第十四章

DNA、RNA和

蛋(Dan)白質的生物合成第一頁，共五十八頁。復制—以原來的DNA分子為模板，合成出相同分子的過程。轉錄—在DNA分子上合成出與其核苷酸順序(Xu)相對應的RNA的過程。翻譯—在RNA的控制下，根據核酸鏈上每三個核苷酸決定一個氨基酸的三聯(lián)體密碼規(guī)則，合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質肽鏈的過程。第二頁，共五十八頁。14.1DNA的(De)復制1953年，Watson和Crick在DNA雙螺旋結構的基礎上提出了半保留復制假說：DNA在復制過程中，首先堿基之間的氫鍵破裂，使兩條鏈解旋并分開，然后以堿基互補的方式，以每條單鏈為模板，按單鏈DNA的核苷酸順序合成子鏈。在此過程中，每個子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的，這種復制方式稱為半保留復制。14.1.1DNA的復制方式—半保留復制第三頁，共五十八頁。Radioisotopelabelin（放射性(Xing)同位素標記）anddensitygradient（密度梯度離心）centrifugationclearlydistinguishesreplicationsofsemiconservativefromconservative.第四頁，共五十八頁。14.1.2參與DNA復制的酶類和蛋白質因(Yin)子1.DNA聚合酶（DNA-polymerase）DNA聚合酶能催化四種脫氧核糖核苷三磷酸合成DNA單鏈DNA為模板具有3`-OH末端的低聚多核苷酸為引物Mg2+或Mn2+四種脫氧核苷三磷酸為底物ArthurKornberg阿瑟·科恩伯格第五頁，共五十八頁。①原核細胞的DNA聚合(He)酶DNA聚合酶I（polI）—Kornberg酶

polI是一個多功能酶DNA聚合酶活力：使DNA鏈沿5`-3`方向延伸；第六頁，共五十八頁。DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ）DNA聚合酶活(Huo)力；3`-5`核酸外切酶活力DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ）DNA聚合酶活力；3`-5`核酸外切酶活力；5`-3`核酸外切酶活力polⅢ第七頁，共五十八頁。大腸桿菌中DNA聚(Ju)合酶的性質比較polIpolⅡpolIII功能DNA聚合酶5`-3`外切酶3`-5`外切酶++++-++（+）+分子量109000120000140000酶分子數/細胞40010010-20轉化率10.0550主要功能復制、修復修復復制第八頁，共五十八頁。②真核細胞(Bao)的DNA聚合酶αβγδ分子量120000-22000045000160000122000分布細胞核細胞核線粒體細胞核酶活力80%10-15%2-15%10-25%核酸外切酶活力無無無3`-5`主要功能復制修復復制（線粒體）？第九頁，共五十八頁。6.連接酶（ligase）催化雙鏈DNA中單鏈缺口部分的3`-OH和它臨近的DNA片段的5`-磷(Lin)酸基形成3`，5`-磷(Lin)酸二酯鍵，將兩個DNA片段連接起來。連接反應需要能量（NAD+orATP）。第十頁，共五十八頁。DNA復制(Zhi)體第十一頁，共五十八頁。14.1.3DNA的半不(Bu)連續(xù)復制岡崎提出DNA的不連續(xù)復制模型：3`-5`走向的DNA實際上是由許多5`-3`方向合成的DNA片段連接起來的。Overalldirectionofprogenychaingrowthatareplicatingfork:onein5’3’andtheotherin3’5’direction.Bothdaughterstrandsatthereplicationforkaresynthesizedin5’-3’direction,butone(theleadingstrand)issynthesizedcontinuouslyandtheother(thelaggingstrand)discontinuously(synthesizedinitiallyasOkazakifragments).前導鏈后隨鏈岡崎片段第十二頁，共五十八頁。OnlyoneRNAprimerisneededforsynthesizingtheleadingstrand.RNAprimersarerepeatedlyformedbytheprimaseonthelaggingstrand.2.DNA片(Pian)段的合成和鏈的延伸第十三頁，共五十八頁。1.引物酶識別復制起點，引導解螺旋酶到正確位點2.解螺旋酶解開雙螺旋引發(fā)酶解螺旋酶聚合酶修復酶松弛酶單鏈結合蛋白連接酶DNA的復(Fu)制過程第十四頁，共五十八頁。3.DNA聚合酶合成新的DNA鏈4.按堿基互補原理合成DNA鏈5.四種脫氧核苷三磷酸為底物6.釋放焦磷酸第十五頁，共五十八頁。7-12.DNA片段的合成和鏈的延伸第十六頁，共五十八頁。13.連接酶14.單鏈結合蛋白15.松弛酶16.DNA的復制第十七頁，共五十八頁。14.5.1原核生物與(Yu)真核生物

DNA復制的特點比較1.復制的起點和單位復制單位：復制子，生物體內能獨立行使復制功能，進行獨立復制的DNA單位。①原核生物由一個復制子組成雙向復制大腸桿菌，θ結構ori第十八頁，共五十八頁。大腸桿(Gan)菌：θ結構

單相復制噬菌體Φ×174—滾環(huán)復制第十九頁，共五十八頁。②真核生物線形雙鏈DNA，含有多個復制(Zhi)子；雙向復制(Zhi)。復制子2.復制速度3.真核生物的DNA在全部復制完成之前，起點不再重新開始復制；原核生物中，起點可連續(xù)發(fā)動復制第二十頁，共五十八頁。14.1.6在RNA指導下的(De)DNA的(De)合成1970年Temin等在致癌RNA病毒中發(fā)現了一種特殊的DNA聚合酶，該酶以RNA為模板，根據堿基配對原則，按照RNA的核苷酸順序(其中U與A配對)合成DNA。這一過程與一般遺傳信息流轉錄的方向相反，故稱為反轉錄。反轉錄酶是一種多功能酶：RNA指導的DNA聚合酶活力；核糖核酸酶H的活力：

DNA指導的DNA聚合酶活力第二十一頁，共五十八頁。反轉錄病毒(Du)的生活周期第二十二頁，共五十八頁。14.2RNA的生(Sheng)物合成

14.2.1轉錄過程轉錄（transcription）——DNA分子中的遺傳信息轉移到RNA分子中的過程。第二十三頁，共五十八頁。14.2.1.1RNA聚(Ju)合酶（RNApolymerase）RNA聚合酶有以下特點：以DNA為模板，也稱為依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）四種核苷三磷酸為底物需要Mg2+或Mn2+離子RNA鏈的延長方向是5’→3’的連續(xù)合成遵循DNA與RNA之間的堿基配對原則不需要引物。RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以沒有校正功能。第二十四頁，共五十八頁。1.細菌RNA聚合(He)酶α：與DNA模板結合，識別堿基β：

催化形成磷酸二酯鍵β`：與DNA模板結合σ：識別起始點全酶：α

2

β

β’σ

核心酶：α

2β

β’第二十五頁，共五十八頁。2.真核細胞RNA聚合(He)酶類型分布催化轉錄產物對鵝膏蕈堿的敏感性IIIIII核仁核質核質rRNA前體HnRNA（mRNA前體）5SrRNA、tRNA前體不敏感低濃度抑制較高濃度抑制第二十六頁，共五十八頁。14.2.1.2轉(Zhuan)錄過程不對稱轉錄：在DNA的兩條多核苷酸鏈中只有其中一條鏈作為模板，這條鏈叫做模板鏈（templatestrand），又叫做無意義鏈。DNA雙鏈中另一條不做為模板的鏈叫做編碼鏈，又叫做有意義鏈。可分為三個階段：合成的起始、鏈的延長和合成的終止1.RNA合成的起始啟動子（promoter）：RNA聚合酶識別、結合并開始轉錄的一段DNA序列。第二十七頁，共五十八頁。①原(Yuan)核生物的啟動子-10序列（Pribnow框）：-TATAAT-RNA聚合酶牢固結合的位點，稱為結合位點。-35序列（Sextama框）：-TTGACA-RNA聚合酶初始結合的位點，稱為識別位點。第二十八頁，共五十八頁。②真核(He)生物的啟動子TATA框（Hogness框）-25~-30左右的序列：TATAA（T）AA（T）決定起始點的選擇CAAT框-75附近：GGC（T）CAATCT控制轉錄起始的頻率第二十九頁，共五十八頁。2.鏈的(De)延長第三十頁，共五十八頁。3.RNA合成的終止終止子（terminator）：提(Ti)供轉錄終止信號的DNA序列。富含G-C多個U第三十一頁，共五十八頁。依賴ρ因子的終止子不依賴ρ因子的終止子第三十二頁，共五十八頁。RNA的合成過(Guo)程第三十三頁，共五十八頁。14.2.1.3RNA的轉錄后(Hou)加工1.rRNA前體的轉錄后加工真核生物甲基化剪切原核生物第三十四頁，共五十八頁。TheprocessingoftheprimarytRNAtranscriptsincluderemovalofthe5`and3`ends,additionoftheCCAsequenceatthe3`end,modificationofmanybases,andsplicingofintrons(ineukaryoticcells).

2.tRNA前體(Ti)的轉錄后加工剪切核苷修飾接-CCA剪切第三十五頁，共五十八頁。3.mRNA前體(Ti)的轉錄后加工A5`capisaddedtoeukaryoticmRNAsBeforetranscriptionends第三十六頁，共五十八頁。Apoly(A)tailisusuallyaddedatthe3`endofanmRNAmoleculeviaaprocessingstep.第三十七頁，共五十八頁。hnRNA（核內不均一(Yi)RNA）的剪接內含子外顯子第三十八頁，共五十八頁。mRNA前體的轉錄后加(Jia)工第三十九頁，共五十八頁。DNA復(Fu)制RNA轉錄蛋白質翻譯?逆轉錄復制中心法則第四十頁，共五十八頁。14.3蛋白質的生物(Wu)合成第四十一頁，共五十八頁。14.3.1RNA在蛋白質生物合成中(Zhong)的作用1.mRNA的功能mRNA帶有由DNA轉錄來的遺傳信息，是蛋白質合成的模板。遺傳密碼（geneticcodes）遺傳密碼：指mRNA中堿基序列和蛋白質中氨基酸序列之間的相互關系。1961年，Brenner和Crick證明：三個相鄰的核苷酸代表一種氨基酸，該三核苷酸序列稱為密碼子（codon），或三聯(lián)密碼（tripletcode）第四十二頁，共五十八頁。密碼子的重要性質密碼子不重疊；密碼子的簡并性；密碼的通(Tong)用性；密碼子間無間隔遺傳密碼終止密碼子UAA、UGA、UAG同義密碼子（簡并密碼子）起始密碼子AUG、GUG第四十三頁，共五十八頁。2.tRNA的功能tRNA起運輸氨基酸(Suan)的作用反密碼子（anticodon）：tRNA識別mRNA上的密碼子的機構，可根據堿基配對規(guī)律識別相應的密碼子。第四十四頁，共五十八頁。3.rRNA與核糖體

rRNA與多種蛋白質組成核糖體，核糖體是蛋白質合成的(De)加工廠。第四十五頁，共五十八頁。Rolesofthe3typesofRNAsintranslationA位點（氨?；稽c）P位點（肽酰基位點）第四十六頁，共五十八頁。第四十七頁，共五十八頁。14.3.2蛋(Dan)白質生物合成過程蛋白質的合成需要近200種生物大分子參與，由ATP、GTP提供能量。蛋白質生物合成方向：由多肽鏈的氨基端開始，向羧基端方向逐步延伸。合成過程分為：氨基酸的活化與轉移——準備階段肽鏈合成的起始肽鏈的延長肽鏈的終止第四十八頁，共五十八頁。1.氨基酸的活化與(Yu)轉運AA+tRNA+ATP↓氨酰-tRNA+AMP+PPi細胞質中進行氨酰-tRNA合成酶氨?；佘账屺O↓↘AMPtRNA氨酰-tRNA第四十九頁，共五十八頁。2.肽鏈合(He)成的起始mRNA上的起始密碼子多為：AUG（決定Met的密碼子）攜帶Met的tRNA有兩種：甲硫氨酸t(yī)RNAm：tRNAmMet甲硫氨酸t(yī)RNAf：tRNAfMet甲酰甲硫氨酰tRNAf甲酰FH4甲?；D移酶蛋白質生物合成：原核細胞以fMet-tRNAf為起點；真核細胞以Met-tRNAm為起點第五十頁，共五十八頁。mRNA-30S-IF3復合(He)物↓30S起始復合物（30S-mRNA-fMet-tRNAf-GTP-IF1-IF2）↓70S起始復合物（70S-mRNA-fMet-tRNAf）第五十一頁，共五十八頁。3肽鏈的延(Yan)長核糖體中進行延長因子：EF-TuEF