生物代谢中遗传信息的转换与传递

关于生物代谢中遗传信息的转换与传递第1页，课件共51页，创作于2023年2月1、掌握遗传信息流动的中心法则、DNA复制的方式；2、熟悉参与DNA复制的主要酶类；3、RNA生物合成的特点、熟悉RNA的加工与修饰；4、DNA损伤及其修复机制；学习目标第2页，课件共51页，创作于2023年2月中心法则

DNARNA蛋白质复制转录逆转录复制翻译翻译未经证实的假想途径第3页，课件共51页，创作于2023年2月第一节DNA的生物合成第4页，课件共51页，创作于2023年2月一、DNA的复制方式——半保留复制第5页，课件共51页，创作于2023年2月半保留复制：子代DNA分子一条为亲代链，另一条链则是新合成的半保留复制的意义:

复制的这种方式可保证亲代的遗传特征完整无误的传递给子代，体现了遗传的保守性。第6页，课件共51页，创作于2023年2月二、DNA复制的一般过程第7页，课件共51页，创作于2023年2月

原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、

dCTP、dTTP)

模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA。引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌中，DNA的合成需要一段RNA链作为引物。三、与DNA复制有关的酶和蛋白质第8页，课件共51页，创作于2023年2月1.解旋解链酶（1）拓扑异构酶（解超螺旋酶）（2）解链酶（解螺旋酶）（3）单链DNA结合蛋白（SSB）稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。解开DNA的超螺旋。解开碱基对之间的氢键，形成2股单链。第9页，课件共51页，创作于2023年2月第10页，课件共51页，创作于2023年2月以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。2.引物合成酶（引发酶）第11页，课件共51页，创作于2023年2月3.DNA聚合酶在端有RNA(或DNA)的前提下，延长DNA子链。4.DNA连接酶在随后链复制过程中，将不连续的DNA子链片段连接。第12页，课件共51页，创作于2023年2月四、总结DNA复制过程1.复制的起始（1）DNA解旋、解链，形成复制叉：拓扑异构酶、解链酶及单链SSB结合蛋白（2）RNA引物合成：依赖于单链模板，由引物酶催化合成一小段RNA引物（3）特点：原核环形DNA通常只有一个起点，双向复制；真核线性DNA通多个起始点，形成多个复制叉第13页，课件共51页，创作于2023年2月2.复制的延长（1）子链延长：引物合成后，由DNA聚合酶催化，在引物3’-OH末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷三磷酸（2）半不连续合成：领头链：链的延长方向与解链方向相同，为连续合成随从链：链的延长方向与解链方向相反，为不连续合成（产生冈崎片段）第14页，课件共51页，创作于2023年2月3.复制的终止（1）水解引物及填补空隙：冈崎片段合成后，由PolI水解去除RNA引物，并填补留下的空隙。（2）连接酶连接冈崎片段形成完整双链DNA分子：空隙填补后DNA片段与片段之间一个缺口由DNA连接酶催化连接，从而产生完整的双链DNA分子第15页，课件共51页，创作于2023年2月DNA的损伤：DNA在复制时产生错配、病毒基因整合；某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏DNA的双螺旋结构。从而影响DNA的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着变化，因而表现出异常的特征。其主要形式：一个或几个碱基被置换插入一个或几个碱基一个或多个碱基对缺失DNA的损伤的修复——

四种修复途径:光复活、切除修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。五、DNA的损伤修复第16页，课件共51页，创作于2023年2月第二节RNA的生物合成一、概念转录：以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对原则，合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程称为转录。以四种核糖核苷三磷酸酸（NTP）为底物，形成3、5-磷酸二酯键相连接。转录的不对称性：在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。第17页，课件共51页，创作于2023年2月二、RNA聚合酶大肠杆菌的RNA聚合酶全酶由5种亚基αββ’σ

组成，σ因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与β’βα分离，没有σ、亚基的酶称为核心酶——只催化链的延长，对起始无作用。第18页，课件共51页，创作于2023年2月五种亚基的功能分别为：

α亚基：与启动子结合功能。

β亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。

亚基：在全酶中存在，功能不清楚。

β’亚基：与DNA模板结合功能。

σ亚基：识别起始位点。

特点：反应底物：NTP，DNA为模板、Mg2+促进聚合反应。RNA聚合酶不需要引物，合成方向53。第19页，课件共51页，创作于2023年2月1.起始位点的识别σ亚基起着识别DNA分子上的起始信号（启动子——指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列）的作用。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点5’3’3’5’35序列

Sextama框10序列Pribnow框三、RNA转录的过程第20页，课件共51页，创作于2023年2月2.转录起始

RNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放E-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板链第21页，课件共51页，创作于2023年2月3.RNA链的延伸DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA结合比较松弛，可沿DNA模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3’-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从5’

3’第22页，课件共51页，创作于2023年2月4.转录终止需要ρ因子（终止因子，协助RNA聚合酶识别终止信号）帮助，ρ因子能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分，它的作用是阻止RNA聚合酶向前移动。不依赖于ρ因子。强终止子序列有两个明显的特征：（1）在终止点之前具有一段富含G-C的回文区域。（2）富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列，它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。弱终止子：缺少回文结构强终止子：有回文结构第23页，课件共51页，创作于2023年2月新合成的RNA分子中典型的回文结构（发夹结构）第24页，课件共51页，创作于2023年2月四、RNA的转录后加工mRNA前体的加工tRNA前体的加工rRNA前体的加工第25页，课件共51页，创作于2023年2月第三节蛋白质的生物合成基因的遗传信息在转录过程中从DNA转移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。合成体系：20种氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白体、酶和因子,以及无机离子、ATP、GTP合成方向：N→C端。一.概述第26页，课件共51页，创作于2023年2月1.rRNA

与蛋白质一起构成核糖体——蛋白质合成“工厂”核糖体结构组成核糖体的基本功能结合mRNA，在mRNA上选择适当的区域开始翻译密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）的正确配对肽键的形成

存在核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙的内质网。原核中，与mRNA形成串状——多核糖体参与蛋白质合成的三类RNA及核糖体第27页，课件共51页，创作于2023年2月第28页，课件共51页，创作于2023年2月原核生物核糖体组成真核生物核糖体组成第29页，课件共51页，创作于2023年2月2.tRNA

结合氨基酸：一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3‘-CCA的位置。反密码子：每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座。反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则

第30页，课件共51页，创作于2023年2月3.mRNA携带着DNA的遗传信息，是多肽链的合成模板。在原核细胞内，存在时间短，在转录的同时翻译在真核细胞内，较稳定蛋白质合成时，mRNA结合于核糖体小亚基上，大亚基结合带氨基酸的tRNA，tRNA的反密码子与mRNA密码子配对，ATP供能，合成蛋白质。第31页，课件共51页，创作于2023年2月二遗传密码为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位置的三个核苷酸单位称为密码子或三联体密码。密码子的发现

统计学方法人工合成仅由一种核苷酸组成的多聚核苷酸，推测由哪一种氨基酸合成的多肽核糖体结合试验1965年，Nirenberg用polyu加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了全部密码，编出遗传密码表。第32页，课件共51页，创作于2023年2月遗传密码第33页，课件共51页，创作于2023年2月遗传密码子的特点无标点、不重叠

密码子是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬菌体x174中某些基因之间有重叠现象简并(degeneracy)

几种密码子对应于相同一种氨基酸。这些密码子为同义密码子通用性绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线粒体中遗传密码有例外终止信号

UAG、UAA、UGA起始信号

AUG（真核中起始为Met、原核中起始为fMet,翻译中间为Met）和氨酸的密码子(GUG)(极少出现）第34页，课件共51页，创作于2023年2月三、蛋白质生物合成过程以mRNA为模板，氨基酸经活化获得的氨酰tRNA为原料，GTP、ATP供能，在核糖体中完成。1.氨基酸的活化形成活化酯－氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基转移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA。第35页，课件共51页，创作于2023年2月氨基酸活化图示第36页，课件共51页，创作于2023年2月

氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA+H2O

氨基酰-tRNA+AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶具有高度的专一性。每一种氨基酰-tRNA合成酶只能识别一种相应的tRNA。tRNA分子能接受相应的氨基酸,决定于它特有的碱基顺序,而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA合成酶所识别。氨基酸活化的总反应式是：第37页，课件共51页，创作于2023年2月氨基酸的活化第38页，课件共51页，创作于2023年2月氨基酰-tRNA通过反密码臂上的三联体反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的氨基酸按mRNA遗传密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。肽链的合成过程（以原核为例）起始延伸终止与释放2.在核糖体上合成肽链第39页，课件共51页，创作于2023年2月肽链合成的起始起始密码的识别首先辨认出mRNA链上的起始点（AUG），核糖体小亚基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位点上游4－13个核苷酸）结合N－甲酰甲硫氨酸－tRNA的活化形成起始复合物的形成第40页，课件共51页，创作于2023年2月肽链的延长进位（氨酰tRNA进入A位点）参与因子：延长因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽链的形成肽酰基从P位点转移到A位点，形成新的肽链移位（translocase）在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖体沿mRNA（5’-3’）作相对移动，使原来在A位点的肽酰－tRNA回到P位点第41页，课件共51页，创作于2023年2月核糖体移动方向P位点A位点第42页，课件共51页，创作于2023年2月进位核糖体移位肽链的形成第43页，课件共51页，创作于2023年2月延长过程中肽链的生成肽基转移酶第44页，课件共51页，创作于2023年2月肽链的延伸过程第45页，课件共51页，创作于2023年2月肽链合成的终止与释放识别mRNA的终止密码子，水解所合成肽链与tRNA间的酯键，释放肽链R1识别UAA、UAGR2识别UAA、UGAR3影响肽链的释放速度RR帮助P位点的tRNA残基脱落，而后核糖体脱落第46页，课件共51页，创作于2023年2月蛋白质合成过程小结肽链合成方向NC（同位素证明）以mRNA的5’-3’方向阅读遗传密码该合成过程是一个耗能过程

肽链的起始需要5ATP，延长时只需4ATP，合成一个n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽链的终止不需GTP，则合成n肽所需能量3×n＋1第47页，课件共51页，创作于2023年2月3、肽链合成后的“加工处理”N端改造

fMet的切除信号肽（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除氨基酸的修饰/改造

肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化氨基酸残基的修饰4.糖基化（Asp、Ser、Thr、Asn）5.酶切一段肽链

(如：胰岛素)6.高级结构的形成形成正确的结构7.锚定（定位）第48页，课件共51页，创作于2023年2月练习题一、选择题

1.DNA上某段碱基顺序为5’-ACTAGTCAG-3’，转录后的上相应的碱基顺序为：（）

A、5’-TGATCAGTC-3’

B、5’-UGAUCAGUC-3’

C、5’-CUGACUAGU-3’

D、5’-CTGACTAGT-3’

2.参与转录的酶是（）

A、依赖DNA的RNA聚合酶B、依赖DNA的DNA聚合酶C、依赖RNA的DNA聚合酶D、依赖RNA的RNA聚合酶

3.RNA病毒的复制由下列酶中的哪一个催化进行?（）

A、RNA聚合酶B、RNA复