生物化学核酸和蛋白质的生物合成.ppt

1、核酸和蛋白质的生物合成,复旦大学药学院 丁廷波,乙酰CoA,丙酮酸,3-磷酸甘油醛,e.g 葡萄糖,脂肪酸,单糖,甘油,核苷酸,氨基酸,糖类,脂肪,蛋白质,核酸,三羧酸循环,NADH+H+,FADH2,电子传递链 氧化磷酸化,NAD+,FAD,CO2,H2O,O2,ADP,ATP,分解,合成,分解,合成,糖类，脂类,糖类 氨基酸,3,遗传信息传递的规律中心法则,4,DNA的生物合成 半保留复制,Meselson, M. and Stahl, F. W. (1958). The replication of DNA in E. coli. Proc. Nat. Acad. Sci. 1958,

2、44:671-682,5,半保留复制的概念,DNA的复制是将两条亲本链分开，每一条作为合成新链的模板，按碱基配对的规则合成新链，形成两个子代DNA双螺旋结构。 子代DNA的双链中一条是原来的链，另一条是新合成的链，称为半保留复制（Semi-conservative replication,6,circular bacterial replicon,7,Multiple eukaryotic replicons,DNA replication,8,DNA复制过程(以原核细胞为例,9,1）复制起始点,1.复制的起始,10,2）DnaA蛋白的结合,11,3）Dna B（解链酶，helicase）的作

3、用,12,4）单链结合蛋白（SSB）的作用,SSB结合于解开的单链上，使单链保持稳定,13,5）Dna G（引物酶,primase）的作用,引物酶 合成引 物，引 物的化 学本质 为RNA,14,6）拓扑异构酶(topoisomerase)的作用,拓扑异构酶有两种。可以切断超螺旋的一条链或者两条链，使超螺旋放松,常用的是拓扑异构酶,又称为旋转酶（gyrase,15,2.复制的延伸,冈崎片断,引导链,随从链,16,DNA聚合酶（DNA polymerase,DNA聚合酶III接在RNA引物后开始合成新DNA链； DNA聚合酶III以二聚体形式存在，分别负责先导链和后滞链上DNA新链的合成； 合成

4、过程中，拓扑异构酶和解旋酶(Dna B)负责解开双链，引物酶负责合成岗崎片段上的引物,原核生物的DNA聚合酶有三种 分别为DNA聚合酶,17,18,3.复制的终止,E.coli DNA上存在复制终点，Tus(terminus utilization substance)蛋白可以和复制终点结合，阻止复制叉的前进，使复制停止； 新形成的两个子代DNA分子由拓扑异构酶I或II帮助完成分离，形成两个独立的子代DNA分子,19,真核生物DNA复制的特点,1.DNA的合成发生在细胞周期的S期。 2.DNA聚合酶有，五种。 3.DNA聚合酶和形成复制聚合体， 聚合酶合成主导链，聚合酶合成随从链。 4.聚合酶

5、负责线粒体DNA的合成，而 和参与DNA修复。 5.线性DNA的端粒由端粒酶负责复制。 6.多个复制起始点，双向复制,20,真核细胞的周期,Gap 1 Synthesis Gap 2 Mitosis,21,DNA的修复,22,光复活修复（直接修复方式之一,紫外线下胸腺嘧啶形成二聚体;光复活酶在蓝光照射下活化，解开 二聚体胸腺嘧啶,23,切除修复,24,无碱基部位的修复,25,甲基化指导的不配对修复,26,RNA的生物合成 转录及转录后加工,27,转录的过程起始阶段,28,转录起始阶段RNA聚合酶的作用,29,转录的过程延伸阶段,无亚基,30,转录的过程终止阶段,31,转录模板的特点： 1）DN

6、A的一条链为模板 2）不对称转录,相关概念： 1）模板链 2）编码链 3）启动子 4）转录终止结构,转录的模板,32,RNA transcription,DNA模板链（反义链，-链,DNA编码链（有义链，+链,上游,下游,33,原核生物启动子,Pribnow box（-10区） RNA聚合酶结合位点 T89A89T50A65A65T100,Sextama box (-35区） RNA聚合酶识别位点T85T83C81A61C69A52,34,真核生物的启动子,35,原核生物的终止子结构,真核生物的转录终止机理不清楚,36,原核生物的RNA聚合酶,全酶（holoenzyme): 2 核心酶(cor

7、e enzyme): 2,不同的RNA聚合酶，核心酶 是相同的，但亚基不同。 亚基决定了被转录基因的特异性,37,真核生物的RNA聚合酶,38,因子,因子是原核生物中与转录终止有关的蛋白质，具有两种酶活性：解旋酶、ATP酶,39,原核生物转录后加工,原核生物的转录和翻译是偶联的，mRNA很少被加工。 原核生物的tRNA和rRNA需要加工,40,1. 5-端戴帽 2. 3-端加尾 3.切除内含子，拼接外显子剪接 4.部分序列的甲基化,真核生物转录后加工,41,5-端戴帽,42,3-端加尾,43,RNA剪接示意图,剪接的关键反应 是转酯化反应,核酶： 具有催化功能的核酸,某些RNA的剪接是 由自我

8、催化完成的,44,部分序列的甲基化,有的甲基化在核糖上， 有的甲基化在碱基上,45,RNA的另一种合成方式复制,RNA指导的RNA聚合酶 正链RNA 负链RNA,46,基因转录的调节,47,原核细胞转录水平的调节操纵子学说,操纵子的结构,Regulator gene,48,乳糖操纵子的工作原理,49,真核细胞基因转录的调节,相关概念： 1.顺式作用元件（顺式调控元件） (Cis-acting element) 2.反式作用因子 (Trans-acting factor,50,顺式作用元件（顺式调控元件）(Cis-acting element,与被调控基因存在于同一个DNA上，能够调节该基因转录

9、的特定序列， 称为顺式作用元件。包括启动子和增强子,51,反式作用因子(trans-acting factor,能直接或间接辨认、结合顺式作用元件的蛋白质，在真核生物有很多种类，统称为反式作用因子。 因子和因子之间又需要互相 辨认、结合，以准确的控制基因是否转录、何时转录,52,反式作用因子家族之 亮氨酸拉链,53,反式作用因子家族之 锌指结构,54,DNA的合成方式之 逆转录,55,逆转录的过程,1.RNA指导的DNA合成 逆转录酶 2.RNA的水解 RNase H 3.DNA指导的DNA合成 DNA聚合酶,56,蛋白质的生物合成之 翻译,57,mRNA作为翻译的模版,密码子：在mRNA的特

10、定区域(翻译编码区），每三个相邻的碱基组成一个密码子,遗传密码的特点： 1.连续性和不重叠性。 2.密码的简并性。 3.终止密码和起始密码。 4.密码的通用性,58,同一段mRNA，不同的阅读框架,59,tRNA转运翻译的原料氨基酸,60,tRNA和氨基酸的连接酯键,61,密码子与反密码子的摆动配对,62,rRNA参与构建翻译的工厂核糖体,63,翻译过程之氨基酸的活化,AA + tRNA 氨基酰-tRNA 细胞中一般只有二十种氨基酰-tRNA合成酶，不同tRNA与同一氨基酸的结合均由同一个酶催化。合成酶有很强的校对功能,黄色碱基为识别必须位点,64,起始氨基酰-tRNA,原核生物的起始氨基酰-

11、tRNA为 fmet-tRNAfmet 真核生物的起始氨基酰-tRNA为 met-tRNAmet,65,多肽链合成的过程核蛋白体循环,1.肽链合成的起始,核糖体小亚基先与mRNA结合。 起始氨基酰-tRNA再与mRNA配对。 核糖体大亚基与小亚基结合，起始氨基酰-tRNA位于大亚基的 P位,66,2.肽链合成的延伸阶段,翻译过程中肽链的延伸是以下三种化学过程的循环。 1）进位 2）转肽 3）移位,67,核蛋白体循环之进位,68,核蛋白体循环之转肽,69,核蛋白体循环之移位,70,3.肽链合成的终止,当A位上出现终止密码时，释放因子(releasing factor, RF)进入，促进酯键水解,之后，tRNA和mRNA被释放，核糖