遗传的物质基础DNA

1、第五章 遗传的物质基础DNA教学目的和要求：学习DNA复制、RNA合成和加工以及蛋白质合成。教学重点：DNA复制和RNA合成。教学难点： DNA复制课时分配：4学时第一节 DNA的复制一、 DNA复制的一般特点    1、半保留复制瓦特森和克里克（1953）在提出DNA双螺旋结构模型的同时，对DNA复制也进行了假设。认为DNA分子的复制，首先是从它的一端氢键逐渐断开，双链拆分为两条单链。当双螺旋的一端已拆开为两条单链时，各自可以作为模板，从细胞核内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸（A吸取T，C吸取G），进行氢键的结合，在复杂的酶系统的作用下，逐渐连接起来，

2、各自形成一条新的互补链，与原来模板单链互相盘旋在一起，两条分开的单链又恢复为双链结构，与原来的完全一样。所以，这种DNA复制方式称为半保留复制（semiconservative replication），因为通过复制所形成的新的DNA分子，只有一条单链是新合成的，同时保留了原来亲本DNA双链分子的一条单链。DNA的这种复制方式对保持生物遗传的稳定具有非常重要的作用。5-1DNA的半保留复制 2、复制起点和复制方向在绝大多数细菌及病毒中，染色体只有一个复制起点，控制整个染色体的复制。所以整个染色体也就是一个复制子（replicon）。复制子是指在同一个复制起点控制下合成的一段DNA序列

3、。在大肠杆菌中，其DNA复制起点由245个碱基对(bp)组成，其中有二段保守重复序列。第一个是13bp的序列连续重复三次，该序列富含碱基对，因与间只有两对氢键，所以相对比较容易解链，是复制开始时双链分开形成复制泡(replication_bubble)的地方。第二个是9bp的序列重复四次，但每个重复间有其他序列间隔。它是对形成复制泡起重要作用的蛋白质结合部位。在真核生物中，每条染色体的DNA复制则是多起点的，多个复制起点共同控制一条染色体的复制，即每条染色体有多个复制子。现在发现其各个复制起点也是由特殊的DNA序列所决定的。此外，大肠杆菌和其他许多原核生物的环状复制是双向的。即的复制从复制起点

4、开始，向二个方向同时进行，最后相遇，完成复制。但是，并不是所有的真核生物DNA的复制都是双向的，如噬菌体的的复制就是沿一个方向进行的。图5-2复制子及其复制方向5-2复制子及其方向性二、 原核生物DNA合成  1、DNA 聚合酶  1957年科恩伯格(Kornberg, A)等从大肠杆菌中分离出一种DNA聚合酶（DNA polymerase），即DNA聚合酶（polymerase I）。DNA聚合酶由一条多肽链组成，含有928个氨基酸残基，分子量约为109000，编码此酶的基因为pol。现在已证实，DNA聚合酶除具有聚合酶功能外，还具有核酸外切酶(exo

5、nuclease)和核酸外切酶的功能。DNA聚合酶由一条多肽链组成，分子量约为90000。相对地，DNA聚合酶结构比较复杂，它至少有个亚基组成，其全酶（holoenzyme）分子量达167500。DNA聚合酶具有聚合酶的功能，但是没有外切酶的功能。现在已经证实DNA聚合酶才是活体细胞内真正控制DNA合成的酶。三种DNA聚合酶在决定DNA合成方面有一些共同的特性：三种酶都只有聚合酶的功能，而没有 聚合酶功能，说明DNA链的延伸只能从5向3端进行。    他们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，DNA 的合成必须有引物引导才能

6、进行。    三种酶都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错误进行校正，而保证DNA复制的高度准确性。表5-1 DNA聚合酶及其特性特性聚合酶聚合酶聚合酶起始新链合成核酸聚合酶+ 核酸聚合酶 核酸外切酶+核酸外切酶+分子量1030090000167500每个细胞分子数400 152、DNA复制的过程  DNA的合成是半保留的、双向的，DNA的合成必须有引物的引导，并且复制时链的延伸总是从向端进行。下面我们们介绍DNA的合成过程。    2.1、DNA双螺旋的解除   DNA的解旋过

7、程由DNA解旋酶（helicase）催化解开后，单链DNA 结合蛋白（single-strand DNA-binding protein，SSB protein）马上结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。如果没有SSB蛋白的作用，分开的双链互补碱基对间又可以重新配对。或者，在同一条链的互补碱基对间配对而形成发夹状结构，这种结构会阻止DNA 聚合酶的作用。随着解链的进行，在DNA 复制叉前就会形成一种张力而导致超螺旋的产生，这种张力主要通过DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）的作用消除。DNA拓扑异构酶将DNA双链切开一个口子，使一条链旋转一圈，然后再将其共价连接，从而消除其

8、张力。现在发现主要有二类DNA拓扑异构酶：DNA拓扑异构酶，只对双链DNA中的一条链进行切割，产生切口（nick），每次切割只能去除一个超螺旋，此过程不需要外加能量     DNA拓扑异构酶，可以对双链DNA的二条链同时进行切割，每次切割可以去除两个超螺旋，此过程需要ATP提供能量。2.2、DNA合成的起始  DNA双链解开后，可以进行DNA的合成。原核生物的三种DNA聚合酶均需要DNA模板和3端的自由-OH，才能进行DNA的合成，使DNA延伸，它们并不能直接其始DNA的合成。因此DNA合成前，以DNA 为模板，根据碱基配对原则，在一种特殊的R

9、NA聚合酶-DNA引物酶（DNA primase）的催化下，先合成一段长560个核苷酸的RNA引物，提供3'端自由-OH。然后，在DNA聚合酶的作用下进行DNA的合成。2.3、DNA链的延伸DNA两条新链的合成从一个复制叉（replicating fork）向着同一方向延伸的。而组成DNA双螺旋的互补双链具有相反的方向，一条从35，而另一条从53，为反向平行。从整个DNA分子水平来看，DNA两条新链的合成方向是相反的，但是都是从5端向3方向延伸。现在一般把一直从5向3方向延伸的链称作前导链（leading strand），它是连续合成的。而另一条先沿5 3方向合成一些片段，然后再由连接

10、酶将其连起来成为长链，称为后随链（lagging strand），其合成是不连续的。在前导链上，DNA引物酶只在起始点合成一次引物RNA，DNA聚合酶就可以开始进行DNA的合成。而在后随链上， 每个冈崎片段的合成都需要先合成一段引物RNA，然后DNA聚合酶才能进行DNA的合成。随后，引物RNA被切除，并为新合成的DNA片段所代替。在大肠杆菌中，此过程是在DNA聚合酶的催化下完成的。因为DNA聚合酶有5 3聚合酶功能，以临近冈崎片段的3端自由-OH进行DNA的合成，从而将RNA引物替换为DNA链。最后由连接酶（DNA ligase）将冈崎片段连接起来，形成一条完整的新链。图5-3 DNA复制过程

11、三、真核生物DNA合成的特点     真核生物DNA的复制基本上与原核生物相同，只是更为复杂而已。主要有以下几方面的不同。    1、 DNA合成只是发生在细胞周期的的S期     真核细胞DNA的合成只是在细胞周期的S期进行，而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成。    2、真核生物染色体的复制是多起点例如果蝇的最大一条染色体含有6.5×107bp，现在已经知道果蝇DNA的合成速度约2600bp/min，如果复

12、制也象原核生物一样是单起点的话，那么大约需要17.5d才能完成DNA的复制，而实际上果蝇胚胎DNA 的复制只需要34min。只有910min，其细胞核就发生一次分裂。因此，大概需要7000个左右的复制起点同时进行DNA复制才能在34min钟内完成整个染色体的复制。而且快速生长的细胞比生长速度较慢的细胞每条染色体的复制起点要多。所以在真核生物中前导链的合成并不象原核生物那样是连续的，而是以半连续的方式，由一个复制起点控制一个复制子的合成，最后由连接酶将其连接成一条完整的新链。    3、真核生物DNA合成所需的RNA引物及后随链上合成冈崎片段的长度比原核生

13、物要短RNA引物长度在原核生物中约为1060个核苷酸，而在真核生物中引物的长度只有10个核苷酸；冈崎片段的长度在原核生物中为10002000个核苷酸，而在真核生物中约为原核生物的十分之一，只有100150个核苷酸。 4、有两种不同的DNA聚合酶分别控制前导链和后随链的合成在原核生物中有DNA聚合酶、DNA聚合酶、DNA聚合酶三种聚合酶，只有DNA聚合酶同时控制两条链的合成。而在真核生物中共有，和5种DNA聚合酶。DNA聚合酶和DNA聚合酶是DNA合成的主要酶，由DNA聚合酶控制不连续的后随链的合成，而DNA聚合酶则控制前导链的合成，所以其两条链的合成是在两种不同的DNA聚合酶的控制下

14、完成。DNA聚合酶可能与DNA修复有关，而DNA聚合酶则是线粒体中发现的唯一一种DNA聚合酶。    5、染色体端粒DNA的复制原核生物的染色体大多数为环状，而真核生物染色体为线状。DNA末端有特殊DNA序列组成的结构称为端粒，根据前面介绍的DNA合成的过程，不难发现，新链5末端DNA是无法自动合成的，因为当末端的RNA引物被切除后，就没有3端的自由羟基，新的核苷酸单体只能连接在3羟基上，而不能连接在5磷酸基上。因此，要么DNA的末端存在特殊的结构，可以解决其复制问题；要么存在另外一种酶可以催化末端的合成。现在有证据表明这两种情况都是存在的，在DNA的末

15、端存在特殊的结构，并在含有RNA的端粒酶（telomerase）的催化下完成端粒DNA序列的合成。   端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，具有逆转录酶的性质，以物种专一的内在的RNA为模板，将合成的端粒重复序列添加到染色体DNA的3末端。第二节 RNA的转录和加工一 、RNA分子种类     在基因的表达过程中主要有三种不同的RNA，信使RNA（messengerRNA，mRNA）、转移RNA（tranfer RNA，tRNA）、核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）。1、信使RNA  

16、0; 生物的遗传信息主要贮存于DNA的碱基序列中，但DNA并不直接决定蛋白质的合成。而在真核细胞中，DNA主要贮存于细胞核中的染色体上，而蛋白质的合成场所存在于细胞质中的核糖体上，因此需要有一种中介物质，才能把DNA 上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体。现已证明，这种中介物质是一种特殊的RNA。这种RNA起着传递信息的作用，因而称为信使RNA(message RNA，mRNA)。mRNA的功能就是把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来，然后再由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因表达过程中的遗传信息传递过程。在真核生物中，转录形成的RNA中含有大量非编码序列，大约只

17、有25%序列经加工成为mRNA，最后翻译为蛋白质。因为这种未经加工的前体mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差别很大，所以通常称为核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA）。2、转移RNA    如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图，则核糖体是合成蛋白质的工厂。但是，合成蛋白质的原材料20种氨基酸与mRNA的碱基之间缺乏特殊的亲和力。因此，必须用一种特殊的RNA（transfer RNA，tRNA）把氨基酸搬运到核糖体上。tRNA能根据mRNA的遗传密码依次准确地将它携带的氨基酸连结起来形成多肽链。每种氨基酸可与1-

18、4种tRNA相结合，现在已知的tRNA的种类在40 种以上。    tRNA是分子最小的RNA，其分子量平均约为27000（25000-30000），由70到90个核苷酸组成。而且具有稀有碱基的特点，稀有碱基除假尿嘧啶核苷与次黄嘌呤核苷外，主要是甲基化了的嘌呤和嘧啶。这些稀有碱基一般是在转录后经过特殊的修饰而成的，稀有碱基并不是rRNA合成的原料。图5-4 tRNA的三叶草结构1969年以来，研究了来自各种不同生物，:如酵母、大肠杆菌、小麦、鼠等十几种tRNA的结构，证明它们的碱基序列都能折叠成三叶草形二级结构，且都具有如下的共性： 5末端具有G（大部分

19、）或C。 3末端都以ACC的顺序终结。 有一个富有鸟嘌呤的环。 有一个反密码子环，在这一环的顶端有三个暴露的碱基，称为反密码子（anticodon）.反密码子可以与mRNA链上互补的密码子配对。 有一个胸腺嘧啶环。3、 核糖体RNA核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA)是组成核糖体的主要成分，而核糖体则是合成蛋白质的工厂。在大肠杆菌中，rRNA量占细胞总RNA量的75%-85%，而tRNA占15%，mRNA仅占3-5%。    rRNA一般与核糖体蛋白质结合在一起，形成核糖体（ribosome）。如果把rRNA从核糖体上除掉，核糖体的结构就

20、会发生塌陷。原核生物的核糖体所含的rRNA有5S、16S及23S三种。    5S含有120个核苷酸，16S含有1540个核苷酸，而23S含有2900个核苷酸。而真核生物有4种rRNA，他们是5S、5.8S、18S和28S，分别具有大约120、160、1900和4700个核苷酸。rRNA是单链，它包含不等量的A与U、G与C，但是有广泛的双链区域。在双链区，碱基以氢键相连，表现为发夹式螺旋。rRNA在蛋白质合成中的功能尚未完全明了。但16S的rRNA的3端有一段核苷酸序列与mRNA的前导序列是互补的，这可能有助于mRNA与核糖体的结合。另外，还有小核RNA

21、(small nuclea rRNA，snRNA)。它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体（spilceosome）的主要成分。现在发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在RNA转录后加工中起重要作用。另外，还有端体酶RNA(telomerase RNA)，它与染色体末端的复制有关；以及反义RNA(antisense RNA)，它参与基因表达的调控。上述各种RNA分子均为转录的产物，mRNA最后翻译为蛋白质，而rRNA、tRNA及snRNA等并不携带翻译为蛋白质的信息，其终产物就是RNA

22、。 二、 RNA合成的一般特点与DNA链合成一样，RNA链的合成也是从5向3端进行的，此过程由RNA聚合酶（RNA polymerase）催化。RNA聚合酶首先在启动子部位（promoter）与DNA结合，形成转录泡(transcription bubble)，并开始转录。在原核生物中只有一种RNA聚合酶完成所有RNA的转录；而在真核生物中，有3种不同的RNA聚合酶控制不同类型RNA的合成。RNA合成也同样遵循碱基配对的规则，只是U代替了T。 三、 原核生物RNA的合成 转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称为一个转录单位（transcript unit）。一个转录单位

23、可能刚好是一个基因，也可能含有多个基因。在细菌等原核生物中一个转录单位通常含有多个基因，而真核生物中则大多含有一个基因。 RNA的合成需要RNA聚合酶。它是一种由多个蛋白亚基组成的复合酶。如大肠杆菌的 RNA聚合酶由五个亚基组成，其分子量为480000，含有，等4种不同的多肽，因子的作用是识别转录的起始位置，并使RNA聚合酶结合在启动子部位。RNA的转录可以分为三步：RNA链的起始；RNA链的延长；RNA链的终止及新链的释放。1、 RNA链的起始 RNA链转录的起始首先是RNA聚合酶在因子的作用下与DNA上的启动子部位结合，并在RNA聚合酶的催化下使DNA的双链解离，形成转

24、录泡，为RNA图5-5 mRNA的合成过程合成提供单链模板，并按碱基配对原则，结合核苷酸，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成RNA新链。因子在RNA链伸长到89个核苷酸后，就被释放，然后由核心酶催化RNA的延伸。 启动子位于RNA转录起始点的上游，因子对启动子的识别是转录起始的第一步。对大肠杆菌大量基因的启动子部位测序发现，在转录开始位置的上游10个和35个核苷酸位置有两段DNA的序列比较保守，分别称为10序列（10 sequence）和35序列（35 sequence）。因为上述两段序列是大部分基因的启动子所共有的，所以又称为共有序列（consensus sequence）

25、。10共有序列在非模板链为TATAAT（T80A95T45A60A50T96；下标表示该碱基出现的频率百分数），35共有序列则为TTGACA（T82T84G78A65C54A45）。因子首先识别和接合于35序列，所以该序列又称为识别序列（recognition sequence）。而富含AT的10和35序列之间的核苷酸数目是高度保守的，其长度从不少于15个也不超过20个核苷酸。2、RNA链的延伸RNA链的延伸是在因子释放之后，在RNA聚合酶四聚体核心酶的催化下进行。因RNA聚合酶同时具有解开DNA双链，并使其重新闭合的功能。随着RNA的延伸，RNA聚合酶使DNA双链不断解开和重新闭合。RNA转

26、录泡的大小约为18bp，而RNA合成的速度约为40bp/min。实际上，DNA模板与新合成的RNA链之间配对非常少，配对区域可能只有3bp，所以现在认为并不是DNA模板与RNA链之间的氢键使转录复合体得以稳定。3、RNA链的终止当RNA链延伸遇到终止信号（ternination signal）时，RNA转录复合体就发生解体，而使新合成的RNA链释放出来。现在发现在大肠杆菌中有两类终止信号：一类只有在蛋白质存在的情况下，转录才会终止，称为依赖于的终止（-dependent terminator）；第二类使转录终止不需要因子的参与，所以称为不依赖于的终止（-independent terminat

27、or）。 实际上在原核生物中，RNA的转录、蛋白质的合成以及mRNA的降解通常是同时进行的。因为在原核生物中不存在核膜包裹的细胞核。另外，RNA的转录和多肽链的合成都是从5向3方向进行，只要mRNA的5端合成后，即可以开始蛋白质的翻译过程。在原核生物中mRNA的寿命一般只有几分钟。因此，往往在3端mRNA的转录还没有最后结束，5端mRNA在完成多肽链的合成后，已经开始降解。四、 真核生物RNA的转录1、真核生物RNA转录的特点（1）真核生物RNA的转录是在细胞核内进行，而蛋白质的合成则是在细胞质内。（2）真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，原核生物的一个mRNA分子通常含有多

28、个基因。（3）真核生物有几种RNA聚合酶，在原核生物中只有一种RNA聚合酶。在真核生物中则有RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶三种不同的RNA聚合酶，分别催化不同类型RNA的合成。（4）真核生物RNA聚合酶不能独立转录RNA，原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA。（5）RNA聚合酶对转录启动子的识别比原核生物更加复杂，如对RNA聚合酶来说，至少有三个DNA的保守序列与其转录的起始有关，TATA框(TATA box)、CCAAT框（CCAAT box）及增强子（enhancer）。2、mRNA的加工 （1）在mRNA前体的5端加上7-甲基鸟嘌呤核苷的帽子（cap） 当

29、RNA链合成大概达到30个核苷酸后，就在其5端上加上一个7-甲基鸟嘌呤核苷的帽子，它含有二个甲基和稀有的5-5三磷酸键。其作用是在蛋白质翻译时识别起始位置以及防止被RNA酶降解。  （2）在mRNA前体的3端加上聚腺苷酸(poly(A)的尾巴    在RNA聚合酶催化下合成mRNA的前体hnRNA，比实际mRNA要长一些。一般hnRNA的转录终止于加poly(A)尾巴的3末端的下游1000-2000个核苷酸处，然后由核酸内切酶对其进行加工，切除多余的核苷酸。核酸内切酶一般在保守的共有序列AAUAAA的下游11-30个核苷酸处停止切割。

30、最后在poly（A）聚合酶的催化下加上大约200个聚腺苷酸poly(A)尾巴，此过程一般称为聚腺苷酸化（polyadenylation），它对增加mRNA的稳定性以及从细胞核向细胞质的运输具有重要作用。  RNA聚合酶和RNA聚合酶的转录都停止于特定的终止信号。RNA聚合酶在其蛋白质终止因子的协助下识别由18个核苷酸组成的终止序列而使转录终止。RNA聚合酶的终止类似于原核生物中依赖因子的终止，但其具体过程尚不是很清楚。   （3）RNA拼接    RNA主要有三种RNA剪接方式：  某

31、些tRNA前体的剪接过程首先是在剪接内切核酸酶（splicing endonuclease）的催化下，非常精确地在内含子与外显子之间进行切割，并在一种特殊的剪接连接酶（splicing ligase）的催化下重新连接起来，而成为成熟的tRNA。     某些rRNA前体的内含子是在RNA 分子本身的催化下完成，在此过程中发生一系列磷脂键的转移，不需要外界能量，也不需要蛋白质酶的参与，所以称为RNA自剪接（self-splicing），这种具有自动催化活性的RNA有时也称为核酶（ribozyme）。     mRNA

32、前体hnRNA的内含子是在复杂的核酸蛋白质复合结构核酸剪接体（spliceosome）的作用下完成的。核酸剪接体的结构有点像核糖体，它由被称为小核RNA（small nuclear RNA，snRNA）的小分子RNA和蛋白质共同组成。现在发现大部分基因内含子在5端为GU，3端为AG，并存在一些其他的共同序列。在剪接时首先是核酸剪接体的装配及对内含子的共有序列的识别；然后是对RNA在内含子与外显子交界处进行切割再重新连接起来而成为成熟的mRNA。图5-6 mRNA前体的剪接机制第三节 遗传密码和蛋白质的翻译一 、遗传密码DNA分子中的遗传密码（genetic code）翻译时，首先是以DNA的一

33、条链为模板合成与它互补的mRNA，根据碱基互补配对原则在这条mRNA链上，A 变为U，T变为A，C变为G，G变为C。然后再由mRNA上的核苷酸顺序确定多肽链中的氨基酸序列。图5-7遗传密码与氨基酸的一致性表5-2 20 种基酸的遗传密码字典第一碱基第二碱基第三碱基UCAGUUUU苯丙氨酸pheUCU丝氨酸serUAU酪氨酸tyrUGU半胱氨酸eysUUUCUCCUACUGCCUUA亮氨酸leuUCAUAA终止信号UGA终止信号AUUGUCGUAG终止信号UGG色氨酸trpGCCUU亮氨酸leuCCU脯氨酸proCAU组氨酸hisCGU精氨酸argUCUCCCCCACCGCCCUACCACAA谷

34、氨酰胺glnCGAACUGCCGCAGCGGGAAUU异亮氨酸ileACU苏氨酸thrAAU天冬酰胺asnAGU丝氨酸serUAUCACCAACAGCCAUAACAAAA赖氨酸lysAGA精氨酸argAAUG甲硫氨酸met为起始信号ACGAAGAGGGGGUU缬氨酸val兼作起始信号GCU丙氨酸alaGAU天冬氨酸aspGGU苷氨酸glyUGUCGCCGACGGCCGUAGCAGAA谷氨酸gluGGAAGUGGCGGAGGGGG注：第一碱基，第二碱基，第三碱基的符号组成一个密码子。例如，UUU与该栏的氨基酸苯丙氨酸对应。余类推。*起始密码，*甲硫氨酸。从密码子表可以看出，大多数氨基酸都有几个三

35、联体密码，多则6个，少则2个，而色氨酸与甲硫氨酸只有1个三联体密码。此外，3个三联体密码UAA、UAG和UGA是蛋白质合成的终止信号。三联体密码AUG在原核生物中编码甲酰化甲硫氨酸，在真核生物中编码甲硫氨酸，并起合成起点作用。GUG编码结氨酸，在某些生物中也兼有合成起点作用。   二、遗传密码的特性（1）遗传密码为三联体（2）遗传密码间不能重复利用（3）遗传密码间无逗号（4）遗传密码间存在简并现象（5）遗传密码的有序性（6）遗传密码包含起始密码子和终止密码子（7）遗传密码的通用性，除线粒体等极少数情况外三、 蛋白质的合成由DNA所含的碱基序列决定氨基酸序列的过程即

36、蛋白质的合成过程，也就是基因的表达过程，实际上包含遗传信息的转录和翻译两个步骤。 翻译就是mRNA携带着转录的遗传信息附着在核糖体（ribosome）上，把由tRNA运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互连接起来成为多肽链，并进一步折叠成为立体的蛋白质分子的过程。图5-8基因的转录与翻译1、 核糖体 核糖体是rRNA与核糖体蛋白结合起来的小颗粒，是合成蛋白质的工厂。核糖体包含大小不同的两个亚基，由镁离子Mg+结合起来。大肠杆菌和其他原核生物的核塘体为70S，分子量为2.6×106，由50S大亚基和30S小亚基结合而成。高等生物的核糖体为80S，由60S大亚

37、基和40S小亚基组成。在蛋白质合成过程中，核糖体是以70S（80S）存在，因为只有这种状态才能维持他们生理上的活性。一般说来，rRNA在细胞内远较mRNA稳定，可以反复用来进行多肽链的合成，而且核糖体本身的特异性小，这就是说，同一核糖体根据与其结合的mRNA不同，可以合成不同种类的多肽。2、 蛋白质合成（1） 链的起始 在原核生物中，蛋白质合成的起始密码子为AUG，编码甲酰化甲硫氨酸。蛋白质合成开始时，首先是甲酰化甲硫氨酰tRNA与起始因子IF2结合形成第一个复合体。同时核糖体小亚基与起始因子IF3和mRNA结合形成第二个复合体。在蛋白质合成的起始过程中，起始密码子前面约7bp的一段mRNA保

38、守序列（AGGAGG）起识别作用，与核糖体小亚基16s rRNA3端的一段碱基序列互补。接着两个复合体在起始因子IF1和一分子GDP的作用下，形成一个完整的30s起始复合体。此时，甲酰化甲硫氨酰tRNA通过tRNA的反密码子识别起始密码子AUG ，而直接进入核糖体P位并释放IF3。最后与50s的亚基结合，形成完整的70s核糖体，此过程需要水解一分子GDP以提供能量，同时释放出IF1 和IF2，完成肽链的起始。真核生物蛋白质合成不同于原核生物的是：图5-9肽链合成的起始 蛋白质合成的起始氨基酸为甲硫氨酸而不是甲酰化甲硫氨酸  合成的起始位置一般是在mRNA5端第一个起始密码子AUG的位置，而不是在一个特殊的起始序列处（2） 链的延伸当甲酰化甲硫氨酰tRNA（或甲硫氨酰tRNA）结合在P位后，第二个氨基酰tRNA就进入A位，此过程需带GTP的延伸因子Tu（elongation factor，EF-Tu）的参与。EF-TuGTP是在延伸因子Ts的作用下水解一分子GTP后形成的。随后，在转肽酶（peptidyl transferase）的催化下，在A位的氨基酰tRNA上的氨基酸残基与P位上氨基酸残基的碳末端间形