核酸和蛋白質(zhì)的生物合成課件

1、第十四章 核酸和蛋白質(zhì)的生物合成第一節(jié)DNA的生物合成第二節(jié)RNA的生物合成第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成預(yù)備知識(shí)核酸遺傳性大分子；蛋白質(zhì)功能性大分子；基因(gene)-生命體遺傳信息的傳遞體，是編碼生物活性產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或各種RNA）的DNA功能片段，其功能的體現(xiàn)遵循中心法則。原核生物：每個(gè)細(xì)胞只有一個(gè)染色體.真核生物：每個(gè)細(xì)胞含有多條染色體.染色體以外的遺傳因子：包括細(xì)菌的質(zhì)粒,病毒,真核細(xì)胞的細(xì)胞器中DNA等。DNA的體外復(fù)制：分子克隆。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)RNA的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)遺傳中心法則“復(fù)制”“翻譯”逆轉(zhuǎn)錄RNA的復(fù)制1958年，F(xiàn).Crick提出中心法則：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯中心法則的補(bǔ)充：逆

2、轉(zhuǎn)錄、RNA的復(fù)制?！稗D(zhuǎn)錄”第一節(jié)DNA的生物合成DNA的復(fù)制DNADNARNA的逆轉(zhuǎn)錄 RNADNA）RNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶DNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶一、DNA的復(fù)制反應(yīng)體系DNA的復(fù)制特點(diǎn)DNA復(fù)制過(guò)程1.反應(yīng)體系413頁(yè)底物：dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)模板：?jiǎn)捂湹腄NA母鏈引物：寡核苷酸引物（RNA)酶和蛋白因子DNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的DNA的聚合酶）另一種DNA聚合酶（切除引物并補(bǔ)上缺口的酶)引物酶或RNA聚合酶（引發(fā)酶）解螺旋酶DNA旋轉(zhuǎn)酶（拓?fù)洚悩?gòu)酶） 單鏈DNA結(jié)合蛋白（原核SSB、真核RPA DNA連接酶（ligase) DNA聚合酶催化反應(yīng)特點(diǎn)以

3、4種dNTP為底物反應(yīng)需要接受DNA模板的指導(dǎo)，不能催化游離的dNTP的聚合。反應(yīng)需有引物 3OH的核酸鏈(RNA片段)鏈生長(zhǎng)方向5 3產(chǎn)物DNA的性質(zhì)與模板相同2.DNA的復(fù)制特點(diǎn)復(fù)制子半保留復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的保真性復(fù)制子(Replicon)復(fù)制子:基因組中能單獨(dú)進(jìn)行復(fù)制的單位。每個(gè)起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)復(fù)制子。各復(fù)制子發(fā)動(dòng)復(fù)制的時(shí)間有先有后。單復(fù)制子:一般原核生物細(xì)胞多復(fù)制子：真核生物細(xì)胞核DNA。復(fù)制的方向：?jiǎn)蜗蚧螂p向 復(fù)制叉(生長(zhǎng)點(diǎn)）單向復(fù)制雙向復(fù)制細(xì)菌復(fù)制叉移動(dòng)速度50000bp/min真核生物復(fù)制叉移動(dòng)速度3000bp/min半保留復(fù)制DNA的半保留復(fù)制的證明(1)1958

4、年，Meselson和Stahl用普通培養(yǎng)基（14N）培養(yǎng)15N標(biāo)記的大腸桿菌。用CsCl密度梯度離心法分析子代和二代DNA而推知。第一代第二代細(xì)菌（含15N-DNA)普通DNA普通DNA重DNA 重DNA普通培養(yǎng)基普通培養(yǎng)基密度梯度離心DNA的半保留復(fù)制的證明(2)1963年由Cairns用3H標(biāo)記大腸桿菌DNA經(jīng)過(guò)兩代之后，用溶菌酶把細(xì)胞壁消化掉，使完整的染色體DNA釋放出來(lái)，鋪在一張透析膜上，用感光乳膠片感光，顯影后在電子顯微鏡下觀察。半不連續(xù)復(fù)制岡崎片段： 1968年細(xì)菌：1Kb-2Kb，相當(dāng) 于一個(gè)順?lè)醋拥拇笮?。真核?00-200bp風(fēng)崎片段前導(dǎo)連引物RNADNA復(fù)制的忠實(shí)性聚合酶

5、對(duì)dNTP的選擇35核酸外切酶活性以及堿基互補(bǔ)配對(duì)。機(jī)體內(nèi)對(duì)DNA損傷的修復(fù)。3.DNA復(fù)制過(guò)程(1)起始階段(2)復(fù)制的延伸(3)復(fù)制的終止DNA復(fù)制為什么要用RNA引物？從模板復(fù)制最初幾個(gè)核酸時(shí)，堿基堆集力和氫鍵都較弱，易發(fā)生錯(cuò)配。復(fù)制的最初幾個(gè)核苷酸，沒有與模板形成穩(wěn)定雙鏈，DNA聚合酶的35校對(duì)功能難發(fā)揮作用 二、RNA的逆轉(zhuǎn)錄（RNADNA）致癌RNA病毒逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase, RT)逆轉(zhuǎn)錄活性： RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性。RNase H 活性：水解RNA/DNA 雜交體上的RNA。DNA聚合酶活性： DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性，合成互補(bǔ)DNA沒

6、有35外切酶活性。cDNA以mRNA為模板合成出的相應(yīng)于一定mRNA的互補(bǔ)DNA?？纱砟骋惶囟ɑ颉７崔D(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)對(duì)于遺傳工程技術(shù)起了很大的推動(dòng)作用，目前它已成為一種重要的工具酶。用組織細(xì)胞提取mRNA并以它為模板，在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下，合成出互補(bǔ)的DNA(cDNA)，由此可構(gòu)建出cDNA文庫(kù)(cDNA library)，從中篩選特異的目的基因，這是在基因工程技術(shù)中最常用的獲得目的基因的方法。第三節(jié) RNA的生物合成和加工轉(zhuǎn)錄以DNA為模板，按堿基配對(duì)原則把DNA的序列信息抄錄給RNA，在RNA聚合酶（依賴DNA的RNA聚合酶）的參與下合成RNA鏈。復(fù)制以RNA為模板，按堿基配對(duì)原則,在RNA

7、復(fù)制酶的參與下合成RNA鏈。一、在DNA指導(dǎo)下的RNA合成（轉(zhuǎn)錄）底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）RNA鏈生長(zhǎng)方向：53 不需引物 需DNA模板 需DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（無(wú)35外切酶活性）轉(zhuǎn)錄過(guò)程：模板識(shí)別（真核生物為裝配）；轉(zhuǎn)錄的起始；轉(zhuǎn)錄的延伸；轉(zhuǎn)錄終止編碼鏈與模板鏈不同的基因使用不同的模板鏈轉(zhuǎn)錄圖示RNA轉(zhuǎn)錄后的加工473頁(yè)原核生物中RNA的加工主要是rRNA和tRNA的加工(1)rRNA前體的加工：甲基化修飾；RNase切割(2)tRNA前體的加工：基因成簇或混合存在。核酸內(nèi)切酶（大腸桿菌RNAase P，由RNA和蛋白質(zhì)組成，其中RNA可獨(dú)立完成催化）在tRNA的兩

8、端切開核酸外切酶從3端逐個(gè)切除附加序列，進(jìn)行修剪在tRNA的3端加上CCAOH（有些本身就有）核苷的修飾。（3）mRNA前體的加工：大多不需加工，一經(jīng)轉(zhuǎn)錄即可翻譯，但也有少數(shù)需將多順?lè)醋蛹庸こ奢^小單位。真核生物中RNA的加工(1)rRNA前體的加工(rRNA基因幾十至幾千，成簇存在）自催化剪切：對(duì)有內(nèi)含子的rRNA前體；甲基化與切割：由核仁小RNA（snoRNA)指導(dǎo)。核仁：是rRNA合成、加工和裝配成核糖體場(chǎng)所。(2)tRNA前體的加工：tRNA的基因數(shù)目要比原核生物大得多。(3)mRNA前體（hnRNA，核內(nèi)不均一RNA)的加工真核mRNA前體（hnRNA，核內(nèi)不均一RNA)的加工5 端形

9、成特殊的帽子結(jié)構(gòu) m7G5ppp5 Np-在3 端切斷并加上一個(gè)poly(A)的尾巴；通過(guò)剪接除去轉(zhuǎn)錄來(lái)的內(nèi)含子；拼接、編輯和再編碼鏈內(nèi)部核酸的甲基化。圖示二、RNA的復(fù)制（RNA病毒） 491頁(yè)個(gè)別噬菌體RNA病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，RNA以自身為模板，兩次復(fù)制，形成病毒RNA病毒RNARNA互補(bǔ)鏈新病毒RNA復(fù)制復(fù)制翻譯病毒蛋白R(shí)NA復(fù)制酶組裝成新病毒小結(jié)復(fù)制子、岡崎片段、DNA的半保留復(fù)制與半不連續(xù)復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄的概念。原核生物DNA復(fù)制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)因子DNA復(fù)制的忠實(shí)性由什么來(lái)決定？逆轉(zhuǎn)錄酶的幾個(gè)活性？ cDNA思考題：第436頁(yè)2,4，5,6，10,11,13,14 503頁(yè)2,18第三

10、節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成一、遺傳信息的傳遞二、蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)三、翻譯的步驟四、翻譯過(guò)程中GTP的作用五、多核糖體六、蛋白質(zhì)合成的抑制劑七、蛋白質(zhì)的運(yùn)輸及翻譯后修飾蛋白質(zhì)合成（Translation）以mRNA為直接模板，tRNA為氨基酸運(yùn)載體,，核蛋白體為裝配場(chǎng)所，共同協(xié)調(diào)完成蛋白質(zhì)生物合成的過(guò)程。也就是把mRNA的堿基排列順序轉(zhuǎn)譯成多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、遺傳信息的傳遞1.遺傳密碼 511頁(yè)密碼子：mRNA從5 3，每三個(gè)相鄰的堿基形成三聯(lián)體，即組成一個(gè)密碼子。(1961年) 讀碼框架：每一個(gè)氨基酸可通過(guò)mRNA上3個(gè)核苷酸序列組成的遺傳密碼來(lái)決定，這些密碼以連續(xù)的方式連接，組成讀碼框

11、架翻譯過(guò)程通過(guò)密碼來(lái)溝通DNA mRNA 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯A U G圖示2.遺傳密碼的基本特性513頁(yè)終止密碼子：UAG、UGA、UAA為，只被肽鏈釋放因子閱讀；起始密碼子： AUG，也是甲硫氨酸的密碼子。多數(shù)生物的密碼是不重疊的。密碼的簡(jiǎn)并性與同義密碼：密碼子通用性和變異性：密碼的防錯(cuò)系統(tǒng)：可使基因突變?cè)斐傻奈：抵磷畹统潭?。密碼的變偶性：mRNA上密碼子專一性取決于前兩位堿基，且與tRNA上反密碼子配對(duì)是嚴(yán)格的，第三位堿基“擺動(dòng)堿基”可有一定的變動(dòng)，此現(xiàn)象稱。密碼子的擺動(dòng)性二、蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)mRNA 、tRNA 、核糖體、氨基酸、GTP、ATP、非核糖體蛋白質(zhì)( 起始因子、延伸因子、釋

12、放因子等)、Mg2+、K+等。氨酰-tRNA合成酶等5帽子3AUGUAA讀碼框架核糖體識(shí)別部位1.mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板傳遞DNA上的信息、是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)、分子大小不等。真核生物mRNA5帽子3AUGUAA讀碼框架核糖體識(shí)別部位原核生物mRNASD序列：在起始AUG序列上游10個(gè)堿基左右的位置，含有一段富含嘌呤堿基的序列，被稱為SD序列。它能與細(xì)菌核糖體16SRNA3端的7個(gè)嘧啶堿基互補(bǔ)性的識(shí)別，以幫助從起始AUG處開始翻譯。53AUGAUGUAAUAA讀碼框架讀碼框架核糖體識(shí)別部位核糖體識(shí)別部位2.tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸至mRNA模板上3553Phe1231233端-CCA氨基酸接

13、受位點(diǎn)識(shí)別氨酰-tRNA合成酶位點(diǎn)識(shí)別核糖體的位點(diǎn)反密碼子 (與密碼子堿基互補(bǔ)) 書寫：tRNA Phe3.核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠 522頁(yè)核糖體ribosome ：大、小亞基組成(蛋白質(zhì)和rRNA)核糖體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有容納mRNA的通道能結(jié)合起始、延長(zhǎng)及終止因子等。A位（acceptor site氨酰結(jié)合位點(diǎn))P位(donor site 肽酰接受位).有轉(zhuǎn)肽酶活性，催化肽鍵形成大亞基上有延長(zhǎng)因子依賴的GTP酶活性，可為轉(zhuǎn)肽提供能量。（四）4.氨基酸、氨基酰tRNA合成酶、多種蛋白因子三、翻譯的步驟1.氨基酸的激活(氨酰-tRNA的形成(準(zhǔn)備)2.在核糖體上合成蛋白質(zhì)起始：起始復(fù)合物的形成，在起

14、始密碼處開始。延長(zhǎng)：進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位終止：到終止密碼釋放肽鏈。mRNA上的閱讀方向：是從mRNA的5端3端進(jìn)行的。肽鏈延伸的方向：從N端C端原核翻譯過(guò)程中能量（GTP）分析1分子氨基酸的活化形成氨酰-tRNA的需要一個(gè)ATP中兩個(gè)高能磷酸鍵。在核糖體上合成蛋白質(zhì)起始：有一分子GTP水解成GDP。肽鏈延伸進(jìn)位：有一分子GTP水解成GDP。轉(zhuǎn)肽：移位：又有一分子GTP水解成GDP。終止：肽鏈合成終止肽鏈釋放：需一分子GTP水解成GDP。翻譯因子屬于G蛋白家族，都能結(jié)合并水解GTP，當(dāng)與GTP 結(jié)合后，這些蛋白被激活，當(dāng)結(jié)合上水解來(lái)的GDP后，就變成無(wú)活性的構(gòu)象。合成一個(gè)30個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的肽鏈需消耗多少ATP？多少葡萄糖?四、多核糖體在一條mRNA鏈上常結(jié)合有多個(gè)核糖體，呈串珠狀排列，同時(shí)進(jìn)行多肽鏈的合成。原核生物蛋白質(zhì)多核糖體合成。（1mRNA上對(duì)應(yīng)數(shù)個(gè)基因）五、蛋白質(zhì)合成的抑制劑嘌呤霉素對(duì)蛋白質(zhì)合成的抑制作用機(jī)制：ThrfMetThrfMet六、蛋白質(zhì)的運(yùn)輸及翻譯后修飾信號(hào)肽：由起始編碼AUG翻譯出的甲硫氨酸逐個(gè)往羧基末端延伸至20肽左右的片斷。 (多位于N端，