2023学年完整公开课版中心法则2

中心法则详解DNARNA蛋白质转录翻译逆转录中心法则Reversetranscription中心法则的遗传流向有5条途径

1、DNA→DNA：DNA复制

（以DNA为模板合成DNA）

2、RNA→RNA：RNA复制

（以RNA为模板合成RNA）

3、DNA→RNA：DNA转录

（以DNA为模板合成RNA）

4、RNA→DNA：反(逆)转录

（以RNA为模板合成DNA）

5、RNA→Protein：翻译

复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。DNA的生物合成

RNA的生物合成

蛋白质的生物合成DNA的生物合成一、DNA的半保留复制

二、与DNA复制有关的酶和蛋白质

三、DNA的复制过程

四、逆转录

五、DNA的损伤修复一、DNA的半保留复制定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制半保留复制的实验证据:1958年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。DNA的半保留复制的生物学意义：DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。

二、与DNA复制有关的酶和蛋白质

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。

酶和能量：DNA聚合酶，DNA连接酶，拓扑异构酶等能量为ATP。

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。(一）原核生物中的DNA聚合酶在大肠杆菌中发现有五种DNA聚合酶（用突变株研究其功能）：⑴DNA聚合酶Ⅰ

⑵DNA聚合酶Ⅱ：⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA复制的主要聚合酶，该酶由10种亚基组成，其中、、形成全酶的核心酶。（4）DNA聚合酶IV和V：1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生。

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ

亚基数目1（单体酶）＞1（多亚基酶）＞1（多亚基酶）

5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++（保护DNA复制的忠实性fidelity）5‘3’外切活性+--主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。修复紫外光引起的DNA损伤DNA复制的主要聚合酶，还具有3’-5‘

外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性

（二）在真核细胞内有五种DNA聚合酶（与细菌DNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）

α

β

γ

δ

ε定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核3’-5’外切--+++酶活性功能引物合成修复作用线粒体DNA的复制核DNA的复制修复作用（三）DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。

DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。

3‘5‘3‘5‘OHP拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再连接。作用是松解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录有关。

拓扑异构酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连接。当引入负超螺旋时需要由ATP提供能量，同复制有关。二者共同控制DNA的拓扑结构。（五）解螺旋酶（解链酶）：通过水解ATP将DNA两条链打开。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。每解开一对碱基需要水解2个ATP分子。（四）拓扑异构酶：除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶其它蛋白因子：⑴单链结合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)：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。⑵引发前体:它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n’、n’’

和i组成。引发前体再与引发酶结合组装成引发体。引发体可以沿模板链5’

3’方向移动,具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA引物的合成。移动和引发均需要ATP提供能量。三、DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）

双链的解开

RNA引物的合成

DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段1、双链的解开一些概念：

DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。常用ori(或o）表示。许多生物的复制原点都是富含A、T的区段。大肠杆菌染色体DNA以及真核生物的细胞器DNA为双链环状，只有一个复制原点，而真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有许多复制起点。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子（基因组独立进行复制的单位）。复制原点由DnaA蛋白识别，在原点由DnaB蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链(DNA双链的解开还需DNA拓扑异构酶Π

、SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。

DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growthpoint)，叫复制叉。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复制体（replisome）复制叉复制叉复制叉起点复制叉延伸延伸起点领头链领头链随后链随后链3’5’3’5’DNA的双向复制(1)复制的起始①互相缠绕的双链母本DNA，复制从特定的位置(复制原点OriorO)开始，该位置常是富含A、T区段。②首先DNA解螺旋酶(DnaB)打开局部双链，SSB与每条单链结合,稳定单链并防止DNA复性;然后在DNA旋转酶（TOPⅡ)的作用下，使螺旋DNA局部变成松弛态。③起始因子、引物酶、DNA聚合酶等随后结合，复制开始。

引发体在复制叉上移动，沿模板链5’3’的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，DnaB蛋白活化引物合成酶。引发RNA引物的合成。领头链先引发开始合成，以原来一条DNA单链为模板（3’

5’),按5’

3’的方向合成一段RNA引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约为几个至10个核苷酸，在引物的5’端含3个磷酸残基（引物酶的底物是核苷三磷酸），3’端为游离的羟基。（2）RNA引物的合成前导链随（滞）后链冈崎片段半不连续复制冈崎模型（3）DNA链的延伸前导链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。随后链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链。半不连续复制—在DNA复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。冈崎片段在DNA复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只能是断续的合成5

3

的多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。冈崎片段：真核生物中100-200个核苷酸（核小体的DNA单位）。原核生物中1000-2000个核苷酸。在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链；（4）切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制终止）一、DNA的复制：蛋白Mr亚基数功能SSB756004结合单链DNADnaB蛋白(解螺旋酶)3000006DNA解螺旋,引物体成分引物酶(DnaG蛋白)600001RNA引物合成,引物体成分DNA聚合酶Ⅲ90000018~20新链延长DNA聚合酶I1030001除去引物,填充缺口DNA连接酶740001连接DNA旋转酶(DNA拓扑异构酶Ⅱ)4000004超螺旋参与链的延伸阶段的蛋白质和酶真核生物中DNA的复制特点1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。2、冈崎片段长约200bp.3、真核生物DNA复制速度比原核慢。4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。5、真核生物有多种DNA聚合酶。6、真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连接。由端粒酶负责新合成链5RNA引物切除后的填补，亦保持端粒的一定长度。DNA复制的其它方式大肠杆菌双链环状DNA的复制（一个复制起点，双向复制）真核细胞线状染色体DNA的复制方式（多个复制起点，双向复制）单向滚环式复制（噬菌体

X174DNA—单链环状）3

D-环式复制方式（线粒体双链环状DNA：两条链的复制起点不同位置，且复制不同步）定义:以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA称为逆转录，由逆转录酶催化进行。四、逆转录+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+病毒RNA的逆转录过程

（以前病毒形式引起整合到宿主细胞DNA中而使细胞恶性转化）

单链病毒RNA

RNA-DNA杂交分子双链DNA（前病毒）

逆转录酶逆转录酶

逆转录酶是多功能酶：

RNA指导的DNA聚合酶活性

DNA指导的DNA聚合酶活性逆转录酶也和DNA聚合酶一样，沿5’

3’方向合成DNA，并要求短链RNA作引物。cDNA：几乎所有真核生物mRNA分子的3‘末端都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时，mRNA就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNA，称为cDNA。逆转录酶发现的理论和实践意义：不能把“中心法则”绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。1983年，发现人类免疫缺陷病毒（humanimmunedeficiencevirus,HIV）,感染T淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系统损伤，引起艾滋病（acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）五、DNA的损伤修复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（生物突变）。若DNA的损伤或错配得不到修复，会导致DNA突变。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）。

光复活：400nm左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射引起的同一条链上TT（CCCT）二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）切除修复：将DNA分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA连接酶均参与。（发生在DNA复制前）重组修复

（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。P349诱导修复：造成DNA损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（SOSresponse）。此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的DNA聚合酶。所以会有2种结果：修复或变异（进化）。

RNA的生物合成一、RNA聚合酶

二、RNA的转录过程

三、转录后加工

四、RNA的复制

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。二、RNA的生物合成：一、关于RNA合成过程中的几个概念：1、模板链（无义链）：指导RNA合成的那条链。2、编码链（有义链）：与模板链互补的那条链。3、启动子：DNA分子上结合RNA聚合酶，并形成转录起始复合物的区域。4、终止子：促进转录停止的特殊 DNA序列。可分两类：依赖ρ因子的和不依赖

ρ因子的。二、真核生物与原核生物基因的区别：1、真核生物基因内部有内含子是断裂的、不连续的，而原核生物内部则没有。2、真核生物基因一般是独立的，而原核则一般是由多个基因联合在一起而形成操纵子结构。如：大肠杆菌的乳糖操纵子。1、操纵子模型①操纵子模型（operonmodel)：是原核生物基因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一个被子发现的操纵子（Monod和Jacob，1961）操纵子及调节基因示意图乳糖操纵子模型操纵子Operon:基因表达的协调单位,它们有共同的控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的结构基因和控制部位.大肠杆菌乳糖酶诱导合成---调节基因产物对转录的调控阻遏蛋白乳糖酶基因操纵基因结构基因半乳糖苷酶半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透性酶操纵基因——基因合成的开关调节基因关——阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达诱导物（乳糖）开——诱导物阻止阻遏蛋白功能发挥。mRNA酶蛋白一、RNA聚合酶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’βα2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。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。

真核细胞的RNA聚合酶酶类分布产物α-鹅膏蕈碱对酶的作用分子量反应条件ⅡIⅢ核仁核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA5SrRNA不抑制低浓度抑制高浓度抑制500000~700000~700000_低离子强度,要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn2+浓度RNA聚合酶的特点：1、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5

3

。2、真核生物与原核生物的RNA聚合酶结构不同。3、利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性；α-鹅膏蕈碱抑制真核生物RNA聚合酶活性。二、RNA的转录过程RNA的转录过程：（以大肠杆菌为例）

起始位点的识别

转录起始链的延伸转录终止（1）起始位点的识别

RNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含σ亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有σ亚基时就会选择正确的起点。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。启动子的结构至少由三部分组成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部分是RNA合成的起始点。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点5’3’3’5’35序列

Sextama框10序列Pribnow框（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。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，σ亚基就会被释放脱离核心酶。

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（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’（4）转录终止

在DNA分子上（基因末端）提供转录停止信号的DNA序列称为终止子（terminators),它能使RNA聚合酶停止合成RNA并释放出RNA。

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，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。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：有回文结构新合成的RNA分子中典型的回文结构（发夹结构）有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称为通读（readthrough）能够引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子（antiterminationfactors）RNA生物合成的抑制剂1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的碱基类似物能够抑制和干扰核酸的合成。如NH2SHSH作为代谢拮抗物抑制合成酶类或直接掺到核酸分子中，形成异常RNA或DNA。NH2NH2OHNFNH2SH2、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制和转录（1）烷化剂：使DNA发生烷基化，发生在G-N7，A-N1、N3N7

；C-N1。易引起嘌呤的水解，在DNA上留下空隙干扰复制或转录；或引起碱基错配。（2）放线菌素：放线菌素D与DNA形成非共价的复合物，抑制其模板功能（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）。具有类似作用的还有色霉素A3

、橄榄霉素、光神霉素。（3）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，一般具有芳香族发色团。溴化乙锭（EB）是一种高灵敏的荧光试剂，常用来检测DNA和RNA。与DNA结合后抑制其复制和转录。3、RNA聚合酶抑制物（1）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。利福平可以高效抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌，在体外有抗病毒作用。（2）利链霉素：与细菌RNA聚合酶

亚基结合，抑制转录过程中RNA链的延长反应。（3）

-鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNA聚合酶活性。三、RNA的转录后加工

在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物（primarytranscript）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、5

和3

末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。1、mRNA前体的加工：

原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。亦有少数多顺反子的mRNA需要核酸酶切成小单位，然后再翻译。

真核生物mRNA（半寿期较长）原初转录物很大，在加工过程中形成许多分子大小不等的中间物，它们被称为核内不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)，需要进一步进行加工修饰转化为mRNA。加工包括：（1）hnRNA被剪接，把内含子（DNA上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（DNA上的编码序列）转录序列拼接上(真核生物一般为不连续基因)。（2）3’端添加polyA“尾巴”；（3）5’端连接“帽子”结构（m7G5

ppp5

NmpNp-）；（4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。2、tRNA前体的加工：原核与真核生物的tRNA转录后都需要加工。包括：（1）由核酸内切酶切除前体上3

和5

端上多余的核苷酸；（2）由核酸外切酶逐个在3

切去附加序列，进行修剪。（3）3’端添加CCAOH序列，由核苷酰转移酶催化。（接受活化AA）（4）核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。

原核与真核生物的rRNA转录后也都需要进行加工。原核：刚转录的rRNA为30S，先在特定的碱基上进行甲基化（核糖2

-羟基）修饰，后逐步裂解（核酸酶的切割）。真核：45S（哺乳动物）、38S（果蝇）、37S（酵母）P16P23P516S23S5S（一般不含甲基化）28S18S5.8S3、rRNA前体的加工：45S或38S37S26S17S5.8S真核rRNA的甲基化程度比原核高（核糖2

-羟基）rRNA原初转录物研究四膜虫rRNA前体的拼接时发现ribozyme蛋白质的生物合成蛋白质合成体系的重要组成部分

蛋白质的合成过程

蛋白质合成后的运送AGCCTGUCGGACSerAspSer一、蛋白质生物合成体系的重要组分

蛋白质生物合成体系的重要组分主要包括mRNA、tRNA、rRNA、有关的酶以及几十种蛋白质因子。其中：mRNA是蛋白质生物合成的直接模板。tRNA的作用体现在三个方面：3ˊCCA接受氨基酸；反密码子识别mRNA链上的密码子；连接多肽链和核糖体。rRNA和几十种蛋白质组成合成蛋白质的场所核糖体。知识要点（一）mRNA和遗传密码mRNA由DNA经转录合成，携带着DNA的遗传信息，然后作为模板通过翻译将遗传信息传递给蛋白质，即由它直接决定多肽链中AA的顺序。所以mRNA为模板的蛋白质合成过程被称为翻译或转译。mRNA分子中四种不同碱基（A、G、C和U）构成特定顺序决定蛋白质分子中20种AA所构成的序列。大量实验证明mRNA上相邻三个碱基编码一种AA，因而被称为碱基三联体或密码子。四种核苷酸，能有43=64组密码子

遗传密码阅读方向为5‘-3’

遗传密码的特点

⑴密码子的方向性

密码子的阅读方向及它们在mRNA由起始信号到终止信号的排列方向均为5

-3’，与mRNA链合成时延伸方向相同。

⑵密码子的简并性

64-3=61个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。这种现象称为密码子的简并性。

⑶密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠）

从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。⑷密码子的基本通用性（近于完全通用）对于高等、低等生物都适用，只有一个例外：真核生物线粒体DNA。（P397）一些原核生物中利用终止密码翻译AA（UGA-Trp\硒代半胱氨酸）3‘起始密码子5‘⑸起始密码子和终止密码子64种密码子中，AUG为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，UAA，UAG，UGA为终止密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。⑹密码子的摆动性（变偶性）如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。发现tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。IA、U、C配对。（二）tRNAtRNA有两个关键部位：

⑴3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。需ATP提供活化氨基酸所需的能量。

⑵与mRNA结合部位—反密码子部位（tRNA的接头作用）3’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCG密码子与反密码子的阅读方向均为5‘

3’，两者反向平行配对。tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。三、rRNA及核糖体

核糖体是由几十种蛋白质和几种rRNA组成的亚细胞颗粒,其中蛋白质与rRNA的重量比约为1:2。核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核糖体亚基和多核糖体。

真核生物：游离核糖体或与内质网结合原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状的多核糖体(提高翻译效率)。核糖体亚基的聚合（10mmol/L）与解聚(0.1mmol/L)与Mg2+浓度有关1.不同来源核糖体的大小和RNA组成原核生物核糖体（S)亚基（S)rRNA(S)真核生物806040285.851850703023516原核和真核生物的核糖体的构成生物核糖体核糖体的亚基rRNA原核生物70s50s、30s16s、5s、23s、真核生物80s60s、40s18s、5s、5.8s、28s

大肠杆菌中30S的亚基能单独与mRNA结合成30S核糖体-mRNA复合体，后者与tRNA可以专一性结合。50S亚基不能单独与mRNA结合，但可以非专一地与tRNA结合，50S亚基上有两个tRNA结合位点：氨酰基位点-A；肽酰基位点-P。还有一个GTP结合位点。2.核糖体存在两个重要的tRNA的结合部位（大肠杆菌）P位和A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。P：结合起始的氨酰-tRNA和肽基-tRNA，A：结合新掺入的氨酰-tRNA。P位上肽酰-tRNA上的羧基与进入A位的氨酰-tRNA上的氨基形成新的肽键

P位上tRNA卸下肽链成为无负载的tRNA

核糖体移动一个密码子的距离，A位上的肽酰-tRNA又回到P位，A位又空，再进行下一次循环。PA5’3’二蛋白质的合成过程

一、氨基酸的活化

二、肽链合成的起始

三、肽链的延伸

四、肽链合成的终止与释放

五、真核细胞蛋白质生物合成

六、肽链合成后加工和折叠一、氨基酸的活化氨基酸在掺入肽链前必须活化，在胞液中进行。氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的AA与携带它的相应的tRNA结合成氨酰-tRNA的过程。活化反应在氨酰-tRNA合成酶的催化下进行。活化反应分两步进行：1、活化：AA-AMP-E复合物的形成E-CR1-C-O

~P-O-CH2=OOH-O腺嘌呤OHOHONH2AA+ATP+EAA-AMP-E+PPiMg2+Mn2+2、转移AA-AMP-E+tRNA氨酰-tRNA+AMP+EPPPCCA高能酸苷键OC-C-ROHNH3+OH2-OH连接AA，影响下一步肽键形成氨基酸活化的总反应式是：

氨基酸+ATP+tRNA+H2O

氨酰-tRNA+AMP+PPi20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰-tRNA合成酶。氨酰-tRNA合成酶具有高度的专一性，它既能识别相应的氨基酸（L-构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个tRNA分子；即使AA识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的tRNA准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。氨酰-tRNA合成酶

tRNAIle——携带Ile的tRNA

Ile-tRNAIle——异亮氨酰-tRNAIle氨酰-tRNA合成酶和之相对应的tRNA分子被称为遗传密码第二tRNA与多肽合成的有关位点

3’端-CCA上AA接受位点识别氨酰-tRNA合成酶位点核糖体识别位点反密码子位点（识别mRNA上的密码子）5‘3‘AUGAUGAUG二、肽链合成的起始

起始密码子的识别：（30S复合物形成）

起始AUG一般位于距5‘端25个核苷酸以后，并在其上游（5’端）约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列（SD序列），原核生物核糖体30S小亚基上的16SrRNA3’端富含嘧啶的序列能与之互补配对，这样30S亚基能与mRNA结合(IF3参加，识别起始密码子AUG），在IF1参与下，30S-mRNA-IF3进一步与fMet-tRNAf、GTP结合，并释放IF3，形成30S复合物：30S-mRNA-fMet-tRNAf

现在已经知道作为多肽合成起始信号的密码子有两个，即甲硫氨酸的密码子(AUG)和缬氨酸的密码子(GUG)(极少出现)。在大肠杆菌中,起始密码子AUG所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸。fMet-tRNAf的形成Met-tRNAf+N10-甲酰FH4fMet-tRNAf+FH4甲酰化酶真核生物：Met-tRNAMet。真核生物无甲基化过程，起始氨基酸是Met,起始tRNA为Met-tRNAMetfMet-tRNAifMet30S复合物形成：AUGIF3IF3AUGIF3GTP、IF1、IF2fMet-tRNAf小亚基AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5

在肽链合成起始时，首先是核糖体小亚基与mRNA上的核糖体结合位点识别结合，然后，大亚基与小亚基结合，形成完整的核糖体(70S起始复合物)。

f

f70S复合物的形成：AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5

+50S核糖体AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5

P位点A位点GDP+Pi、IF1、IF2消炎药：链霉素、新霉素、卡那霉素与原核细胞30S核糖体结合，阻止50S核糖体亚基与之结合，从而抑制其蛋白质合成。蛋白质合成抑制剂三、肽链的延伸分为三步：1、进位新的氨酰-tRNA进入A位。需要消耗GTP。2、转肽

肽酰转移酶在肽酰转移酶的作用下P位点上fMet-tRNAf的甲酰甲硫氨酸从相应的tRNA上解离下来，其-COOH（高能酯键）与刚进入A位的氨酰-tRNA上的-NH2形成肽键（实质是A位点氨酰-tRNA氨基亲核攻击酯键羰基），无负荷的tRNA留在P位，此时A位点携带一个二肽。5’3’PAAA-fMetAAAPfMet5’3’嘌呤霉素（与AMP相似）与AA反应生成氨酰嘌呤霉素，中断蛋白质的合成反应。PA5’3’3、移位在EF-G（移位酶）的作用下，核糖体沿mRNA5’

3’方向移动，每次移动一个密码子的距离，结果使原来在A上的肽酰-tRNA移到了P位点，原来在P位点的无负载的tRNA离开核糖体，同时一个新的密码子进入空的A位，EF-G催化的移位过程需水解GTP提供能量。肽链合成从N-C。PA5’3’PAPPAA以上三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨基酸就重复一次延伸循环。肽链合成从N-C

四、肽链合成的终止与释放当终止密码子出现在A位时，终止因子结合在A位，肽链合成终止。

RF1：识别终止密码子UAA和UAGRF2：识别终止密码子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF2活性，协助肽链的释放终止因子的结合使肽酰转移酶活性变为水解酶活性，肽基不转移给A位tRNA，而转移给H2O，并把已合成的多肽链从核糖体和tRNA上释放出来，无负荷的tRNA随机从核糖体脱落，该核糖体立即离开mRNA，在IF3存在下,消耗GTP而解离为30S和50S非功能性亚基。再重复下一轮过程。蛋白质的合成是一个高耗能过程

AA活化2个高能磷酸键（ATP）肽链起始1个（70S复合物形成，GTP）进位1个（GTP）移位1个（GTP

第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）以后每掺入一个AA需要消耗4个（活化2+进位1个+移位1个）。（三）蛋白质合成后的修饰

蛋白质合成后的几种修饰方式：氨基末端的甲酰甲硫氨酸的切除、肽链的折叠、氨基酸残基的修饰、切去一段肽链。蛋白质合成的场所是核糖体,原料是20种L-氨基酸，反应所需能量由ATP、GTP提供，此外还有Mg2+、K+

等金属离子参与。蛋白质合成体系主要由mRNA、tRNA、rRNA、有关的酶以及几十种蛋白质因子组成。一些概念、定义1，翻译（translation）：在蛋白质合成期间，将存在于mRNA上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程。

2，遗传密码（geneticcode）：核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。；连续的3个核苷酸残基序列为一个密码子，特指一个氨基酸。标准的遗传密码是由64个密码子组成的，几乎为所有生物通用。

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