酶工程第二章酶生物合成的基本理論3

酶工程

EnzymeEngineering林范學

1本文檔共138頁；當前第1頁；編輯于星期二\21點36分第二章酶生物合成的基本理論

——酶的生物合成及其調(diào)節(jié)DNARNAProteintranscriptiontranslation加工、組裝完整酶分子2本文檔共138頁；當前第2頁；編輯于星期二\21點36分第一節(jié)

RNA的生物合成——轉錄第二節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯第三節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)3/50本文檔共138頁；當前第3頁；編輯于星期二\21點36分第一節(jié)RNA的生物合成——轉錄RNA的種類及功能dsRNA、ssRNA：在RNA病毒中作為遺傳信息載體tRNA、mRNA、rRNA：蛋白質(zhì)生物合成催化活性RNA：核酶，如丁型肝炎病毒（HDV）preRNA小分子RNA（sRNA）：分子修飾和代謝調(diào)節(jié)4本文檔共138頁；當前第4頁；編輯于星期二\21點36分轉錄（transcription）以DNA為模版，以核苷三磷酸為底物，在依賴DNA的RNA聚合酶（轉錄酶，transcriptase）的作用下，生成RNA的過程5本文檔共138頁；當前第5頁；編輯于星期二\21點36分E.coli的RNA聚合酶核心酶coreenzyme，全酶holoenzyme核心酶（α2ββ’ω）全酶（α2ββ’ω）轉錄起始轉錄延長階段σ亞基脫落6本文檔共138頁；當前第6頁；編輯于星期二\21點36分E.coli的RNA聚合酶核心酶（α2ββ’ω）coreenzymeβ’：和模板DNA結合β：與NTP結合并催化聚合反應α：二聚體參與RNA聚合酶的組裝ω：？：起始因子，識別啟動子全酶（α2ββ’ω）holoenzyme起始因子RNA聚合酶沒有3’-5’外切酶活性，缺少校對功能，可被利福平和利福霉素抑制7本文檔共138頁；當前第7頁；編輯于星期二\21點36分大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對分子量亞基數(shù)組分功能αrpoA365122核心酶促進雙鏈的解開和重新聚合，啟動子識別,促進聚合酶與DNA起始位點結合βrpoB1506181核心酶結合核苷酸底物，催化磷酸二酯鍵的形成;鏈合成的起始與延伸β'rpoC1556131核心酶負責模板與DNA的結合ω？110001核心酶？σrpoD702631σ因子存在多種σ因子，用于識別不同的啟動子，決定了原核生物基因的選擇性表達8本文檔共138頁；當前第8頁；編輯于星期二\21點36分轉錄過程轉錄的起始InitiationRNA鏈的延伸ElongationRNA鏈合成的終止TerminationRNA前體的加工9本文檔共138頁；當前第9頁；編輯于星期二\21點36分（一）轉錄的起始Initiation起始—啟動子promoter是基因轉錄的起點1.σ因子識別DNA的啟動子-35序列附近，具有TTGACA－識別區(qū)

σ因子識別該部位2.RNA聚合酶(全酶)與啟動子結合形成“閉合型復合體”結合位點TATAAT（-10bp）——Pribnowbox

（富含易解旋）3.DNA雙鏈解開一個短的區(qū)域，轉錄酶與模板鏈成“開放型復合物”4.核苷酸被引入，至產(chǎn)生一定長度后（6-9nt），σ因子被釋放。轉錄起始點酶-promoter-GTP(ATP)10本文檔共138頁；當前第10頁；編輯于星期二\21點36分σ識別部位結合部位RNA轉錄開始+1

（GTP，ATP)11本文檔共138頁；當前第11頁；編輯于星期二\21點36分12本文檔共138頁；當前第12頁；編輯于星期二\21點36分（二）RNA鏈的延伸Elongation1.核心酶沿模板移動方向：3’→5’2.RNA延長方向：5’→3’（+1→+n）3.當5’端RNA離開DNA后，DNA重新恢復雙螺旋，RNA以自由單鏈形式被釋放。13本文檔共138頁；當前第13頁；編輯于星期二\21點36分53DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶本文檔共138頁；當前第14頁；編輯于星期二\21點36分（三）RNA鏈合成的終止Termination轉錄的終止—RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來，轉錄產(chǎn)物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。轉錄終止的兩種機制：1.非依賴ρ因子的轉錄終止終止子(terminator):為RNA轉錄提供終止信號的一段DNA序列。2.依賴ρ因子的轉錄終止終止因子(terminationfactor):協(xié)助RNA聚合酶識別終止子信號的輔助因子。15本文檔共138頁；當前第15頁；編輯于星期二\21點36分1.非依賴ρ因子的轉錄終止在模板鏈終止點前有4-6個dA，即polydA結構；polyA上游有一段GC富集區(qū)，并形成回文序列。合成出終止子對應的GC區(qū)時，RNA形成發(fā)夾結構，核心酶停止轉錄。16本文檔共138頁；當前第16頁；編輯于星期二\21點36分17本文檔共138頁；當前第17頁；編輯于星期二\21點36分2.依賴ρ因子的轉錄終止在終止部位，ρ因子沿新生RNA鏈到達依賴ρ的終止點（無寡聚U和GC區(qū)），ρ因子與RNA聚合酶結合，使三元復合體解體.依賴于ATP的解旋酶活性18本文檔共138頁；當前第18頁；編輯于星期二\21點36分（四）RNA前體的加工（RNAProcessing）將各種前體RNA分子加工成成熟的、有活性的RNA的過程RNA加工的類型：1、剪切反應：就是剪去部分序列；2、剪接反應：是指剪切后又將某些片段連接起來。3、末端連接反應：如3′-端添加-CCA，5′端加“帽子”4、核苷酸修飾：在堿基及核糖分子進行化學修飾。5、RNA編輯：某些RNA，特別是mRNA自DNA模板上所獲得的遺傳信息，在轉錄作用后又發(fā)生了變化。19本文檔共138頁；當前第19頁；編輯于星期二\21點36分1、剪切反應cleavage從RNA前體的末端切去一定大小的RNA片段，而得到成熟RNA分子的加工過程。3′端、5′端都可以進行自我剪切酶、RNA剪切酶、3′-內(nèi)切核酸酶、3′-外切核酸酶、5′-內(nèi)切核酸酶、5′-外切核酸酶、20本文檔共138頁；當前第20頁；編輯于星期二\21點36分E.coli7個rRNA轉錄單位分散在基因組中；轉錄單位由16S、23S、5SrRNA以及tRNA基因組成，rrnA~rrnG.rRNA的加工21本文檔共138頁；當前第21頁；編輯于星期二\21點36分2、剪接反應splicing將RNA前體中間的間插序列除去，并把兩端的外顯子連接起來，形成成熟RNA分子的加工過程。真核生物RNA前體有外顯子、內(nèi)含子自我剪接酶、內(nèi)切核酸酶+RNA連接酶22本文檔共138頁；當前第22頁；編輯于星期二\21點36分23本文檔共138頁；當前第23頁；編輯于星期二\21點36分tRNA前體的切斷和剪接加工24本文檔共138頁；當前第24頁；編輯于星期二\21點36分3、末端連接反應在RNA分子的3′-端或5′-端連接上特定的寡核苷酸，而形成成熟RNA分子的加工過程。（1）tRNA的3′-端加上CCA-OH（2）mRNA的5′-端加“帽子”（capping）（3）mRNA的3′-端加polyA尾巴(tailing)（4）tRNA的5′-端加上甲基鳥苷酸25本文檔共138頁；當前第25頁；編輯于星期二\21點36分（1）在tRNA的3′-端加上CCA-OHRNaseP是tRNA的5‘端成熟酶；RNaseD是tRNA的3‘端成熟酶；26本文檔共138頁；當前第26頁；編輯于星期二\21點36分（2）mRNA的5′-端加“帽子”（capping）剪接前加帽：如呼腸病毒，牛豆病毒剪切后加帽：如皰疹病毒和口炎病毒27本文檔共138頁；當前第27頁；編輯于星期二\21點36分5′mRNACap28本文檔共138頁；當前第28頁；編輯于星期二\21點36分（3）mRNA的3′-端加polyA尾(tailing)poly(A)聚合酶--Poly(A)polymerase(PAP)poly(A)＋：大部分真核mRNA有poly(A)尾巴poly(A)－：無poly(A)尾巴，如組蛋白的mRNA作用：（1）穩(wěn)定mRNA

（2）有助于mRNA從核到細胞質(zhì)轉運Polyadenylation聚腺苷酸化29本文檔共138頁；當前第29頁；編輯于星期二\21點36分（3）mRNA的3′-端加polyA尾(tailing)識別因子識別AAUAAA（加尾信號）剪切因子(CF)在加尾位點AAUAAA下游11－30nt處剪切RNA；poly(A)聚合酶合成poly(A)尾巴；30本文檔共138頁；當前第30頁；編輯于星期二\21點36分Cleavageandpolyadenylationspecificityfactor,CPSF（切割和聚腺苷酸化特異因子）Cleavagestimulationfactors,CstF（切割刺激因子）Poly-Apolymerase,PAP（polyA聚合酶）3’端多聚腺苷酸化過程：31本文檔共138頁；當前第31頁；編輯于星期二\21點36分32本文檔共138頁；當前第32頁；編輯于星期二\21點36分（4）tRNA的5′-端加上甲基鳥苷酸RNAinternalmethylationtRNAhis的

5′-端比其他tRNA多一個鳥苷酸33本文檔共138頁；當前第33頁；編輯于星期二\21點36分4、核苷酸修飾（Nucleotidemodification）在RNA前體的一些專一部位的堿基需要通過甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等的作用進行修飾成為特殊的堿基。修飾位置:堿基或核糖核糖2-OH上甲基化（methylation）tRNA中的核苷酸修飾（various）二氫尿嘧啶、假尿嘧啶、4-硫尿嘧啶、1-甲基鳥嘌呤34本文檔共138頁；當前第34頁；編輯于星期二\21點36分*/50常見tRNA中的修飾核苷酸Xo5U(5-羥基尿苷)Cmnm5U(5-羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U（5-甲氧基羰甲基尿苷）Xm5s2U（5-甲基-2硫代尿苷）K2C（2-賴氨酸胞苷）Com5U（5(2)-羥羧甲基尿苷）I（Inosine次黃嘌呤）m7G(7-甲基鳥苷)m5C（5-甲基胞苷）m6A（6-甲基腺苷）s2C（2-硫代胞苷）ψ(假尿苷）Um(2’-O-甲基尿苷)Q（Queuosine）35本文檔共138頁；當前第35頁；編輯于星期二\21點36分tRNA的堿基修飾（2）還原反應如：U→

DHU（3）核苷內(nèi)的轉位反應如：U→

ψ（4）脫氨反應如：A→

I如：A→Am（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）36本文檔共138頁；當前第36頁；編輯于星期二\21點36分5、RNA編輯（editing）是指在mRNA水平上改變遺傳信息的過程。是某些RNA，特別是mRNA前體的一種加工方式，如插入、刪除或取代一些核苷酸殘基（包括U→C，A→U；U的插入或缺失、多個G或C的插入等），因為經(jīng)過編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板DNA的變化，導致DNA所編碼的遺傳信息的改變。37本文檔共138頁；當前第37頁；編輯于星期二\21點36分38本文檔共138頁；當前第38頁；編輯于星期二\21點36分迄今為止,在真核生物的tRNA、rRNA和mRNA中都發(fā)現(xiàn)了RNA編輯的現(xiàn)象。生物學意義：改變和補充遺傳信息；增加基因產(chǎn)物的多樣性；基因表達調(diào)控的一種重要方式；可能使基因產(chǎn)物獲得新的結構和功能，有利于復雜的生物進化；很可能與學習和記憶有關。39本文檔共138頁；當前第39頁；編輯于星期二\21點36分第二節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯ProteinBiosynthesis——Translation以mRNA為模板，以各種氨基酸為底物，在核糖核蛋白體上通過各種tRNA、酶和輔助因子的作用，合成多肽鏈的過程稱為翻譯。centraldogma40本文檔共138頁；當前第40頁；編輯于星期二\21點36分蛋白質(zhì)合成體系三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉移RNA）20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如氨基酰-tRNA合成酶、轉肽酶、IF、EF、RF起始因子（initiationfactor,IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）供能物質(zhì)（ATP、GTP）、無機離子41本文檔共138頁；當前第41頁；編輯于星期二\21點36分mRNA是翻譯的直接模板遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子（cistron）。原核細胞中數(shù)個結構基因常串聯(lián)為一個轉錄單位，轉錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關的蛋白質(zhì)，為多順反子（polycistron）。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子（singlecistron）。

42本文檔共138頁；當前第42頁；編輯于星期二\21點36分43本文檔共138頁；當前第43頁；編輯于星期二\21點36分mRNA結構5′UTR+ORF+3′UTRStartofgeneticmessageCapEndTail5′-端非翻譯區(qū)5'UntranslatedRegion(5'UTR)

533′-端非翻譯區(qū)3'UntranslatedRegion(3'UTR)

開放閱讀框架openreadingframe

(ORF)44本文檔共138頁；當前第44頁；編輯于星期二\21點36分遺傳密碼geneticcodemRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。數(shù)量：64（43）

起始密碼(initiationcoden):AUG

終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA45本文檔共138頁；當前第45頁；編輯于星期二\21點36分46本文檔共138頁；當前第46頁；編輯于星期二\21點36分開放閱讀框架openreadingframe(ORF)從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一條多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。47本文檔共138頁；當前第47頁；編輯于星期二\21點36分遺傳密碼的特點①連續(xù)性

commaless：三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，既無間斷也無交叉②簡并性

degeneracy：一個氨基酸有1或幾個密碼子③通用性

universal：從原核生物到人類都通用（例外：動物線粒體、葉綠體）④方向性

direction：只能沿5’→3’方向進行⑤擺動性

wobble：反密碼與密碼之間常常不嚴格遵守堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對48本文檔共138頁；當前第48頁；編輯于星期二\21點36分蛋白質(zhì)合成過程（一）氨基酸活化（二）肽鏈合成的起始（三）肽鏈的延伸（四）肽鏈合成的終止（五）蛋白質(zhì)前體的加工49本文檔共138頁；當前第49頁；編輯于星期二\21點36分（一）氨基酸活生成氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase）催化氨基酸與tRNA結合生成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第一步：活化反應第二步：連接反應50本文檔共138頁；當前第50頁；編輯于星期二\21點36分第一步：活化反應AA+ATP+E→E-AA-AMP+PPi第二步：連接反應E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP51本文檔共138頁；當前第51頁；編輯于星期二\21點36分52本文檔共138頁；當前第52頁；編輯于星期二\21點36分起始tRNA在真核生物中：Met-tRNAimet在原核生物中：fMet-tRNAifmetMet+tRNAfMetMet-tRNAfMet氨酰-tRNA合成酶ATPAMP+PPi53本文檔共138頁；當前第53頁；編輯于星期二\21點36分（二）肽鏈合成的起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物(translationalinitiationcomplex)。有多種蛋白質(zhì)因子參與這一過程，稱為起始因子（initiationfactor，IF）原核生物肽鏈合成的起始階段是在GTP和起始因子的參與下，核糖體30S亞基、fMet-tRNAFMet、mRNA和50S亞基結合，組成起始復合物的過程。54本文檔共138頁；當前第54頁；編輯于星期二\21點36分RibosomeStructure55本文檔共138頁；當前第55頁；編輯于星期二\21點36分56本文檔共138頁；當前第56頁；編輯于星期二\21點36分①A位點（Aminoacyl-tRNAsite）：是結合新進入的AA-tRNA的位置。即AA-tRNA位或受位。它大部分位于大亞基而小部分位于小亞基。②P位點（peptidyl-tRNAsite）：是結合起始tRNA并向A位給出氨基酸的位置。又稱肽酰-tRNA位或給位。它大部分位于小亞基，小部分位于大亞基。③E位點（exitsite）：為脫?；CtRNA釋放位點。(真核細胞核糖體沒有E位)④mRNA結合位點：位于大、小亞基的結合面上。57本文檔共138頁；當前第57頁；編輯于星期二\21點36分原核、真核生物各種起始因子的生物功能

起始因子生物功能原核生物IF-1占據(jù)A位防止結合其他tRNAIF-2促進起始tRNA與小亞基結合IF-3促進大、小亞基分離，提高P位對結合起始tRNA的敏感性真核生物eIF-2促進起始tRNA與小亞基結合eIF-2B，eIF-3最先結合小亞基促進大、小亞基分離IF-4AeIF-4F復合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結合小亞基IF-4B結合mRNA，促進mRNA掃描定位起始tRNAIF-4EeIF-4F復合物成分，結合mRNA5`-帽子IF-4GeIF-4F復合物成分，結合eIF-4E和PABeIF-5促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合大亞基eIF-6促進核蛋白體分離成大、小亞基58本文檔共138頁；當前第58頁；編輯于星期二\21點36分原核生物起始復合物核糖體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結合；起始氨基酰-tRNA的結合；核糖體大亞基結合。59本文檔共138頁；當前第59頁；編輯于星期二\21點36分（三）肽鏈的延伸根據(jù)mRNA密碼序列的指導，順序添加的氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸進位(entrance)/注冊（registration）成肽(peptidebondformation)轉位(translocation)60本文檔共138頁；當前第60頁；編輯于星期二\21點36分1.進位:氨基酰-tRNA進入受位(A位）;2.成肽:形成肽鍵,在轉肽酶作用下,給位（P位）與受位結合;3.移位:核蛋白體向3’端移動一個密碼子的位置,空出受位,不斷地進位、轉肽、移位,使肽鏈延長。1.進位2.成肽3.移位61本文檔共138頁；當前第61頁；編輯于星期二\21點36分1.進位(注冊,registration)(1)fMet-tRNAfMet占據(jù)P位，A位空缺。(2)第2個密碼子相應的氨基酰-tRNA與EF-Tu-GTP結合，其反密碼子識別密碼子，進入A位。(3)EF-Tu水解GTP，EF-Tu和GDP從核糖體釋出，重新形成Tu-Ts二聚體。62本文檔共138頁；當前第62頁；編輯于星期二\21點36分2.成肽是由轉肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。63本文檔共138頁；當前第63頁；編輯于星期二\21點36分3.轉位延長因子EF-G有轉位酶活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側移動。64本文檔共138頁；當前第64頁；編輯于星期二\21點36分（四）肽鏈合成的終止當mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出mRNA、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。65本文檔共138頁；當前第65頁；編輯于星期二\21點36分1.出現(xiàn)終止密碼并與釋放因子結合;RF-1識別UAA、UAGRF-2可識別UAA、UGARF-3GTP酶活性，協(xié)助RF-1和RF-2eRF：真核生物釋放因子2.肽鍵水解,多肽釋放;3.tRNA,mRNA,大小亞基解離.66本文檔共138頁；當前第66頁；編輯于星期二\21點36分（五）蛋白質(zhì)前體的加工肽鏈從核糖體釋放后，經(jīng)過細胞內(nèi)各種加工修飾處理，成為有活性的成熟蛋白質(zhì)的過程。1、多肽鏈折疊為天然的三維結構肽鏈；2、一級結構的修飾；3、高級結構修飾。67本文檔共138頁；當前第67頁；編輯于星期二\21點36分1、多肽鏈折疊為天然的三維結構肽鏈折疊(folding):蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細胞環(huán)境（特定的酸堿度、溫度等）下，進行自我組裝蛋白質(zhì)自發(fā)獲得成熟的構型——自我裝配需要輔助蛋白協(xié)助分子伴侶（molecularchaperon）；蛋白二硫鍵異構酶（proteindisulfideisomerase,PDI）；肽-脯氨酰順反異構酶（peptideprolylcis-transisomerase,PPI）。68本文檔共138頁；當前第68頁；編輯于星期二\21點36分分子伴侶分子伴侶是細胞內(nèi)一類保守蛋白質(zhì)，可識別多肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。包括：⑴熱休克蛋白（heatshockprotein,HSP）：HSP70、HSP40和GreE族⑵伴侶素（chaperonins）：GroEL和GroES家族69本文檔共138頁；當前第69頁；編輯于星期二\21點36分蛋白二硫鍵異構酶多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構象十分重要，這一過程主要在細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行。二硫鍵異構酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。70本文檔共138頁；當前第70頁；編輯于星期二\21點36分肽酰-脯氨酰順反異構酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象明顯差別。肽酰-脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種異構體之間的轉換。肽酰-脯氨酰順反異構酶是蛋白質(zhì)三維構象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。71本文檔共138頁；當前第71頁；編輯于星期二\21點36分2、一級結構的修飾（1）N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸殘基，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結構之前被切除72本文檔共138頁；當前第72頁；編輯于星期二\21點36分（2）個別氨基酸的共價修飾糖基化羥基化甲基化磷酸化二硫鍵形成親脂性修飾73本文檔共138頁；當前第73頁；編輯于星期二\21點36分（3）多肽鏈的水解修飾由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾74本文檔共138頁；當前第74頁；編輯于星期二\21點36分3、高級結構修飾（1）亞基聚合如血紅蛋白通過非共價鍵將亞基聚合成寡聚體。（2）輔基連接如糖蛋白、脂蛋白、各種酶等，合成后需與輔基連接，才具有活性。（3）疏水脂鏈的共價連接如Ras蛋白、G蛋白等需嵌入疏水雙層膜脂，才具有活性。

75本文檔共138頁；當前第75頁；編輯于星期二\21點36分第三節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)組成酶（constitutiveenzyme）有些酶在細胞中的含量比較恒定，環(huán)境因素對這些酶的合成速率影響不大，這些酶稱為組成酶。適應酶（adaptiveenzyme）或調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）有些酶在細胞中的含量變化很大，其合成速率明顯受到環(huán)境因素的影響，這類酶稱為適應酶或調(diào)節(jié)酶。76本文檔共138頁；當前第76頁；編輯于星期二\21點36分酶合成的調(diào)節(jié)：

通過調(diào)節(jié)酶合成的量來控制微生物代謝速度的調(diào)節(jié)機制，是在基因轉錄水平上進行的一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制轉錄產(chǎn)酶的加工調(diào)節(jié)翻譯水平的調(diào)節(jié)翻譯產(chǎn)物的加工調(diào)節(jié)降解酶的調(diào)節(jié)77本文檔共138頁；當前第77頁；編輯于星期二\21點36分一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制(一）基因調(diào)控理論JacobandMonod的操縱子學說（operontheory）操縱子operon結構基因（編碼蛋白質(zhì)）structuralgene）控制部位操縱基因operatorgene啟動子promotorgene78本文檔共138頁；當前第78頁；編輯于星期二\21點36分lactoseoperon79本文檔共138頁；當前第79頁；編輯于星期二\21點36分基因操縱子調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖

調(diào)節(jié)基因

啟動基因操縱基因結構基因

DNA

轉錄

（-）

RNA聚合酶（+）轉錄

翻譯

mRNA

翻譯

阻遏蛋白

蛋白質(zhì)

誘導劑

控制區(qū)信息區(qū)操縱子80本文檔共138頁；當前第80頁；編輯于星期二\21點36分調(diào)節(jié)基因(regulatorgene)可產(chǎn)生一種組成型調(diào)節(jié)蛋白(regulatoryprotein)（阻遏蛋白repressorprotein一種變構蛋白），通過與效應物(effector)（包括誘導物和輔阻遏物）的特異結合而發(fā)生變構作用，從而改變它與操縱基因的結合力。調(diào)節(jié)基因常位于調(diào)控區(qū)的上游。81本文檔共138頁；當前第81頁；編輯于星期二\21點36分82本文檔共138頁；當前第82頁；編輯于星期二\21點36分啟動基因（promotorgene）（啟動子）有兩個位點：（1）RNA聚合酶的結合位點（2）cAMP-CAP的結合位點。CAP：分解代謝產(chǎn)物基因活化蛋白（catabolitegeneactivatorprotein），又稱環(huán)腺苷酸受體蛋白(cAMPreceptorprotein，CRP）。只有cAMP-CRP復合物結合到啟動子的位點上，RNA聚合酶才能結合到其在啟動子的位點上，酶的合成才能開始。83本文檔共138頁；當前第83頁；編輯于星期二\21點36分84本文檔共138頁；當前第84頁；編輯于星期二\21點36分85本文檔共138頁；當前第85頁；編輯于星期二\21點36分操縱基因（Operatergene）

位于啟動基因和結構基因之間的一段堿基順序，能特異性地與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的變構蛋白結合，操縱酶合成的時機與速度。結構基因（Structuralgene）

決定某一多肽的DNA模板，與酶有各自的對應關系，其中的遺傳信息可轉錄為mRNA，再翻譯為蛋白質(zhì)86本文檔共138頁；當前第86頁；編輯于星期二\21點36分（二）酶合成調(diào)節(jié)的類型1、分解代謝物阻遏作用(cataboliterepression)2、酶合成的誘導作用

(induction)3、酶合成的反饋阻遏作用(feedbackrepression)87本文檔共138頁；當前第87頁；編輯于星期二\21點36分1、分解代謝物阻遏作用(cataboliterepression)指某些物質(zhì)（主要是葡萄糖和其他容易利用的碳源等）經(jīng)過分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏某些酶（主要是誘導酶）生物合成的現(xiàn)象。指細胞內(nèi)同時有兩種分解底物（碳源或氮源）存在時，利用快的那種分解底物會阻遏與利用慢的底物的分解有關的酶的合成的現(xiàn)象。88本文檔共138頁；當前第88頁；編輯于星期二\21點36分葡萄糖效應（glucoseeffect）細菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長，優(yōu)先利用葡萄糖。待葡萄糖耗盡后才開始利用乳糖，產(chǎn)生了兩個對數(shù)生長期中間隔開一個生長延滯期的“二次生長現(xiàn)象”(diauxie或biphasicgrowth）。89本文檔共138頁；當前第89頁；編輯于星期二\21點36分2、酶生物合成的誘導作用(induction)加進某種物質(zhì)，使酶生物合成開始或加速進行的現(xiàn)象。誘導物（inducer）：能夠引起誘導作用的物質(zhì)。底物或底物類似物β-半乳糖苷酶：乳糖、異丙基-β-D-硫代半乳糖苷IPTC蔗糖酶：蔗糖、蔗糖甘油單棕櫚酸酯催化反應產(chǎn)物果膠酶：半乳糖醛酸纖維素酶：纖維二糖90本文檔共138頁；當前第90頁；編輯于星期二\21點36分91本文檔共138頁；當前第91頁；編輯于星期二\21點36分半乳糖操縱子galatoseoperon阿拉伯糖操縱子arabinoseoperon92本文檔共138頁；當前第92頁；編輯于星期二\21點36分3、酶合成的反饋阻遏作用(feedbackrepression)又稱產(chǎn)物阻遏作用，指酶催化反應的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物使該酶的生物合成受到阻遏的現(xiàn)象。引起反饋阻遏的物質(zhì)稱為共阻遏物（corepressor，輔阻遏物）。酶催化反應的產(chǎn)物或末端產(chǎn)物。無機磷酸：堿性磷酸酶催化磷酸單酯水解的產(chǎn)物色氨酸：色氨酸合成途徑的終產(chǎn)物色氨酸操縱子（Tryoperon）、組氨酸操縱子（Hisoperon）、亮氨酸操縱子（Leuoperon）等93本文檔共138頁；當前第93頁；編輯于星期二\21點36分94本文檔共138頁；當前第94頁；編輯于星期二\21點36分95本文檔共138頁；當前第95頁；編輯于星期二\21點36分96本文檔共138頁；當前第96頁；編輯于星期二\21點36分二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制真核基因組結構特點真核基因組結構龐大，人單細胞DNA：3×109bp，約為大腸桿菌總DNA的1000倍單順反子含有大量重復序列基因不連續(xù)性：內(nèi)含子外顯子非編碼區(qū)較多：多于編碼序列(9:1)97本文檔共138頁；當前第97頁；編輯于星期二\21點36分真核基因表達調(diào)控的最顯著特征能在特定時間和特定的細胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)“預定”的、有序的、不可逆轉的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。98本文檔共138頁；當前第98頁；編輯于星期二\21點36分真核生物基因表達調(diào)節(jié)特點是1.多層次2.真核基因的轉錄與染色質(zhì)的結構變化相關3.真核基因表達以正性調(diào)控為主4.無操縱子和衰減子（轉錄與翻譯間隔進行）5.存在轉錄后修飾、加工6.個體發(fā)育復雜7.受環(huán)境影響較小99本文檔共138頁；當前第99頁；編輯于星期二\21點36分真核生物基因調(diào)分類按照調(diào)控性質(zhì)可分為兩大類第一類:瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控它相當于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應，包括某種底物或激素水平升降及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。第二類:發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控是真核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。100本文檔共138頁；當前第100頁；編輯于星期二\21點36分根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序分為DNA水平調(diào)控轉錄水平調(diào)控轉錄后水平調(diào)控翻譯水平調(diào)控蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控101本文檔共138頁；當前第101頁；編輯于星期二\21點36分（一）細胞分化改變酶的生物合成（二）基因擴增加速酶的生物合成（三）增強子促進酶的生物合成（四）抗原誘導抗體酶的生物合成102本文檔共138頁；當前第102頁；編輯于星期二\21點36分（一）細胞分化改變酶的生物合成典型例子：端粒酶一般存在于細胞分化程度較低的細胞中細胞分化

↑，端粒酶活性

↓細胞分化

↓，端粒酶活性

↑103本文檔共138頁；當前第103頁；編輯于星期二\21點36分端粒（telomere）是位于真核細胞線性染色體末端的特殊結構,由一段重復串聯(lián)的DNA序列與端粒結合蛋白構成。作用：穩(wěn)定染色體結構防止染色體末端融合保護染色體結構基因避免遺傳信息在復制過程中丟失104本文檔共138頁；當前第104頁；編輯于星期二\21點36分105本文檔共138頁；當前第105頁；編輯于星期二\21點36分106本文檔共138頁；當前第106頁；編輯于星期二\21點36分107本文檔共138頁；當前第107頁；編輯于星期二\21點36分端粒酶（telomerase)核糖核蛋白復合體,由RNA和結合的蛋白質(zhì)組成,是RNA依賴的DNA聚合酶。它是一種特殊的能合成端粒DNA的酶,通過明顯的模板依賴方式每次添加一個核苷酸。端粒酶實質(zhì)上是一種特殊的逆轉錄酶人端粒酶組成人端粒酶RNA（humantelomeraseRNA，hTR）端粒酶相關蛋白（telomerase-associatedprotein，TP1/TLP1）人端粒酶催化蛋白亞單位（thecatalyticproteinsubunitoftelomerase，hTERT）108本文檔共138頁；當前第108頁；編輯于星期二\21點36分蛋白質(zhì)（綠色）RNA（淺褐色）DNA（紫色）109本文檔共138頁；當前第109頁；編輯于星期二\21點36分110本文檔共138頁；當前第110頁；編輯于星期二\21點36分111本文檔共138頁；當前第111頁；編輯于星期二\21點36分端粒酶使端粒DNA一條鏈延長DNA聚合酶合成DNA另一條鏈112本文檔共138頁；當前第112頁；編輯于星期二\21點36分113本文檔共138頁；當前第113頁；編輯于星期二\21點36分2.延伸1.結合3.移位114本文檔共138頁；當前第114頁；編輯于星期二\21點36分端粒酶的爬行模型（動畫演示）115本文檔共138頁；當前第115頁；編輯于星期二\21點36分本文檔共138頁；當前第116頁；編輯于星期二\21點36分端粒酶的表達人類胚胎發(fā)育期：端粒酶表達，端粒得以合成和延長成人正常體細胞：有很長的端粒，卻檢測不到端粒酶活性。所以細胞逐漸衰老。細胞分化程度越高，端粒酶活性越低細胞分化程度越低，端粒酶活性越高（比如癌細胞）117本文檔共138頁；當前第117頁；編輯于星期二\21點36分（二）基因擴增加速酶的生物合成通過增加基因的拷貝數(shù)（染色體上的重復次數(shù)）調(diào)節(jié)基因表達，可以發(fā)生在個體發(fā)育某一階段或細胞分化某一過程。細胞的一種應急方式基因擴增可以由選擇壓力引起耐藥性細胞的抗藥性產(chǎn)生例：中國田鼠細胞為對抗氨甲基喋呤對二氫葉酸還原酶的抑制，編碼這種酶的基因急劇擴增本文檔共138頁；當前第118頁；編輯于星期二\21點36分（三）增強子促進酶的生物合成增強子（enhancer）又稱為調(diào)變子（modulator），是一段能高效增強或促進基因轉錄的DNA序列。增強子的重要特性是能夠促進同源或異源啟動基因的轉錄活性，其增強效果有的可以達到1000倍。特點：與方向性無關：方向性不影響它的功能。與位置無關：可位在轉錄起始點上游，也可以在下游。與距離無關：即使調(diào)控的基因距離四個堿基對，仍具有功能。有組織特異性：某種增強子只會提高某種組織的基因進行轉錄。119本文檔共138頁；當前第119頁；編輯于星期二\21點36分促進基因轉錄的順式作用元件可高效增加酶的生物合成具有組織特異性和細胞特異性120本文檔共138頁；當前第120頁；編輯于星期二\21點36分121本文檔共138頁；當前第121頁；編輯于星期二\21點36分（四）抗原誘導抗體酶的生物合成抗體（antibody）：目前已知的最大多樣性體系，機體的免疫系統(tǒng)可以產(chǎn)生108-1010個不同的抗體分子，抗體分子的多樣性及其高度精確識別性使其能結合幾乎任何天然的或合成的分子。122本文檔共138頁；當前第122頁；編輯于星期二\21點36分酶是一類具有催化功能的生物分子酶反應有兩個主要的特征：高催化效率、高選擇性1948年，Pauling用過渡態(tài)理論闡明酶催化的實質(zhì)：酶能特異性結合并穩(wěn)定化學反應的過渡態(tài)(底物激態(tài))，從而降低反應能級。諾貝爾獎二次得主美國化學家LinusPauling123本文檔共138頁；當前第123頁；編輯于星期二\21點36分過渡態(tài)理論底物→產(chǎn)物：

需要活化能酶+底物（過渡態(tài)）：降低活化能124本文檔共138頁；當前第124頁；編輯于星期二\21點36分根據(jù)Pauling理論，WilliamJencks于1969年預言：若能找到對應某反應過渡態(tài)的抗體，將其加入該反應體系中，就可觀