C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件

第十一章核酸代谢与蛋白质生物合成核酸：遗传物质蛋白质：生命活动执行者第十一章核酸代谢与蛋白质生物合成核酸：遗传物质1核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何处去？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸分解合成第一节：核酸的消化与吸收核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化2核苷酸的生理功用核酸合成的原料细胞内能量的利用形式：如ATP生理调节介质：cAMP、cGMP辅酶的构成成分：FAD、NAD+、NADP＋活化中间代谢物：UDPG、SAM酶的变构调节剂：ATP、ADP、AMP等核苷酸的生理功用核酸合成的原料3一、嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷1-磷酸核糖碱基核苷酸酶核苷磷酸化酶补救合成或进一步分解第二节核酸的分解代谢一、嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷1-磷酸核糖碱基核苷酸酶核4核糖脱氨基酶A-腺嘌呤腺苷次黄苷核苷磷酸化酶核糖-1-磷酸次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶H2OO2黄嘌呤氧化酶H2OO2黄嘌呤尿酸核糖脱氨基酶A-腺嘌呤腺苷次黄苷核苷磷酸化酶核糖-1-磷酸次5AMP次黄嘌呤GMP鸟嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸AMP次黄嘌呤GMP鸟嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸6高嘌呤饮食体内核酸大量分解肾疾病嘌呤核苷酸代谢酶缺陷血中尿酸含量升高痛风尿酸盐晶体沉积血[尿酸]>0.48mmol/L高嘌呤饮食血中尿酸含量升高痛风尿酸盐晶体沉积血[尿酸]>0.7C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件8痛风的治疗次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸的生成与PRPP反应生成别嘌呤核苷酸，减少嘌呤核苷酸的生成痛风的治疗次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制9二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷10胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATAC糖异生胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-11嘌呤核苷酸合成第三节核酸的合成代谢嘌呤核苷酸合成第三节核酸的合成代谢12嘌呤核苷酸的从头合成（denovosynthsis）（1）原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、CO2天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸一碳单位一碳单位CO2嘌呤核苷酸的从头合成（denovosynthsis）天冬13（2）过程：两个阶段第一阶段：次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成第二阶段：腺嘌呤核苷酸(AMP)与鸟嘌呤核苷酸(GMP)的生成嘌呤核苷酸的从头合成（2）过程：两个阶段嘌呤核苷酸的从头合成14IMP的合成R-5-PPRPPPRPP合成酶PRA酰胺转移酶GARFGARFGAMAIRCAIRSAICARAICARFAICARIMPGlnGlyGlnH2OCO2AspH2OATPATPATPATPfumarateCHO-FH4CHO-FH4IMP的合成R-5-PPRPPPRPP合成酶PRA酰胺转移酶15AMP与GMP的生成IMP腺苷酸代琥珀酸黄嘌呤核苷酸（XMP）AspNADH+H+NAD+AMPGTPGMPGlnATP延胡索酸AMP与GMP的生成IMP腺苷酸代琥珀酸黄嘌呤核苷酸（XMP16AMPADPATP激酶激酶ATPADPATPADPGMPGDPGTP激酶激酶ATPADPATPADPAMPADPATP激酶激酶ATPADPATPADPGMPGD17（3）部位：以肝脏为主，其次是小肠粘膜及胸腺。并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力。（4）特点：在磷酸核糖分子上逐步合成，而不是首先单独合成嘌呤碱再与磷酸核糖结合。嘌呤核苷酸的从头合成（3）部位：以肝脏为主，其次是小肠粘膜及胸腺。并不是所有细胞18嘌呤核苷酸的补救合成途径（salvagepathway）概念：细胞利用现成的嘌呤碱基或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成途径。嘌呤核苷酸的补救合成途径（salvagepathway）19腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPiAPRT次黄嘌呤＋PRPPIMP＋PPiHGPRT鸟嘌呤＋PRPPGMP＋PPiHGPRT腺嘌呤核苷AMP腺苷激酶ATPADP反应：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPiAPRT次黄嘌呤＋20生理意义：（1）节省能量与氨基酸消耗（2）某些器官如脑、骨髓等，缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶体系，只能进行补救合成生理意义：21在二磷酸核苷（NDP）的水平上直接还原由核糖核苷酸还原酶催化脱氧嘧啶核苷酸（dUDP、dCDP)也是在二磷酸核苷的水平生成（dTMP除外）脱氧（核糖）核苷酸的生成在二磷酸核苷（NDP）的水平上直接还原脱氧（核糖）核苷酸的生22碱基碱基NADPH+H+NADP++H2O核糖核苷酸还原酶碱基碱基NADPH+H+NADP++H2O核糖核苷酸还原酶23NDPdNDP核糖核苷酸还原酶硫氧化还原蛋白-(SH)2硫氧化还原蛋白SS(还原型)(氧化型)NADPH+H+NADP+硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）NDPdNDP核糖核苷酸还原酶硫氧化还原蛋白-(SH)2硫24从头合成途径补救合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢从头合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢25（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。定义合成部位（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合26嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶合成的元素来源氨基甲天冬氨酸27合成过程1.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸合成过程1.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基28C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件29C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件302.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi2.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸313.dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP3.dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯F32（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷33DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesis，Replication

第三节DNA的生物合成第三节34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复制(replication)复制亲代DNA子代DNA35复制的方式——半保留复制(semi-conservativereplication)复制的高保真性(highfidelity)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)复制的方式36一、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(template)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地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。半保留复制的概念一、半保留复制DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，37AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

目录ATCGATTAATAT+母链DNA复制过程中形成的复制叉38按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子39原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。二、双向复制复制中的放射自显影图象原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链40A.环状双链DNA及复制起始点B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter)oriterABCA.环状双链DNA及复制起始点oriterA41真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)

。复制子是独立完成复制的功能单位。真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。425’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制子3’5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’43三、复制的半不连续性3

5

3

5

解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)三、复制的半不连续性3535解链方向3´5´3´3´44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。另一股链因为复制的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岡崎片段(okazakifragment)。

领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

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。45参与DNA复制的物质

底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合

其他的酶和蛋白质因子参与DNA复制的物质底物(substrate):dAT46一、复制的化学反应

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

目录一、复制的化学反应(dNMP)n+dNTP→(dN47聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿5→3

方向进行。聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；48一、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)简称：DNA-pol活性：催化磷酸二酯键形成一、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-d495´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´3

5

外切酶活性

5

3

外切酶活性?能切除突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。

核酸外切酶活性

目录5´AGCTTCAG50（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠ51（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠ：与修复有关DNA-polⅡDNA-polⅢ：复制主要酶（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠ：与修复有关52（二）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol

起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

（二）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引发，有引53二、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化

DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。

二、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化DNA分子的碱54（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白55解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链引物酶(primase)——复制起始时催化生成RNA引物的酶单链DNA结合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整

解螺旋酶(helicase)56108局部解链后（二）DNA拓扑异构酶(DNAtopoisomerase)

108局部解链后（二）DNA拓扑异构酶(DNAtop57解链过程中正超螺旋的形成目录解链过程中正超螺旋的形成目录58拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键拓扑异构酶Ⅰ

拓扑异构酶Ⅱ分类拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶Ⅰ分类59拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。作用机制

拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结60三、DNA连接酶连接DNA链3

-OH末端和相邻DNA链5

-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。DNA连接酶(DNAligase)作用方式三、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链561HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’目录HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’62DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。功能63DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplicationDNA生物合成过程64（一）复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成

（一）复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提65DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3

5

3

5

含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

DnaADnaB、DnaCDNA663

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

引物3'HO5'引物酶3535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。引67（二）复制的延长复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

（二）复制的延长复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP685'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol目录5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTP69目录目录70复制过程简图目录复制过程简图目录71原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）复制的终止原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(725

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA连接酶随从链上不连续性片段的连接555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP573DNA损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepairDNA损伤（突变）与修复74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。

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75一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础

一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础76二、引发突变的因素物理因素

紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射

UV二、引发突变的因素物理因素紫外线(ultraviole77化学因素目录化学因素目录78三、突变的分子改变类型错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

三、突变的分子改变类型错配(mismatch)框移79DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。

2.颠换（一）错配DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation80镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

val

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽链CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

glu

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽链CTCGAG基因镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val·h81（二）缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。

缺失或插入都可导致框移突变

。（二）缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大82谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突变谷酪蛋83（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。

（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。84由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目录由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目录85四、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)丢失碱基和去碱基部位的修复：DNA糖苷酶甲基化指导的不配对修复

修复的主要类型四、DNA损伤的修复修复(repairing)光修复(li86（一）光修复光修复酶(photolyase)

UV（一）光修复光修复酶(photolyase)UV87UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP

（二）切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。DNA连接酶ATPE.coli的切除修复机制目录UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP（二）切88（转录）RNA的生物合成（转录）RNA的生物合成89转录(

transcription

)——生物体以DNA为模板合成RNA的过程转录RNADNA

转录(transcription)——转录RNADN90参与转录的物质：原料:4种NTP

(ATP,

UTP,GTP,CTP)

模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白质因子参与转录的物质：原料:4种NTP(ATP91转录与复制的区别：复制转录模板：两条链均作为模板复制一条链作为模板转录原料：dNTPNTP配对：A—T，G—CA—U，T—A，G—C聚合酶：DNA聚合酶RNA聚合酶DDDPDDRP（转录酶）产物：半保留复制得两条子代DNA引物需要不需要mRNA、tRNA、rRNA转录与复制的区别：复制转录模板：两条链92

模板和酶模板和酶93一模板

5

3

3

5

模板链编码链（codingstrand）结构基因（structuralgene）编码链模板链（templatestrand）

一模板53模板链编码链（codingstr94不对称转录

（asymmetrictranscription）*在DNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；*模板链并非永远在同一单链上。不对称转录（asymm95

36512决定哪些基因被转录150618催化功能

155613结合DNA模板

70263辨认起始点亚基分子量功能二RNA聚合酶1原核生物的RNA聚合酶:3651296核心酶

coreenzyme全酶

holoenzyme

核心酶coreenzyme全酶holoenzyme972真核生物的RNA聚合酶种类

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

对鹅膏蕈碱的反应45S-rRNAhnRNA

5S-rRNAtRNA、snRNA耐受极敏感中度敏感转录产物2真核生物的RNA聚合酶种类98三模板和酶的辨认、结合一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子（operon

，包括若干个结构基因及其上游的调控序列。

5

3

3

5

结构基因调控序列RNA-pol——启动子（promoter)RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为三模板和酶的辨认、结合一个转录区段可视为99启动子的研究：

(RNA聚合酶保护法)5

5

RNA聚合酶保护区结构基因启动子的研究：55RNA聚合酶保护区结构基因100

保守序列（一致性序列）开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

保守序列开始转录TTGACA-35101

转录过程转录过程102一转录起始转录起始需解决两个问题：

1、RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域2、DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板一转录起始转录起始需解决两个问题：103（一）原核生物的转录起始2DNA双链解开,形成转录空泡1RNA聚合酶全酶(

2)与模板结合

3在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应–

5’-pppGpN–OH+ppiRNApol-DNA-pppGpN-OH

pppGNTPpppGpN-OHppi起始复合物:5’-pppG-OH+NTP（一）原核生物的转录起始2DNA双链解开,形成104（二）真核生物的转录起始

也需要RNA聚合酶辨认、结合转录起点上游的DNA序列，生成起始复合物。顺式作用元件------

真核生物结构基因上游的调控区存在的相似或一致性的DNA序列。

（二）真核生物的转录起始也需要RNA聚合酶辨认、结105-GCGC---CAAT---TATA转录起始TATA盒CAAT盒GC盒结构基因增强子顺式作用元件-GCGC---CAAT---TATA转录起始TATA106DTATAABDNATATAFE反式作用因子------

直接或间接辨认、结合顺式作用元件并影响其功能的蛋白质。

RNA聚合酶与模板DNA的结合需一系列转录因子(TF)的参与。RNA聚合酶DTATAABDNATATAFE反式作用因子------107二转录延长1、

亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2

、在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi二转录延长1、亚基脱落，RNA–pol聚108转录复合物:RNA-pol(核心酶)

····DNA····RNA转录复合物:RNA-pol(核心酶)····DNA109C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件1105

3

DNA原核生物转录过程中的现象核糖体RNARNA聚合酶53DNA原核生物转录过程中的现象核糖体RNARNA聚合111三转录终止------RNA聚合酶在DNA模板上停止前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来(一)原核生物的转录终止1、依赖ρ因子（Rho)的转录终止2、不依赖ρ因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。三转录终止------RNA聚合酶在DNA模板上112ATPATP113TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT

DNA或UUUU˙

˙

˙

˙

˙

˙UUUU˙

˙

˙

˙

˙

˙茎环结构RNATTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTG1145’pppG53

35茎环结构使转录终止：1，使RNA聚合酶变构2，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放RNA-pol5’pppG5335茎环结构使转录终止：1，使RN115（二）真核生物的转录终止——和转录后修饰密切相关5’------AAUAAA-5’------AAUAAA--Poly(A)mRNA核酸酶-GUGUGUGAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点5’5’3’3’RNA-pol（二）真核生物的转录终止——和转录后修饰密切相关5’116转录后修饰

（真核生物）转录后修饰117几种主要的修饰方式：1、剪接(splice)2、剪切(clavage)3、碱基修饰4、添加几种主要的修饰方式：1、剪接(splice)2、剪118一

mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰1、5

端形成帽子结构2、3

端加上聚腺苷酸（polA）尾巴

5

m7GpppGp—

(

NTP)n(NTP)

n—AAAAAA-OH3

一mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰1、5端119（二）mRNA内的剪接1、hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA

（hetero-nuclearRNA,hnRNA

)

snRNA

(smallnuclearRNA)（并接体）核内的蛋白质核糖核酸蛋白体snRNA（二）mRNA内的剪接1、hnRNA和snRNA核1202、断裂基因、外显子和内含子真核生物的结构基因，由若干个编码区和非编码区

互相间隔开但又连续镶嵌而成。断裂基因(splitegene)

CABD编码区A、B、C、D非编码区2、断裂基因、外显子和内含子真核121外显子(exon)

内含子(intron)

真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的DNA序列。

真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的DNA序列。外显子(exon)内含子(intron)1223、mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接并接体3、mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子123二tRNA的转录后加工剪切

(a)二tRNA的转录后加工剪切(a)124剪接(b)(c)添加碱基修饰(d)剪接(b)(c)添加碱基修饰(d)125碱基修饰的方式：（2）还原反应

如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：A

Im如：AA（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）碱基修饰的方式：（2）还原反应如：UDHU（126三rRNA的转录后加工转录45S-RNA剪接18S-RNA5.8S,28SRNArDNA28S5.8S18S三rRNA的转录后加工转录45S-RNA剪接1127四膜虫的rRNA二级结构rRNA的剪接采用自我剪接方式四膜虫的rRNA二级结构rRNA的剪接采用自我剪接方式128——槌头状结构最简单的核酶二级结构具有酶促活性的RNA称为核酶（ribozyme）——槌头状结构最简单的核酶二级结构具有酶促活性的RNA称为129人工设计的核酶粗线表示天然DNA分子细线表示合成DNA分子X表示一致性序列箭头表示切断点人工设计的核酶粗线表示天然DNA分子细线表示合成DNA分子X130C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件131（四）RNA复制以RNA为模板，合成RNA的过程称为RNA复制。其复制的酶为：RNA指导的RNA聚合酶（RDRP）常见于病毒RNA的复制（四）RNA复制以RNA为模板，合成RNA的过程称为RNA复132（五）基因转录的调节（五）基因转录的调节133（1）操纵子的概念——在原核基因组中，由几个功能相关的结构基因及其调控区组成一个基因表达的协同单位，这种单位称为操纵子信息区——结构基因调控区——启动子（Promoter）操纵区（Operator）（2）操纵子的结构：1、原核生物基因转录的调节（1）操纵子的概念——在原核基因组中，由几个功能相关的结构基134启动子结构基因调节基因信息区操纵区调控区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达（即转录和翻译）得到有生物活性的蛋白质分子。通过基因表达得到阻遏蛋白。启动子结构基因调节基因信息区操纵区调控区操纵子RNA聚合酶通135启动子结构基因调节基因信息区操纵区调控区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。乳糖操纵子：zya启动子结构基因调节基因信息区操纵区调控区操纵子RNA聚合酶通136启动子结构基因调节基因信息区操纵区调控区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。通过基因表达得到阻遏蛋白。乳糖操纵子：没有乳糖时不能zya启动子结构基因调节基因信息区操纵区调控区操纵子RNA聚合酶通137启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。通过基因表达得到阻遏蛋白。乳糖操纵子：有乳糖时zya启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合138启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。通过基因表达得到阻遏蛋白。乳糖操纵子：有乳糖时启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合139启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。通过基因表达得到阻遏蛋白。乳糖操纵子：有乳糖时不能结合启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合140启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能催化色氨酸合成的酶（蛋白质分子）。通过基因表达得到阻遏蛋白。色氨酸操纵子：启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合141启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能催化色氨酸合成的酶（蛋白质分子）。通过基因表达得到阻遏蛋白。色氨酸操纵子：不能结合没有色氨酸时启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合142启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合酶结合点通过基因表达可得到能催化色氨酸合成的酶（蛋白质分子）。通过基因表达得到阻遏蛋白。色氨酸操纵子：有色氨酸时不能启动基因结构基因调节基因信息区操纵基因控制区操纵子RNA聚合143基因转录调节的基本要素特异DNA序列的作用（顺式调节元件）调节蛋白质的作用（反式调节因子）2、真核生物基因转录的调节基因转录调节的基本要素特异DNA序列的作用（顺式调节元件）21441、特异DNA序列的作用——在转录起点上游某些区域的DNA序列，能决定转录的起始、加强RNA聚合酶与启动序列的结合，从而调节转录的活性。被发现的特异DNA序列有：TATAAT序列（原核生物在-10区域，又称Pribnowbox或Pribnow盒）TTGACA序列（原核生物在-35区域）TATA盒（真核生物在-25~-35区域）CAAT盒（真核生物在-30~-110区域）GC盒（真核生物在-30~-110区域）1、特异DNA序列的作用——在转录起点上游某些区域的DNA序145顺式调节元件——在结构基因两侧近距离的某些具有调节作用的DNA序列称顺式作用元件(cis-actingelement)。包括启动子、增强子、沉默子等。反式调节因子——位于真核细胞核内特异性地与顺式作用元件结合，从而调节基因转录活性的一类蛋白质称为反式作用因子(trans-actingfactor)。顺式调节元件——在结构基因两侧近距离的某些具有调节作用的DN146（六）逆转录或反转录逆转录——以RNA为模板合成DNA分子的过程称为逆转录或反转录。逆转录酶——RDDP（RNA指导的DNA聚合酶）（六）逆转录或反转录逆转录——以RNA为模板合成DNA分子的1471、逆转录过程：RNA(模板)RNA-DNA(杂交体)RNADNA双链DNA分子(逆转录产物)dATPdGTPdCTPdTTPdATPdGTPdCTPdTTP1、逆转录过程：RNA(模板)RNA-DNARNADNA双链1482、逆转录与癌变癌基因——能具有使正常细胞转变成癌细胞的基因或DNA片段称为癌基因。病毒癌基因——在病毒中含有的癌基因的序列称为病毒癌基因。细胞癌基因——存在于正常细胞基因组中的癌基因称为原癌基因或细胞癌基因。2、逆转录与癌变癌基因——能具有使正常细胞转变成癌细胞的病毒149癌基因家族：据其蛋白成分分为1）src癌基因家族：酪氨酸蛋白激酶。2）ras癌基因家族：GTP结合蛋白，与信息传递有关。3）sis癌基因家族：生长因子样活性物质。4）myc癌基因家族：核内蛋白。5）erb家族：与细胞形态和细胞运动有关癌基因家族：据其蛋白成分分为1）src癌基因家族：酪氨酸蛋白150

第三节蛋白质的生物合成DNARNA蛋白质转录复制翻译逆转录一、遗传信息的传递——中心法则第三节蛋白质的生物合成DNA1511、基因——DNA大分子上的各个功能片段，有复制、转录等功能。2、基因表达——通过转录和翻译、用基因的遗传信息在细胞内合成有功能意义的各种蛋白质。1、基因——DNA大分子上的各个功能片段，有2、基因表达——152翻译的概念将mRNA分子中的核苷酸残基顺序转变成蛋白质分子中氨基酸残基顺序的过程称为翻译。或者说以mRNA为模板，以20种氨基酸为原料，在核蛋白体上按mRNA上密码子的顺序合成蛋白质多肽链的过程称为翻译。这是基因表达的第二步。翻译的结果使遗传信息从mRNA传到蛋白质。蛋白质的生物合成——翻译DNAmRNA蛋白质转录翻译胞核胞液翻译的概念蛋白质的生物合成——翻译DNA153一、遗传密码mRNA上的遗传密码及其特点mRNA的作用：信使作用：将DNA的遗传信息传给蛋白质模板作用：是蛋白质合成的模板因为mRNA合成时，如实地转录了DNA的遗传信息。一、遗传密码mRNA上的遗传密码及其特点mRNA的作用：信使154mRNA分子上，沿5′

3′方向，每三个相邻的核苷酸残基组成一个三联体，该三联体可决定肽链上的一个氨基酸，或表示肽链的合成的开始和终止，这样每三个核苷酸就称为一个密码子。（1）密码子AUGGUGCCCUGCCGUGGU蛋缬脯半胱精甘mRNA分子上，沿5′3′方向，每三个相邻的核苷酸残基组155代表20种氨基酸、翻译的起始或终止41=442=1643=64为什么需要三个核苷酸作为一个密码子表示一个氨基酸呢？代表20种氨基酸、翻译的起始或终止41=4为什么需要三个核苷156代表20种氨基酸、翻译的起始或终止41=442=1643=64为什么需要三个核苷酸作为一个密码子表示一个氨基酸呢？其中：AUG既可表示蛋氨酸，同时又作为起始密码表示翻译的起始。UAA、UAG、UGA不代表任何氨基酸，只表示肽链合成的终止信号，称为终止密码。代表20种氨基酸、翻译的起始或终止41=4为什么需要三个核苷157（2）遗传密码的性质1、连续性和不重叠性：从5′

3′的方向，密码子在mRNA链上是连续的，但相邻的密码子中核苷酸序列也不重叠。AUGGUGCCCUGCCGUGGU蛋缬脯半胱精甘5′3′（2）遗传密码的性质1、连续性和不重叠性：从5′3′的1582、简并性：同一种氨基酸具有多种密码子的现象称为密码的简并性。除蛋氨酸、色氨酸外，其余18氨基酸均有多种密码子。为同一氨基酸编码的一组密码子称为同义密码。同义密码的区别只在第三个碱基。第一、第二个碱基是相同的，这种现象称为摆动现象。如：CUUCUCCUACUG亮氨酸2、简并性：同一种氨基酸具有多种密码子的现象称为密码的简并性1593、通用性：目前这套密码基本上通用于所有物种，证明生物同源。但近十年来研究表明，在线粒体中密码并不完全相同。4、摆动性：tRNA上的反密码子与mRNA上密码子的识别及碱基配对，不完全遵守碱基配对的关系，这种现象称之3、通用性：目前这套密码基本上通用于所有物但近十年来160摆动现象tRNA反密码子碱基IUCmRNA密码碱基A，C，UA，GC，G，U摆动现象tRNA反密码子碱基161图13-1mRNA分子上的密码子与tRNA的反密码Return图13-1mRNA分子上的密码子与tRNA的反密码R162二、蛋白质合成体系1、翻译模板mRNA2、转运氨基酸的tRNA3、肽链合成场所核蛋白体4、合成原料：20种氨基酸5、各种酶及蛋白质因子6、供能物质ATP、GTP及Mg2+二、蛋白质合成体系1、翻译模板mRNA163AUGUUCmRNA3′5′UAC5′3′蛋1、翻译模板mRNAAUGUUCmRNA3′5′UAC5′3′蛋1、1642、tRNA（转运RNA）tRNA的作用：是转运胞液中现成的氨基酸到核糖体上合成蛋白质。这种转运具有特异性，也就是说tRNA所转运的氨基酸是由mRNA上的密码子决定的，当然这过程还需要tRNA的反密码子来识别mRNA上的密码子。2、tRNA（转运RNA）tRNA的作用：是转运胞液中现成的165tRNA具有氨基酸臂和反密码子结构，其中氨基酸臂——3′-末端有CCA—OH顺序，是结合氨基酸的部位。反密码子——依据碱基配对规律能识别mRNA上的密码子并与之相对应的核苷酸三联体结构称为反密码子。tRNA具有氨基酸臂和反密码子结构，其中166AUGUUCmRNA5′3′AUGUUCmRNA5′3′167AUGUUCmRNA3′5′UAC5′3′AUGUUCmRNA3′5′UAC5′3′168AUGUUCmRNA3′5′UAC5′3′蛋AUGUUCmRNA3′5′UAC5′3′蛋169所以tRNA可通过反密码子，准确地按照mRNA上密码顺序，使所带的氨基酸按顺序排列成肽。密码子与反密码子之间的结合也存在摆动配对现象，使得携带同一种氨基酸的tRNA可结合在几种同义密码子上。所以tRNA可通过反密码子，准确地按照mRNA上密码顺序，使1703、rRNA（核蛋白体RNA）rRNA与多种蛋白质组装成核蛋白体，核蛋白体是蛋白质多肽链合成的场所（装配机），由大小亚基构成。大小亚基所含的rRNA种类是不一样的。小亚基大亚基3、rRNA（核蛋白体RNA）rRNA与多种蛋白质组装成核171C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件172C11核酸代谢与蛋白质生物合成课件1731)氨基酰-tRNA合成酶：

又称氨基酸-tRNA连接酶或氨基酸活化酶。有20种以上，对氨基酸和tRNA均有特异性，可使某氨基酸分子选择性地与相应的tRNA结合。CCA-OHHOOC-AA4、参与蛋白质生物合成的酶类及蛋白因子1)氨基酰-tRNA合成酶：CCA-OHHOOC-AA4、1744、参与蛋白质生物合成的酶类及蛋白因子1)氨基酰-tRNA合成酶：

又称氨基酸-tRNA连接酶或氨基酸活化酶。有20种以上，对氨基酸和tRNA均有特异性，可使某氨基酸分子选择性地与相应的tRNA结合。CCA-OOC-AA氨基酰-tRNA合成酶4、参与蛋白质生物合成的酶类1)氨基酰-tRNA合成酶：C1752)转肽酶：在大亚基上，催化P位（给位）上的多肽（氨基酸）的羧基与A位（受位）上的氨基酸的氨基形成肽键。2)转肽酶：在大亚基上，催化P位（给位）上的多肽（氨基酸）176

3)多种蛋白因子：如：IF（起始因子）—识别和附着模板EF（延长因子）—使核蛋白体沿模板移行RF（终止因子）—肽链合成终止。RRF（核蛋白体释放因子）—肽链解离3)多种蛋白因子：177三、蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成氨基酸活化与转运多肽链的合成多肽链合成后的加工修饰三、蛋白质生物合成过程蛋白质氨基酸活多肽链多肽链合成后178蛋白质生物合成氨基酸活化与转运多肽链的合成多肽链合成后的加工修饰起始延伸终止三、蛋白质生物合成过程蛋白质氨基酸活多肽链多肽链合成后起始延伸终止三、蛋白质生物合179蛋白质生物合成氨基酸活化与转运多肽链的合成多肽链合成后的加工修饰起始延伸终止成肽核蛋白体循环进位（注册）转位三、蛋白质生物合成过程蛋白质氨基酸活多肽链多肽链合成后起始延伸终止成肽核蛋白体循环180蛋白质生物合成氨基酸活化与转运多肽链的合成多肽链合成后的加工修饰起始延伸终止成肽核蛋白体循环进位（注册）转位三、蛋白质生物合成过程蛋白质氨基酸活多肽链多肽链合成后起始延伸终止成肽核蛋白体循环181（一)氨基酸的活化与转运氨基酸要作为原料合成肽链，必须先经过活化。活化的结果等于是氨基酸装载到tRNA上。实质是氨基酸与tRNA以酯键相连。（一)氨基酸的活化与转运氨基酸要作为原料合成肽链，必须先经182（二）核蛋白体循环

1、核蛋白体循环的概念：指在核蛋白体上，各种活化的氨基酸（氨基酰-tRNA）按mRNA上密码子的顺序缩合生成肽链的全部反应过程称为核蛋白体循环。（二）核蛋白体循环1、核蛋白体循环的概念：1832、核蛋白体循环的步骤（1）起始阶段——核蛋白体的大、小亚基、mRNA和与起始密码子对应的“蛋氨酰-tRNA”结合形成“起始复合体”。AUGUUCmRNA3′5′UAC5′3′蛋2、核蛋白体循环的步骤（1）起始阶段——核蛋白体的大、小亚基184蛋氨酰-tRNAeIF-2GTPeIF-3eIF-1小亚基40SmRNA三联体三联体40S复合体60S起始复合体eIF-1eIF-2eIF-3GDP+Pi蛋氨酰-tRNAeIF-2GTPeIF-3eIF-1小亚基4185（2）延伸阶段——各种氨基酰-tRNA按mRNA上密码子一一对号入座，由大亚基的转肽酶催化肽键生成，多肽链沿N→C方向不断延长。肽链每延长一个氨基酸残基，都经过注册、成肽、转位三步反应。注册：AA-tRNA进入A位，需EF-1,GTP,Mg2+,K+。成肽：肽键形成、氨基酰转移到A位，tRNA脱下。转位：在EF-2催化下，核蛋白体向前移动一个密码子。（2）延伸阶段——各种氨基酰-tRNA按mRNA上密码子一一186AUGUUCmRNAUAC5′3′蛋GUGAUCCUCAUGUUCmRNAUAC5′3′蛋GUGAUC187AUGUUAmRNAUAC5′3′蛋GUGAUCCUC1、注册AAU亮AUGUUAmRNAUAC5′3′蛋GUGAUC188AUGUUAmRNAUAC5′3′蛋GUGAUCCUCAAU亮1、注册AUGUUAmRNAUAC5′3′蛋GUGAUC1892、成肽AUGUUAmRNAUAC5′3′蛋GUGAUCCUCAAU亮2、成肽AUGUUAmRNAUAC5′3′蛋GUG190AUGUUAmRNA5′3′蛋GUGAUCCUC