生物化学与分子生物学：基因信息的传递VIP

1、 第三篇第三篇 基因信息的传递基因信息的传递DNARNA蛋白质蛋白质复制复制转录转录翻译翻译复制复制逆转录逆转录1.1.基因表达基因表达2.2.复制遗传复制遗传基因信息传递的中心法则基因信息传递的中心法则通过转录和翻译，使遗传信息转变为各种功能性通过转录和翻译，使遗传信息转变为各种功能性蛋白的过程。蛋白的过程。DNA: 复制转录翻译复制转录翻译RNA: 复制逆转录复制逆转录第十四章第十四章 DNA的生物合成的生物合成复制复制( (replication)是指遗传物质的传代，以亲代是指遗传物质的传代，以亲代DNA为模板为模板合成子代合成子代DNA的过程。的过程。复制复制亲亲代代DNA子代子代DN

2、A5335“The specific pairing immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.”Review子代继承母代的遗传信息有几种可能方式？子代继承母代的遗传信息有几种可能方式？混合式混合式 全保留式全保留式半保留式半保留式一、复制的机理一、复制的机理Meselson-Stahl关于关于DNA复制的试验复制的试验15N-DNA细菌细菌子一代细菌子一代细菌14N培养液培养液?子二代细菌子二代细菌14N培养液培养液?半保留式半保留式混合式混合式全保留式全保留式半保留式半保留式混合式混

3、合式复制的机理复制的机理半保留复制半保留复制3 3A AG GG GT TA AC CT TG GC CC CA AC CT TG GG G5 55 5T TC CC CA AT TG GA AC CG GG GT TG GA AC CC C3 3母链母链DNA 3 3A AG GG GT TA AC CT TG GC CC CA AC CT TG GG G5 55 5T TC CC CA AT TG GA AC CG GG GT TG GA AC CC C3 3子链子链DNA 子链子链DNA 一、复制的机理一、复制的机理 半保留复制半保留复制 DNA 复制时，亲代复制时，亲代DNA 分子双链

4、分离形成的分子双链分离形成的两条单链各自作为模板，通过碱基对互补规律两条单链各自作为模板，通过碱基对互补规律指导子链合成，新生成的子代指导子链合成，新生成的子代DNA双链中一条双链中一条是亲代链，另一条是新合成的子链。是亲代链，另一条是新合成的子链。这种子代这种子代DNA分子中总是保留一条来自亲代分子中总是保留一条来自亲代DNA链的复链的复制称为半保留复制。制称为半保留复制。按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲与亲代代DNA的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代保留了，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保保守性守性。半保留复制的意义半保

5、留复制的意义二、二、DNA复制的体系复制的体系 复制的实质是什么？复制的实质是什么？( (一）复制的化学基础一）复制的化学基础5端端33端端CGA核苷酸的聚合（核苷酸的聚合（dNTPs）3-5磷酸二酯键的生成磷酸二酯键的生成（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DDDP 或或 DNA-pol1. DNA聚合酶聚合酶1. DNA聚合酶聚合酶活性：活性：1. 的聚合活性的聚合活性链的延长方向：链的延长方向： 2. 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核

6、酸外切酶活性核酸外切酶活性（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系 U A G C A | | | | | G C T T C A G G A T | | | | | | | | | |3 A T C G T C G A A G T C C T A G C G A C 5 外切酶活性外切酶活性 外切酶活性外切酶活性 A C | G C T G | | | | 较读功能较读功能 DNA聚合酶的核酸外切酶活性聚合酶的核酸外切酶活性 lDNA-pol (1958年年)lDNA-pol (1970s年年)lDNA-pol (1970s年年)lDNA-pol (1999年年)lDNA-pol (19

7、99年年)原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶1. DNA聚合酶聚合酶（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系DNA-pol 单链多肽：分子量单链多肽：分子量103KDN 端端C 端端323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 3核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸 3 5核酸外切酶活性核酸外切酶活性 5 3 DNA聚合酶活性聚合酶活性 (20100nt)木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶功能：去除引物、填补空隙；损伤修复功能：去除引物、填补空隙；损伤修复DNA-pol III功能功能:是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。是原核生物复制延长中真正起催化

8、作用的酶。 复合体复合体（夹子装载器）（夹子装载器）亚基亚基亚基（亚基（滑动夹）滑动夹）柔性接头柔性接头核心酶核心酶（、） 原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶特特 点点polpolpol53聚合酶活性聚合酶活性有有有有有有53外切酶活性外切酶活性有有无无无无35外切酶活性外切酶活性有有有有有有功能功能去除引物去除引物填补空隙填补空隙修复合成修复合成损伤损伤修复修复复制复制延长延长 DNA复制的保真机制复制的保真机制严格遵守的碱基配对规律。严格遵守的碱基配对规律。 10-3 DNA聚合酶在对碱基的识别选择。聚合酶在对碱基的识别选择。 10-5 DNA聚合酶的及时校读功能。聚合酶的及时校读功能

9、。 10-7 1. DNA聚合酶聚合酶真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol引物酶引物酶 线粒体线粒体DNA复制复制 DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 延长子链的主要酶延长子链的主要酶 DNApol III错配修复错配修复 DNApol I（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系DNA修复修复2. 解旋酶解旋酶 （helicase）六聚体六聚体作用于氢键作用于氢键消耗消耗ATP（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系3. 单链单链DNA结合蛋白（结合蛋白（SSB）在复制中维持模板处于单链状态，在复制中维持模板处于单链状态，避免双链结构重新形成

10、；避免双链结构重新形成；同时保持单链的完整性，防止单链同时保持单链的完整性，防止单链DNA被细胞内的核酸酶水被细胞内的核酸酶水解。解。（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系4.拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase)解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成消除解链产生的正超螺旋。消除解链产生的正超螺旋。 （二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系拓扑拓扑异异构构酶酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑拓扑异异构构酶

11、酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过切口链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能。供能。拓扑酶异构酶分为两型拓扑酶异构酶分为两型作用本质：水解及连接磷酸二酯键。作用本质：水解及连接磷酸二酯键。解开解开“双螺旋双螺旋”维持（模板部位）单链状态维持（模板部位）单链状态解开并理顺模板解开并理顺模板DNA双链双链DNA解旋酶、解旋酶、 单链单链DNA结合蛋白、结合蛋白、 DNA拓扑异构酶的共同功能是什么？拓扑异构酶的共同功能是什么？为为DNA聚合酶提供单链聚合酶提供单链DNA模板模板5.DNA连接酶连接酶(DNA ligase)连接连接DNA链链3-OH末端和相邻

12、末端和相邻DNA链链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系DNA连连接酶接酶ATPATP（NADNAD+ +）ADP+PiADP+Pi（NMNNMN+ +AMP+AMP）HOHO5 5POO-O-O3 35 53 3POO-O-O3 35 55 53 3DNA连接酶的连接作用连接酶的连接作用l有从头合成的能力有从头合成的能力l产物是产物是RNAl合成引物长度：合成引物长度：510ntHO356. 引物酶引物酶复制起始时催化生成复制起始时催化生成R

13、NA引物的酶。引物的酶。（二）复制的蛋白质体系（二）复制的蛋白质体系哪些酶可以催化生成哪些酶可以催化生成35磷酸二酯键？磷酸二酯键？1.DNA聚合酶聚合酶2.拓扑异构酶拓扑异构酶3.DNA连接酶连接酶4.引物酶引物酶小结：小结：DNA复制的体系复制的体系 1.模板：母代模板：母代DNA的两条链的两条链2.原料：原料：dNTPs3.引物：引物：提供提供3 -OH末端的一段核苷酸序列（末端的一段核苷酸序列（RNA）4.DDDP:依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶5.其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子三、原核生物三、原核生物DNA复制的过程复制的过程分为三阶段：分为三阶段：起始、延伸、终止起始、

14、延伸、终止复制的起始点复制的起始点 在在DNA上发生上发生DNA解链以及解链以及DNA合成起始的合成起始的位点。位点。 （一）复制的起始（一）复制的起始E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATCTNTTNTTTT GATCTNTTNTTTT GATCTNTTNTTTT 1 13 17 29 32 1 13 17 29 32 44 44 ACACCTATT- TTATCCACA -ACACCTATT-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5

15、3 5 3 解旋酶解旋酶（Dna B）解旋酶装载器解旋酶装载器（Dna C）开放复合物开放复合物超螺旋超螺旋E.coli DNA复制起始的模型复制起始的模型引发体引发体引物酶引物酶引发体引发体引物酶引物酶滑动夹滑动夹DNADNA聚合酶聚合酶33含有复制起始点、解螺旋酶含有复制起始点、解螺旋酶（DnaB ）和引和引物酶物酶（DnaG ）的复合结构的复合结构称为引发体。称为引发体。 单单起点双向复制起点双向复制( (原原核生物核生物) )ori 复制的延长指在复制的延长指在DNA- -pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐个加入引物或延的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷

16、酸二酯键长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。的不断生成。（二）复制的延长（二）复制的延长5353领头链领头链(leading strand)555333随从链随从链(lagging strand)解解链链方向方向顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为，这股链称为领头链领头链。新合成的链复制方向与解链方向相反，以不新合成的链复制方向与解链方向相反，以不连续方式合成。此链合成的起始与领头链相连续方式合成。此链合成的起始与领头链相比有一定的延迟比有一定的延迟, ,故被称作故被称作随从链。随从链。 随从链中不连续合成的随从链中不连续合成

17、的DNA片段称之为片段称之为冈崎片段冈崎片段。 半不连续复制半不连续复制（semi discontinuous replication）：）： 在在DNA复制过程中，领头链连续合成，随复制过程中，领头链连续合成，随从链合成是不连续，这种复制方式称之为半从链合成是不连续，这种复制方式称之为半不连续复制。不连续复制。 连锁体连锁体（catenane）DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶（三）复制的终止（三）复制的终止l原核生物基因原核生物基因是环状是环状DNA，双向复制的复双向复制的复制片段在复制制片段在复制的终止点的终止点(ter)处处汇合。汇合。l在复制过程中形成的在复制过程中形成的RNA引物，需

18、由引物，需由RNA酶酶水水解去除；解去除；lRNA引物水解后遗留的缺口，由引物水解后遗留的缺口，由DNA聚合酶聚合酶延长缺口处的延长缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。键的缺口。1.1.去除引物，填补缺口去除引物，填补缺口：（三）复制的终止（三）复制的终止l在在DNA连接酶连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯的催化下，生成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长长链。链。 2.2.连接冈崎片段：连接冈崎片段：（三）复制的终止（三）复制的终止555RNA酶酶OHP5DNA-pol dNTP55PATP ADP+P

19、i55DNA连连接酶接酶 随从链随从链上不上不连续连续性片段的性片段的连连接接四、真核生物复制的特点四、真核生物复制的特点（一）真核生物复制起始的特点（一）真核生物复制起始的特点 1.多复制子双向复制多复制子双向复制 ， 2.复制叉移动速度较原核生物的慢。复制叉移动速度较原核生物的慢。四、真核生物复制的特点四、真核生物复制的特点（二）真核生物复制延长的特点（二）真核生物复制延长的特点1.引物和冈崎片段的长度都比原核生物的短。引物和冈崎片段的长度都比原核生物的短。2. 5种种DNA聚合酶：聚合酶： 、和和。3.伴随核小体结构解聚与重新组装。伴随核小体结构解聚与重新组装。5-末端缩短的问题通过特殊

20、的末端结构末端缩短的问题通过特殊的末端结构端端粒解决。粒解决。四、真核生物复制的特点四、真核生物复制的特点（三）真核生物复制终止的特点（三）真核生物复制终止的特点五、逆转录五、逆转录以以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程。的过程。小小 结结1.中心法则中心法则2.半保留复制半保留复制3.DNA复制的体系（成分、作用、顺序）复制的体系（成分、作用、顺序）4.领头链、随从链、冈崎片断、半不连续复制领头链、随从链、冈崎片断、半不连续复制5.真核生物复制的特点真核生物复制的特点第十五章第十五章 DNA损伤与修复损伤与修复l DNA损伤（损伤（DNA damage） 各种体内外因素所导致的各种体内外

21、因素所导致的DNA组成与结组成与结构的变化。构的变化。l 突变（突变（mutation） DNA结构发生的永久性变化结构发生的永久性变化 。一、一、DNA损伤损伤（一）引起突变的原因（一）引起突变的原因1.体内因素体内因素（1）复制错误）复制错误（2）DNA自身不稳定性自身不稳定性（3）活性氧）活性氧脆性脆性X综合症综合症 Xq27.3内（内（CGG）n重复重复患者：患者：60-200正常：正常：6-60脆性脆性X综合症患者综合症患者：智能低下，皮肤松弛，智能低下，皮肤松弛，关节过度伸展，长脸。关节过度伸展，长脸。2.外界环境刺激引起的突变外界环境刺激引起的突变 （1）物理物理因素因素 （2）

22、化学化学因素因素 （3）生物因素）生物因素（一）引起突变的原因（一）引起突变的原因紫外线紫外线 物理因素物理因素l 紫外光和电离辐射等均可诱发突变。紫外光和电离辐射等均可诱发突变。环丁烷环丁烷环环化学因素l 化学因素的诱变：有脱氨剂、氧化剂、和烷化剂诱化学因素的诱变：有脱氨剂、氧化剂、和烷化剂诱发的突变，还有碱基类似物和嵌入剂引起的突变。发的突变，还有碱基类似物和嵌入剂引起的突变。鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）脱氨基化位点脱氨基化位点烷基化烷基化烷基化烷基化氧化氧化8-氧化鸟嘌呤氧化鸟嘌呤(8-oxoG)OH(8-oxoG)ACH3RR溴化乙锭溴化乙锭(Ethidium bromide ，EB)核苷核苷

23、骨架骨架溴化乙溴化乙锭锭原黄素原黄素吖啶橙吖啶橙（二）（二）DNA损伤的类型损伤的类型1. 碱基损伤与糖基破坏碱基损伤与糖基破坏2. 碱基错配碱基错配3. DNA链断裂链断裂4. DNA链共价交链链共价交链二、常见的二、常见的DNA损伤修复途径（原核）损伤修复途径（原核）修复途径修复对象参与修复的酶活蛋白光复活修复嘧啶二聚体光复活酶碱基切除修复受损的碱基DNA糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶核苷酸切除修复嘧啶二聚体、DNA螺旋结构的改变UvrA、UvrB、UvrC和UvrD错配修复复制或重组中的配对错误MutH、MutL、MutS损失跨越修复大范围的损伤或复制中来不及修复的损伤RecA蛋白、Le

24、xA蛋白重组修复双链断裂RecA蛋白、Ku蛋白、DNA-PKs、XRCC4核苷酸切除修复核苷酸切除修复损失跨越修复损失跨越修复（三）（三）DNA损伤和修复的意义损伤和修复的意义1. DNA的多态性的多态性 （不影响表型）（不影响表型）2. 疾病疾病 人类基因组多态性人类基因组多态性概念：概念： 不同个体的基因组不同个体的基因组DNA序列上存在的差异。序列上存在的差异。类型：类型：u限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性u重复序列多态性重复序列多态性u单核苷酸多态性单核苷酸多态性u拷贝数多态性拷贝数多态性 重复序列多态性（重复序列多态性（VNTR、STR)负极负极正极正极个体识别个体识别PCR

25、扩增扩增13个位点个位点2013年年5月月14日，安吉丽娜日，安吉丽娜朱莉发文声明她已经接受朱莉发文声明她已经接受了预防性的双侧乳腺手术，以降低患乳腺癌的风险。了预防性的双侧乳腺手术，以降低患乳腺癌的风险。2015年年3月月24日，宣布已经切除了卵巢和输卵管日，宣布已经切除了卵巢和输卵管。 通过基因检测确定携带遗传缺陷基因通过基因检测确定携带遗传缺陷基因BRCA1，医生估，医生估测她患乳腺癌和卵巢癌的几率颇高，分别为测她患乳腺癌和卵巢癌的几率颇高，分别为87%和和50% 1990年，研究者发现了一种直接与遗传性乳腺癌有年，研究者发现了一种直接与遗传性乳腺癌有关的基因，命名为乳腺癌关的基因，命名

26、为乳腺癌1号基因，英文简称号基因，英文简称BRCA1 定位于定位于第第17号染色体上号染色体上 ，参与，参与DNA的损伤修复的损伤修复（双链（双链DNA断裂修复）断裂修复） ，细胞周期的调控。，细胞周期的调控。2013年年已发现的已发现的BRCA1的突变有数百种之多。的突变有数百种之多。 如果有以下情况，需要特别警惕可能存在如果有以下情况，需要特别警惕可能存在BRCA1基因基因突变，而需要进行相关检测：家族中有多名年龄较小就突变，而需要进行相关检测：家族中有多名年龄较小就发生乳腺癌的患者；有乳腺癌或卵巢癌家族史；同一名发生乳腺癌的患者；有乳腺癌或卵巢癌家族史；同一名妇女先后或同时发生乳腺癌和卵

27、巢癌；家族中有男性乳妇女先后或同时发生乳腺癌和卵巢癌；家族中有男性乳腺癌患者等。腺癌患者等。 Carlos Boozer Carmani 镰形细胞贫血镰形细胞贫血 SCD 1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8lHbA: N Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LyslHbS: N Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-LyslHbA基因基因: CCT GAG GAG lHbS基因基因: CCT GTG GAG Happy ending第十六章第十六章 RNA的生物合成的生物合成转录（transcription) ：以以DNA为模板合

28、成为模板合成RNA的过程。的过程。转转录录RNADNA 一、转录的反应与特点一、转录的反应与特点产物产物:RNA原料原料:NTP,是核糖核苷酸聚合的过程是核糖核苷酸聚合的过程主要酶主要酶:RNA聚合酶聚合酶 ,具有从头合成的能力具有从头合成的能力模板模板:单链单链DNA,具有选择性具有选择性 方向方向:5 3 5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3编码链编码链(Watson)模板链模板链(Crick)RNA转录转录转录模板转录模板 533 5模板模板链链编码链编码链编码链编码链模板模板链链转录方向转录方向转录方向转录方

29、向基因基因A基因基因BDNA双链中只有一股链用作模板指引转录双链中只有一股链用作模板指引转录模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。不对称转录不对称转录l这是一种这是一种依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP）。）。l该酶在单链该酶在单链DNA模板以及四种核糖核模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，苷酸存在的条件下，不需要引物不需要引物，即，即可从可从 53聚合聚合RNA。 (一)RNA聚合酶二、原核生物的基因转录 原核生物的RNA聚合酶 36512 决决定定哪哪些些基基因因被被转转录录 150618 催催化化功功能能 155613 结结合合DNA模模板板 70263

30、 辨辨认认起起始始点点亚亚基基分分子子量量功功 能能结构基因结构基因3 3 3 3 5 5 5 5 下游下游上游上游转录起始点转录起始点1 1 结构基因：结构基因：能转录出能转录出RNA的的DNA序列。序列。转录终点转录终点（二）模板启动子启动子 启动子（启动子（Promoter）：）：RNA聚合酶识别并结合模板的聚合酶识别并结合模板的 部位。部位。开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(*Pribnow box)T A T A A T A T A T T A -10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol 辨认位点辨认位点(r

31、ecognition site) （三）转录的过程l起始起始 l延长延长 l终止终止 原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象RNA聚合酶在模板上停顿下来，产物聚合酶在模板上停顿下来，产物RNA链脱链脱落就是转录终止。落就是转录终止。RNA转录合成的终止机制有两种：转录合成的终止机制有两种： 1依赖依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止 2非依赖非依赖Rho的转录终止的转录终止转录终止转录终止ATP依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGACCGACCACTGAAAAATCAGTGGTCGGAAAAA. 3 DNA模板模

32、板 RNA 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 55 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGACCGACCACTGAAAAATCAGTGGTCGGAAAAA. 3 DNA模板模板 UUUUUUUUUURNA-pol5 335三、真核生物的基因转录 (mRNA )（5.8S，18S， 28S rRNA）种类种类对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应45S -rRNAhnRNA5S -rRNAtRNAsnRNA耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感转录产物转录产物 TATA盒盒(hogeness盒盒) CAAT盒

33、盒 GC盒盒 启动子启动子 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA-25-70转录起始转录起始 转录因子转录因子(transcriptional factors, TF) :能直能直接、间接辨认和结合转录上游区段接、间接辨认和结合转录上游区段DNA及及RNA聚合酶的蛋白质。聚合酶的蛋白质。参与参与RNA-pol转录的转录的TF 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，

34、35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子3 - GUGUGUG -5 -A

35、AUAAA-核酸酶核酸酶- AAUAAARNA-polGTGTGTG AATAAA转录终止的修饰点转录终止的修饰点3 3 5 5 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA 转录终止转录终止复制和转录的区别复制和转录的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rR

36、NA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制试从模板、原料、酶、产物、引物、试从模板、原料、酶、产物、引物、碱基配对原则、特点碱基配对原则、特点7方面比较复制和方面比较复制和转录的区别。转录的区别。 1戴帽戴帽 ：l即在即在mRNA的的5-端加上端加上m7GpppGp的结的结构构,这一过程在细胞核内完成这一过程在细胞核内完成.三、真核生物三、真核生物RNA的转录后加工的转录后加工（一）（一）mRNA的加

37、工的加工 Pi5 ppGp磷酸酶磷酸酶5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷鸟苷酸酸转转移酶移酶5 m7GpppGp甲基甲基转转移酶移酶SAM帽子帽子结构结构的生成的生成 2加尾加尾：l这一过程也是细胞核内完成，首先由这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去核酸外切酶切去3-端端一些过剩的核苷一些过剩的核苷酸，然后再加入酸，然后再加入polyA。lpolyA结构与结构与mRNA的半寿期有关。的半寿期有关。 3.mRNA的剪接的剪接 鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图mRNADNA断裂基因断裂基因CABD编码区编码区 A、B、C、D非非编码区编码

38、区l真核生物结构基因，由若干个编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，而成， 这些基因称为这些基因称为断裂基因断裂基因。外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。鸡鸡卵卵清清蛋蛋白基因白基因hnRNA首、尾修首、尾修饰饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡卵清蛋白基

39、因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰 某些某些mRNA前体的核苷酸序列需要改前体的核苷酸序列需要改编如插入、删除或取代一些核苷酸残编如插入、删除或取代一些核苷酸残基，才能生成具有正确翻译功能的模基，才能生成具有正确翻译功能的模板，此过程称为板，此过程称为mRNA编辑。编辑。 脱氨酶脱氨酶1、“戴帽戴帽”：5 端添加端添加m7GpppGp结构结构2、“加尾加尾”：3端添加端添加poly A结构结构3、 剪接：去除剪接：去除“内含子内含子”、连接、连接“外显子外显子”小小 结结4、 编辑编辑tRNA前体前体(二)tRNA的转录后加工tRNA前体的切断和剪接加工前体的切断和剪接加

40、工tRNA3-末端末端- -CCA序列的添加序列的添加tRNA的碱基修饰的碱基修饰（2）还还原反原反应应 如：如：D DHU （3）核）核苷内苷内的的转转位反位反应应 如：如：U （4）脱氨脱氨反反应应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）1、切除、切除5末端多余的核苷酸末端多余的核苷酸2、去除、去除3末端多余的核苷酸末端多余的核苷酸3、剪接去除内含子、剪接去除内含子4、3末端加末端加-CCA5、碱基的修饰：甲基化、脱氨基、还原，等碱基的修饰：甲基化、脱氨基、还原，等小小 结结(三三)rRNA的转录后加工的转录后加工* rRNA的种类（的种类（根据

41、沉降系数根据沉降系数）真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA(三三)rRNA的转录后加工的转录后加工小 结l转录、不对称转录转录、不对称转录l复制与转录的区别复制与转录的区别l原（真）核原（真）核RNA聚合酶的特点聚合酶的特点l原（真）核启动子的序列特点原（真）核启动子的序列特点l转录因子、内含子、外显子转录因子、内含子、外显子l真核真核mRNA转录后加工的类型转录后加工的类型 翻译翻译：在核蛋白体上，以：在核蛋白体上，以mRNA为模为模板，将核酸中由板，将核酸中由 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码编码的遗传信息，通过的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破

42、译的方破译的方式解读为蛋白质一级结构中式解读为蛋白质一级结构中的氨基酸的氨基酸排列顺序的过程排列顺序的过程 。DNA 转转录录RNA翻翻译译Pro第四节 翻译参与蛋白质合成的物质n 原料：原料：20种氨基酸种氨基酸n 模板：模板：mRNAn 场所：核蛋白体（由场所：核蛋白体（由rRNA与蛋白与蛋白质组成）质组成） n 氨基酸的氨基酸的“搬运工具搬运工具”：tRNA n 酶与蛋白质因子：启动、延长、终酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子止因子 n 能量：能量：ATP、GTPn 无机离子无机离子 翻译终止翻译终止翻译起始翻译起始非翻译区非翻译区非翻译区非翻译区翻译区（编码序列）翻译区（编码序列）M

43、et Val His Val 肽链肽链翻译翻译mRNA AUG GUA CAU GUC UAA 53一、模板与遗传密码一、模板与遗传密码mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表 一 个 氨 基 酸 的 信 息 ， 此 三 联 体 就 称 为表 一 个 氨 基 酸 的 信 息 ， 此 三 联 体 就 称 为 密 码密 码（codon）。）。标准的通用遗传密码表起始密码起始密码: AUG终止密码终止密码: UAA，UAG，UGA l遗传密码具有以下特点：遗传密码具有以下特点： 连续性；连续性； 简并性；简并性； 通用性；通用性； 摆动性。摆动性。1. 连续性

44、：遗传遗传密密码码的特点的特点指编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连指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。续阅读，密码间既无间断也无交叉。l从从mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终止密码子之间的核苷酸序列，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各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为白质多肽链，称为开放阅读框（开放阅读框（open reading frame, ORF）。 AUGUAAORF谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5G A G

45、U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变2. 简并性：l遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或个或多至多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。l同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现象称为遗传密码的象称为遗传密码的简并性简并性。l遗传密码的简并性在保持遗传稳定性上具遗传密码的简并性在保持遗传稳定性上具有重要意义。有重要意义。遗传遗传密密码码的特点的特点标准的通用遗传密码表遗传密码的简并性遗传密码的简并性3. 通用性：蛋白质生物合成

46、的整套密码，从原蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。核生物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体等。粒体、植物细胞的叶绿体等。遗传遗传密密码码的特点的特点4. 摆动性：转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互的反密码需要通过碱基互补与补与mRNA上的遗传密码上的遗传密码反平行配对反平行配对结合，但结合，但反密码与密码之间常常不严格遵守碱基配对规反密码与密码之间常常不严格遵守碱基配对规律，称为律，称为摆动配对摆动配对。遗传遗传密密码码的特点的特点U摆动配对摆动配对1 2 33 2 1IA密码子与反密码子的摆动

47、配对tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUG二、氨基酸的搬运工具tRNA DHU环环与氨酰与氨酰-t-tRNA合成酶合成酶结结合合TCTC环环与核蛋白体结合与核蛋白体结合 氨基酸臂氨基酸臂与氨基酸结合与氨基酸结合反密码环反密码环识别密码子识别密码子反密码子反密码子反应由反应由氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶催化催化tRNA与氨基酸的结合与氨基酸的结合氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨氨基基酰酰tRNA合成酶催化的反合成酶催化的反应应氨基酸氨

48、基酸氨基酰腺苷酸氨基酰腺苷酸焦磷酸焦磷酸氨基酸活化氨基酸活化第一步第一步氨基酸活化氨基酸活化第二第二步步l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。都有高度特异性。l 一种一种tRNA只能识别一种氨基酸，一只能识别一种氨基酸，一种氨基酸可由多种种氨基酸可由多种tRNA识别。识别。l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法： Met-tRNAMet Ser-tRNASer原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMet起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNA真核生物：真核生物： Met-tRNAiMetN-甲酰甲硫氨酸（甲酰甲硫氨酸（f

49、Met）甲硫氨酸（甲硫氨酸（Met）l肽酰肽酰-tRNAl核蛋白体是多肽链合成的场所，是核蛋白体是多肽链合成的场所，是由多种由多种 rRNA与蛋白质组装形成的复合体。与蛋白质组装形成的复合体。三、多肽链的三、多肽链的 装配机装配机核蛋白体核蛋白体 原核生物核糖体的构成真核生物核糖体的构成原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)四、蛋白质生物合成过程 翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 -AUG开始，开始，按

50、按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。直至终止密码出现。 小亚基小亚基大亚基大亚基tRNAi氨基酰氨基酰tRNAmRNA起始密码起始密码终止密码终止密码肽肽链链（一）肽链合成起始指核蛋白体的大小亚基、模板指核蛋白体的大小亚基、模板mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与结合分别与结合而形成而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)。（1）原核生物合成的起始1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离2.mRNA在小亚基定位结在小亚基定位结合合3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA

51、结合结合 4.核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1IF-3A UG53IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到结合到小亚基小亚基IF-3A UG53IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A UG53IF-3IF-1A UG53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi原核生物蛋白质合成的起始总图1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离3.mRNA在小亚基定

52、位结在小亚基定位结合合2.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA结合结合 3.核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合(2)真核生物翻译起始复合物形成原（真）核生物翻译起始中各起始因子的作用原核起始因子原核起始因子真核起始因子真核起始因子功能功能IF1eIF1A占据占据A位位IF2eIF2、 eIF5b帮助帮助tRNAi结合到结合到P位位IF3eIF3促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF4A、 eIF4E、 eIF4G、 eIF4B 准备准备mRNA，促进，促进mRNA与小亚基结合与小亚基结合真核mRNA环化模型（二）肽链合成延长指根据指根据mRNA密码序列的指导，密码序列的指导，肽链的延长在肽链的延长

53、在核蛋白体上核蛋白体上连续性循环连续性循环式进行，每次循环增加一个氨基酸，式进行，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：包括以下三步：l进位进位l成肽成肽l转位转位l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1（EF-1 EF-1-） EF-2 1 1、进位、进位指根据指根据mRNA下一组遗传密码指导，下一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位位。Tu TsGTPGDPA U G53TuTs1 1

54、、进位、进位2、成肽是由是由转肽酶转肽酶( (transpeptidase) )催化的肽键形催化的肽键形成过程。成过程。在转肽酶的催化下，将在转肽酶的催化下，将P位位上的上的tRNA所携所携带的带的蛋氨酰基蛋氨酰基或或肽酰基肽酰基转移到转移到A位位上的氨基酰上的氨基酰tRNA上，与其上，与其-氨基缩合形成氨基缩合形成肽键肽键。EPA2、成肽3.转位fMetA U G53fMetTuGTPEF-GGTPGDPEF-G当当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。释放因子释放因子 (release factor, RF)：原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子真核生物释放因子：eRF-1、 eRF-3（三）肽链合成的终止阶段（三）肽链合成的终止阶段释放因子 (RF)的功能原核终止因原核