核酸和蛋白质的生物合成

核酸和蛋白质的生物合成第一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一中心法则第二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（RNA指导的DNA合成）（六）DNA的损伤与修复第三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA第四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（一）DNA的半保留复制

DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板，按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整接受过来，另一股单链则完全重新合成，两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这种复制方式为半保留复制。第五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一保证遗传信息传递的忠实性；遗传和变异的统一第六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（二）DNA复制的起始点和方向DNA复制是从DNA上一个固定点开始的；DNA复制起始点称为原点；它的复制从原点开始可双向同时进行，也可以单向进行；DNA复制是边解链边复制，复制中的DNA在复制点呈叉状，这个分叉点称为复制叉。第七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制子3’真核生物DNA多复制子复制第八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一半不连续复制顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。复制方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为冈崎片段。第九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一3535解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)冈崎片段(okazakifragment)领头链连续复制而随从链不连续复制——复制的半不连续性第十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一DNA复制的特点固定的起始点边解链边复制单向或双向沿53

方向复制半保留复制半不连续第十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一参与DNA复制的物质模板：解开成单链的DNA母链底物：dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)引物：提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合聚合酶：依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol其他的酶和蛋白质因子第十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（三）原核细胞DNA的复制复制的起始延长终止第十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-poldNMP引物:短链RNA分子第十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一领头链的合成领头链：顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。第十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一随从链的合成随从链：复制方向与解链方向相反，为不连续复制，这股不连续复制的链称为随从链。复制中位于随从链上的不连续片段称为冈崎片段(okazakifragment)。第十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（四）真核生物的DNA生物合成

第十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一•多复制子复制子(replicon)：相邻两个复制起点之间的距离。复制子是独立完成复制的功能单位。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。

复制的起始第十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一3553领头链3535亲代DNA随从链引物核小体复制的延长DNA-polδDNA-polα第十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一353355335+5333555′复制的终止染色体DNA呈线状，复制在末端停止。第二十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一1、亲代DNA为模板严格遵守碱基配对规律2、复制延长时聚合酶对碱基的选择功能3、复制出错时DNA-pol的即时校读功能4、错配修复机制DNA复制具有保真性第二十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（五）反转录作用（RNA指导的DNA合成）指遗传信息从RNA流向DNA，是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链。RNADNA

逆转录酶第二十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一逆转录酶(reversetranscriptase)

催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNA病毒中都含有此酶。具有三种酶活性：

RNA指导的DNA聚合酶

RNA酶

DNA指导的DNA聚合酶第二十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一逆转录过程RNA模板逆转录酶（RNA指导的DNA聚合酶）DNA-RNA杂化双链逆转录酶（RNA酶）单链DNA逆转录酶（DNA指导的DNA聚合酶）双链DNA第二十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（六）DNA的损伤与修复DNADamage(Mutation)andRepair第二十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNAdamage)。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。

第二十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一引发突变的因素物理因素如紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射UV胸腺嘧啶二体第二十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一化学因素第二十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一DNA损伤的修复修复(repairing)

是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复

修复的主要类型第二十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一二、RNA的生物合成第三十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一转录(transcription)

生物体以DNA为模板合成RNA的过程

DNA

RNA转录第三十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（一）参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)

模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNA-pol)其他蛋白质因子第三十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一

结构基因（structuralgene）：能转录生成RNA的DNA区段。

模板链（templatestrand）：

DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股链。

编码链（codingstrand）：

DNA双链中与模板链相对应的另一条链1、模板第三十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一第三十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一不对称转录：在DNA分子双链上，一股链用作模板指导转录，另一股链不转录；模板链并非总是在同一条链上。

第三十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一2、原料

4种核糖核苷三磷酸：

ATP、GTP、CTP、UTP

作为RNA聚合酶的底物第三十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一3、RNA聚合酶全称：依赖DNA的RNA聚合酶

(DNA-dependentRNApolymerase)简称：RNA-pol它以DNA为模板，4种NTP为原料，按A=U、CG碱基配对规则，催化合成5′→3′方向的RNA链。第三十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一原核生物的RNA聚合酶第三十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一真核生物的RNA聚合酶第三十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一4、终止因子（ρ）其作用是协助RNA聚合酶辨认终止点并终止转录第四十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（二）转录的过程

转录是以DNA为模板合成RNA的过程包括起始、延长和终止三个阶段第四十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一1、起始阶段转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。第四十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一2、延长阶段

RNA–pol聚合酶核心酶沿着DNA模板链3′→5′方向，催化合成5′→3′方向的RNA链。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi第四十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（三）终止阶段

RNA聚合酶在DNA模板链上停止滑动，转录产物RNA链停止延长并从转录复合物上脱落下来分类依赖ρ因子的转录终止依赖茎环结构的转录终止第四十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一转录全过程第四十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（三）转录后加工真核生物转录产物RNA都要经过一系列改变才能成为有生物活性的RNA分子。第四十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一1、mRNA的转录后加工

mRNA的前体分子被称为核内不均一RNA（hnRNA）

hnRNA需进行5′端（形成帽子结构m7GpppGp—）和3′端（加多聚腺苷酸尾巴polyA）的修饰，再进行剪接加工，才能成为成熟mRNA。第四十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一mRNA的剪接外显子(exon)：能编码多肽链中氨基酸的序列的被称为外显子。内含子(intron)：不被翻译的插入序列被称为内含子。

mRNA的剪接：除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。第四十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一2、tRNA的转录后加工第四十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一3、rRNA的转录后加工第五十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一第十三章蛋白质的生物合成一、遗传密码二、核糖体三、转移RNA的功能四、蛋白质生物合成的分子机制五、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异第五十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一mRNA分子中的遗传信息转变为蛋白质的氨基酸排列顺序的过程称为翻译（translation）第五十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一蛋白质的生物合成体系原料：20种氨基酸模板：mRNA场所：核蛋白体氨基酸的“搬运工具”：tRNA酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子能量：ATP、GTP无机离子第五十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一起始密码(initiationcoden):5′端第一个AUG表示起动信号，并代表甲酰甲硫氨酸(细菌)或甲硫氨酸(高等动物)

密码子（codon）：mRNA从5′端→3′端，每3个核苷酸组成一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终止信号。终止密码(terminationcoden)：UAA、UAG或UGA（不编码氨基酸）一、遗传密码第五十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一遗传密码表UCUCUCUCAGAGAGAG第三个字母第五十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一密码子的特点1、不重叠性2、简并性3、通用性4、连续性第五十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一二、核糖体核糖体（核蛋白体）是多肽链合成的装置核糖体可游离存在，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。第五十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一原核生物真核生物核糖体小亚基大亚基核糖体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种不同细胞核糖体的组成蛋白质rRNA第五十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一原核生物翻译过程中核糖体结构与功能A位：氨基酰位(结合AA-tRNA)P位：肽酰位(结合肽酰-tRNA和起始Met-tRNA)E位：排出位(转肽酶、GTP酶)第五十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一三、转移RNA的功能一种tRNA可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数种tRNA携带。第六十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一搬运工具—tRNA与氨基酸结合与氨酰-tRNA合成酶结合识别密码子与核糖体结合第六十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一四、蛋白质生物合成的分子机制蛋白质合成的过程大致分为五个阶段：氨基酸的激活；肽链合成的起动；肽链的延长；肽链合成的终止和释放；肽链的折叠和加工处理。第六十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（一）氨基酸的激活（1）氨酰-tRNA合成酶：高度特异识别氨基酸、tRNA；校对活性（2）能量：1个ATP（2个高能键）氨基酸+tRNA氨酰-tRNAATPAMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶第六十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（二）在核糖体上合成多肽

1、起始复合物的生成（1）起始因子3种IF（原核）：IF1、IF2、IF3多种eIF（真核）：eIF2是合成调控的关键物质（2）能量：GTP（真核体系还需ATP）（3）起始AA-tRNAfMet-tRNAfmet（原核）Met-tRNAmet（真核）（4）起始复合物组成：大、小亚基、mRNA、起始因子、起始AA-tRNA第六十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一小亚基先与起始AA-tRNA结合（真核）起始复合物形成过程核蛋白体的拆离、mRNA就位、起始tRNA结合、大亚基结合小亚基先与mRNA结合（原核）第六十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一2、肽链延长

（1）延长因子EF-T：真核为EF-T1与T2，原核为EF-Tu、Ts与EF-G（2）能量：GTP

方向：N端→C端（肽链）；5′端→3′端（mRNA）（3）过程进位：EF-Tu、Ts或T1、GTP；进入A位转肽：转肽酶；P位酰基与A位氨基反应转位、脱落、移位：EF-G（转位酶）或T2、GTP

；由A位移至P位，A位留空第六十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）

第六十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（1）释放因子RF：原核：3种真核：1种（2）能量：GTP（3）转肽酶活性转变：转肽酶→酯酶（水解酶）

3、终止第六十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一参与翻译的蛋白质因子阶段原核真核功能

IF1

IF2

eIF2参与起始复合物的形成

IF3

eIF3、eIF4C

起始CBPI与mRNA帽子结合

eIF4ABF参与寻找第一个AUG

eIF5协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放

eIF6协助60S亚基从无活性的核糖体上解离

EF-Tu

eEF1

协助氨酰-tRNA进入核糖体延长EF-Ts

eEF1

帮助EF-Tu、eEF1周转

EF-G

eEF2移位因子终止RF-1eRF释放完整的肽链

RF-2因子前加“e”表示真核生物(eukaryotic)第六十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一（三）翻译后加工1、去除N-甲酰基（原核）或N-蛋氨酸（真核）2、二硫键形成：生成胱氨酸5、水解修剪

3、氨基酸侧链修饰：羟化（生成羟脯氨酸、羟赖氨酸）、乙酰化、磷酸化、甲基化与羟甲基化、加糖、加脂，等

6、亚基聚合

4、辅基结合

多肽链折叠为天然三维结构肽链一级结构的修饰空间结构的修饰第七十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离第七十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合第七十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'第七十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'第七十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第七十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基准确就位；核蛋白体大亚基结合。第七十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第七十七页，共九十三页，编辑于2023年，星期一又称注册(registration)1、进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。

第七十八页，共九十三页，编辑于2023年，星期一延长因子EF-T催化进位（原核生物）

第七十九页，共九十三页，编辑于2023年，星期一第八十页，共九十三页，编辑于2023年，星期一TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP第八十一页，共九十三页，编辑于2023年，星期一2、转肽由转肽酶催化的肽键形成过程第八十二页，共九十三页，编辑于2023年，星期一3、移位延长因子EF-G有移位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。第八十三页，共九十三页，编辑于2023年，星期一进位移位转肽第八十四页，共九十三页，编辑于2023年，星期一原核肽链合成终止过程第八十五页，共九十三页，编辑于2023年，星期一UAG5'3'RFCOO-第八十六页，共九十三页，编辑于2023年，星期一多核蛋白体

1个mRNA和多个核蛋白体的聚合物，体现了蛋白质合成的高速、高效性。每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的