核酸与蛋白质的生物合成讲义.doc

第十章 DNA的生物合成

复制（replication）：以DNA为模板，合成两个完全相同的双链子代DNA的过程。
转录（transcription）：在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。
翻译（translation）：在RNA控制下，根据核酸链上每三个核苷酸决定一个AA的三联体密码规则，合成出具有特定顺序的蛋白肽链过程。
遗传学的中心法则：
DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；
通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。
在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。它们的遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；
通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。

第一节 DNA复制的特点

一、半保留复制 407
1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 证明DNA的半保留复制。
l 半保留复制:
l 以DNA为模板，合成两个完全相同的双链子代DNA的过程。其中,每个子代分子的一条链来自于亲代DNA,另一条链为新合成的
二、有复制起始点
l 复制子（replicon)：基因组能独立进行复制的单位。含有控制复制起始的起点，也可能含有一个复制终点。
l 起始位点（原点origin）：具有特定核苷酸排列顺序的片段
l 原核生物的复制子通常为一个；
l 真核生物则为多个复制子。
三、复制方向
多数：双向复制
低等生物：单向复制（滚环复制）
四、需要RNA引物
l DNA聚合酶以一段具有3’端自由羟基（3’-OH）的RNA作为引物(primer) ，聚合子代DNA链。
l RNA引物的大小: 原核生物通常为50～100个核苷酸，真核生物约为10个核苷酸。
l RNA引物的碱基顺序，与模板DNA的碱基顺序相配对。
五、半不连续复制 418
l DNA聚合酶只能以5‘→3’方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的方向必须为3‘→5’。
l 因此，分别以两条反平行的DNA链作为模板聚合子代DNA时的方式是不同的。
l 以3‘→5’方向的亲代DNA链作模板时，子代链的聚合方向为5‘→3’, 复制是连续进行的，该链称为领头链(leading strand)。
l 亲代DNA双链复制时是逐步解开的，以5‘→3’方向的亲代DNA链为模板时, 子链的合成是不连续的，该链称为随从链(lagging strand)。
l 复制时，由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。
l 冈崎片段的大小
原核生物中约为1000～2000 bp (base pair)，
真核生物约为100 bp。
六 、DNA复制的酶学 410
(一)、拓扑异构酶(topoisomerase) 419
生物体内的DNA分子常处于负超螺旋态（三级结构）。复制前，需改变DNA分子拓扑构象，避免DNA分子打结、缠绕、连环。
1、拓扑异构酶Ⅰ
l 最初是从大肠杆菌中分离到的w-蛋白；
l 先将双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。
l 反应不需ATP供能
2、拓扑异构酶Ⅱ
l 又称DNA旋转酶（DNA gyrase)，
l 可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来。
l 需ATP供能。
（二）解螺旋酶helicase：421
大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。
可以将DNA双链解开成为单链。
每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。
（三）、单链DNA结合蛋白 421
l single strand binding protein, SSB，又称螺旋去稳蛋白（HDP），为与单链DNA结合的蛋白质因子
l 作用：① 稳定DNA解开的单链；②阻止复性、保护单链DNA，避免核酸酶的降解。
（四）引物酶primase：
一种RNA聚合酶，在复制起点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。
引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA。
作用：提供3’-OH， 以用于DNA聚合酶催化链的延伸。
（五）DNA聚合酶 410
1、DNA聚合酶的反应特点
（1）、底物：dNTP, N=A,T,C,G
（2）、模板：DNA
（3）、引物： 提供3¢-OH末端
（4）、子链的延伸方向：5`®3`：
2、DNA聚合酶的活性：
5®¢3¢ 的聚合活性
5®¢3¢核酸外切酶活性
3®¢5¢核酸外切酶活性
复制
修复
切除引物、修复
功能
20
40
400
分子数/细胞
10
1
1
亚基数
-
-
+
5¢® 3¢外切酶活性
+
+
+
3¢® 5¢外切酶活性
+
+
+
5¢® 3¢聚合酶活性
pol III
pol II
pol I

pol Ⅰ为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段
pol Ⅱ多亚基酶。它参与DNA损伤的应急状态修复。
pol Ⅲ由十种亚基组成，
α亚基：具有5‘→3’聚合DNA（复制）功能；
ε亚基：3‘→5’外切酶（校正）功能
功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

4.真核生物的DNA聚合酶417
DNA-pol a 起始引发，有引物酶活性
DNA-pol b 参与低保真度的复制
DNA-pol g 在线粒体DNA复制中起催化作用
DNA-pol d 延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性
DNA-pol e 校读、修复和填补缺口

（六）、DNA连接酶
DNA ligase，催化DNA片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段DNA连接起来。

第二节 DNA生物合成过程

一、原核生物DNA生物合成 421
（一）起始 421
E.coli复制起始点 oriC： 由245个bp构成。
关键序列在于两组短的重复：三个13bp的序列和四个9bp序列。

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。
引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

（二）延长阶段

复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

（三）终止阶段
原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。
• 随从链上不连续性片段的连接
二、真核生物DNA生物合成424
（一）DNA的复制只发生在S期
（二）多复制子
（三）真核细胞含有5种DNA聚合酶
（四）端粒复制
染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。
1.端粒telemer：指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。
2.结构特点：
（1）由末端单链DNA序列和蛋白质构成。
（2）末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。
3.功能：
（1）维持染色体的稳定性
（2）维持DNA复制的完整性
4.端粒酶：由RNA和蛋白质组成
（1）RNA发挥模板作用
（2）蛋白质发挥逆转录酶活性

第三节 逆转录
一、概念
逆转录reverse transcription
是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链。

二、逆转录酶(reverse transcriptase)
催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNA
病毒中都含有此酶。
具有三种酶活性：
l RNA指导的DNA聚合酶
l RNA酶
l DNA指导的DNA聚合酶
三、合成过程

RNA 模板
逆转录酶
DNA-RNA 杂化双链
RNA酶
单链DNA
逆转录酶
双链DNA

试管内合成cDNA (complementary DNA)

以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。
分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。

第四节 DNA的损伤与修复

一、DNA的损伤（突变）
l 由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤，也称为突变（mutation）。
l 常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。
（一）、突变的意义
（1）突变是进化、分化的分子基础
（2）突变导致基因型改变
（3）突变导致死亡
（4）突变是某些疾病的发病基础
（二）引起突变的因素：
1．自发因素：
(1)自发脱碱基：由于N-糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。
(2)自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。
(3)复制错配：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。
2．物理因素：
X射线和电离辐射:常常引起DNA链的断裂;
紫外线:引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。
3、化学因素：

二、突变的分子改变类型
（一）错配 (mismatch)
DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。
1.转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。
2.颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。
正常成人Hb (HbA)β亚基
（二）缺失 (deletion)、插入 (insertion)
1.缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。
2.插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。
3.缺失或插入都可导致框移(frame-shift)突变。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。
（三）重组(recombination)
DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。
三、DNA损伤的修复
（一）直接修复：
1．光复活：light repairing
修复任何嘧啶二聚体的损伤。
过程：光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物→在300～600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复→光复活酶从DNA上解离。
2．转甲基作用：
在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。

3．直接连接：
DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。
（二）取代修复：
1．切除修复(excision repairing)：
适用于多种DNA损伤的修复。
修复机制:分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。

2．重组修复(recombination repairing)：
一种有差错的修复方式。
3．SOS修复
l 在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制(细胞处于危急状态)。
l DNA分子受到长片段高密度损伤®诱导一种特异性较低的新的DNA聚合酶，以及重组酶等的产生®继续催化损伤部位DNA的复制® 保留许多错误的碱基，从而造成突变。

第十一章 RNA的转录

第一节 RNA转录合成的条件

一、底物
四种核糖核苷酸，
ATP、GTP、CTP、UTP
二、模板
以一段单链DNA作为模板。
三、RNA聚合酶（DDRP 455）
该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷酸存在时，不需要引物，可从5'→3'聚合RNA。
1、原核生物中的RNA聚合酶全酶:α2ββ‘σ。
α2ββ'被称为核心酶，与RNA链的聚合有关;
σ亚基与转录起始点的识别有关，而在转录合成开始后被释放.
四、终止因子
ρ蛋白：一种六聚体蛋白质，亚基分子量为50kd。能识别终止信号，并能与RNA紧密结合，导致RNA的释放。

五、激活因子
降解产物基因激活蛋白（CAP)，又称为cAMP受体蛋白（CRP), 是一种二聚体蛋白质，亚基分子量为23kd。
该蛋白与cAMP结合后，刺激RNA聚合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。

第二节 RNA转录过程
一、原核生物的转录
（一）、识别
原核生物RNA聚合酶中的σ因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。
识别部位：位于转录起始点-35区的TTGACA序列。
酶与-35区结合后，形成疏松复合物。
酶与-35区结合后，形成疏松复合物，然后沿模板3`®5`方向滑动至-10区的TATAATG序列（Pribnow框），此时聚合酶与模板DNA呈紧密结合状态形成稳定的复合物（open-promoter complex） 。

开始转录
T T G A C A
A A C T G T
-35 区
(Pribnow box)
T A T A A T Pu A T A T T A Py
-10 区
1
-30
-50
10
-10
-40
-20
5 ¢
3 ¢
3 ¢
5 ¢
原核生物启动子保守序列
RNA-pol辨认位点
(recognition site)
5¢
5¢
RNA聚合酶保护区
结构基因
3¢
3¢

（二）、起始
不需要引物。
RNA聚合酶促使DNA双链局部解开后，根据DNA中的一条链的碱基序列选择第1个或第2个核苷三磷酸，催化ATP或GTP与其聚合，形成第一个3',5'-磷酸二酯键。
（三）、延长阶段
1.s亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；
2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。
(NMP) n + NTP ®¾ (NMP) n+1 + PPi

5¢
3¢
DNA
原核生物转录过程中的羽毛状现象
核糖体
RNA
RNA聚合酶

（四）、终止阶段
指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。
分类：
1.依赖Rho (r)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。
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。
二、真核生物的转录过程
（一）起始阶段
转录起始上游区段多样化；
RNA-pol不直接结合模板；
起始过程更复杂。

转录起始点
TATA盒
CAAT盒
GC盒
增强子
1. 转录起始前的上游区段
切离加尾
转录终止点
修饰点
内含子
OCT-1
外显子
AATAAA
OCT-1：ATTTGCAT八聚体
consensus oligonucleotide
结构基因
DNA分子上转录出RNA的区段
顺式作用元件
真核生物启动子保守序列

l 顺式作用元件就是指可影响自身基因表达活性的 DNA序列。在不同真核基因的顺式作用元件中会时常发现一些共有序列，如 TATA盒、CCAAT盒等。这些共有序列就是顺式作用元件的核心序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。
l 顺式作用元件通常是非编码序列。
l 顺式作用元件并非都位于转录起点上游（5′端）。
l 顺式作用元件是特异转录因子的结合位点，按功能特性，真核基因顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子。
1）、启动子
l 真核基因启动子是 RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，每一组件含7－20bp的DNA序列。
l 启动子包括至少一个转录起始点，以及一个以上的功能组件，如TATA盒，通常位于转录起始点上游-25至30bp，控制转录起始的准确性及频率。
l 典型的启动子由TATA盒及上游的CCAAT盒和（或）GC盒组成，这类启动于通常具有一个转录起始点及较高的转录活性。
2）、增强子
l 所谓强子就是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关，可位于转录起始点的上游或下游。
l 从功能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。
3）、沉默子
某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。

2. 转录因子
能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。
反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。
l 真核生物RNApol需与转录因子(TF)结合后才结合模板。
l 相应于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的TF，分别称为TFⅠ 、TFⅡ 、TFⅢ。
l TFⅡ又分为TFⅡA、TFⅡB……等。
l TFⅡD是唯一能结合TATA盒的蛋白质。

l TBP: TATA Binding Protein
l TAF: TBP Associated Factor
l CTD：Carboxyl Terminal Domain
羧基末端结构域：
RNA-pol最大亚基的C末端氨基酸序列为由含羟基氨基酸（酪、丝、苏）为主体组成的重复序列，称为CTD。
l 上游因子：
与上游序列如GC、CAAT等顺式元件结合的蛋白质。
l 可诱导因子：
能结合应答元件，只在某些特殊生理情况下，才被诱导产生的蛋白质。

3. 转录起始前复合物
(pre-initiation complex, PIC)
真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，组成RNA-pol-转录因子-DNA复合物而启动转录。

4. 拼板理论(piecing theory)
一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子；
转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物；
再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。
（二）延长阶段
l 真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。
l RNA-pol前移处处都遇上核小体。
l 转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。

第三节 RNA转录合成的特点
一、转录的不对称性
以双链DNA中的一条链作为模板
对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的DNA链上。
能转录RNA的那条DNA链为有意义链(模板链），
互补的另一条DNA链为反意义链（编码链）。
不对称转录的含义
一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),
二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。
二、转录的连续性
连续合成一段RNA链
三、转录的单向性
所依赖的模板DNA链的方向为3‘→5’，而RNA链的合成方向为5‘→3’。

四、有特定的起始和终止位点
转录单位
一个转录单位（transcription unit)就是从启动子到终止子的一段序列，是一段以一条单链RNA分子为表达产物的DNA片段，包括上游调控区、结构基因区、下游转录终止区三个部分。
原核生物的转录单位称为操纵子，通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。
mRNA
启动子
i
P
O
Z
Y
a
调节基因
操纵
基因

复制与转录的区别

转 录
复 制

DNA双链
DNA的一条链
（不对称转录）
dNTP（N＝A,G,C,T）
NTP（N＝A,G,C,U）
需要
不需要
DNA聚合酶
（有校对功能）
RNA聚合酶
（无校对功能）
DNA (半保留复制）
RNA
A－T、G－C
A－U、T－A、G－C
模 板
原 料
引 物
酶
产 物
配 对

真核生物与原核生物RNA的转录的区别

⒈原核生物在拟核区发生转录；真核生物RNA的转录在细胞核内进行的。

⒉ 原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因。
真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，编码一条多肽链。
3、 在原核生物中只有一种RNA聚合酶，催化所有RNA的合成；
l 真核生物中则有RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ三种不同酶，分别催化不同种类型RNA的合成。三种RNA聚合酶都是由10个以上亚基组成的复合酶。
l RNA聚合酶Ⅰ存在于细胞核内，催化合成除5SrRNA以外的所有rRNA的合成；RNA聚合酶Ⅱ催化合成mRNA前体，即不均一核RNA(hnRNA)的合成；RNA聚合酶Ⅲ催化tRNA和小核RNA的合成。
⒋原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA
l 真核生物中，三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。

第四节 真核生物RNA转录后的加工修饰

几种主要的修饰方式

（一）首、尾修饰
5¢端形成 帽子结构(m7GpppGp —)
3¢端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)
2．加尾(adding tail)
由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA结构与mRNA的半寿期有关。
（二）mRNA内含子的剪接
1. hnRNA 和 snRNA
l 核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)
l snRNA (small nuclear RNA)
2.断裂基因(splite gene)
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。
外显子(exon)和内含子(intron)
• 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。
3. 内含子的分类
根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。
I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因；
II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；
III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；
IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。
4. mRNA的剪接
l (1)内含子两端的序列：5’GU┄AG 3’
l 5’GU可结合U1-snRNA
l 分支点A可结合U2-snRNA
(2)U1-snRNA, U2-snRNA等形成并接体将内含子切除
5．内部甲基化：由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理。
二、tRNA的转录后加工
主要有以下几种加工方式：
切断。
剪接。
化学修饰：

第十二章 蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过(三联体）遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。
第一节 蛋白质生物合成体系
一、翻译模板mRNA及遗传密码
（一） mRNA是遗传信息的携带者
l 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。
l 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)。
l 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。
（二） mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5¢至3¢方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。
（三） 遗传密码具有以下特点：511
① 连续性:密码子无标点符号

从mRNA 5¢端起始密码子AUG到3¢端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。
• 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(frameshift mutation)。

2.简并性(degeneracy) 512
简并性——同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象
Trp, Met仅有一个密码。
起始密码子：AUG （在序列中间为Met)
终止密码子：UAA, UAG, UGA
同义密码——对应于同一种氨基酸的不同密码。
l 前两个碱基均相同，只是第三个碱基不同。
l 若头两个碱基发生点突变，可译出不同AA，而第三个碱基的突变，不会影响AA的翻译。
l 密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。
3.变动性(wobble)
密码的专一性主要取决于前两位碱基。
tRNA的反密码与mRNA上的密码反向配对时密码子的第一和二位配对是严格的，而第三位碱基可有一定的变动。
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
Gly的密码子为GGU．GGC．GGA和GGG，请写出它们所有可能的反密码子。

l 根据 密码子、反密码子配对的摆动现象
mRNA密码子
第3位碱基
U, C, A
A, G
U, C
U
G
tRNA反密码子
第1位碱基
I
U
G
A
C

mRNA密码
GGU
GGC
GGA
GGG
GCC
ICC
ACC
tRNA反密码
GCC
ICC

UCC
ICC

CCC
UCC

结论： （a) 反密码子中3‘－末端第一个碱基和中间位碱基决定密码的特异性。
（b) 与 GGU配对的 GCC、ICC，与 GGC配对的 ICC，与 GGA配对的 ICC，与 GGG配对的UCC含有摆动碱基。
（c）密码子GGU对反密码ACC，GGC对GCC，GGA对UCC，GGG对CCC，均为三个位置都是Watson－Crick碱基配对。

4.通用性(universal)和变异性513
l 指各种低等、高等生物，包括病毒、细菌及真核生物，基本上共用同一套遗传密码。
l 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。
l 已发现少数例外，如线粒体(mtDNA)、植物细胞的叶绿体。

5.密码的防错系统515
l 同义密码子在密码表中的分布十分规则，其碱基排列顺序与相应的AA的理化性质有关。
l 氨基酸的极性由密码子的第二碱基决定：
l 密码中的一个碱基被置换，仍能编码相同的AA；或以理化性质最接近的AA所取代
l 可降低由于基因突变造成的危害

二、核糖体是蛋白质合成的工厂522

种类
原核细胞核糖体
真核细胞核糖体
亚基
70S
80S
小亚基
30S
50S
40S
60S
rRNA

16S
5S、23S
18S
5S、28S、（哺乳动物5.8S）
蛋白质
21种
36种
33种
49种

核蛋白体：
1．小亚基：
30S亚基能单独与mRNA结合为30S核糖体－mRNA复合体
®再与起动tRNA结合。

2．50S大亚基：
（1）具有两个不同的tRNA结合点。
A位（aminoacyl site, 右）—— 受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；
P位（peptidyl site, 左）——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。
（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。
（3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。
（4）具有启动因子、延长因子及释放因子的结合部位。

三 、tRNA
l 在氨酰tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。
l tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码(anticoden)。
四、起动因子（IF）
l 原核生物：3种IF，分别称为IF1-3。
l 真核生物：9种eIF。
l 作用：促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。
原核、真核生物各种起始因子的生物功能

起始因子
生物功能
原核生物
IF-1
占据A位防止结合其他tRNA
IF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
IF-3
促进大小亚基分离，提高P位对结合tRNA敏感性

真核生物
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B eIF-3
最先结合小亚基促进大小亚基分离
eIF-4A
eIF-4F复合物组分，具解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基
eIF-4B
结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUG
eIF-4E
eIF-4F复合物组分，结合mRNA 5·帽子
eIF-4G
eIF-4F复合物组分，结合eIF-4E和PAB
eIF-5
促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基
eIF-6
促进核蛋白体分离成大小亚基

五、延长因子（EF）
l 原核生物：3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG）
l 真核生物：2种（EF1，EF2）。
作用：促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位，
并可促进移位过程。
l 延长因子(elongation factor, EF)
原核延长因子
生物功能
对应真核延长因子
EF-Tu
促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP （GTPase)
EF-1-α
EF-Ts
调节亚基
EF-1-βγ
EFG
有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放
EF-2

六、释放因子（release factor, RF） ：终止相关的蛋白因子
l 原核：RF-1，RF-2，RF-3
真核：eRF
l 作用：识别终止密码，协助多肽链的释放。
功能：
• 识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。
• 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。
七、 氨基酰-tRNA合成酶
(aminoacyl-tRNA synthetase)
存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。
1.氨酰-tRNA合成酶对底物AA和tRNA都有高度特异性，保证tRNA能够携带正确的AA对号入座。
2.氨酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。
八、供能物质和无机离子
l 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。

第二节 蛋白质生物合成过程
蛋白质生物合成过程包括：
l 氨基酸的活化；
l 活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；
l 多肽链合成后的加工修饰。
一、氨基酸的活化
l 20种氨基酸均需先活化才能参加合成
l 每种tRNA只能携带特定的氨基酸
l 1种氨基酸可以与2~6种tRNA特异地结合
l 已发现的tRNA有40~50种
（一）、氨酰-tRNA的 合成
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
氨基酰-tRNA合成酶
第一步反应

氨基酸 ＋ATP →氨酰-AMP ＋ PPi

氨基酸活化消耗2分子ATP

第二步反应

l 特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化AA以酯键相连接，形成氨酰tRNA;可使AA ①活化；②搬运；③定位。
l 氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键。
l 氨酰-tRNA 合成酶具有高度的专一性，只能识别一种相应的 tRNA。
l 每一种氨基酸至少有一种对应的氨酰-tRNA 合成酶。
氨酰-tRNA在mRNA模板指导下组装成蛋白质
l 氨酰-tRNA的反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的AA按mRNA密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。
氨酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer
Met-tRNAMet
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA
起动tRNA: 识别mRNA中5′端起动密码AUG
原核生物：fMet-tRNAifMet
真核生物: Met-tRNAiMet
l 注：肽链延长中携带Met的tRNA表示为tRNAeMet。
l fMet-tRNAifmet的生成

二、活化氨基酸的缩合
l 在核蛋白体上进行
蛋白质合成中
mRNA模板的方向：5′→3′
蛋白质的合成方向：N端→ C端
（一）、肽链合成起始
l mRNA和起始氨酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translational initiation complex)。
1、原核生物翻译起始复合物形成
（1）. 核蛋白体大小亚基分离
（2）. mRNA与小亚基结合
真核：核蛋白体小亚基首先结合在mRNA 5`端，然后向3`端移动，直到AUG序列被tRNAiMet上的反密码识别。
l 原核生物mRNA 起始密码上游8-13个核苷酸处，常存在-AGGAGG-序列，称为SD序列（发现者Shine-Dalgarno）。
l 核糖体小亚基上的16S rRNA近3’-端有与此