-核酸和蛋白质生物合成及调节课件

1、核酸的生物合成nucleic acid biosynthesis本章主要内容DNA的生物合成RNA的生物合成第一节 DNA的生物合成中心法则（ central dogma）遗传信息传递方向的规律基因表达：是指将遗传信息由DNA转录为RNA、再翻译成蛋白质的过程半保留复制复制起始点（ori)双向复制半不连续复制一、复制（replication）（一）DNA复制的基本原则半保留复制semiconservative replicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC亲代子代DNA半保留复制的实验 从复制起始点向2个方向进

2、行双向复制双向复制半不连续复制（semidiscontinous replication)冈崎片段（二）参与DNA复制的主要酶类解旋、解链酶类DNA拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA连接酶1、解旋、解链酶类 解链酶(helicase)解开DNA双链中氢键，消耗ATP 单链结合蛋白（single-stranded DNA-binding protein）与单链DNA结合，保持模板处于单链状态，保护复制中的DNA单链不被核酸酶降解。 DNA拓扑异构酶（topoisomerase)复制前：松弛DNA超螺旋，克服扭结现象复制后：TopoII作用下，重新引入超螺旋（需ATP供能）解链酶

3、 DNA拓朴异构酶 单链DNA结合蛋白 SSB解开、理顺 DNA链、维持DNA单链状2、引物酶(primase)DNA聚合酶合成新DNA时需要引物（一小段RNA）引物RNA3-OH末端作为DNA合成的起始点引物酶与多种起始蛋白结合形成引发体引物酶催化合成引物（primer)3、DNA聚合酶（DNA polymerase)DNA聚合酶的作用特点：模板：解开的DNA双链催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合形成3,5磷酸二酯键新链延长方向5 / 3 /具核酸外切酶活性原核DNA聚合酶pol： 35外切酶活性，参与DNA修复校正 53外切酶、聚合酶活性， 切除引物并填补空隙 具有切口

4、平移作用pol ：生理功能尚不清楚，无酶、时起作用pol ：复制延长中真正起复制作用的酶具3/-5/核酸外切酶活性，校正作用DNA复制高保真性的机制 DNA模板指导 正确选择碱基配对 校读功能4、DNA连接酶(DNA ligase) 通过3/，5/-磷酸二酯键连接互补链中DNA片段 不能连接单独存在的DNA或RNA单链。（三）DNA的复制过程模板DNA解旋与解链，形成复制叉；形成引发体，合成RNA引物；按A=T、G=C碱基配对规则，合成DNA；切除引物、填补空隙、形成冈崎片段；DNA连接酶连接封口，形成长链DNA；6. 在Tus蛋白参与下，终止复制。(terminus utilization

5、substance)DNA复制示意图拓扑异构酶解链酶5/ 3/3/ 5/ 3/ 5/DNA聚合酶单链结合蛋白DNA聚合酶前导链 随后链DNA连接酶冈崎片段引物酶二、逆转录(reverse transcription)概念：以RNA为模板合成DNA的过程酶：逆转录酶 依赖RNA的DNA聚合酶功能 RNaseH功能（水解RNA-DNA杂交链） 依赖DNA的DNA聚合酶功能逆转录酶-RNaseH-+-cDNA整合入宿主细胞DNA分子中病毒RNARNA-cDNA 杂交体cDNA双股cDNA宿主细胞DNA分子整合了cDNA的宿主细胞DNA分子逆转录酶意义： 对中心法则的补充 有助于基因工程的实施 逆转录

6、过程HIV生活史三、DNA复制与端粒、端粒酶端粒: 是由蛋白质和DNA紧密结合的结构端粒酶: 是一种自身携带模板RNA的逆转录酶端粒酶特殊的生物学功能：1. 端粒酶活性与遗传信息的稳定性；2. 端粒酶活性与细胞衰老；3. 端粒酶活性与肿瘤(telomere、telomerase)端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。（一）真核生物端粒的形成：功能 维持染色体的稳定性 保证DNA复制的完整性端粒的结构特点 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、T碱基的短 序列。TTTTGGGGTTTTGGGG线性DNA在复制完成后

7、，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。53355335端粒酶(telomerase)端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。端粒酶的分子结构端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT) 端粒酶的组成端粒酶的爬行模型（动画演示）四、DNA损伤（突

8、变）与修复突变自发突变(spontaneous mutation)人工诱变(induced mutation)（一）引起突变的因素物理因素：紫外线、各种辐射化学因素：亚硝酸盐、烷化剂、芳香烃类生物因素：RNA病毒等 （二）突变的类型点突变(point mutation) （ 错配）转换(transition) ：A G 或 C T 颠换 (transversion)：嘌呤碱 嘧啶碱框移突变(frameshift mutation)缺失、插入1个碱基重排(rearrangement)血红蛋白中遗传信息的异常正常DNA TGTGGGCTTCTTTTTmRNA ACACCCGAAGAAAAAHbA（

9、链）（氨基末端）苏脯谷6谷 赖异常DNA TGTGGGCATCTTTTTmRNA ACACCCGUAGAAAAAHbS（链）（氨基末端）苏脯缬6谷 赖镰刀形红细胞性贫血HbA与HbS比较由基因重排引起的两种地中海贫血基因型（三）DNA的损伤修复光复活切除修复重组修复SOS修复光修复(photoreactivation)紫外辐射DNA链上两个胸腺嘧啶残基间形成二聚体光修复酶切除修复核酸内切酶DNApol ，DNA ligase(excision repair)重组修复(recombinational DNA repair）第二节 RNA的生物合成（转录）(transcription)一、参与转录

10、的主要物质转录模板RNA聚合酶底物终止因子（一）转录模板转录的模板：DNA双链中的一条模板链：DNA双链中具有转录功能的一条链（template strand）编码链：贮存有遗传信息与模板链互补的一条链（coding strand）5/3/3/5/不对称转录： 1、RNA分子上只有一条可转录 2、模板链并不总是在同一单链上RNA合成方向：5/3/不对称转录（asymmetric transcription）DNA 5G G A G T A C A T G T C 3（编码链，+, ） 3C C T C A U G U A C A G 5（模板链，-，） （转录） 5 G G A G U A C

11、 A U G U C 3 mRNA （翻译） N Ala Val His Val C 多肽 （二）RNA聚合酶原核细胞(RNA polymerase) 亚基 功能 2 决定哪些基因被转录 与转录全过程有关 结合DNA模板 辨认起始点全酶：核心酶（ 2 ） + 起始因子（）类型 细胞内定位 催化转录产物 对鹅膏蕈碱的反应 核仁 rRNA前体 耐受 核质 mRNA前体 极敏感 核质 5SrRNA tRNA 中度敏感（二）RNA聚合酶真核细胞（三）底物RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）： ATP、GTP、CTP、UTP二、转录过程 转录起始2、转录延长3、转录终止（原核生物）形成第一个3 / ，

12、5/-磷酸二酯键，因子脱离全酶（第一个核苷酸：GTP或ATP）RNA 聚合酶识别、结合启动子-10核苷酸TATAAT（Pribnow 盒）富含AT-35核苷酸TTGACA启动子 转录起始(transcription initiation)转录起始动画核心酶催化，在模板指导下沿5/-3/方向延伸RNA链2、转录延长(transcription elongation)转录空泡终止子非依赖于因子的终止子依赖于因子的终止子terminator3、转录终止（transcription termination）非依赖因子的终止1、GC丰富，重复序列2、形成发夹样结构依赖与因子的终止转录全过程真核细胞mRN

13、A前体的加工 转录过程中的5/端加帽与3/端加尾的修饰mRNA的前体：核内不均一RNA（hnRNA）2. 切除内含子(intron)，拼接外显子(exon)非编码序列编码序列(hetero nuclear RNA)m7GpppNmpoly A帽子结构尾巴结构 DNA和RNA生物合成的比较(1) 复制 转录1. 原料 dNTP NTP2. 模板 DNA两条链 DNA一条链3. 引物 需要RNA引物 不需引物4. 新连延伸方向 53 535. 主要酶类 DNA聚合酶 RNA聚合酶 解旋、解链酶类 （2） 引物酶 终止因子() DNA连接酶DNA和RNA生物合成的比较(2) 复制过程 转录过程模板D

14、NA解旋与解链， 因子辨认起始点, 形成复制叉； 带动全酶解开DNA双链,形成引发体， 促使转录起动； 合成RNA引物； 因子随之脱落下来；3. 按A=T、G=C碱基配对 在核心酶催化下, 规则，合成DNA； 使RNA链不断延长；切除引物、填补空隙、 因子终止链延长。 形成冈崎片段；DNA连接酶连接封口， 形成长链DNA；6. 在Tus蛋白参与下， 终止复制第十五章 蛋白质的生物合成biosynthesis of protein本章主要内容参与蛋白质生物合成的主要物质蛋白质生物合成的过程翻译后的加工蛋白质生物合成体系n 氨基酸 蛋白质mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白质因子、ATP、GTP第

15、一节 参与蛋白质生物合成的主要物质mRNAtRNArRNA一、mRNA翻译的模板CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr- mRNA分子中，从5/-3/每三个相邻的 碱基组成的三联体，代表某个氨基酸 共有64种61种代表20中氨基酸3种UAA、UAG、UGA终止密码(codon)AUG起始密码蛋氨酸 密码子：遗传密码表第一碱基（5/-端）第 二 碱 基第三碱基（3/-端）终止终止*在mRNA起始部位的AUG为起始信号 方向性 通用性 简并性 连续性遗传密码的特

16、点同一氨基酸具有多种密码子同义密码第1、2位第3位决定密码的特异性摆动 方向性：5/3/ 通用性：（在线粒体或叶绿体中特殊） 简并性：沿5/-3/方向连续阅读插入碱基缺失碱基移码突变 连续性：二、tRNA搬运氨基酸Ser5Tyr5密码子与反密码子的配对I A、C、UU A、GG C、U反密码子识别密码子第1位（摆动配对）第3位（tRNA）（mRNA）氨基酸的活化氨基酸与tRNA的结合氨基酸 + ATP+ tRNA氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA + AMP +PPi三、核糖体蛋白质合成的场所rRNA + 蛋白质核糖体（核蛋白体）大亚基 小亚基真核细胞：5S、 5.8S 、28S18S蛋白

17、质大亚基（60S）小亚基（40S）原核细胞：5S、 23S16S蛋白质大亚基（50S）小亚基（30S）核糖体大小亚基的组成80S70S小亚基与mRNA的结合S-D序列53小亚基大亚基P位：结合肽酰tRNA的部位A位：结合氨基酰tRNA的部位P位 A位第二节 蛋白质生物合成的过程mRNA中碱基的排列顺序蛋白质中的AA的排列顺序翻译起始延长终止注册成肽转位一、起始阶段起始复合体大亚基mRNAMet-tRNA(fMet-tRNA)小亚基IF-1，2，3GTP起始复合物的形成过程1 2二、肽链的延长阶段进位 成肽 转位1 延长因子（EF）条件：EF-TEF-GEF-TuEF-Ts过程：2 GTP肽链的

18、延长进位成肽转位Tu-Ts三、终止阶段A位上出现终止密码子，在释放因子RF-1、RF-2、RF-3、GTP及转肽酶作用下，多肽链水解肽链合成的终止多核糖体第三节 翻译后的加工一级结构的修饰高级结构的修饰靶向输送蛋白质的靶向输送概念：蛋白质合成后定向到达其功能部位的过程分泌性蛋白和细胞固有蛋白 mRNA 5/端有信号码 编码信号肽 决定靶向输送分泌性蛋白质的跨膜转运第十六章 基因表达的调控原核生物基因转录调控 乳糖操纵子调节机制色氨酸操纵子调节机制一、乳糖操纵子(lac operon)调节机制5/3/3/5/启动子 操纵序列 3个结构基因调控区 信息区乳糖操纵子操纵子：生物学功能相关的基因组合在一起 成为DNA中的1个转录单位（operon）调节基因阻遏蛋白POIZ Y ACAP结合点（一）阻遏蛋白的负性调节缺乏乳糖时：I基因阻遏蛋白与O序列结合阻止RNA聚合酶的结合阻止结构基因转录阻遏蛋白存在乳糖时：乳糖（诱导剂）阻遏蛋白+乳糖复合物阻止阻遏蛋白与O的结合结构基因开放表达合成利用乳糖的酶诱导剂CAP-cAMP的正