核酸及蛋白質(zhì)的生物合成第1頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1DNA的生物合成10.2RNA的生物合成10.3蛋白質(zhì)的生物合成第2頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月生物親代與子代之間，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上常常相似，這就是遺傳現(xiàn)象。生物的遺傳特性，使生物界的物種能夠保持相對穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)代細胞學和遺傳學的研究得知，控制生物性狀的主要遺傳物質(zhì)是脫氧核糖核酸（DNA）。金絲猴的后代仍然是金絲猴牛的后代仍然是牛生物的各項生命活動都有它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？第3頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月

DNA是生物遺傳的主要物質(zhì)。生物機體的遺傳信息以密碼的形式編碼再DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。并通過DNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)（中心法則）。以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)相似的遺傳性狀。中心法則(Crick,1958)

第4頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄—在DNA分子上合成出與其核苷酸順序相對應(yīng)的RNA的過程。復(fù)制—遺傳物質(zhì)從親代DNA傳遞到子代DNA分子上，合成出與原來DNA相同分子的過程。翻譯—在RNA的指導下，根據(jù)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(zhì)肽鏈的過程。Reversetranscription第5頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1DNA的生物合成

復(fù)制過程可分為：起始、延長和終止3個階段。一、DNA的半保留復(fù)制

通過堿基配對(A-T,C-G),兩條鏈連在一起，成為互補鏈。一條鏈上核苷酸排列順序決定了另一條鏈上的核苷酸排列順序，每一條鏈都含有合成它的互補鏈所必需的全部遺傳信息。第6頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月

DNA復(fù)制過程中，首先堿基間氫鍵斷裂并使雙鏈解旋和分開，然后每條鏈可作為模板在其上合成新的互補連，新形成的兩個DNA分子與原來DNA分子的堿基順序完全一樣。在此過程中，每個子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈子是新合成的。這種方式稱為半保留復(fù)制。第7頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA復(fù)制第9頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）半保留復(fù)制的實驗依據(jù)1958年，Messelson和Stahl用實驗加以證實。細菌可利用NH4Cl作氮源合成DNA。普通DNA的沉降位置含15N-DNA的細菌第一代第二代培養(yǎng)于含14N-DNA的普通培養(yǎng)液重DNA的沉降位置細菌的DNA雙鏈含15N-DNA鏈含14N-DNA鏈密度梯度離心結(jié)果普通DNA的沉降位置第10頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗結(jié)果表明:子一代DNA雙鏈中有一股是15N單鏈，而另一股是14N單鏈，前者是從親代接受和保留下來的，后者則是完全新合成的。（二）半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義：

按半保留復(fù)制的方式，子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)在親代與子代之間DNA堿基序列的一致性上。體現(xiàn)了遺傳過程的相對保守性（不是絕對的）。是物種穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)。ATGCATATCGATGCATATCGATGCATATCG親鏈子鏈子鏈親鏈第11頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月二、DNA復(fù)制的起點和方式復(fù)制子—基因組能獨立進行復(fù)制的單位。每個復(fù)制子都含有控制復(fù)制起始的起點（富含A、T區(qū)），可能還有終止復(fù)制的終點。復(fù)制是在起始階段進行控制的，一旦復(fù)制開始，它既繼續(xù)下去，，直到整個復(fù)制子完成復(fù)制。J.Cairns（1963年）第12頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月DirectionofDNAreplication原核生物的染色體和質(zhì)粒，真核生物的細胞器DNA都是環(huán)狀的雙鏈分子，都在一個固定的起點開始復(fù)制，復(fù)制的方向是雙向的。即形成2個復(fù)制叉。第13頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)制叉—親代鏈分開及新生DNA開始復(fù)制處形成的Y形結(jié)構(gòu)。細菌DNA復(fù)制叉移動的速度大約50000bp/min，真核生物染色體DNA復(fù)制叉移動的速度大約1000~3000bp/min，高等真核生物一般復(fù)制子為100~200kb。第14頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA新起始方式（denovoinitiation）復(fù)制的基本模式ParentalD.S,DNAUnwindingproteinRNApolymerasePrimaseDNApolymeraseleadingStrandlaggingStrandElongationoflag.&lea.strandsDNApolymerasePoly(dNt)ligaseReplicationloopRNAprimerRNA-primedDNApieces(1kb)Continuous5’to3’inLeadingS.Discontinuous3’to5’inlaggingS.TwolongDNApiecesManyshorterDNApieces(1-2kb)Repair&fillingin5’to3’Bidirectionallengtheningofnewstands眼形結(jié)構(gòu)第15頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月三、原核生物DNA復(fù)制的酶學DNA復(fù)制所需的物質(zhì)及作用1、底物：dNDP。2、聚合酶：依賴DNA的DNA聚合酶，簡稱DNA-pol。3、模板：解開成單鏈的DNA母鏈。4、引物：提供3′-OH末端，使dNDP可以依次聚合。5、其他酶和蛋白因子（如：引物酶、解旋酶、DNA連接酶、拓撲異構(gòu)酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白等）。第16頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）復(fù)制中解鏈和DNA分子拓撲學變化拓撲—物體或圖像做彈性位移而又保持物體不變的性質(zhì)。核酸的拓撲結(jié)構(gòu)—核酸分子結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系。共同起解開、理順DNA鏈，維持DNA在一定時間內(nèi)處于單鏈狀態(tài)的作用。解螺旋酶（DNAhelicase)

解開雙鏈。同樣功能的還有Rep蛋白。DNA拓撲異構(gòu)酶（TopI、TopII）改變DNA分子拓撲構(gòu)象。單鏈DNA結(jié)合酶（SSB)維持模板的單鏈狀態(tài)并保持單鏈的完整。解旋、解鏈酶TopICutD.S.DNAATPLigateTopIITopI在DNA的一股鏈上產(chǎn)生缺口，使另一條鏈得以穿越。TopII則在DNA的雙鏈上產(chǎn)生缺口，使另一雙鏈DNA片段得以穿越。第17頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）引物酶（Primase)和引發(fā)體(Primosome)引物酶(DnaG)：催化引物合成的一種RNA聚合酶。引物酶在模板的復(fù)制起始部位催化互補堿基的聚合，形成短片斷的RNA。引物酶和解螺旋酶共同起作用。引發(fā)體：DnaA蛋白、DnaB蛋白、DnaG蛋白、DnaC及其他復(fù)制因子，一起形成復(fù)合體，結(jié)合引物酶，形成較大的聚合體，再結(jié)合到模板DNA上。引發(fā)體的下游解開雙鏈，再由引物酶催化引物的合成。解螺旋辨認起點引物酶第18頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月Primosome（consistsofsixproteins）

PriA(dualrole)displaceSSBfromS.SDNAandhelicase

DnaT

requiredatpreprimingstage

DnaBiscentralcomponent,actionwithDnaC

DnaC

iscentralcomponent,actionwithDnaBPriB

functionisunknown

PriC

functionisunknownDnaGprimase第19頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）DNA聚合反應(yīng)和聚合酶1、DNA聚合反應(yīng)

Kornberg(1956)發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶。該酶可催化4種脫氧核糖核苷三磷酸合成DNA。脫氧核糖核苷酸被加到DNA鏈的末端，同時釋放出無機焦磷酸。（dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+ppi

DNA延長了的DNA

第20頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月①反應(yīng)需要接受模板的指導②引物：反應(yīng)需要有引物3′羥基存在。③底物：4種脫氧核糖核苷三磷酸（dNTP）④產(chǎn)物DNA的性質(zhì)與模板相同。⑤復(fù)制在5’-3’方向延伸DNA聚合酶的反應(yīng)特點:第21頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月2、DNA聚合酶(DNApol)DNA聚合酶Ⅰ(pol-Ⅰ,Konberg)：由一條單一多肽鏈組成，分子形狀呈球體。當有底物和模板存在時，可使脫氧核糖核苷酸逐個加到具有3`-OH末端的多核苷酸鏈上。和其他的DNA聚合酶一樣，只能延長多核苷酸鏈，即要有引物的存在。而不能從無到有開始DNA鏈的合成。可催化的反應(yīng)：A:核苷酸聚合反應(yīng)，使DNA鏈延5`3`方向延長（聚合酶活性—填補缺口）。B:由3`端水解DNA。（3`5`核酸外切酶活性—校正錯誤）。C:由5`端水解DNA。（5`3`核酸外切酶活性—切除引物）。D:由3`端使DNA鏈發(fā)生焦磷酸解。E:無機焦磷酸鹽與脫氧核糖核苷三磷酸之間的焦磷酸基交換。每個大腸桿菌細胞約有400個分子的DNA聚合酶Ⅰ。DNA聚合酶Ⅰ不是復(fù)制酶，而是修復(fù)酶，起著去除RNA引物的作用，只是參與局部修復(fù)。（DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）第22頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）DNA聚合酶Ⅱ（pol-Ⅱ）,

DNA聚合酶Ⅱ為多亞基酶。作用：A:從5`3`方向合成DNA，并需要帶有缺口的雙鏈DNA作為模板，缺口不能過大。B:3`5`核酸外切酶活性，但無5`3`核酸外切酶活性。不是復(fù)制酶，而是修復(fù)酶。每分子每分鐘催化2400個dNTP的聚合。每個大腸桿菌細胞約有100個分子DNA聚合酶Ⅱ。第23頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）DNA聚合酶Ⅲ（pol-Ⅲ）DNA聚合酶Ⅲ為多亞基（10種）組成的蛋白質(zhì)，其全酶由α、β、γ、δ、δ‘、ε、θ、τ、χ、ψ10種亞基組成。是DNA的復(fù)制酶。

每個大腸桿菌細胞約有10-20個分子DNA聚合酶Ⅲ。作用：其性能與DNA聚合酶Ⅱ相似。A:需要模板，以dNTP為底物，需要有引物的存在，從5`3`方向合成DNA。B:具有3`5`核酸外切酶活性，但無5`3`核酸外切酶活性。C：多亞基酶。第24頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月pol-Ⅲ異二聚體結(jié)構(gòu)核心酶DNA聚合酶Ⅲ全酶亞基組成亞基亞基數(shù)亞基功能α2聚合活性。催化從5`3`方向合成DNA。ε23'→5'外切酶活性，校對功能核心酶θ2組建核心酶τ2核心酶二聚化γ2依賴DNA的ATP酶，形成γ復(fù)合物δ1可與β亞基結(jié)合，形成γ復(fù)合物δ'1形成γ復(fù)合物χ1形成γ復(fù)合物φ1形成γ復(fù)合物β4兩個β亞基形成滑動夾子，以提高酶的持續(xù)合成能力。夾子裝配器第25頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月pol-Ⅲ異二聚體結(jié)構(gòu)第26頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月β亞基由兩個形成夾子結(jié)構(gòu)第27頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）DNA聚合酶Ⅳ和DNA聚合酶Ⅴ涉及DNA的錯誤傾向修復(fù)。使修復(fù)缺乏準確率。DNA受到較嚴重的損傷時，即可誘導產(chǎn)生這兩種酶。第28頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA聚合酶酶作用DNA聚合酶Ⅰ不能從無到有開始DNA合成，要有引物鏈。5'3'聚合酶及外切酶作用，3'5'外切酶酶作用，可校正/修復(fù)DNA鏈，還可切除引物。DNA聚合酶Ⅱ5'3'聚合酶及3'5'外切酶酶作用，可校正/修復(fù)DNA鏈。DNA聚合酶Ⅲ與酶Ⅰ作用類似，酶活高，是主要的鏈延伸酶（聚合酶replicase）。DNA聚合酶Ⅳ涉及DNA的錯誤傾向修復(fù)。DNA受到嚴重損傷時，可誘導產(chǎn)生，使修復(fù)缺乏準確性。DNA聚合酶Ⅴ同上。第29頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）DNA連接酶DNA聚合酶只能催化DNA鏈的延長反應(yīng)，不能使鏈之間連接。DNA連接酶催化雙鏈DNA切口處的5‘磷酸基和3’羥基生成磷酸二酯鍵。DNA連接酶在DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組等過程均起重要的作用。反應(yīng)分三步進行：第一步：NAD或ATP+DNA連接酶酶-AMP復(fù)合物第二步：酶將AMP轉(zhuǎn)移給DNA切口處的5′磷酸，形成AMP-DNA。第三步：通過相鄰鏈的3′-OH對活化的磷原子發(fā)生親核攻擊，生成3′，5′磷酸二酯鍵。同時釋放出AMP。Nick：指斷裂的磷酸二酯鍵。Gap：指缺失核苷酸第32頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月四、原核生物DNA生物合成過程TopI,TopIIHelicase(repprotein)SingleStrandBindingprotein(SSB)Helixdestabilizingprotein(HDP)DnaBpriteinDnaCproteinPrimaseUng-aseDNAPolymeraseIIIDNAPolymeraseILigaseforprimosome復(fù)制體進化中形成了活的多酶復(fù)合體replisome第33頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月包括起始、延伸和終止三個階段。1、起始階段復(fù)制的起始階段主要是引發(fā)體的形成。(1)DnaA蛋白識別并結(jié)合于起始點oriC。(2)DnaＢ、PriA、引物酶等相繼結(jié)合，組成復(fù)制引發(fā)體。（3）拓撲異構(gòu)酶Ⅱ引入負超螺旋，促進DnaA的結(jié)合，同時消除扭曲張力。（４）ＤＮＡ聚合酶Ⅲ結(jié)合到模板上，在引物的３′－ＯＨ后面合成新的ＤＮＡ鏈。解螺旋水解ATP推動DNA解鏈合成引物第34頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月半不連續(xù)復(fù)制：在復(fù)制叉上前導鏈連續(xù)合成子代鏈，而滯后鏈不連續(xù)合成子代鏈。2、延伸階段前導鏈—以走向3’5’的親代鏈為模板，連續(xù)合成子代鏈。滯后鏈—以走向5’3’的親代鏈為模板，不連續(xù)合成子代鏈。岡崎片斷—滯后鏈側(cè)的較小的DNA片斷。每一個復(fù)制叉上只有一個DNA聚合酶Ⅲ全酶的二聚體。同時在前導鏈和滯后鏈上完成復(fù)制任務(wù)。第35頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（滯后鏈）（前導鏈）DNA生物合成過程單鏈DNA結(jié)合蛋白（DNA聚合酶）（DNA聚合酶）第36頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA生物合成過程（DNA聚合酶）(DNA引物酶)（岡崎片斷)（RNA引物）（解螺旋酶）（DNA聚合酶）（滯后模板）復(fù)制叉上蛋白質(zhì)的協(xié)作（前導模板）第37頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個復(fù)制叉在oriC約180度的對面相遇，在這一區(qū)域有幾個終止子的位點，它們與tus基因產(chǎn)物即DnaＢ解旋酶的抑制劑結(jié)合，從而阻止復(fù)制叉的前進。復(fù)制終止后，由DNA聚合酶Ⅰ填補空隙，最后由連接酶封口。3、復(fù)制的終止第38頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA復(fù)制的要點是：1）在復(fù)制開始階段，DNA的雙螺旋拆分成兩條單鏈。第39頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月2）以DNA單鏈為模板，按照堿基互補配對的原則,在DNA聚合酶催化下，合成與模板DNA完全互補的新鏈，并形成一個新的DNA分子。第40頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月3)通過DNA復(fù)制形成的新DNA分子,與原來的DNA分子完全相同。經(jīng)過一個復(fù)制周期后，子代DNA分子的兩條鏈中，一條來自親代DNA分子，另一條是新合成的，所以又稱為半保留復(fù)制。第41頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月五、真核生物DNA的復(fù)制合成真核DNA的合成的基本過程類似于原核DNA，不同之處：復(fù)制速度慢，多復(fù)制起點。全部復(fù)制完之前起點不再重新開始復(fù)制。至少有五種聚合酶αβγδε。

DNA聚合酶α（Ⅰ）DNA聚合酶β（Ⅳ）DNA聚合酶γ（M)DNA聚合酶δ（Ⅲ）DNA聚合酶ε（Ⅱ）亞基數(shù)4122>1分子量（KD)＞25036-38160-300170256細胞內(nèi)定位核核線粒體核核引物合成酶活性＋————3′→5′外切活性－－+++功能引物合成修復(fù)線粒體DNA合成核DNA合成修復(fù)第42頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月端粒的復(fù)制依賴于端粒酶。端粒--每一線性DNA末端含有多拷貝的富含G的六核苷酸重復(fù)序列。真核生物染色體DNA末端補齊模式●端粒的發(fā)現(xiàn)1938MullerX-ray四膜蟲Drosophila末端極少發(fā)生缺失和倒位推測染色體兩端存在特殊結(jié)構(gòu)，使染色體趨于穩(wěn)定.并定名為Telomere1938B.McClintock頂端缺失染色體易于融合，而正常染色體不易連接。推測染色體末端具有特殊端粒結(jié)構(gòu)。1970s分子生物學發(fā)展端粒研究獲得突破第44頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月●端粒DNA(Telomer)

TTGGGG(T2G4)序列高度重復(fù)的末端

5’TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG3’(richGchain)

3’AACCCCAACCCCAACCCC5’(richCchain)

●1985.CarolGreider&Blackburn,

1986.Gottchling尖毛蟲telomerebindingprotein–155kdtelomerebindingprotein–226kd四膜蟲telomerase將T2G4末端重復(fù)延伸游撲蟲Telomerase=RNACAAAACCCC鏈+

末端結(jié)合蛋白（TBP）+100bptelomere第45頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月長短細胞分裂次數(shù)與端粒長短呈正比細胞分裂端粒閾值端粒長短端粒酶活

Harley(1989)端粒的重復(fù)片段為探針檢測胎兒細胞株嬰兒細胞株青年細胞株老年細胞株年齡小大端粒長度早老性侏儒癥的端粒明顯較正常人短“多莉”的衰老＞研究端粒（記時器）丟失的速率/年，預(yù)測人類的壽命XXXYwhy?PCD機制、癌細胞的無限繁殖第46頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月六、DNA的損傷及其修復(fù)DNA的損傷形式包括：堿基修飾、堿基改變、核苷酸刪除和插入、DNA鏈的交聯(lián)、磷酸二酯鍵骨架的斷裂。

損傷可造成突變或致死。許多DNA損傷可修復(fù)。只有逃過修復(fù)的損傷才會造成突變。

突變（mutation）：指一種遺傳狀態(tài)，可以通過復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的任何永久性改變。攜帶突變基因的生物稱為突變體。未突變的稱為野生型。DNA是細胞內(nèi)唯一可以修復(fù)的大分子。第47頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）誘發(fā)突變的原因物理（紫外、高能射線、電離輻射）化學（烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）生物因素（堿基對置換、堿基的插入/缺失造成移碼）第48頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月光聚合反應(yīng)

胸腺嘧啶堿基在紫外光照射下，可以發(fā)生二聚加成反應(yīng)：

在DNA分子中，如果兩個胸腺嘧啶堿基相鄰，在紫外光照射下，可能發(fā)生上述聚合反應(yīng)，其結(jié)果是破壞了正常復(fù)制或轉(zhuǎn)錄。物理因素第49頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月當DNA受到大劑量紫外線（波長260nm附近）照射時，可引起DNA鏈上相鄰的兩個嘧啶堿基共價聚合，形成二聚體，例如嘧啶二聚體（TT二聚體）。第50頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月化學因素化學因素是引起DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的最常見因素，主要包括：烷基化試劑，亞硝酸鹽以及堿基類似物等。烷基化試劑能夠與DNA分子中的氨基或氧作用，生成烷基化DNA。除了堿基上有多個位置可被烷基化外，DNA鏈上磷酸二酯鍵中的氧也容易被烷基化，從而導致DNA鏈的斷裂。第51頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月烷基化反應(yīng)由于含氧堿基存在酮式和烯醇式的互變異構(gòu)，烯醇式中的羥基可以被烷基化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的烯醇醚。鳥嘌呤核苷烷基化形成6-甲氧基鳥嘌呤核苷后，不再與C配對，而與T配對。這種情況將引起DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及信息表達出現(xiàn)錯誤。第52頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)外氨基的反應(yīng)

環(huán)外氨基在適當條件下，也可以發(fā)生化學反應(yīng)。胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下，可以形成重氮鹽，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ず塑?。因此生物體內(nèi)亞硝酸的存在有可能改變DNA的堿基組成。腺嘌呤核苷和鳥嘌呤核苷也能發(fā)生類似的反應(yīng)，分別形成次黃嘌呤核苷（I）和黃嘌呤核苷（X）。這種變化，將影響或改變堿基形成氫鍵的能力和方向，導致DNA復(fù)制錯誤，是引起基因突變的重要原因之一。第53頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月堿基類似物是一類結(jié)構(gòu)與核酸堿基相似的人工合成或天然化合物，由于它們的結(jié)構(gòu)與核酸的堿基相似，當這些物質(zhì)進入細胞后能夠摻入到DNA鏈中，干擾DNA的正常復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。常見的有堿基衍生物及稠環(huán)、稠雜環(huán)類化合物。例如5-溴尿嘧啶（5-BU），它與胸腺嘧啶堿基的結(jié)構(gòu)相似，能取代T與A配對。又如一種稱為二惡英的含氯芳香雜三環(huán)化合物（2,3,7,8-四氯-二苯-二惡英，簡稱TCDD），是一種具有強烈致癌和致畸物質(zhì)。它能夠進入細胞并與DNA結(jié)合，導致DNA復(fù)制發(fā)生錯誤，從而可能誘發(fā)癌變。第54頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）突變分子改變的類型措配、缺失、插入、重排。堿基順序顛倒，如TA被顛倒成AT第55頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月某個堿基被調(diào)換，如AT換成GC（二）突變分子改變的類型第56頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下，可以形成重氮鹽，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ず塑铡Ｒ虼松矬w內(nèi)亞硝酸的存在有可能改變DNA的堿基組成。（二）突變分子改變的類型第57頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月少了或多了一對或幾對堿基，例如：5’ATGGCTATGC3’變成5’ATGGTATGC3’3’TACCGATACG5’3’TACCATACG5’（二）突變分子改變的類型第58頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳變異的化學本質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)的改變將導致相應(yīng)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)（氨基酸順序）的變化，從而引起生物特征或性狀發(fā)生變異。所以，一切生物的變異和進化都可以認為是由于DNA結(jié)構(gòu)的改變而引起蛋白質(zhì)組成和性質(zhì)變化的結(jié)果。第59頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）DNA損傷的修復(fù)DNA修復(fù)——指針對已發(fā)生了的缺陷而實行的補救機制，主要有光修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)。1、光修復(fù)（photoreactivation）可見光（最有效波長400nm）激活生物界廣泛分布（高等哺乳動物除外）的光復(fù)活酶，該酶分解嘧啶二聚體。是一種高度專一的修復(fù)形式，只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚體。光修復(fù)酶第60頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月2、切除修復(fù)（excisionrepair）是細胞內(nèi)最重要的修復(fù)機制在一系列酶（DNA聚合酶Ⅰ、連接酶、解旋酶）的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復(fù)正常。這是一種比較普遍的修復(fù)機制。細胞的修復(fù)功能對于保護遺傳物質(zhì)DNA不受破壞有重要意義。第62頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月3、重組修復(fù)（recombinationrepair）又稱復(fù)制后修復(fù)（postreplicationrepair）受損傷的DNA在進行復(fù)制時，跳過損傷部位，在子代DNA鏈與損傷相對應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。通過分子間重組，從完整的母鏈上將相應(yīng)的堿基順序片段移至子鏈的缺口處，然后再用合成的多核苷酸來補上母鏈的空缺，此過程即重復(fù)修復(fù)。并非完全校正。第63頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月4、SOS修復(fù)指DNA受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態(tài)時所誘導的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，但留下的錯誤較多，又稱傾錯性修復(fù)（Error-ProneRepair）。第64頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月基因重組與DNA克?。ɑ蚬こ蹋┫拗菩詢?nèi)切酶

能識別DNA特定核苷酸序列的核酸內(nèi)切酶分布：主要在微生物中。特點：特異性，即識別特定核苷酸序列，切割特定切點。結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。舉例：大腸桿菌的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。第65頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點上將DNA分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有400～500多種。第66頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月運載體種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。質(zhì)粒的特點:細胞染色體外能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子；質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體；最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒；存在于許多細菌及酵母菌等生物中；質(zhì)粒的存在對宿主細胞無影響；質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細胞內(nèi)完成。第67頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月

DNA重組與克?、購募毎蟹蛛x出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因⑦重組體的篩選第68頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月PCR(polymeraseChainreaction)聚合酶鏈式反應(yīng)PCR也稱體外酶促基因擴增，原理類似天然DNA復(fù)制。靶DNA分子變性后解鏈，兩條單鏈DNA分別與兩條引物互補結(jié)合，在4種dNTP存在和合適和條件下，由耐熱的TaqDNA聚合酶催化引物由5’－3’擴增延伸，形成兩條新的雙鏈DNA分子，并作為下一循環(huán)的模板。每經(jīng)過一個變性、復(fù)性、延伸循環(huán)，模板DNA增加一倍。經(jīng)過30～50個循環(huán)，可使原DNA量增加106～109倍。PCR的主要步驟：?模板DNA的變性一般選用95℃左右1min，使DNA雙鏈解為單鏈?復(fù)性按引物實際情況確定適當溫度，時間一般30s至1.5min?延伸一般72℃1min?循環(huán)數(shù)按初始模板濃度確定，一般25－45之間第69頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第70頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月PCR的引物設(shè)計

PCR擴增產(chǎn)物的特異性主要由引物決定，引物的設(shè)計是PCR成功的關(guān)鍵，?引物位置和產(chǎn)物長度根據(jù)不同目的和要求確定，長度一般在200～800bp之間?引物的長度一般為18～25bp?末端核苷酸3’端不得有任何修飾?G＋C含量和Tm值一般在40－60%之間，兩條相差2－3℃第71頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2RNA的生物合成DNA攜帶的遺傳信息傳遞給RNA分子的過程稱轉(zhuǎn)錄（transcription

）。在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導的RNA合成，此為生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNA指導的RNA合成，此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級轉(zhuǎn)錄本是RNA前體（RNAprecursor），需經(jīng)加工過程（processing）方具有生物學活性。

第72頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月一、原核生物中的基因轉(zhuǎn)錄第73頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月合成方向：5‘→3’從頭合成。連接方式：

3‘,5’磷酸二酯鍵。5′-末端的起始核苷酸常為GTP或ATP。合成過程:連續(xù)轉(zhuǎn)錄特點：不對稱轉(zhuǎn)錄--DNA片段轉(zhuǎn)錄時，雙鏈DNA中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對稱轉(zhuǎn)錄。模板鏈(templatestrand)及反義鏈(antisensestrand):指導RNA合成的DNA鏈為模板鏈，又稱反義鏈。

編碼鏈(codingstrand)及有義鏈(sensestrand)：不作為轉(zhuǎn)錄的另一條DNA鏈為編碼鏈，又稱有義鏈。由于基因分布于不同的DNA單鏈中，即某條DNA單鏈對某個基因是模板鏈，而對另一個基因則是編碼鏈。原料：四種三磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中變?yōu)閁。轉(zhuǎn)錄基本特點第75頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第76頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第77頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)節(jié)基因啟動子操縱基因lacZlacYlacACAPcAMPCAP-cAMP復(fù)合物mRNA+-半乳糖苷酶-半乳糖苷透過酶-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶酶

“轉(zhuǎn)錄單位”（transcriptionunit）：以操縱子（operon）為轉(zhuǎn)錄的功能單位,結(jié)構(gòu)上包括四個功能區(qū)：多順反子（結(jié)構(gòu)基因區(qū)）、啟動子、操作子、終止子和調(diào)節(jié)基因。第78頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月識別解鏈起始延伸終止終止位點起始位點第79頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌的RNA聚合酶

全酶由5種亞基α2ββ’

σ組成。σ因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與β’βα2分離。沒有σ亞基的酶稱為核心酶——只催化鏈的延長，對起始無作用。只有全酶能夠找到轉(zhuǎn)錄的起始位點并起始。五種亞基的功能分別為：

α亞基：與啟動子結(jié)合功能，決定轉(zhuǎn)錄的基因類型。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵，參與轉(zhuǎn)錄的全過程。

亞基：在全酶中存在，功能不清楚。

β’亞基：與DNA模板結(jié)合功能。參與轉(zhuǎn)錄的全過程。

σ亞基：識別起始位點，轉(zhuǎn)錄延長時脫落。1.啟動子和起始第80頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月啟動子是基因起始處的DNA序列。

σ識別正確的啟動位點，啟動子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶識別的信號；-10序列是酶的緊密結(jié)合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開）；第三部分是RNA合成的起始點。解旋從RNA聚合酶結(jié)合的啟動子部位開始，然后從起始位點的核苷酸處起始RNA鏈的合成。第一位點被定義為基因序列的+1位置。5’3’+1轉(zhuǎn)錄起始點AACTGTATATTATTGACATATAAT5’3’－35序列Sextama框－10序列Pribnow框+1對解旋很重要最保守第83頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月2.轉(zhuǎn)錄起始

加入的第一個核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點，σ亞基就會被釋放脫離核心酶。-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈E

第84頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月3.鏈的延伸

以NTP為原料和能量,DNA模板鏈為模板，靠核心酶的催化，核苷酸間通過3′,5′-磷酸二酯鍵成核糖核酸鏈(RNA)。轉(zhuǎn)錄的第一個核苷酸總是pppG或pppA。第85頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月4.轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止在特殊的終止子序列。轉(zhuǎn)錄終止信號分兩類：一類是不依賴ρ因子(即ρ蛋白)，另一類是依賴ρ因子。不依賴于ρ因子的這一類，其DNA鏈的3′端附近有富含GC的回文區(qū)域和隨后的一段富含AT的序列。當以這段終止信號為模板轉(zhuǎn)錄出的RNA即形成具有莖環(huán)的發(fā)夾形結(jié)構(gòu)(hairpinstructure)，其3′端含有一串UUUU……的尾巴（圖8.40），這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)阻礙了聚合酶的進一步延伸，RNA鏈的合成即終止。第86頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月另一類依賴因子的終止，其DNA鏈的3′端附近的回文序列沒有富含G-C堿基的區(qū)域，后面也沒有連續(xù)的A存在，需ρ因子的參與才能完成鏈的終止。ρ因子是由ρ基因編碼的相對分子質(zhì)量為55000的蛋白質(zhì)?，F(xiàn)在一般認為ρ因子是與正在合成的RNA鏈相結(jié)合，并利用水解ATP或其他核苷三磷酸釋出的能量從5′-3′端移動，當聚合酶遇到終止信號時，聚合酶移動速度減慢，ρ因子就很快追趕上來，使轉(zhuǎn)錄終止，釋放RNA，并使RNA聚合酶與ρ因子一起從DNA上脫落下來。第87頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月二、真核生物的轉(zhuǎn)錄作用酶類分布產(chǎn)物活性分子量(KDa)反應(yīng)條件Ⅰ核仁rRNA（5.8S、18S、28S）50～70％500低離子強度要求Mg2+或Mn2+Ⅱ核質(zhì)mRNA、snRNA20～40％～700高離子強度Ⅲ核質(zhì)tRNA、5SrRNA、snRNA、7sRNA10％～700高Mn2+濃度1.真核RNA聚合酶2.轉(zhuǎn)錄真核RNA轉(zhuǎn)錄基本過程與原核類似，但其產(chǎn)生的mRNA為“單順反子”，只編碼一條肽鏈。第88頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“加工”（成熟過程）在細胞內(nèi)，由RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（primarytranscript）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、5

和3

末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA分子。此過程總稱為RNA的成熟或稱為RNA的轉(zhuǎn)錄后加工。原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時即進行翻譯（半壽期短）。rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體的加工真核mRNA前體的加工

第89頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月rRNA前體的加工

rRNA基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列。

加工過程：

1、剪切作用：需核酸酶參與。

2、甲基化修飾：修飾在堿基上。

3、自我剪接：一種核酶的作用。

原核rRNA加工：rRNA含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含tRNA真核rRNA加工：1.5S自成體系加工少無修飾和剪接。

2.45S加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶。第90頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月tRNA前體的加工tRNA前體在tRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNA分子

3’末端加上CCA堿基的修飾：甲基化、脫氨和還原作用第91頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第92頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月真核mRNA前體的加工剪接（Splicing）

去除內(nèi)含子，連接外顯子5’帽端結(jié)構(gòu)的生成（5’端加7-甲基化鳥苷，防止外切酶的攻擊）3’端多聚A（polyA）的附加第93頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第94頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA的復(fù)制合成（RNA指導的RNA合成）噬菌體Qβ的RNA復(fù)制兩階段（1）其單鏈RNA可充當mRNA，利用寄主中的核糖體合成外殼蛋白和RNA復(fù)制酶的β亞基。（2）復(fù)制酶的β亞基可與來自寄主細胞的亞基α

δ自動裝配成RNA復(fù)制酶，可進行RNA的復(fù)制，以分子中單鏈RNA為模板（正鏈），復(fù)制出一條新的RNA鏈（負鏈），再復(fù)制出正鏈，與外殼蛋白組裝成新的噬菌體顆粒。某些RNA病毒可以以自身RNA為模板進行復(fù)制。不同的RNA病毒復(fù)制方式不同5

RNA-5

3

3

RNA+釋放釋放3

5

3

3

5

5

RNA+RNA+RNA-RNA-及RNA+的合成方向均為5‘3’第95頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月核酶

1982年Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA前體自我剪接作用，RNA有催化作用;1983年發(fā)現(xiàn)RNaseP中的RNA可催化tRNA前體的加工。

核酶自我切割區(qū)內(nèi)有錘頭結(jié)構(gòu)（hammer-headstructure），其中的結(jié)構(gòu)特點是：

（1）三個莖區(qū)形成局部的雙鏈結(jié)構(gòu)；其中含13個保守的核苷酸，N代表任何核苷酸。

（2）圖中的箭頭表示自我切割位點，位于GUX的X外側(cè)，X可表示為C、U或A，不能是G。

核酶的生物學意義1.RNA為生物催化劑，具有重要生物學意義。

2.打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。

3.在生命起源問題上，為先有核酸提供了依據(jù)。

4.為治療破壞有害基因，腫瘤等疾病提供手段。第96頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月基因表達轉(zhuǎn)錄調(diào)控方式基因表達調(diào)控概述原核生物以操縱子為單元進行表達和調(diào)控，特異的阻遏蛋白是控制原核啟動序列活性的重要因素。乳糖操縱子的調(diào)節(jié)機制色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)機制第97頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月I－調(diào)節(jié)基因P－啟動子O－操作子（操作基因）Z、Y、A－三種結(jié)構(gòu)基因第98頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)

當無誘導物乳糖存在時，調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白（repressorprotein）處于活性狀態(tài)，阻止RNA聚合酶與啟動基因的結(jié)合，則無法啟動轉(zhuǎn)錄。當有乳糖存在時，lac操縱子（元）即可被誘導。乳糖進入細胞，經(jīng)β－半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴樘?。后者作為一種誘導劑分子結(jié)合阻遏蛋白，使蛋白構(gòu)象變化，導致阻遏蛋白與O序列解離、轉(zhuǎn)錄發(fā)生。異丙基硫代半乳糖苷（IPTG）是一種作用極強的誘導劑，不被細菌代謝而十分穩(wěn)定，因此被實驗室廣泛應(yīng)用。

CAP（代謝產(chǎn)物活化蛋白）的正性調(diào)節(jié)

當沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時，cAMP與CAP結(jié)合，這時CAP結(jié)合在lac啟動序列附近的CAP位點，可刺激RNA轉(zhuǎn)錄活性。葡萄糖的分解代謝產(chǎn)物能抑制腺苷酸環(huán)化酶活性并活化磷酸二酯酶，從而降低了cAMP的濃度，CAP不能被活化形成CAP－cAMP復(fù)合物，則不能轉(zhuǎn)錄。第99頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月lac阻遏蛋白負性調(diào)節(jié)與CAP正性調(diào)節(jié)兩種機制協(xié)調(diào)合作：當Lac阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；但是如果沒有CAP存在來加強轉(zhuǎn)錄活性，即使阻遏蛋白從操縱序列上解聚仍幾無轉(zhuǎn)錄活性。

lac操縱子強的誘導作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖。第100頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3蛋白質(zhì)的生物合成Reversetranscription遺傳信息第101頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯。合成體系：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體、酶和因子,以及無機離子、ATP、GTP合成方向：N→C端。翻譯過程分為：起始、延長、終止3個階段。真核細胞第102頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月一、遺傳密碼密碼子（Codon）或三聯(lián)體密碼——為一個氨基酸編碼進入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個核苷酸單位。遺傳密碼——規(guī)定著多肽鏈氨基酸序列的mRNA上核苷酸序列。（一）遺傳密碼是三聯(lián)體密碼起始密碼子：AUG，編碼甲硫氨酸。終止密碼子：UAG、UGA、UAA，不編碼氨基酸。第103頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月密碼子的發(fā)現(xiàn)

統(tǒng)計學方法人工合成僅由一種核苷酸組成的多聚核苷酸，推測由哪一種氨基酸合成的多肽核糖體結(jié)合試驗1965年，Nirenberg用polyu加入C14標記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。第104頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）遺傳密碼子的特點：1、無標點、不重疊

每個三聯(lián)體中的三個核苷酸只編碼一個氨基酸。2、簡并(degeneracy)

和擺動

43=64種密碼子決定20種氨基酸。幾種密碼子對應(yīng)于同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子。密碼子的第三個位置稱為擺動位置。3、普遍性

絕大多數(shù)密碼子對各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外。4、終止密碼子

UAG、UAA、UGA。5、起始密碼子

AUG（真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met）。第105頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月6、閱讀框架閱讀框架15'3'閱讀框架25'UUAUGAGCG

CUA

AAULeu

終止

Ala

Leu

AsnUUAU

GAG

CGCUAA

AUTyrGlu

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終止UUAUG

AGC

GCU

AAA

UMet

Ser

Ala

Lys3'閱讀框架35'3'3種可能的閱讀框架起始密碼子第106頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳密碼第107頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月以mRNA為模板，氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNA為原料，GTP、ATP供能，在核糖體中完成。3個階段：起始、延長、終止。（二）氨酰tRNA的合成tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的幫助下，能夠識別相應(yīng)的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的3'-OH與氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一個兩步反應(yīng)過程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA。二、蛋白質(zhì)合成-翻譯（一）概述第108頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月氨基酸活化圖示第109頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月氨基酸活化的總反應(yīng)式是：

氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA+H2O

氨基酰-tRNA+AMP+PPi每一種氨基酸至少有一種對應(yīng)的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA。氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識別一種相應(yīng)的tRNA。tRNA分子能接受相應(yīng)的氨基酸,決定于它特有的堿基順序,而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA合成酶所識別。第110頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月氨基酸的活化第111頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）參與蛋白質(zhì)合成的三類RNA及核糖體1.rRNA

與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核糖體——蛋白質(zhì)合成“工廠”核糖體結(jié)構(gòu)組成

核糖體的基本功能結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對肽鍵的形成

存在

核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA形成串狀——多核糖體第112頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月核糖體由大（50S)、小(30S)兩個亞基組成。核糖體上有兩個tRNA結(jié)合位點：氨酰tRNA接受位（A位）和肽鏈結(jié)合位（P位）。核糖體移動方向P位點A位點第113頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成第114頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月2.tRNA結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3‘-CCA的位置。反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準確的在mRNA上對號入座。反密碼子與mRNA的第三個核苷酸配對時，不嚴格遵從堿基配對原則第115頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月3.mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細胞內(nèi)，存在時間短，在轉(zhuǎn)錄的同時翻譯在真核細胞內(nèi)，較穩(wěn)定蛋白質(zhì)合成時，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質(zhì)。第116頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月(四）在核糖體上合成肽鏈氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯(lián)體反密碼子識別mRNA上相應(yīng)的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的順序安置在特定的位置，最后在核糖體中合成肽鏈。肽鏈的合成過程（以原核為例）起始延伸終止與釋放第117頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月1、肽鏈合成的起始起始密碼的識別首先辨認出mRNA鏈上的起始點（AUG），核糖體小亞基上的16SrRNA和mRNA的SD序列結(jié)合。在原核生物中,核糖體中與mRNA結(jié)合位點位于16SrRNA的3‘端,mRNA中與核糖體16SrRNA結(jié)合的序列稱為SD序列(SDsequence),它是1974年由J.Shine和L.Dalgarno發(fā)現(xiàn)的,故此而命名。SD序列是mRNA中5’端富含嘌呤的短核苷酸序列,一般位于mRNA的起始密碼AUG的上游5～10個堿基處,并且同16SrRNA3‘端的序列互補。（5′-AAACAGGAGG-3′）第118頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月起始復(fù)合物的形成第119頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月E.coli蛋白質(zhì)合成起始所需的三種起始因子因子質(zhì)量（KDa）因子/核糖體功能IF32325%亞基解離與mRNA的結(jié)合IF297.3?起始tRNA的結(jié)合與GTP水解IF1915%循環(huán)因子？B.Lewin:《GENES》Ⅳ.1990,table7.2第120頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月肽鏈的延長進位（氨酰tRNA進入A位點）參與因子：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽鏈的形成肽?；鶑腜位點轉(zhuǎn)移到A位點，形成新的肽鏈移位（translocase）在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對移動，使原來在A位點的肽酰－tRNA回到P位點第121頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月進位核糖體移位肽鏈的形成第122頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月第123頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月延長過程中肽鏈的生成肽基轉(zhuǎn)移酶第124頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月肽鏈合成的終止與釋放3種終止密碼：UAG、UAA、UGA。第125頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月肽鏈合成的終止與釋放識別mRNA的終止密碼子，水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵，釋放肽鏈RF1識別UAA、UAGRF2識別UAA、UGARF3與RF1或RF2結(jié)合形成異二聚體幫助P位點的tRNA殘基脫落，而后核糖體脫落解離。第126頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)合成結(jié)構(gòu)圖第127頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月ProteinsynthesisoccursinthreesubcellularcompartmentseachcontaindifferentmachineryinplantMorethan20,000proteins50-10030-40第128頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月多核糖體在細胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個核糖體，甚至可多到幾百個。蛋白質(zhì)開始合成時，第一個核糖體在mRNA的起始部位結(jié)合，引入第一個蛋氨酸，然后核糖體向mRNA的3’端移動一定距離后，第二個核糖體又在mRNA的起始部位結(jié)合，現(xiàn)向前移動一定的距離后，在起始部位又結(jié)合第三個核糖體，依次下去，直至終止。每個核糖體都獨立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率。

第129頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）真核細胞蛋白質(zhì)合成的特點核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成起始密碼AUG起始tRNA為Met－tRNA起始復(fù)合物結(jié)合在mRNA5’端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu)，真核mRNA無富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）已發(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近9種（eukaryoteInitiationfactor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220復(fù)合物稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復(fù)合物（CBPC）肽鏈終止因子（EF1αEF1βγ）及釋放因子（RF）線粒體、葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成同于原核細胞第130頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月

因子分子量（Kda）結(jié)構(gòu)功能起始eIF-3550多聚體40S三元復(fù)合體和mRNA結(jié)合，和Cap有強的親和力eIF-4F(CBP-Ⅱ)220多聚體5’帽結(jié)合蛋白，具有解鏈酶活性eIF-4E(CBP-Ⅰ)24單體結(jié)合mRNA5’端，解鏈eIF-115單體幫助mRNA的結(jié)合，形成40S起始復(fù)合物eIF-4B80單體結(jié)合mRNA，解鏈酶eIF-4A44.4單體結(jié)合mRNA和ATP,水解ATP，解鏈eIF-623單體阻止40S和60S亞基結(jié)合eIF-5150單體介導eIF-2和eIF-3從起始復(fù)合體中釋放出來eIF-4C

單體40S和60S亞基結(jié)合eIF-2α35三體結(jié)合GTP，由磷酸化控制eIF-2β38可能是循環(huán)因子eIF-2γ55結(jié)合Met-tRNAfeIF-1A17.5單體核糖體解聚，結(jié)合60S亞基eIF-3A25單體核糖體解聚，結(jié)合60S亞基延伸eIF-5A16.7單體促進第一個肽鏈的形成eEF-1α51單體結(jié)合aa-tRNA,GTPaseeEF-1β23單體與eEF-1α的GTP：GDP交換eEF-1γ49單體GTP：GDP交換eEF-2100單體依賴于GTP水解的移位酶，相當于原核的EF-G終止eRF54單體識別3種終止密碼，促進脫酰-tRNAd的釋放真核生物蛋白質(zhì)合成中涉及的各種輔助因子第131頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)合成過程小結(jié)肽鏈合成方向NC（同位素證明）以mRNA的5’-3’方向閱讀遺傳密碼該合成過程是一個耗能過程

肽鏈的起始需要5ATP，延長時只需4ATP，合成一個n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽鏈的終止不需GTP，則合成n肽所需能量3×n＋1第132頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月三、肽鏈合成后的“加工處理”翻譯后加工——從核蛋白體釋放的多肽鏈，不一定具備生物活性。肽鏈從核蛋白體釋放后，經(jīng)過細胞內(nèi)各種修飾處理過程，成為有活性的成熟蛋白質(zhì)。翻譯后加工高級結(jié)構(gòu)的修飾一級結(jié)構(gòu)的修飾亞基聚合：肽鏈通過非共價鍵聚合，形成寡聚體。輔基連接：輔基與肽鏈結(jié)合。

去除N-甲?；?/p>

N端改造

fMet的切除個別氨基酸修飾：肽鏈內(nèi)或肽鏈間的二硫鍵的形成、乙?；?、甲基化。水解修飾第133頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月愿生物化學為你插上翅膀在生命科學世界里展翅翱翔第134頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月TRANSCRIPTION第135頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月TCATGATTAAG

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Transcriptiontakesplaceinsidethenucleus.PartofaDNAunwinds.第136頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月AG

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AGCUGACGGUUUOnlyonestrandactsasatemplate.第137頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月AG

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AGCUGACGGUUUExposedbaseattractscomplementaryRNA.RNAPOLYMERASE第138頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月AG

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AGCGACGGUUUUTheenzymeRNApolymeraseaddsonecomplementaryRNAnucleotidetotheexistingone.第139頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月AG

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AGCGACGGUUUUTheenzymeRNApolymerasemovesalongtheDNA.第140頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月AG

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第141頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月AG

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GCGACGGUUAUUAComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第145頁，課件共167頁，創(chuàng)作于2023年2月AG

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