核酸與蛋白質(zhì)的生物合成1PPT課件

1、第一節(jié)第一節(jié) DNADNA的生物合成的生物合成 一、中心法則一、中心法則 第1頁/共67頁 在細(xì)胞內(nèi)在細(xì)胞內(nèi)DNADNA的合成方式的合成方式有兩種。半保留復(fù)制具有普有兩種。半保留復(fù)制具有普遍意義。反轉(zhuǎn)錄以遍意義。反轉(zhuǎn)錄以RNARNA為模為模板，只存在于反轉(zhuǎn)錄病毒中。板，只存在于反轉(zhuǎn)錄病毒中。二、二、DNADNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制第2頁/共67頁1.DNA1.DNA半保留復(fù)制的理論半保留復(fù)制的理論 19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick在提出在提出DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)曾推測曾推測 DNADNA復(fù)制過程中，首先堿基間的氫鍵破裂使雙鏈復(fù)

2、制過程中，首先堿基間的氫鍵破裂使雙鏈解旋和分開；然后以每一條鏈為模板在其上合成新的互補(bǔ)解旋和分開；然后以每一條鏈為模板在其上合成新的互補(bǔ)鏈。于是，原來的一個(gè)親代鏈。于是，原來的一個(gè)親代DNADNA分子變成為核苷酸排列順序分子變成為核苷酸排列順序完全相同的兩個(gè)子代完全相同的兩個(gè)子代DNADNA分子，每個(gè)子代分子，每個(gè)子代DNADNA分子的一條鏈分子的一條鏈來自親代，另一條則是新合成的，這樣的復(fù)制合成方式稱來自親代，另一條則是新合成的，這樣的復(fù)制合成方式稱為半保留復(fù)制為半保留復(fù)制 。二、二、DNADNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制第3頁/共67頁二、二、DNADNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制第4頁/共6

3、7頁 以四種脫氧核苷三磷酸為底物以四種脫氧核苷三磷酸為底物, ,稱稱dNTPdNTP； 反應(yīng)需要接受模板的指導(dǎo)；反應(yīng)需要接受模板的指導(dǎo)； 反應(yīng)需要有反應(yīng)需要有3-OH3-OH的引物存在；的引物存在； DNADNA引物的伸長方向是引物的伸長方向是5-35-3； 產(chǎn)物產(chǎn)物DNADNA的性質(zhì)與模板相同。的性質(zhì)與模板相同。1.DNA1.DNA聚合反應(yīng)的特點(diǎn)聚合反應(yīng)的特點(diǎn)第5頁/共67頁 參與參與DNADNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)共有聚合反應(yīng)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)共有3030多種，其中主多種，其中主要有以下幾種。要有以下幾種。（1 1）解旋解鏈酶）解旋解鏈酶 拓?fù)洚悩?gòu)酶（解超螺旋酶）：解開拓?fù)洚悩?gòu)酶（解超螺

4、旋酶）：解開DNADNA超螺旋。超螺旋。 解鏈酶（解螺旋酶）：解開堿基對之間的氫鍵，形成解鏈酶（解螺旋酶）：解開堿基對之間的氫鍵，形成 2 2股單鏈。股單鏈。 單鏈單鏈DNADNA結(jié)合蛋白：結(jié)合于單股結(jié)合蛋白：結(jié)合于單股DNADNA鏈，阻止鏈，阻止DNADNA復(fù)性。復(fù)性。（2 2）引物酶：）引物酶：合成一小段合成一小段RNARNA引物，用于引物，用于DNADNA聚合酶延長子聚合酶延長子 鏈。鏈。（3 3）DNADNA聚合酶：聚合酶：5 5 端有有引物的前提下，延長端有有引物的前提下，延長DNADNA子鏈。子鏈。（4 4）連接酶：）連接酶：在隨后連合成過程中，將不連續(xù)的在隨后連合成過程中，將不連

5、續(xù)的DNADNA子鏈連子鏈連 接。接。2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第6頁/共67頁 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第7頁/共67頁解鏈酶解鏈酶2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第8頁/共67頁單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第9頁/共67頁3OH5PiPiPi3OH5PiPiPi2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶（2）引物酶）引物酶第10頁/共67頁（3）DNADNA聚合酶聚合酶 19561956年，年，KornbergKornberg等人首先發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌中的等人首先發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌

6、中的DNADNA聚合聚合酶。酶。大腸桿菌共有三種不同的大腸桿菌共有三種不同的DNADNA聚合酶，它們分別是聚合酶，它們分別是DNADNA聚聚合酶合酶、。2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第11頁/共67頁2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第12頁/共67頁2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第13頁/共67頁2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第14頁/共67頁2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第15頁/共67頁2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第16頁/共67頁（4）DNADNA連接酶連接酶 該酶可使雙鏈該酶可使雙鏈DNADNA中的一條

7、鏈上斷開的相鄰核苷酸間中的一條鏈上斷開的相鄰核苷酸間( (斷斷口的一端為口的一端為3 3-OH-OH，另一端為，另一端為5 5- -磷酸基磷酸基) )形成形成3 3，5-5-磷酸二酯磷酸二酯鍵。但不能使游離的兩條鏈直接連接起來。動(dòng)物和噬菌體鍵。但不能使游離的兩條鏈直接連接起來。動(dòng)物和噬菌體由由ATPATP供能，細(xì)菌由輔酶供能，細(xì)菌由輔酶(NAD)(NAD)提供。提供。2.2.參與參與DNADNA復(fù)制的酶復(fù)制的酶第17頁/共67頁復(fù)制子復(fù)制子 基因組能進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制的單位，復(fù)制子一定含有復(fù)制起基因組能進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制的單位，復(fù)制子一定含有復(fù)制起點(diǎn)（點(diǎn)（origin),origin),可能也有復(fù)制終點(diǎn)（

8、可能也有復(fù)制終點(diǎn)（terminus),terminus),原核生物的原核生物的DNADNA是環(huán)形的，通常具有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，真核生物的是環(huán)形的，通常具有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，真核生物的DNADNA是線形的，是線形的，通常具有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。通常具有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。復(fù)制方式復(fù)制方式雙向復(fù)制：大多數(shù)復(fù)制從起點(diǎn)開始向連個(gè)方向同時(shí)復(fù)制，有雙向復(fù)制：大多數(shù)復(fù)制從起點(diǎn)開始向連個(gè)方向同時(shí)復(fù)制，有兩個(gè)復(fù)制叉。兩個(gè)復(fù)制叉。單向復(fù)制：少數(shù)復(fù)制從起點(diǎn)向一個(gè)方向復(fù)制，只有一個(gè)復(fù)制單向復(fù)制：少數(shù)復(fù)制從起點(diǎn)向一個(gè)方向復(fù)制，只有一個(gè)復(fù)制叉。叉。3.3.復(fù)制的起始點(diǎn)和方式復(fù)制的起始點(diǎn)和方式第18頁/共67頁3.3.復(fù)制的起始點(diǎn)和方式復(fù)制的

9、起始點(diǎn)和方式第19頁/共67頁3.3.復(fù)制的起始點(diǎn)和方式復(fù)制的起始點(diǎn)和方式第20頁/共67頁對稱復(fù)制對稱復(fù)制: :兩條鏈同時(shí)進(jìn)行的復(fù)制稱為對稱復(fù)制。兩條鏈同時(shí)進(jìn)行的復(fù)制稱為對稱復(fù)制。不對稱復(fù)制不對稱復(fù)制: :若一條鏈先復(fù)制，待一條鏈復(fù)制完成后，另一若一條鏈先復(fù)制，待一條鏈復(fù)制完成后，另一條鏈開始復(fù)制，這種復(fù)制過程稱為不對稱復(fù)制。條鏈開始復(fù)制，這種復(fù)制過程稱為不對稱復(fù)制。3.3.復(fù)制的起始點(diǎn)和方式復(fù)制的起始點(diǎn)和方式第21頁/共67頁4.4.復(fù)制過程復(fù)制過程(1)(1)模板模板DNADNA的解鏈和解旋的解鏈和解旋 復(fù)制要求單鏈復(fù)制要求單鏈DNADNA為模板，所以，復(fù)制時(shí)為模板，所以，復(fù)制時(shí)DNAD

10、NA雙螺旋必雙螺旋必須解鏈和解旋。邊解鏈、解旋，邊復(fù)制。須解鏈和解旋。邊解鏈、解旋，邊復(fù)制。第22頁/共67頁 轉(zhuǎn)軸酶轉(zhuǎn)軸酶( (又稱拓?fù)洚悩?gòu)酶又稱拓?fù)洚悩?gòu)酶) 它能迅速切斷雙鏈中的一條鏈，斷鏈的末端會(huì)自動(dòng)繞它能迅速切斷雙鏈中的一條鏈，斷鏈的末端會(huì)自動(dòng)繞螺旋軸旋轉(zhuǎn)，釋放因解鏈造成的正超螺旋張力。超螺旋解螺旋軸旋轉(zhuǎn)，釋放因解鏈造成的正超螺旋張力。超螺旋解除后，該酶可把斷口封閉。除后，該酶可把斷口封閉。 旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶( (又稱拓?fù)洚悩?gòu)酶又稱拓?fù)洚悩?gòu)酶) 它能利用其水解它能利用其水解ATPATP提供的能量，將特定部位提供的能量，將特定部位DNADNA雙鏈雙鏈同時(shí)切斷，并向同時(shí)切斷，并向DNADNA分

11、子引進(jìn)負(fù)超螺旋，以抵消解鏈產(chǎn)生的分子引進(jìn)負(fù)超螺旋，以抵消解鏈產(chǎn)生的正超螺旋張力，之后再將斷口封閉，從而使解鏈繼續(xù)進(jìn)行。正超螺旋張力，之后再將斷口封閉，從而使解鏈繼續(xù)進(jìn)行。4.4.復(fù)制過程復(fù)制過程第23頁/共67頁原核生物中岡奇片段的長度為原核生物中岡奇片段的長度為10002000個(gè)核苷酸；個(gè)核苷酸；真核生物中岡奇片段的長度為真核生物中岡奇片段的長度為200個(gè)核苷酸。個(gè)核苷酸。(2) (2) 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制第24頁/共67頁(2) (2) 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制第25頁/共67頁(2) (2) 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制第26頁/共67頁(3) (3) 引物的合成引物的合成第27頁/共

12、67頁 DNA聚合酶聚合酶有有5 3 外切酶活力，可將外切酶活力，可將RNA引物切引物切除，然后，再以四種除，然后，再以四種dNTP為原料補(bǔ)各缺口為原料補(bǔ)各缺口(3 -OH端端)，再，再由由DNA連接酶將裂縫連接起來。連接酶將裂縫連接起來。(4) (4) 合成終止合成終止第28頁/共67頁1.1.復(fù)制的起始復(fù)制的起始（1)DNA1)DNA解旋、解鏈，形成復(fù)制叉：拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶及單鏈結(jié)合蛋白。解旋、解鏈，形成復(fù)制叉：拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶及單鏈結(jié)合蛋白。（2 2）RNARNA引物合成：依賴于單戀模板，由引物酶催化合成一小段引物合成：依賴于單戀模板，由引物酶催化合成一小段RNARNA引物。引物。（

13、3)3)特點(diǎn)：原核環(huán)形特點(diǎn)：原核環(huán)形DNADNA通常只有一個(gè)起點(diǎn)，雙向復(fù)制；真核生物有多個(gè)通常只有一個(gè)起點(diǎn)，雙向復(fù)制；真核生物有多個(gè)起始點(diǎn)，形成多個(gè)復(fù)制叉。起始點(diǎn)，形成多個(gè)復(fù)制叉。2.2.復(fù)制的延長復(fù)制的延長（1 1）子鏈延長：引物合成后，由聚合酶）子鏈延長：引物合成后，由聚合酶催化，在引物催化，在引物3 3 -OH-OH末端逐一末端逐一添加與模板鏈對應(yīng)互補(bǔ)的脫氧核苷三磷酸。添加與模板鏈對應(yīng)互補(bǔ)的脫氧核苷三磷酸。（2 2）半不連續(xù)合成：）半不連續(xù)合成：a.a.先導(dǎo)鏈：鏈的延長方向與解鏈方向相同，為連續(xù)合成。先導(dǎo)鏈：鏈的延長方向與解鏈方向相同，為連續(xù)合成。b.b.滯后鏈：鏈的延長方向與解鏈方向相

14、反，為不連續(xù)合成（產(chǎn)生岡崎片滯后鏈：鏈的延長方向與解鏈方向相反，為不連續(xù)合成（產(chǎn)生岡崎片段）。段）。4.4.復(fù)制過程總結(jié)復(fù)制過程總結(jié)第29頁/共67頁4.4.復(fù)制過程總結(jié)復(fù)制過程總結(jié)3.3.復(fù)制的終止復(fù)制的終止（1 1）水解引物及填補(bǔ)空隙：岡崎片段合成后，由聚合酶）水解引物及填補(bǔ)空隙：岡崎片段合成后，由聚合酶水解去除引物，并填補(bǔ)留下的空隙。水解去除引物，并填補(bǔ)留下的空隙。（2)2)連接酶連接岡崎片段形成完整雙鏈連接酶連接岡崎片段形成完整雙鏈DNADNA分子：空隙填補(bǔ)分子：空隙填補(bǔ)后，后，DNADNA片段之間的一個(gè)缺口由片段之間的一個(gè)缺口由DNADNA連接酶催化連接，從而連接酶催化連接，從而產(chǎn)生

15、完整的雙鏈產(chǎn)生完整的雙鏈DNADNA分子。分子。第30頁/共67頁這是一種特殊的這是一種特殊的DNADNA復(fù)制方式，主要存在于逆轉(zhuǎn)錄病毒中。復(fù)制方式，主要存在于逆轉(zhuǎn)錄病毒中。1.1.反轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)反轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)除以除以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA外外 以以DNADNA為模板，合成互補(bǔ)的為模板，合成互補(bǔ)的DNADNA鏈，形成鏈，形成DNADNA雙螺旋；雙螺旋； 具有具有5 3 5 3 ， 3 5 3 5 外切酶的活力；外切酶的活力； 它還有核糖核酸酶它還有核糖核酸酶H H的活力；的活力； 專門水解專門水解RNA-DNARNA-DNA雜種分子中的雜種分子中的RNARNA。二、二、D

16、NADNA的反轉(zhuǎn)錄的反轉(zhuǎn)錄第31頁/共67頁2.2.反轉(zhuǎn)錄過程反轉(zhuǎn)錄過程 所有已知的致癌所有已知的致癌RNARNA病毒本身都含有反轉(zhuǎn)錄酶，該類病病毒本身都含有反轉(zhuǎn)錄酶，該類病毒侵染宿主細(xì)胞后，其攜帶的反轉(zhuǎn)錄酶對病毒毒侵染宿主細(xì)胞后，其攜帶的反轉(zhuǎn)錄酶對病毒RNA(RNA(正鏈正鏈) )進(jìn)進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。過程如下行反轉(zhuǎn)錄。過程如下 以正鏈以正鏈RNARNA為模板，為模板，tRNAtRNA為引物，反轉(zhuǎn)錄合成負(fù)鏈為引物，反轉(zhuǎn)錄合成負(fù)鏈DNADNA。 由反轉(zhuǎn)錄酶的外切酶活力切除由反轉(zhuǎn)錄酶的外切酶活力切除DNA-RNADNA-RNA雜交分子中的正雜交分子中的正 鏈鏈RNARNA。 以負(fù)鏈以負(fù)鏈DNADNA為模

17、板，合成正鏈為模板，合成正鏈DNADNA，形成的雙鏈，形成的雙鏈DNADNA稱為稱為 前病毒。前病毒。 新合成的雙鏈新合成的雙鏈DNADNA環(huán)化、整合到寄主的染色體環(huán)化、整合到寄主的染色體DNADNA中。中。2.2.反轉(zhuǎn)錄過程反轉(zhuǎn)錄過程第32頁/共67頁2.2.反轉(zhuǎn)錄過程反轉(zhuǎn)錄過程第33頁/共67頁反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象在生物學(xué)上的意義反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象在生物學(xué)上的意義 它擴(kuò)充了遺傳信息傳遞過程中由它擴(kuò)充了遺傳信息傳遞過程中由DNARNADNARNA的中心法則；的中心法則； 它對致癌病毒引起癌細(xì)胞產(chǎn)生的機(jī)制提供了解釋。它對致癌病毒引起癌細(xì)胞產(chǎn)生的機(jī)制提供了解釋。病毒病毒RNARNA宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞整合到宿主的染色

18、體整合到宿主的染色體DNADNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯成蛋白質(zhì)成蛋白質(zhì)( (異常異常)細(xì)胞惡性增殖細(xì)胞惡性增殖形成癌腫。形成癌腫。2.2.反轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義反轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義第34頁/共67頁第二節(jié)第二節(jié) RNARNA的合成的合成 以以DNA為模板的為模板的RNA聚合反應(yīng)，合成出與模板堿基順序聚合反應(yīng)，合成出與模板堿基順序互補(bǔ)的互補(bǔ)的RNA鏈，這一過程稱轉(zhuǎn)錄。它是生物界鏈，這一過程稱轉(zhuǎn)錄。它是生物界RNA合成的主合成的主要方式。要方式。一、一、DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成合成 DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成是從模板合成是從模板DNA上特定點(diǎn)起始的，并上特定點(diǎn)起始的，并在特定點(diǎn)上終止。每次只轉(zhuǎn)錄在特定點(diǎn)

19、上終止。每次只轉(zhuǎn)錄DNA分子上的一段序列、一個(gè)分子上的一段序列、一個(gè)或幾個(gè)基因的長度?；驇讉€(gè)基因的長度。第35頁/共67頁一、一、DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成合成第36頁/共67頁 DNA兩條鏈中僅有一條鏈可以用于轉(zhuǎn)錄，或者在某些區(qū)兩條鏈中僅有一條鏈可以用于轉(zhuǎn)錄，或者在某些區(qū)域以這條鏈轉(zhuǎn)錄，而在另一些區(qū)域以另一條鏈轉(zhuǎn)錄，對應(yīng)域以這條鏈轉(zhuǎn)錄，而在另一些區(qū)域以另一條鏈轉(zhuǎn)錄，對應(yīng)的鏈只有復(fù)制功能，無轉(zhuǎn)錄功能。的鏈只有復(fù)制功能，無轉(zhuǎn)錄功能。 轉(zhuǎn)錄生成的轉(zhuǎn)錄生成的RNA鏈需要進(jìn)一步加工修飾，才能成為有活鏈需要進(jìn)一步加工修飾，才能成為有活性的性的(或者說是成熟的或者說是成熟的)RNA。一、一、

20、DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成合成第37頁/共67頁 原核生物大腸桿菌中只有一種原核生物大腸桿菌中只有一種RNA聚合酶，它能催化細(xì)聚合酶，它能催化細(xì)胞中三種胞中三種RNA的合成，相對分子量為的合成，相對分子量為40-50萬，含有兩個(gè)萬，含有兩個(gè)、和和五個(gè)亞基，沒有五個(gè)亞基，沒有亞基的酶稱為核心酶。亞基的酶稱為核心酶。亞基的功能亞基的功能 幫助核心酶識別轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)。幫助核心酶識別轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)。核心酶的功能核心酶的功能 是催化聚合反應(yīng)。是催化聚合反應(yīng)。 沒有沒有亞基的核心酶只能使正在合成的亞基的核心酶只能使正在合成的RNA鏈延長，但不鏈延長，但不具起始合成具起始合成RNA的能力。的能力

21、。RNA聚合酶可以自行解旋、解鏈。聚合酶可以自行解旋、解鏈。1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶( (又稱轉(zhuǎn)錄酶又稱轉(zhuǎn)錄酶) )第38頁/共67頁RNARNA聚合酶的特點(diǎn)聚合酶的特點(diǎn) 要求模板方向要求模板方向3 3 55 ； 不需要引物，可以從頭起始合成；不需要引物，可以從頭起始合成； 新鏈的延伸方向是新鏈的延伸方向是5 5 33 ； 底物是四種底物是四種NTPNTP； 反應(yīng)需要反應(yīng)需要Mg2+Mg2+或或Mn2+Mn2+參與。參與。1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶( (又稱轉(zhuǎn)錄酶又稱轉(zhuǎn)錄酶) )第39頁/共67頁真核細(xì)胞中有多種真核細(xì)胞中有多種RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶、，它們分別催

22、化，它們分別催化rRNA、mRNA、和和tRNA的合成。的合成。除除RNA聚合酶外，還有其他蛋白因子參與聚合酶外，還有其他蛋白因子參與RNA的轉(zhuǎn)錄過程。的轉(zhuǎn)錄過程。1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶( (又稱轉(zhuǎn)錄酶又稱轉(zhuǎn)錄酶) )第40頁/共67頁轉(zhuǎn)錄過程可分為起始、延伸、終止三個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄過程可分為起始、延伸、終止三個(gè)階段。(1) (1) 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 RNARNA的轉(zhuǎn)錄是從的轉(zhuǎn)錄是從DNADNA模板上特定部位開始的，這個(gè)特定模板上特定部位開始的，這個(gè)特定部位叫做啟動(dòng)子部位叫做啟動(dòng)子( (或稱啟動(dòng)基因或稱啟動(dòng)基因) )。 RNARNA聚合酶識別啟動(dòng)子，并與之結(jié)合，開始轉(zhuǎn)錄一段聚合酶識別啟動(dòng)

23、子，并與之結(jié)合，開始轉(zhuǎn)錄一段DNADNA序列。序列。 原核生物的啟動(dòng)子約含原核生物的啟動(dòng)子約含40-6040-60個(gè)堿基對。個(gè)堿基對。2 2. .轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程( (以原核生物為例以原核生物為例) )第41頁/共67頁啟動(dòng)區(qū)域有三個(gè)功能部位啟動(dòng)區(qū)域有三個(gè)功能部位啟動(dòng)部位啟動(dòng)部位此處有此處有RNARNA鏈的第一個(gè)核苷酸。鏈的第一個(gè)核苷酸。PribnowPribnow框框也稱緊密結(jié)合部位。它位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)之也稱緊密結(jié)合部位。它位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)之10 10 位的一段富含位的一段富含ATAT的序列，又稱的序列，又稱TATTAT盒。盒。識別部位識別部位位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)前位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)前3535個(gè)堿基附近，

24、其序列特征個(gè)堿基附近，其序列特征 為為TTGACATTGACA。2 2. .轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程( (以原核生物為例以原核生物為例) )第42頁/共67頁 轉(zhuǎn)錄開始時(shí)，轉(zhuǎn)錄開始時(shí)，RNARNA聚合酶的聚合酶的因子識別啟動(dòng)子特殊堿基因子識別啟動(dòng)子特殊堿基序列，導(dǎo)致序列，導(dǎo)致RNARNA聚合酶全酶與啟動(dòng)子特定部位緊密結(jié)合，并聚合酶全酶與啟動(dòng)子特定部位緊密結(jié)合，并局部打開局部打開DNADNA雙螺旋，第一個(gè)核苷三磷酸底物插入轉(zhuǎn)錄起始雙螺旋，第一個(gè)核苷三磷酸底物插入轉(zhuǎn)錄起始部位，與模板配對結(jié)合使轉(zhuǎn)錄開始。部位，與模板配對結(jié)合使轉(zhuǎn)錄開始。2 2. .轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程( (以原核生物為例以原核生物為例) )第4

25、3頁/共67頁(2) RNA(2) RNA鏈的延伸鏈的延伸 模板上轉(zhuǎn)錄起始的第一個(gè)核苷酸一般是嘧啶核苷酸，故模板上轉(zhuǎn)錄起始的第一個(gè)核苷酸一般是嘧啶核苷酸，故RNARNA上的第一個(gè)核苷酸是嘌呤核苷酸。上的第一個(gè)核苷酸是嘌呤核苷酸。 RNARNA的合成不需要引物。當(dāng)與模板互補(bǔ)的第二個(gè)核苷三磷的合成不需要引物。當(dāng)與模板互補(bǔ)的第二個(gè)核苷三磷酸的酸的5-5-磷酸基與第一個(gè)核苷酸的磷酸基與第一個(gè)核苷酸的3-OH3-OH形成形成3 3，5-5-磷酸二酯鍵，磷酸二酯鍵，并釋放出焦磷酸時(shí)，開始了并釋放出焦磷酸時(shí)，開始了RNARNA鏈的延伸。鏈的延伸。當(dāng)新生的當(dāng)新生的RNARNA鏈延鏈延伸到伸到10-2010-2

26、0個(gè)核苷酸后，個(gè)核苷酸后，亞基從全酶上脫落，核心酶繼續(xù)亞基從全酶上脫落，核心酶繼續(xù)催化鏈的延伸。催化鏈的延伸。2 2. .轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程( (以原核生物為例以原核生物為例) )第44頁/共67頁(3) 終止終止 當(dāng)核心酶沿模板當(dāng)核心酶沿模板35方向移動(dòng)到終止信號區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)方向移動(dòng)到終止信號區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)錄終止。提供終止信號的錄終止。提供終止信號的DNA序列稱為終止子。序列稱為終止子。 現(xiàn)已證明，所有原核生物的終止子在終止位點(diǎn)之前均現(xiàn)已證明，所有原核生物的終止子在終止位點(diǎn)之前均有一個(gè)二重對稱序列有一個(gè)二重對稱序列(即回文序列即回文序列)，在終止位點(diǎn)之后有一，在終止位點(diǎn)之后有一富含富含AT序列跟隨。

27、序列跟隨。2 2. .轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程( (以原核生物為例以原核生物為例) )第45頁/共67頁由于終止子結(jié)構(gòu)不同，終止有兩種不同的機(jī)制由于終止子結(jié)構(gòu)不同，終止有兩種不同的機(jī)制不需終止蛋白不需終止蛋白因子幫助的終止；因子幫助的終止；需要需要因子幫助的終止。因子幫助的終止。需要需要因子幫助的終止因子幫助的終止 發(fā)夾結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄暫時(shí)停止，但發(fā)夾結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄暫時(shí)停止，但RNARNA聚合酶不能自動(dòng)脫落模聚合酶不能自動(dòng)脫落模板板. . 因子與暫停的因子與暫停的RNARNA聚合酶結(jié)合，引起酶構(gòu)象改變，致使聚合酶結(jié)合，引起酶構(gòu)象改變，致使其脫落模板，釋放其脫落模板，釋放RNARNA鏈，完成轉(zhuǎn)錄鏈，完成轉(zhuǎn)錄.因子

28、的作用需要因子的作用需要ATPATP供供能。能。2 2. .轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程( (以原核生物為例以原核生物為例) )第46頁/共67頁3.3.轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工 由由RNARNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的聚合酶轉(zhuǎn)錄生成的RNARNA分子稱為前體分子稱為前體RNARNA。前體。前體RNARNA一般需經(jīng)過加工才能變成為生物活性的一般需經(jīng)過加工才能變成為生物活性的RNA(RNA(即成熟即成熟RNA)RNA)。第47頁/共67頁 在正常復(fù)制中，在正常復(fù)制中，DNADNA鏈解開，兩條鏈分別作為新互補(bǔ)鏈合鏈解開，兩條鏈分別作為新互補(bǔ)鏈合 成的模板；而轉(zhuǎn)錄則是不對稱的，只有一條鏈作為模板。成的模板；而轉(zhuǎn)錄則是不

29、對稱的，只有一條鏈作為模板。 復(fù)制時(shí)兩條鏈保持分開，復(fù)制時(shí)兩條鏈保持分開，DNA-DNADNA-DNA子螺旋穩(wěn)定；而轉(zhuǎn)錄時(shí)子螺旋穩(wěn)定；而轉(zhuǎn)錄時(shí) 形成的形成的DNA-RNADNA-RNA雜種雙鏈不穩(wěn)定，雜種雙鏈不穩(wěn)定，RNARNA鏈很快與鏈很快與DNADNA鏈分開鏈分開 移走。移走。 DNADNA復(fù)制時(shí)，子代復(fù)制時(shí)，子代DNADNA分子大小與親代相同；而轉(zhuǎn)錄時(shí)，在分子大小與親代相同；而轉(zhuǎn)錄時(shí)，在 一個(gè)一個(gè)DNADNA分子上可以合成許多個(gè)分子上可以合成許多個(gè)RNARNA分子，它們都比通常的分子，它們都比通常的 DNADNA模板小得多。模板小得多。4.DNA4.DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄成的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄成RN

30、ARNA過程的不同點(diǎn)過程的不同點(diǎn)第48頁/共67頁 某些某些RNARNA病毒，其遺傳物質(zhì)是病毒，其遺傳物質(zhì)是RNARNA，所以，其，所以，其RNARNA的合成的合成是通過是通過RNARNA的復(fù)制方式來完成的。的復(fù)制方式來完成的。 RNARNA的復(fù)制是通過的復(fù)制是通過RNARNA復(fù)制酶來完成的。如復(fù)制酶來完成的。如噬菌體噬菌體QQ，它的它的RNARNA復(fù)制酶有四個(gè)亞基復(fù)制酶有四個(gè)亞基(、)，只有，只有亞基亞基是由噬菌體是由噬菌體QQ本身編碼的，其余三個(gè)亞基則來自寄主。本身編碼的，其余三個(gè)亞基則來自寄主。 RNARNA復(fù)制酶對模板有高度的專一性，它們只識別病毒自復(fù)制酶對模板有高度的專一性，它們只識

31、別病毒自身的身的RNARNA，對宿主細(xì)胞和其它病毒，對宿主細(xì)胞和其它病毒RNARNA均無反應(yīng)。均無反應(yīng)。二、二、RNARNA的復(fù)制合成的復(fù)制合成第49頁/共67頁第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 本節(jié)主要介紹遺傳物質(zhì)是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的。本節(jié)主要介紹遺傳物質(zhì)是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的。蛋白質(zhì)的生物合成十分復(fù)雜，幾乎涉及到細(xì)胞中各種蛋白質(zhì)的生物合成十分復(fù)雜，幾乎涉及到細(xì)胞中各種RNA和幾百中蛋白質(zhì)。和幾百中蛋白質(zhì)。 下面以大腸桿菌為例，來介紹蛋白質(zhì)的生物合成有關(guān)下面以大腸桿菌為例，來介紹蛋白質(zhì)的生物合成有關(guān)的問題。的問題。第50頁/共67頁 按照按照DNADNA分子中三個(gè)核苷酸分子中

32、三個(gè)核苷酸( (亦即三個(gè)堿基亦即三個(gè)堿基) )組成來編碼的。組成來編碼的。三個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸，這種三個(gè)核苷酸結(jié)構(gòu)的密碼單三個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸，這種三個(gè)核苷酸結(jié)構(gòu)的密碼單位叫做密碼子，或稱密碼三聯(lián)體。位叫做密碼子，或稱密碼三聯(lián)體。一、遺傳密碼一、遺傳密碼第51頁/共67頁遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn) 遺傳密碼不重迭、無標(biāo)點(diǎn)。遺傳密碼不重迭、無標(biāo)點(diǎn)。 密碼具有通用性密碼具有通用性 遺傳密碼在各類生物中是通用的。遺傳密碼在各類生物中是通用的。密碼子的簡并性密碼子的簡并性 從密碼字典可以看出，大多數(shù)的氨基從密碼字典可以看出，大多數(shù)的氨基酸都有兩種以上的不同密碼子，它們稱同義密碼。一種酸都有兩

33、種以上的不同密碼子，它們稱同義密碼。一種氨基酸有多種同義密碼的現(xiàn)象稱為密碼簡并性。它對保氨基酸有多種同義密碼的現(xiàn)象稱為密碼簡并性。它對保持生物物種的遺傳穩(wěn)定性具有重要意義。持生物物種的遺傳穩(wěn)定性具有重要意義。一、遺傳密碼一、遺傳密碼第52頁/共67頁 起始密碼子和終止密碼子起始密碼子和終止密碼子 6464組密碼子中有兩種特殊的密碼子。一種是組密碼子中有兩種特殊的密碼子。一種是AUGAUG，它即是，它即是MetMet的密碼子，又是肽鏈合成的起始密碼；另一種是的密碼子，又是肽鏈合成的起始密碼；另一種是UAGUAG、UAAUAA、UGAUGA，這三組密碼子不編碼任何氨基酸，指示肽鏈合成，這三組密碼子

34、不編碼任何氨基酸，指示肽鏈合成的終止位點(diǎn)。的終止位點(diǎn)。 密碼子的擺動(dòng)性密碼子的擺動(dòng)性 tRNAtRNA上的反密碼子與上的反密碼子與mRNAmRNA上的密碼子的堿基反響互補(bǔ)配上的密碼子的堿基反響互補(bǔ)配對識別時(shí)，密碼子的第一、二位堿基與反密碼子的配對是標(biāo)對識別時(shí)，密碼子的第一、二位堿基與反密碼子的配對是標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)的A-UA-U、G-CG-C配對，而密碼子的第三位堿基與反密碼子的配配對，而密碼子的第三位堿基與反密碼子的配對不很嚴(yán)格，這種現(xiàn)象稱為密碼子的擺動(dòng)性。對不很嚴(yán)格，這種現(xiàn)象稱為密碼子的擺動(dòng)性。一、遺傳密碼第53頁/共67頁密碼子的擺動(dòng)性大大提高了密碼子的擺動(dòng)性大大提高了tRNAtRNA閱讀閱讀m

35、RNAmRNA的能力，如的能力，如反密反密碼子的碼子的G G可以與可以與C C、U U配對，配對，I I可以與可以與U U、C C、A A配對。配對。一、遺傳密碼一、遺傳密碼第54頁/共67頁 核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場所，在蛋白質(zhì)合成的核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場所，在蛋白質(zhì)合成的復(fù)雜過程中，它起到把復(fù)雜過程中，它起到把tRNAtRNA、mRNAmRNA及多種酶和蛋白因子的及多種酶和蛋白因子的作用協(xié)調(diào)起來的分子機(jī)器的作用。作用協(xié)調(diào)起來的分子機(jī)器的作用。 核糖體由核糖體由r RNAr RNA和多種蛋白質(zhì)組成，其中蛋白質(zhì)占和多種蛋白質(zhì)組成，其中蛋白質(zhì)占1/3(551/3(55種種) )，rRN

36、ArRNA占占2/3(32/3(3種，它們的沉降系數(shù)分別是種，它們的沉降系數(shù)分別是5 5S S、161619S19S和和23232929S)S)。二、核糖體二、核糖體第55頁/共67頁 rRNArRNA在核糖體中的作用可能是保持核糖核蛋白體具有特在核糖體中的作用可能是保持核糖核蛋白體具有特殊的三維空間結(jié)構(gòu)，使殊的三維空間結(jié)構(gòu)，使mRNAmRNA和和tRNAtRNA得以結(jié)合在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。得以結(jié)合在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。核糖體由大小兩個(gè)亞基組成，其結(jié)構(gòu)模型核糖體由大小兩個(gè)亞基組成，其結(jié)構(gòu)模型 在細(xì)菌中，核糖體在細(xì)菌中，核糖體70S=70S=大亞基大亞基50S + 50S + 小亞基小亞基30S30S，在

37、動(dòng)，在動(dòng)物細(xì)胞中，核糖體物細(xì)胞中，核糖體80S=60S + 40S80S=60S + 40S二、核糖體二、核糖體第56頁/共67頁蛋白質(zhì)合成的過程可分為三個(gè)階段蛋白質(zhì)合成的過程可分為三個(gè)階段 1) 1) 合成的準(zhǔn)備階段合成的準(zhǔn)備階段 2) 2) 多肽鏈的合成多肽鏈的合成 3) 3) 合成后的加工合成后的加工1.1.蛋白質(zhì)合成前的準(zhǔn)備蛋白質(zhì)合成前的準(zhǔn)備 氨基酸的活化氨基酸的活化三、蛋白質(zhì)合成的過程三、蛋白質(zhì)合成的過程第57頁/共67頁 氨基酸在氨基酸氨基酸在氨基酸-tRNA-tRNA合成酶的作用下，活化成氨基酰合成酶的作用下，活化成氨基酰- -tRNA(tRNA(氨基酸是以高能酯鍵與氨基酸是以高

38、能酯鍵與tRNAtRNA的的3 3 - -末端腺苷酸的末端腺苷酸的2 2 或或3 3 的羥基相連的的羥基相連的) )。AA + tRNA + ATP AAAA + tRNA + ATP AAtRNA + AMP + PpitRNA + AMP + Ppi 該酶分子上有氨基酸和該酶分子上有氨基酸和tRNAtRNA兩種底物的專一性結(jié)合點(diǎn)。兩種底物的專一性結(jié)合點(diǎn)。每一種每一種tRNAtRNA只專一攜帶一種氨基酸，而一種氨基酸可分別被只專一攜帶一種氨基酸，而一種氨基酸可分別被幾種幾種tRNAtRNA專一攜帶專一攜帶( (因?yàn)橛忻艽a簡并現(xiàn)象因?yàn)橛忻艽a簡并現(xiàn)象) )。 tRNAtRNA憑借自身的反密碼子與

39、憑借自身的反密碼子與mRNAmRNA上的密碼子相識別，而上的密碼子相識別，而把所攜帶的氨基酸定位在肽鏈的一定位置上。把所攜帶的氨基酸定位在肽鏈的一定位置上。1.1.蛋白質(zhì)合成前的準(zhǔn)備蛋白質(zhì)合成前的準(zhǔn)備第58頁/共67頁(1) (1) 起始氨基酸和起始起始氨基酸和起始tRNAtRNA 起始密碼為起始密碼為AUG(AUG(少數(shù)是少數(shù)是GUG)GUG)原核生物肽鏈合成起始原核生物肽鏈合成起始氨基酸都是甲酰蛋氨酸氨基酸都是甲酰蛋氨酸(fMet)(fMet)。 fMetfMet是由甲酰四氫葉酸提供甲?；?，甲?；复呋笆怯杉柞Ｋ臍淙~酸提供甲?；柞；复呋鞍彼岬陌彼岬?NH2-NH2甲酰化產(chǎn)生的。攜帶甲酰化產(chǎn)生的。攜帶fMetfMet的的tRNAtRNA用用fMet -fMet -tRNAftRNAf來表示，以區(qū)別于來表示，以區(qū)別于Met -tRNAMetMet -tRNAMet。起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成2.2.肽鏈的合成過程肽鏈的合成過程第59頁/共67頁fMet -tRNAfMet -tRNAf fAAAAtRNAtRNA2.2.肽鏈的合成過程肽鏈的合成過程第60頁