DNA母链作为模板，故通常称为依赖DNA的DNA聚合酶（DDDP）。在原核及真核生物中均存在着不同类型的DNA聚合酶。,DNA聚合酶,DNA聚合酶,DNA聚合酶,分子量（kD）,109,120,900,每个菌体所含的分子数,400,17100,1020,聚合速率（核苷酸/分）,1 000,-,60 000,性 质,53聚合酶活性,35外切酶活性,53外切酶活性,+,+,+,+,+,+,+,+,功 能,引物切除和冈崎片段的延长,校读作用,DNA损伤修复,校读作用,DNA损伤修复,复制中起主要作用的酶，完成主要的聚合过程,校读作用,DNA聚合酶为单链多肽，是一种多功能酶，其酶活性包括：,能催化DNA沿53方向延长，主要用于充填一些DNA短片段间的间隙。,具有35外切酶的活性，能识别和切除新生子代链中错误配对的核苷酸，起到校读作用。,53外切酶活性，可用于切除引物，或切除突变的片段，参与复制或DNA的损伤修复。,编码,DNA聚合酶,的基因在DNA损伤时被激活，因此该酶主要参与校读及DNA的损伤修复。,DNA聚合酶,是复制时起主要作用的酶，催化反应速度最快。在,E.coli,中，大多数新生DNA链的合成都是由DNA聚合酶所催化；并且，该酶也具有35核酸外切酶的活性，能切除错配的核苷酸起到校读作用。,真核生物的DNA聚合酶,DNA-pol,起始引发，有引物酶活性。,延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。,参与低保真度的复制。,在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。,在,线粒体DNA,复制中起催化作用。,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,不同生物体中各种DNA聚合酶具有共同的特点：,以dNTP为,底物,；,合成DNA链具有,模板,依赖性，严格遵循碱基配对规律；,聚合,方向为53，,催化核苷酸以3,5-磷酸二酯键相互连接；,均需在,引物,的3-OH末端延伸DNA链，而不能从头合成DNA链。,（2）引物酶：复制是在一段,RNA引物,的基础上添加脱氧核苷酸而进行聚合的。催化引物合成的酶是一种RNA聚合酶，它不同于催化转录过程的RNA聚合酶，因此被称为引物酶。,G,A,T,G,C,T,A,G,A,C,G,C,P,P,P,P,P,P,5,3,HO,5,3,P,P,P,P,P,P,P,P,引物酶和DNA聚合酶催化的反应,引物,模板,5,3,3末端,RNA引物的3-OH末端提供了由DNA聚合酶催化形成DNA分子第一个磷酸二酯键的位置。,（3）DNA解旋酶,：DNA解旋酶是一类能促进DNA互补双链分离的酶。该酶从复制起始点开始，先解开一小段DNA；每解开一个碱基对，需消耗2分子ATP。双螺旋解开成为单链后，就可作为模板引导DNA新链的合成。从原核生物到人类细胞中大部分解旋酶可沿着模板随着复制叉的延伸而移动。,10,8,局部解链后,（4）拓扑异构酶：拓扑异构酶是一类能改变DNA分子拓扑构象的酶，能在复制过程中或复制完成后消除或引入超螺旋构象。,解链过程中正超螺旋的形成,拓扑异构酶作用特点,既能水解、又能连接磷酸二酯键,拓扑异构酶,拓扑异构酶,分 类,拓扑异构酶,切断,DNA,双链中,一股,链，使,DNA,解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，,DNA,变为松弛状态,。,反应,不需,ATP,。,拓扑异构酶,切断DNA分子,两股,链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。,利用,ATP,供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。,作用机制,（5）单链DNA结合蛋白：,防止单链重新形成双螺旋，保持模板的单链状态以便于复制，同时还可以防止单链模板被核酸酶水解。此外，SSB还具有激活DNA聚合酶的作用。SSB不会沿着复制叉向前移动，而是不断地与模板结合、脱离，反复发挥作用。,（6）DNA连接酶：,DNA连接酶催化以氢键结合于模板DNA链上的两个DNA片段连接起来，但不能连接单独存在的DNA或RNA单链。,HO,5,3,3,5,DNA连接酶,ATP,ADP,5,3,5,3,(三)复制的过程,DNA复制的起始,DNA复制的延长,DNA复制的终止,1、DNA复制的起始,（1）DNA解成单链,DNA解旋解链，形成复制叉。,（2）引发体的形成,解旋酶、拓扑异构酶、单链结合蛋白（ssB）,引物酶、,解旋酶、,dnaA、dnaC,结合在模板,DNA链,上,Dna A,Dna B、Dna C,DNA拓扑异构酶,引物酶,SSB,3,5,3,5,引发体和引物,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,3,HO,5,引物酶,2、DNA复制的延长,DNA为模板在,DNA聚合酶,的作用下，在引物的3-OH末端，将游离的四种三磷酸脱氧核苷聚合成DNA的过程。,复制过程简图,*冈崎片段：,复制中出现的不连续的DNA片段称为冈崎片段,。,3、DNA复制的终止,引物被水解，由,DNA聚合酶,催化修补空缺，从而形成DNA片段。有,连接酶,催化连接，随从链的DNA片段就是这样连接成一条DNA长链。,5,5,5,RNA酶,OH,P,5,DNA-pol,dNTP,5,5,P,ATP,ADP+Pi,5,5,DNA连接酶,随从链上不连续性片段的连接,端粒,指真核生物染色体线性,DNA,分子末端的结构。,功能,维持染色体的稳定性,维持,DNA,复制的完整性,结构特点,由末端单链DNA序列和蛋白质构成。,末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短 序列。,TTTT,GGGG,TTTT,GGGG,端粒酶,端粒酶,RNA(,hTR,),端粒酶协同蛋白,(hTP1),端粒酶逆转录酶,(,hTRT,),组成,*DNA复制的过程,1.DNA复制的起始,解链酶、拓扑异构酶、单链结合蛋白：,DNA解旋解链形成复制叉。,引物酶：,合成引物。,2.DNA复制的延长,DNA聚合酶：,合成冈崎片段,。,3.DNA复制的终止,DNA聚合酶：,水解引物，修补缺口,。,连接酶：,连接DNA片段成DNA分子,。,当DNA进行复制时,顺序为5-TAGA-3的片段将会产生下列哪一种互补结构?,A.5-TCTA-3,B.5-ATCT-3,C.3-TCTA-5,D.5-UCUA-3,E.5-GCGA-3,3-ATCT-5,二、DNA的损伤与修复,生物体可受物理、化学等外界因素或内环境改变的影响导致DNA结构及功能的改变，称为,DNA损伤,。其实质为DNA分子中碱基序列的改变，包括碱基的置换、丢失、修饰、交联，DNA骨架中磷酸酯键的断裂等。,基因突变,，即损伤的DNA未能完全修复，遗留碱基序列的改变，引起生物遗传的变异。,（一）引发突变的因素,1物理因素,常见的是紫外线（UV）、电离辐射等。,2化学因素,通常为化学诱变剂或致癌剂，已发现6万多种，包括：烷化剂，如氮芥类，可使碱基、核糖或磷酸基被烷基化；脱氨剂，如亚硝酸盐、亚硝胺类，通过脱氨基作用使 CU，AI，GX；碱基类似物，如5-FU、6-MP，可取代正常碱基，干扰DNA的复制；吖啶类，如溴乙锭，可嵌入DNA双链中，产生移码突变；DNA加合剂，如苯并芘，可使DNA中的嘌呤碱共价交联；抗生素及其类似物，如放线菌素D、阿霉素等，可嵌入DNA双螺旋的碱基对之间，干扰DNA的复制及转录。,3自发因素：,如碱基发生自发水解脱落、脱氨基等。,4生物因素,：如逆转录病毒等。,(二)基因突变的后果及类型,突变,即DNA分子中碱基序列的改变。DNA复制过程中可发生自发突变，外界因素或人工方法也可使DNA发生突变即诱变。其后果为：致死；使生物体某些功能缺失，只改变了基因型而对表现型无影响；进化。,根据DNA分子结构的改变，可把突变分为：,1点突变,即只有1个碱基发生改变，包括1个碱基的转换、颠换、缺失或插入。,2复突变,即两个或两个以上碱基的改变，包括多个碱基或一段核苷酸序列的缺失、插入、倒位、移位或重排。,插入或缺失突变都可能改变三联体密码子的阅读框，使合成的蛋白质分子结构与功能发生改变，称为,移码突变,。,(三)DNA损伤的修复,大致分为三类：,直接修复、切除修复和重组修复,，其中以切除修复最普遍。,切除修复,三、逆转录,逆转录,：以RNA为模板合成DNA的过程。,逆转录酶：是一种依赖RNA的DNA聚合酶。,逆转录酶（RNA指导的DNA聚合酶）,底物：dNTP,模板：RNA,引物：tRNA（主要是色氨酸tRNA）。,tRNA的3-OH末端上，按53方向，合成一条与RNA模板互补的DNA单链，这条DNA单链叫做,互补DNA,。,互补DNA,逆转录酶为多功能酶，能催化：,RNA指导的DNA合成反应；,RNA的水解反应；,DNA指导的DNA合成反应。,在感染病毒的细胞内，逆转录酶催化逆转录的全部反应过程。酶作用需以Zn,2+,为辅助因子。合成反应也是从53方向延伸。合成过程需要以病毒本身的一种tRNA作为引物。,逆转录的生理意义,携带逆转录酶的病毒又称为逆转录病毒，侵入宿主细胞后先经逆转录作用合成DNA（称为原病毒），随后这种DNA环化并整合到宿主细胞的染色体DNA中去，以原病毒的形式在宿主细胞中一代代传递下去。如果由于某种因素激活了癌基因可使宿主细胞转化为癌细胞。,逆转录酶的发现对于遗传工程技术起了很大的推动作用，目前它已成为一种重要的工具酶。,第二节 RNA的生物合成（转录）,定义,：,生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录或基因转录。此过程以一段DNA单链（基因）为模板，4种NTP为原料，按照碱基配对原则，在RNA聚合酶的催化下合成相应的RNA，从而将DNA携带的遗传信息传递给RNA。,*,DNA复制和转录的区别,原 料 四种dNTP 四种NTP,模 板 DNA分子两条链 DNA分子一条链的一个基因,引 物 需要 不需要,酶,DNA聚合酶 RNA聚合酶,碱基配对关系 A-T,C-G A-U,C-G,DNA复制,转录,一、不对称转录,(一)转录的模板,转录需以单链DNA为模板，转录产物RNA的碱基序列取决于模板DNA的碱基序列。转录只发生于基因组的部分基因序列，且每个基因的转录都受到相对独立的调控。凡能转录出RNA的DNA区段，称之为,结构基因,。,结构基因与转录起始部位、终止部位的特殊序列共同组成,转录单位,。,在原核生物中，一个转录单位可以含有一个、几个或十几个结构基因。,5,GCAGTACATGTC,3,3,c g t g a t g t a c a g,5,5,GCAGUACAUGUC,3,N,Ala,Val,His,Val,C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,5,3,3,5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,转录方向,转录方向,(二)RNA聚合酶,RNA聚合酶又称,依赖DNA的RNA聚合酶,（DDRP），该酶以DNA为模板，催化4种三磷酸核糖核苷（ATP，GTP，CTP，UTP，统称NTP）合成与DNA模板互补的RNA。,核心酶,全酶,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,真核生物的,RNA,聚合酶,种类 ,部位,核仁 核基质 核基质,45S rRNA hnRNA tRNA,、,5S rRNA,、,snRNA,a,-,鹅膏蕈碱,不敏感 极敏感 中度敏感,(三)转录的特点,1不对称性,对于某一特定的基因来说，只能以DNA双链中的一条链为模板进行转录。,2连续性,RNA的转录不需要引物，从起始位点开始转录直到终止位点为止，连续合成RNA链。,3单向性,RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，RNA链的合成方向为53，而模板DNA链的方向为35。,4有特定的起始和终止位点,RNA转录合成时，只能以基因组DNA中的某一段作为模板进行转录，故存在特定的起始位点和特定的终止位点。,二、RNA转录的过程,（一）转录的起始,（二）转录的延长,（三）转录的终止,（一）转录的起始,1、模板与酶的辨认结合,转录是在DNA分子上的一定区段进行的，每一转录区段可视为一个转录单位，称为,操纵子。,操纵子,包括,结构基因,和上游的,调控序列,。,调控序列,中的,启动子,是RNA聚合酶结合的部位。,RNA,聚合酶,结构基因,终止点,调控顺序,-50 -40 -30 -20 -10,0,10,转录开始,保守序列（共有序列）,启动子（45bp）,2、原核生物的转录起始,转录是在DNA模板的特殊位点开始的，这个部位称为,启动子,。,RNA聚合酶中的,因子,能识别启动部位，RNA聚合酶以全酶形式与起始位点结合形成复合物，与此同时DNA局部解开双螺旋。,RNA聚合酶,核心酶,催化下形成RNA的第一个磷酸二酯键。,启动子 结构基因 终止子,E,DNA,模板链（DNA）,3,5,CTGGTCATTGGCTGT,pppGA,RNA,5,3,UTP,ATP,CTP,GTP,E,转录起始复合物=全酶,-,DNA,-,pppGpN-OH,3,RNA聚合酶,核心酶催化下形成第一个磷酸二酯键。,（二）转录的延长,此时因子从全酶解离下来，靠核心酶在,DNA链上向下游,滑动，合成RNA。,35,模板链（DNA）,3,5,CTGGTCATTGGCTGT,GA,RNA,5,3,UTP,ATP,CTP,GTP,E,E,模板链（DNA）,3,5,ATGGTCATTGGCTGT,UACCAGUUUCC,RNA,5,3,UTP,ATP,CTP,GTP,转录空泡,(transcription bubble)：,RNA-pol,（核心酶）,DNA,RNA,（三）转录的终止,转录是在DNA模板某一位置上停止的，RNA链从模板链上脱落下来。,一类是,不依赖于,因子（,蛋白质因子）,的终止作用，,另一类是,依赖因子,的终止作用。（Rho）,A T P,1.依赖 Rho因子的转录终止,2.非依赖 Rho因子的转录终止,DNA,模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出,RNA,后，,RNA,产物形成特殊的结构来终止转录。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU,.3,5UUG,CAGCCUGA,CAAA,UCAGGCUG,AUGGCUGGUGACUUUUU,AGUC,ACCA,GCCU,UUUU,.3,RNA,5,TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT,.3,DNA,UUUU,.,UUUU,.,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAU,GGCUGGUGACU,UUUU,AGUCACCAGCC,UUUUU,.3,茎环/发夹结构,茎环结构使转录终止的机理,使,RNA,聚合酶变构，转录停顿；,使转录复合物趋于解离，,RNA,产物释放。,5pppG,5,3,3,5,RNA-pol,*RNA转录的过程,（一）转录的起始识别,因子,能识别启动子，全酶与启动子结合，DNA局部解旋解链。,在核心酶催化下形成RNA的第一个磷酸二酯键。,（二）转录的延长,因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上由35方向滑动，合成RNA。,（三）转录的终止,因子，,发夹式结构。,9.现有DNA片断,它的顺序为5.TAAGTC.3,转录生成的RNA顺序是:,A.5.GACUUA.3,B.5.AUUCAG.3,C.5.UAAGUC.3,D.5.CTGAAT.3,E.5.ATTCAG.3,3-AUUCAG-5,三、转录后的加工,几种主要的修饰方式,1.,剪接,2.,剪切,3.,修饰,4.,添加,(一)mRNA转录后的加工,原核生物,的mRNA不需要加工修饰，在它的3-端尚未完成转录前，其5-端已与核糖体结合，开始蛋白质的合成。,真核生物,mRNA的前体为核不均一RNA（hnRNA），在细胞核中合成后，还必须经过5-端和3-端的首尾修饰及对hnRNA的剪接等一系列的加工处理，才能到达胞液中指导蛋白质的合成。,15-端帽子结构的形成,帽子结构可保护RNA免受核酸外切酶的水解，并且为多肽合成提供启动信号，与翻译过程的起始有关。,23-端多聚腺苷酸的加入,多聚腺苷酸尾巴（polyA）在哺乳类动物长度为20200个核苷酸，其长短与mRNA的寿命有关，可增加mRNA的稳定性，提高翻译的效率，并与mRNA从细胞核向胞液转运过程有关。,帽子结构,5 pppGp,5 GpppGp,pppG,ppi,鸟苷酸转移酶,5,m,7,GpppGp,甲基转移酶,SAM,帽子结构的生成,5 ppGp,磷酸酶,Pi,3hnRNA的剪接,转录最初生成的hnRNA与成熟的mRNA相比，分子量要大得多，哺乳动物细胞核内的hnRNA分子中的核苷酸序列约有50%75%不出现在胞液mRNA中。核酸分子杂交试验证明，hnRNA和DNA模板链可以完全配对，成熟的mRNA无论与DNA模板链或hnRNA杂交，都只出现部分的配对区域，中间有相当多的区域呈鼓泡状突出。1976年，Sharp和Roberts根据以上实验结果，提出了真核生物基因的“断裂”概念。,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,断裂基因,C,A,B,D,编码区 A、B、C、D,非编码区,外显子和内含子,外显子,在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟,RNA,的核酸序列。,内含子,隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA,剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,(二)tRNA转录后的加工,1剪切 原核生物和真核生物的tRNA基因均转录生成较大的tRNA前体，故转录后的tRNA前体存在插入顺序，需将其剪切除去，此过程由多种核糖核酸酶来完成。分别在5-端和3-端切去一定的核苷酸序列以及tRNA反密码环的部分插入序列。,2加上CCA-OH的3-末端 在核苷酸转移酶的催化下，以CTP、ATP为供体，在RNA前体的3-末端加上CCA-OH结构，使tRNA具有携带氨基酸的能力。,3碱基的修饰 即RNA分子中稀有碱基的生成，由高度专一的修饰酶来实现，包括：甲基化反应：AmA，GmG；还原反应：尿嘧啶(U)还原为二氢尿嘧啶(DHU)；脱氨基反应：腺嘌吟(A)次黄嘌呤(I)；碱基转位反应：Uy（假尿苷）。,tRNA,的转录后加工,tRNA,前体,RNA pol,TGGCNNAGTGC,GGTTCGANNCC,DNA,RNAaseP、内切酶,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,（2）还原反应,如：U,DHU,（3）核苷内的转位反应,如：U,（4）脱氨反应,如：A,I,如：A,A,m,（1）甲基化,（1）,（1）,（3）,（2）,（4）,(三)rRNA的转录后加工,rRNA的转录和加工与核糖体的形成是同时进行的，即一边转录，一边有蛋白质结合到rRNA上形成核蛋白颗粒。原核生物和真核生物的RNA前体大小不同，经剪切加工后的大小也不一样。,rRNA的转录后加工,转录,45S-rRNA,剪接,18S-rRNA,5.8S,和,28S-rRNA,rDNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,(四)RNA的编辑加工,这是一种从病毒到高等动物普遍存在的加工方式，经RNA编辑，扩展了原基因编码mRNA的能力，使同一基因能产生不同的mRNA并指导多种多肽链的合成。在真核生物中，典型的例子是人apoB基因转录产物的编辑。,RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工。,mRNA的编辑,人类apo B基因,mRNA（14500个核苷酸）,肝脏,apo B100,（分子量为500 000）,肠道细胞,apo B48,（分子量为240 000）,mRNA编辑,(五)RNA的自催化剪接,1981年，Cech和Altman等人发现原生动物四膜虫的28S rRNA前体不需酶参与，就能通过RNA本身的催化作用完成其“内含子”的切除，这种拼接作用称为自催化剪接，具有自催化剪接活性（裂解和连接的酶促作用）的RNA称为ribozyme（核酶）。,第三节 蛋白质的生物合成-翻译,*,翻译：,DNA结构基因的遗传信息转录给mRNA，再以mRNA为模板指导蛋白质的合成，mRNA中的,核苷酸序列,就决定了多肽链中,氨基酸的排列顺序,，这个遗传信息的转译过程就称为翻译,。,翻译的过程也就是蛋白质生物合成的过程。,一、参与蛋白质生物合成的物质,(一)合成原料,蛋白质的合成是由氨基酸通过肽键结合而形成多肽链的过程，因此蛋白质合成的基本原料是,20种编码氨基酸,。,(二)酶及蛋白因子,1,氨基酰tRNA合成酶,2,转肽酶,3蛋白因子,包括起始因子（IF），延长因子（EF）和释放因子（RF）。,IF主要是促进核糖体小亚基与起始tRNA及模板mRNA的结合。,EF主要是促使氨基酰tRNA进入核糖体的受位，并促进移位过程。,RF的功能是识别mRNA上的终止密码，协助多肽链的释放。,(三)RNA,1、,mRNA,是翻译的直接模板,*密码,：在mRNA按53方向中，从AUG开始称为一个开放读码框架。在开放读码框架内每3个碱基组成三联体，代表一种氨基酸的信息，称为密码或遗传密码,（codon）。,密码子,64,个,61,个密码子编码氨基酸,3,个密码子不编码氨基酸为,终止密码,UAA,UAG,UGA,AUG,编码蛋氨酸，,又作为,起始密码,60个密码子编码其它19种氨基酸,第一个核苷酸,第二个核苷酸,第三个核苷酸,5,U,C,A,G,3,U,苯丙氨酸,丝氨酸,酪氨酸,半胱氨酸,U,苯丙氨酸,丝氨酸,酪氨酸,半胱氨酸,C,亮氨酸,丝氨酸,终止,终止,A,亮氨酸,丝氨酸,终止,色氨酸,G,C,亮氨酸,脯氨酸,组氨酸,精氨酸,U,亮氨酸,脯氨酸,组氨酸,精氨酸,C,亮氨酸,脯氨酸,谷氨酰胺,精氨酸,A,亮氨酸,脯氨酸,谷氨酰胺,精氨酸,G,A,异亮氨酸,苏氨酸,天冬酰胺,丝氨酸,U,异亮氨酸,苏氨酸,天冬酰胺,丝氨酸,C,异亮氨酸,苏氨酸,赖氨酸,精氨酸,A,蛋氨酸,苏氨酸,赖氨酸,精氨酸,G,G,缬氨酸,丙氨酸,天冬氨酸,甘氨酸,U,缬氨酸,丙氨酸,天冬氨酸,甘氨酸,C,缬氨酸,丙氨酸,谷氨酸,甘氨酸,A,缬氨酸,丙氨酸,谷氨酸,甘氨酸,G,(1)连续性,遗传密码的特点,编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。,基因损伤引起,mRNA,阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致,框移突变,。,(2)简并性,遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。,简并性,(degeneracy),（3）方向性,mRNA中密码子的排列有一定的方向性。起始密码子位于mRNA链的5端，终止密码子位于3端，翻译时从起始密码子开始，沿,53,方向进行，直到终止密码子为止，与此相应多肽链的合成从N端向C端延伸。,(4)通用性,蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。,已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。,密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。,(5)摆动性,转运氨基酸的,tRNA,的反密码需要通过碱基互补与,mRNA,上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。,U,摆动配对,密码子、反密码子配对的摆动现象,tRNA反密码子,第1位碱基,I,U,G,A,C,mRNA密码子,第3位碱基,U,C,A,A,G,U,C,U,G,2、tRNA,tRNA,3,-CGI-5,摆动配对（不稳定配对）,mRNA,5,-GCU-3,、,5,-GCC-3,、,5,-GCA-3,同义密码,反密码:IGC,3、核蛋白体（rRNA）是肽链合成的场所.,rRNA在蛋白质生物合成中的作用，是通过它和几十种蛋白质结合成核糖核蛋白体（简称核蛋白体）的形式来发挥的，是蛋白质合成的场所.,核蛋白体,核蛋白体由,大、小两个亚基,组成，大小两个亚基皆由,rRNA分子与多种蛋白质组成,所谓“混合大分子”，其大小通常用沉降系数s来表示。,原核细胞的核蛋白体为70s(由50s和30s大小两个亚基组成)，真核细胞的核蛋白体为80s（由60s和40s大小两个亚基组成）。,核蛋白体的组成,原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:,A位：氨基酰位,(aminoacyl site),P位：肽酰位,(peptidyl site),E位：排出位,(exit site),(四)供能物质及无机离子,蛋白质生物合成过程中需ATP或GTP提供能源，并需Mg,2+,和K,+,参与。,二、蛋白质生物合成的过程翻译,(一)氨基酸的活化与转运,氨基酸必须通过活化才能参与蛋白质的生物合成，活化反应是在氨基酸的羧基上进行，由氨基酰tRNA合成酶催化，ATP供能，每活化一分子氨基酸需要消耗2个高能磷酸键。,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酸+tRNA,氨基酰-tRNA,ATP AMP+PPi,氨基酰-tRNA是氨基酸的,活化,形式。,氨基酰-tRNA合成后，,转运,至核蛋白体进行蛋白质的生物合成。,若mRNA密码子为CGA那么tRNA的反密码子应是:,A.GCU,B.GCT,C.TGC,D.CGT,E.UCG,密码子,5CGA3,反密码子,3GCU5,（二）核蛋白体循环：,核糖体循环,是指活化的氨基酸，由tRNA携带至核糖体上，以mRNA为模板合成多肽链的过程。,这一阶段为蛋白质合成的中心环节，通常将其分为肽链合成的起始、延长和终止三个阶段。,1肽链合成的起始,此阶段是指由核糖体大、小亚基，模板mRNA及起始tRNA组装形成起始复合物的过程，需GTP、三种IF及Mg,2+,的参与。,(1)核蛋白体亚基的拆离,(2)mRNA在核蛋白体小亚基上就位,(3)fmet-tRNA,f,met,的结合,(4)核蛋白体大亚基的结合,IF-3,IF-1,(1)核蛋白体大小亚基分离,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,(2)mRNA在小亚基定位结合,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,(3)起始氨基酰tRNA(fMet-tRNA,i,met,)结合到小亚基,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,(4)核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,A,U,G,5,3,IF-2,GTP,IF-2,-GTP,GDP,Pi,2、肽链合成的延长,（一）注册：,（二）成肽：,（三）移位：,又称,进位,（一）,注册,指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。,Tu,Ts,GTP,GDP,A,U,G,5,3,Tu,Ts,GTP,（二）成肽,是由转肽酶催化的肽键形成过程。,（三）转位,延长因子,EF-G,有转位酶(,translocase,)活性，可结合并水解1分子,GTP,，促进核蛋白体向,mRNA,的3侧移动 。,fMet,A,U,G,5,3,fMet,Tu,GTP,进位,转位,成肽,三、肽链合成的终止,终止密码的辨认,肽链从肽酰-tRNA的释出,mRNA与核蛋白体分离,大、小亚基拆开,U,A,G,5,3,RF,COO,-,*蛋白质生物合成的过程,一、翻译的起始：,核蛋白体大、小亚基、模板mRNA及具有启动作用的蛋氨酰-tRNA共同构成,起始复合物,。,二、肽链合成的延长,（1）注册：氨基酰-tRNA 进入受位。（2）成肽：转肽酶催化肽键形成。,（3）移位：核蛋白体延mRNA从5,3移动,三、肽链合成的终止：,终止密码的辨认，肽链从肽酰-tRNA的释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基分离。,*多聚核蛋白体,每条mRNA模板在蛋白质生物合成的过程中，同时与多个核糖体结合所形成的念珠状结构称为多聚核糖体。,电镜下的多聚核蛋白体现象,DNA复制、转录和翻译的区别,原 料 四种dNTP 四种NTP 20种氨基酸,模 板 DNA两条链 DNA的一个基因 mRNA,引 物 需要 不需要,酶,DNA聚合酶 RNA聚合酶,氨基酰-tRNA合成酶,转肽酶,产物 DNA 三种RNA 多肽链,DNA复制,转录 翻译,产物合成方向,5,3 5,3 N,C,三、蛋白质合成后的加工和修饰,(一)新生肽链的折叠,新合成的多肽链经过折叠形成特定的空间结构才能有生物活性。,(二)N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除,(三)氨基酸残基侧链的修饰,包括二硫键的形成，赖氨酸、脯氨酸的羟基化，丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，组氨酸的甲基化，谷氨酸的羧基化等。,(四)辅基的连接和亚基的聚合,结合蛋白质的合成过程中，多肽链合成后还需进一步与辅基连接起来，才具有生物功能。,(五)水解修剪,一些多肽链合成后，需要在特异蛋白水解酶的作用下，去除某些肽段或氨基酸残基。,(六)靶向输送,蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为,靶向输送,。,在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段，称为,信号肽,。常见的信号肽由1040个氨基酸残基组成，N端为带正电荷的氨基酸残基，中间为疏水的核心区，而C端由小分子氨基酸残基组成，可被信号肽酶识别并裂解。,四、蛋白质生物合成与医学,(一)分子病,由于基因突变导致蛋白质一级结构的改变，进而引起生物体某些结构和功能的异常，这种疾病称为,分子病,。,分子病最典型的代表为镰刀型红细胞贫血病。,镰刀形红细胞性贫血,DNA -TGT GGG C,T,T CTT TTT,正常mRNA ACA CCC G,A,A GAA AAA,DNA -TGT GGG C,A,T CTT TTT-,-,异常mRNA-ACA CCC G,U,A GAA AAA-,HbS氨基端 -苏 脯 缬 谷 赖-,-,HbA氨基端 -苏 脯 谷 谷 赖-,-,血红蛋白（HbS）中遗传信息的异常,(二)抗生素对蛋白质合成的影响,多种抗生素可作用于从DNA复制到蛋白质生物合成的遗传信息传递的各个环节，阻抑细菌或肿瘤细胞的蛋白质合成，从而发挥药理作用。,抗生素,是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。,抗代谢药物,指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如,：,6-MP,。,某些毒素也作用于基因信息传递过程,。,抗生素,作用点,作用原理,应用,四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）,链霉素、卡那霉素、新霉素,氯霉素、林可霉素,红霉素,梭链孢酸,放线菌酮,嘌呤霉素,原核核蛋白体小亚基,原核核蛋白体小亚基,原核核蛋白体大亚基,原核核蛋白体大亚基,原核核蛋白体大亚基,真核核蛋白体大亚基,真核、原核核蛋白体,抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合,改变构象引起读码错误、抑制起始,抑制转肽酶、阻断延长,抑制转肽酶、妨碍转位,与EFG-GTP结合，抑制肽链延长,抑制转肽酶、阻断延长,氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落,抗菌药,抗菌药,抗菌药,抗菌药,抗菌药,医学研究,抗肿瘤药,抗生素抑制蛋白质生物合成的原理,