第10 基因信息的傳遞

第三篇遺傳信息的傳遞●

概述●

DNA的生物合成●

RNA的生物合成●

蛋白質(zhì)的生物合成●

基因表達(dá)的調(diào)控第一節(jié)概述Introduction●

基因和基因表達(dá)●遺傳信息的中心法則基因(gene)——生物活性產(chǎn)物編碼的最小的DNA功能片段。其產(chǎn)物為各種RNA或蛋白質(zhì)。基因三大特征：

——攜帶遺傳信息

——能被復(fù)制

——能突變基因表達(dá)(geneexpression)

——DNA分子中的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成出蛋白質(zhì)的過程?；蚝突虮磉_(dá)中心法則RNADNAProtein轉(zhuǎn)錄翻譯TranscriptionTranslationReplication復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄ReverseTranscriptionJuangRH(2004)BCbasics*DNA通過復(fù)制，將基因信息代代相傳*DNA通過基因表達(dá)，決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能*

RNA參與DNA遺傳信息的表達(dá)*RNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體

第13章DNA的生物合成DNABiosynthesis半保留復(fù)制參與復(fù)制的酶類及蛋白質(zhì)因子

DNA生物合成過程

DNA損傷與修復(fù)逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復(fù)制親代DNA子代DNA第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律BasicRulesofDNAReplication半保留復(fù)制

DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全重新合成。兩個子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制（semi-conservativereplication)

。母鏈子鏈AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉子代DNA子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式全保留式半保留式混合式

——實驗結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第二代梯度離心結(jié)果密度梯度實驗按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的。半保留復(fù)制的意義原核生物復(fù)制時，DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。雙向復(fù)制復(fù)制方式A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點B.復(fù)制中的兩個復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(termination,ter)oriterABC真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把兩個相鄰起始點之間的距離定為一個復(fù)制子(replicon)

。復(fù)制子是獨立完成復(fù)制的功能單位。

5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’真核生物每個染色體有多個起始點，是多起點雙向復(fù)制。3

5

3

5

解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)復(fù)制的半不連續(xù)性順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。另一股鏈因為復(fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。

領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。第二節(jié)

DNA復(fù)制的酶學(xué)

TheEnzymologyofDNAReplication復(fù)制的反應(yīng)體系底物(substrate):四種dNTP

dATP,dGTP,dCTP,dTTP模板(template):解開成單鏈的DNA母鏈引物(primer):提供3

-OH末端，使dNTP可依次聚合聚合酶(polymerase):依賴DNA的DNA聚合酶簡寫為DNA-pol其他的酶和蛋白質(zhì)因子復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

DNA復(fù)制是核苷酸的聚合反應(yīng)DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長只可沿5→3

方向進(jìn)行?！诰酆厦傅淖饔孟?，一個核苷酸5’-P和相鄰的核苷酸上核糖的3’-OH生成磷酸二酯鍵而逐一聚合形成多核苷酸鏈的過程。3’

OH5’123456參與復(fù)制的酶類及蛋白質(zhì)因子DNA聚合酶（DNA-pol）原核生物的DNA-pol真核生物的DNA-pol解螺旋酶與拓?fù)洚悩?gòu)酶解螺旋酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶單鏈DNA接合蛋白引物酶DNA連接酶端粒酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol活性：①

5

3

的聚合活性

②核酸外切酶活性DNA聚合酶5′

AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′

3

5

外切酶活性

5

3

外切酶活性?能切除突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性

（1）DNA-pol

Ⅰ

（2）DNA-pol

Ⅱ

（3）DNA-pol

Ⅲ原核生物的DNA聚合酶單一多肽鏈從N端到C端有3個酶促

活性結(jié)構(gòu)域依次排列：

5’→3’外切酶

3’→5’外切酶、DNA聚合酶。在蛋白酶的作用下，可分為大、小兩個片段。功能：對復(fù)制中的錯誤進(jìn)行校讀；對復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。（1）DNA-polⅠ（109kD）323個氨基酸小片段5

核酸外切酶活性大片段/Klenow片段604個氨基酸DNA聚合酶活性

5

核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實驗室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

DNA-polI在活細(xì)胞內(nèi)的功能1）5’→3’聚合酶的活性：

對復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。2）3’→5’外切酶活性：

對復(fù)制中錯誤即時校讀，保證復(fù)制的準(zhǔn)確性。3）5’→3’外切酶活性：

可去除RNA引物和突變堿基。（2）DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。

5’→3’聚合酶活性

3’→5’外切酶活性無5’→3’外切酶活性只是在無polI及polⅢ的情況下才起作用，真正的功能也未完全清楚，可能參與DNA損傷的應(yīng)急修復(fù)。（3）DNA-polⅢ（250kD）原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。

10種亞基組成不對稱異源二聚體核心酶α亞基：5’→3’聚合酶活性ε亞基：3’→5’外切酶活性和堿基選擇功能，復(fù)制保真性所需θ亞基:可能起組裝作用β亞基：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板鏈滑動γ－復(fù)合物：促進(jìn)全酶組裝至模板及增強(qiáng)核心酶活性DNA-polⅢ在活細(xì)胞內(nèi)的功能1）5’→3’聚合酶的活性：

是在復(fù)制延長中真正催化新鏈核苷酸聚合的酶。2）3’→5’外切酶活性：

對復(fù)制中錯誤進(jìn)行即時校讀，保證復(fù)制的準(zhǔn)確性。催化DNA聚合參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)修復(fù)合成、切除引物、填補(bǔ)空隙功能2040400分子數(shù)/細(xì)胞1011亞基數(shù)－－+5

外切酶活性+++

5

外切酶活性+++5

聚合酶活性polIIIpolIIpolIE.coli中的DNA聚合酶DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制。復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

真核生物的DNA聚合酶真核生物的DNA聚合酶復(fù)制按照堿基配對規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。復(fù)制保真性的酶學(xué)機(jī)制：（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀

（二）復(fù)制的保真性和堿基選擇復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。B：堿基配對正確，DNA-pol不表現(xiàn)活性。（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀（二）復(fù)制的保真性和堿基選擇?DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價（氫鍵）與共價（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。?嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。

DNA復(fù)制的精確度極高，誤差率很低，以保證物種在維持遺傳保守性的同時，還要通過變異不斷進(jìn)化。DNA復(fù)制的高度忠實性至少要依賴三種機(jī)制：1、遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律；2、DNA聚合酶在復(fù)制延長中對堿基的選擇功能；3、復(fù)制出錯時，DNA聚合酶的即時校讀功能。復(fù)制的高保真性解螺旋酶與拓?fù)洚悩?gòu)酶

在復(fù)制起始時需要多種酶和蛋白因子，解開、理順DNA鏈，維持DNA在一段時間內(nèi)處于單鏈狀態(tài)。解螺旋酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶單鏈DNA接合蛋白引物酶DNA連接酶端粒酶解螺旋酶DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。

解螺旋酶：利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈.解螺旋酶ATP(helicase)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(DNAtopoisomerase)10

8局部解鏈后改變DNA拓?fù)湫再|(zhì)的酶，又稱旋轉(zhuǎn)酶或轉(zhuǎn)軸酶。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ

分類解鏈過程中正超螺旋的形成拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。作用機(jī)制拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點既能水解、又能連接磷酸二酯鍵單鏈DNA結(jié)合蛋白單鏈DNA結(jié)合蛋白

——在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)引物酶引物酶——復(fù)制起始時催化生成RNA引物的酶(primase)DNA聚合酶不能從游離的核苷酸開始合成DNA鏈，只能延長已有的DNA或RNA引物鏈。引物酶在復(fù)制起始時催化引物合成，提供3

-OH末端，使DNA-pol能夠催化dNTP聚合。引物酶屬DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶，但不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的RNA聚合酶。在E.coli，引物酶是dnaG基因的產(chǎn)物DnaG。DNA連接酶連接DNA鏈3

-OH末端和相鄰DNA鏈5

-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’端粒酶端粒(telomere)

指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、C堿基的短序列。端粒的功能

維持染色體的穩(wěn)定性

維持DNA復(fù)制的完整性TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒酶的催化延長作用爬行模型DNA聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工端粒和端粒酶的生物學(xué)意義端粒酶的活性與細(xì)胞的生長、繁殖、衰老凋亡以及腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。端粒的平均長度隨細(xì)胞分裂次數(shù)的增多及年齡的增長而逐漸變短至消失，導(dǎo)致染色體穩(wěn)定性下降，細(xì)胞衰老凋亡。體細(xì)胞幾乎沒有端粒酶活性，隨多次細(xì)胞分裂端粒逐漸縮短，細(xì)胞失去增殖能力。而端粒酶活性較高的胚原細(xì)胞，端粒長度未縮短。腫瘤細(xì)胞端粒酶重新獲得活性，以維持端粒結(jié)構(gòu)致使染色體穩(wěn)定而成為永生細(xì)胞。第三節(jié)DNA生物合成過程TheProcessofDNAReplicationDNA生物合成過程1.復(fù)制的起始2.復(fù)制的延長3.復(fù)制的終止DNADNA

復(fù)制RNADNA

逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制的起始需要解決兩個問題：1.DNA解開成單鏈，提供模板。2.合成引物，提供3-OH末端。

原核生物的DNA生物合成

1.辨認(rèn)起始點復(fù)制起點(origin)：DNA復(fù)制所必需的一段特殊的起始DNA序列。E.coli復(fù)制起始點oriC

GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···

11317293244

···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列5

3

5

3

2.模板DNA的解旋和解鏈

DnaA

DnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶SSB3

5

3

5

辯認(rèn)起始位點解螺旋協(xié)助DnaB在DnaC的輔助下結(jié)合于初步打開的雙鏈，并用其解螺旋酶活性開鏈

DnaA

DnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶SSB3

5

3

5

3.引發(fā)體的形成含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。辯認(rèn)起始位點解螺旋協(xié)助3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。RNA引物3'HO5'引物酶復(fù)制起始的過程1．DnaA蛋白辨認(rèn)結(jié)合oriC的重復(fù)序列，并與DNA形成復(fù)合物，引起解鏈；2．DnaB在DnaC的輔助下結(jié)合于初步打開的雙鏈，并用其解螺旋酶活性開鏈；3．拓?fù)涿竿ㄟ^切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實現(xiàn)DNA超螺旋的轉(zhuǎn)型；4．SSB結(jié)合在已開鏈的DNA模板上，使DNA在一定的范圍內(nèi)保持開鏈狀態(tài)。5．引物酶介入，形成的引發(fā)體，可按照模板的配對序列，催化NTP的聚合，生成引物。復(fù)制的延長復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，按照堿基配對的原則，將dNTPdNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈的3’-OH端，使新合成鏈不斷延長，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-poldATP+DNApol領(lǐng)頭鏈的合成目錄隨從鏈的合成目錄隨從鏈的合成隨從鏈的合成

在同一個復(fù)制叉上，領(lǐng)頭鏈的復(fù)制先于后隨鏈，但兩鏈?zhǔn)窃谕籇NApolⅢ催化下進(jìn)行。即隨從鏈的模板可折疊或環(huán)繞成環(huán)狀，與前導(dǎo)鏈正在延長的區(qū)域?qū)R，使領(lǐng)頭鏈和隨從鏈的生長點都處在DNApolⅢ催化位點上。

解鏈方向就是酶的前進(jìn)方向，也是復(fù)制叉延伸方向。復(fù)制過程簡圖復(fù)制過程動畫復(fù)制的終止1、原核生物DNA為環(huán)狀，雙向復(fù)制的匯合點就是復(fù)制終止點。oriter

E.coli8232

ori

terSV405002.領(lǐng)頭鏈上的RNA引物被RNA酶水解后，由DNApolI催化，由新合成鏈提供-OH補(bǔ)齊。5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATP

ADP+Pi5

5

DNA連接酶3.隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接哺乳動物的細(xì)胞周期DNA合成期G1G2SM?細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及M期這兩個關(guān)鍵點。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。?蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實施調(diào)控作用。真核生物的DNA生物合成?真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動。?復(fù)制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）參與。還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子(replicationfactor,RF)。?增殖細(xì)胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。（一）復(fù)制的起始3

5

5

3

領(lǐng)頭鏈3

5

3

5

親代DNA隨從鏈引物核小體（二）復(fù)制的延長染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）復(fù)制的終止5

3

3

55

3

3

5+5

3

3

3

3

5

5

目錄目錄切除引物的兩種機(jī)制目錄第四節(jié)

逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)

逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)

RNADNA

逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶

逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解

TTTT分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。

以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與mRNA堿基序列互補(bǔ)的DNA鏈。試管內(nèi)合成cDNAcDNAcomplementaryDNA二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義

逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。

滾環(huán)復(fù)制(rollingcirclereplication)三、滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制

是某些低等生物的復(fù)制形式，如

X174和M13噬菌體等。3

-OH5

-P5

5

5

3

3

3

3

5'滾環(huán)復(fù)制5'

5

3

3

5

目錄dNTPDNA-polγ

D環(huán)復(fù)制(D-loopreplication)

是線粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的復(fù)制形式。

第五節(jié)

DNA損傷（突變）與修復(fù)DNADamage(Mutation)andRepairDNA損傷與修復(fù)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。在復(fù)制過程中發(fā)生的DNA突變稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。沉默突變：完全無害或沒有可察覺的表型改變滲漏突變：影響不大的突變致死突變：導(dǎo)致生物功能的喪失、機(jī)體的疾病甚至死亡DNA損傷的因素物理因素

紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV化學(xué)因素DNA突變的類型點突變

(pointmutation)缺失突變

(deletionmutation)插入突變

(insertionmutation)重排(rearrangement)點突變（錯配）1.轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation)。2.顛換：發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·val

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·glu

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽鏈CTCGAG基因缺失、插入與移碼突變?nèi)酥?，性本善，性相近，?xí)相遠(yuǎn)…人初性，本善性，相近習(xí)，相遠(yuǎn)…5′….UCACGACAUAUG….3′5′….UCAGCGACAUAUG….3′絲精組蛋絲丙蘇酪5′….UCAGACAUAUG….3′絲天異亮插入缺失正常缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。缺失或插入都能導(dǎo)致移碼突變移碼突變：三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變，其后果是翻譯出的蛋白質(zhì)可能完全不同。移碼突變是最嚴(yán)重的突變！由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型DNA分子內(nèi)較大片段的交換，又稱為重組。重排DNA損傷的修復(fù)修復(fù)(repairing)

是對已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)(lightrepairing)切除修復(fù)(excisionrepairing)重組修復(fù)(recombinationrepairing)SOS修復(fù)

修復(fù)的主要類型光修復(fù)酶(photolyase)

UV光修復(fù)切除修復(fù)UvrC切除DNApolIDNA連接酶5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'UvrA，UvrB識別并結(jié)合XPXPDNApol

是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機(jī)制切除修復(fù)動畫先天缺乏切除修復(fù)機(jī)制導(dǎo)致的遺傳病RecADNApol切除修復(fù)重組修復(fù)SOS修復(fù)是一類應(yīng)急性的修復(fù)方式。由于DNA損傷廣泛至難以繼續(xù)復(fù)制，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。在E.coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。特點：反應(yīng)特異性低，對堿基識別、選擇能力差。通過SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞可存活。然而，DNA保留的錯誤會較多，引起較廣泛、長期的突變。SOS修復(fù)的機(jī)制第三節(jié)RNA的生物合成RNABiosynthesis轉(zhuǎn)錄的模板和酶轉(zhuǎn)錄過程

RNA的轉(zhuǎn)錄后加工修飾——生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

基因表達(dá)的開始。

遺傳信息從DNA向RNA傳遞過程。轉(zhuǎn)錄(transcription)參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶

(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子轉(zhuǎn)錄的模板和酶DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)。

DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(codingstrand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。一、轉(zhuǎn)錄的模板5′3′5′3′不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段,一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。箭頭示轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物及轉(zhuǎn)錄方向方框內(nèi)的DNA區(qū)段為結(jié)構(gòu)基因為模板鏈；為編碼鏈。5′…GCAGTACATGTC…3′3′…cgtcatgtacag…5′DNAN…AlaValHisVal…C多肽鏈轉(zhuǎn)錄翻譯編碼鏈模板鏈5′…GCAGUACAUGUC…3′mRNA二、RNA聚合酶簡稱RNApol也稱轉(zhuǎn)錄酶（transcriptase)全稱:依賴DNA的RNA聚合酶(DNAdependentRNApolymerase,DDRP)1.原核生物的RNA聚合酶β催化功能1σ識別轉(zhuǎn)錄起始點1ω

未知1β′結(jié)合DNA模板1α決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄2

大腸桿菌RNA聚合酶亞基類型主要功能每個酶分子中亞基數(shù)全酶(holoenzyme)

核心酶(coreenzyme)

2

ω

2

ω

核心酶coreenzyme全酶holoenzymeσ亞基+σααββ′TTGACATATAAT-35原核生物的RNA聚合酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合σ-102.真核生物的RNA聚合酶

RNApolⅠ

RNApolⅡ

RNApolⅢ真核生物RNApol的種類與功能種類轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對鵝膏蕈堿的敏感性45S是5.8S、18S和28SrRNA的前體hnRNA是mRNA的前體45SrRNA不敏感hnRNA和snRNA

極敏感tRNA和5S-rRNA中度敏感

snRNA3.模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合操縱子

(operon):原核生物的轉(zhuǎn)錄單位。包括若干個結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。RNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，稱為啟動子(promoter)。啟動子Promoter調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因操縱子

結(jié)合RNA聚合酶表達(dá)功能蛋白S1S2S3?POIRNA聚合酶保護(hù)法3

開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(recognitionsite)5

RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因5

3

TATA盒

CAAT盒

GC盒增強(qiáng)子順式作用元件結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動子保守序列DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較復(fù)制轉(zhuǎn)錄相同點以DNA為模板遵循堿基配對原則都需依賴DNA的聚合酶聚合過程都是生成磷酸二酯鍵新鏈合成方向為5’→3’不同點模板兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶合成方式半保留、半不連續(xù)復(fù)制不對稱轉(zhuǎn)錄堿基配對A-T，G-CA-U，T-A，G-C產(chǎn)物雙鏈DNA單鏈RNA轉(zhuǎn)錄過程起始延長終止轉(zhuǎn)錄起始1.原核生物的轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合

σ亞基辨認(rèn)-35區(qū)（結(jié)合松弛）（結(jié)合緊密）RNApol全酶移向-10區(qū)DNA雙鏈解開RNA聚合酶作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，形成第一個磷酸二酯鍵5

-pppG-OH+5

-pppN-OH

5

-pppGpN-OH3

+ppiRNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物σ亞基脫落，轉(zhuǎn)錄進(jìn)入到延長階段轉(zhuǎn)錄起始不需引物轉(zhuǎn)錄起始2.真核生物的轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，RNA-pol不直接結(jié)合模板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。反式作用因子

——能直接或間接辨認(rèn)、結(jié)合順式作用元件，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一類蛋白質(zhì)因子。

轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactor,TF)——反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的蛋白質(zhì)因子。順式作用元件

——可影響自身基因表達(dá)活性的DNA非編碼序列。轉(zhuǎn)錄起始TATA盒CAAT盒GC盒增強(qiáng)子AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點修飾點外顯子翻譯起始內(nèi)含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段

翻譯終止參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡTBP：TATAbindingprotein,TATA結(jié)合蛋白TAF:TBPassociatedfactor,TBP輔因子,不同基因TAF不同CTD:RNA-polⅡ大亞基羧基末端結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。一個真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至5個轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性，有專一性的復(fù)合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。(pre-initiationcomplex,PIC)ⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉(zhuǎn)錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復(fù)合物TATAPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡECTD-PⅡAⅡBTBPTAFTATAPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化(NMP)n+NTP

(NMP)n+1

+PPi轉(zhuǎn)錄延長原核生物的轉(zhuǎn)錄延長

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)也稱轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，是RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA結(jié)合在一起的復(fù)合物。RNA-pol(核心酶)

····DNA

····RNADNA/DNA雙鏈比DNA/RNA雜化雙鏈穩(wěn)定

穩(wěn)定性:

G≡C>A=T>A=UDNA雙鏈超螺旋作用5′DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶3′5′3′原核生物轉(zhuǎn)錄的特點：多個轉(zhuǎn)錄同時進(jìn)行原核生物轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄延長真核生物的轉(zhuǎn)錄延長真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似；無轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。轉(zhuǎn)錄延長中的核小體移位RNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄方向RNA-Pol轉(zhuǎn)錄終止原核生物的轉(zhuǎn)錄終止依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止

RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。分類ρ因子(1)識別結(jié)合富含C的RNA鏈(2)ATPase活性(3)解螺旋酶活性依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止5′3′Polymeraseρ因子+ATP富含Cρ因子與RNA3’-OH的polyC結(jié)合，抑制聚合酶活性，激活解螺旋活性。RNApolRNApol3′5′ρ因子解螺旋，使RNA脫落RNApol失活DNA模板近終止處，有特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)終止轉(zhuǎn)錄。特點：

(1)RNA單鏈內(nèi)部接近終止區(qū)域有富含GC配對區(qū)，形成穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)。(2)在莖環(huán)結(jié)構(gòu)的下游有polyU結(jié)構(gòu)。莖環(huán)（stemloop）結(jié)構(gòu)發(fā)夾（hairpin）結(jié)構(gòu)非依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止(U:A不穩(wěn)定)5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)UUUU………..5′3′A.莖環(huán)結(jié)構(gòu)改變RNApol的結(jié)構(gòu)，使其失活B.莖環(huán)結(jié)構(gòu)的形成使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解體，polyU加速這一過程。莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG53

35RNA-pol5------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點5

5

3

3

3加尾AAAAAAA······3mRNA——和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。轉(zhuǎn)錄終止真核生物的轉(zhuǎn)錄終止GpN結(jié)構(gòu)基因RNApol識別結(jié)合生成起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄終止啟動子終止區(qū)pppGpppG原核生物的轉(zhuǎn)錄過程RNA的轉(zhuǎn)錄后加工修飾幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工修飾真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工5’端帽子結(jié)構(gòu)與3’端尾巴結(jié)構(gòu)mRNA的剪接mRNA的甲基化真核生物tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工切除多余核苷酸剪接去除內(nèi)含子3’端加-CCA真核生物rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工5’端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

7-甲基鳥嘌呤-三磷酸鳥苷

5’-5’磷酸二酯鍵5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶

Pi5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的功能:

核內(nèi)生成,保護(hù)mRNA不被核酸外切酶水解。與翻譯過程有關(guān)，帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白是翻譯起始必需的因子。3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

生成：在核內(nèi)修飾,與轉(zhuǎn)錄終止同時進(jìn)行.

作用：增加mRNA穩(wěn)定性，維持翻譯模板活性。hnRNA+nATPpolyA聚合酶Mg2+RNA-(A)n+nPPiGmRNA的剪接真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA真核生物的結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)后再連接，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)基因稱為斷裂基因。編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)CABD外顯子：（基因上的編碼序列）在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子：（基因上的非編碼序列）在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，而在剪接過程中被除去的核酸序列。

hnRNA

(heterogeneousnuclearRNA)核不均一RNA，核內(nèi)未被剪接的有內(nèi)含子的mRNA前體。hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA

外顯子(exon)內(nèi)含子的分類

I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；

II：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA；

III：是常見的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)mRNA基因有此類內(nèi)含子；

IV：是tRNA基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪接過程需酶及ATP。按基因的類型和剪接的方式分:snRNA

(smallnuclearRNA)種類：U1，U2，U3，U4，U5，U6等。與hnRNA的內(nèi)含子區(qū)段結(jié)合，參與hnRNA的剪接

核內(nèi)蛋白質(zhì)

snRNP(并接體

splicesome)(小分子核糖核蛋白體)snRNA真核生物mRNA的剪接過程1.并接體識別結(jié)合hnRNA內(nèi)含子5′及3′區(qū)域2.形成套索RNA(lariatRNA)，外顯子靠近3.兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，切去內(nèi)含子，連接外顯子外顯子內(nèi)含子DNAmRNA轉(zhuǎn)錄形成套索RNA，外顯子靠近剪接體去除套索RNA，外顯子連接成熟mRNACAUUCAUAUGAUGU外顯子1外顯子2GUAAGUAUACUACAAG5′3′內(nèi)含子分支點U1U2并接體O—P-O-GUAAG-O—P-OE1E2OHE1AAG-O—P-OE2UGOPOO-P-OE1E2+AAG-OHUGOPOintron2′-OH第一步轉(zhuǎn)酯第二步轉(zhuǎn)酯5′3′5′5′3′內(nèi)含子的功能，兩種觀點內(nèi)含子是在進(jìn)化中出現(xiàn)和消失的，是進(jìn)化過程中的遺跡，無實質(zhì)性意義。2.在基因表達(dá)中有調(diào)控功能。外顯子是斷裂基因中可表達(dá)的序列，內(nèi)含子是隔斷基因線性表達(dá)的序列。真核生物tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工切除末端多余的核苷酸

3’端加CCA

內(nèi)含子的剪接堿基的修飾tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA轉(zhuǎn)錄獲得tRNA前體核酸內(nèi)切酶核酸外切酶

tRNA的初級產(chǎn)物tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶連接酶ATPADP成熟tRNA堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：A

I如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）真核生物rRNA的基因?qū)儆谪S富基因(redundantgene)族的DNA序列，也即高度重復(fù)的串聯(lián)基因(tandemgene)，或稱為高度重復(fù)序列DNA。45srDNA45srRNA18s，5.8s，28srRNARNApolI45srDNA間隔區(qū)(spacer)內(nèi)含子外顯子5srDNA5srRNARNApolIII真核生物rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工加工

rRNA的剪接不需要任何蛋白質(zhì)參與即可發(fā)生，說明rRNA本身就有酶的催化作用。——具有酶促活性的RNA核酶發(fā)現(xiàn)的意義：1.對傳統(tǒng)酶學(xué)提出挑戰(zhàn)2.生物進(jìn)化中的意義,對中心法則的補(bǔ)充3.潛在的基因治療的有力工具核酶最簡單的核酶二級結(jié)構(gòu)——槌頭狀結(jié)構(gòu)(hammerheadstructure)底物部分通常為60個核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份催化部份和底物部份組成錘頭結(jié)構(gòu)底物部分：含有GU序列催化部分：錘頭結(jié)構(gòu),3個莖,1-3個環(huán)保守序列：13個堿基切割點切割點紫色為人工合成的核酶黑色為被切割的天然RNAX為保守序列XXXNXXXXXX5′3′XXXX5′3′XXXNXXX5′3′XXXXXX5′3′第四節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成ProteinBiosynthesis蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)合成后的加工和修飾蛋白質(zhì)生物合成的干擾與抑制蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)生物合成體系參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)：20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、無機(jī)離子三種RNAmRNA(messengerRNA,信使RNA)

rRNA(ribosomalRNA,核蛋白體RNA)

tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）ATP主要參與氨基酸的活化；GTP提供翻譯起始、延長、終止階段所需能量mRNA模板與遺傳密碼

mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)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)

。

原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP5

3

蛋白質(zhì)PPPmG-5

3

蛋白質(zhì)

mRNA上存在遺傳密碼mRNA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)。起始密碼(initiationcoden):AUG

終止密碼(terminationcoden):

UAA，UAG，UGA遺傳密碼表從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)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。開放讀碼框

5'......AUGGCU......GGAUAA......3'RNA(N端)蛋—丙......甘(C端)蛋白質(zhì)起始密碼終止密碼翻譯1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。除Met、Trp外，其余氨基酸均由2個以上密碼子編碼。

同義密碼子

但每一個密碼子僅對應(yīng)一個氨基酸。不同物種對密碼子有“偏愛性”。2.簡并性(degeneracy)遺傳密碼的特點簡并性密碼子上第三位堿基改變往往不影響氨基酸的翻譯。ACUACCACAACG蘇氨酸UGUUGCUGAUGG纈氨酸UCUUCCUCAUCG絲氨酸簡并性——3.通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。4.擺動性(wobble)轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。

密碼子反密碼子氨基酸5’3’U擺動配對密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸、tRNA與反密碼子合成酶識別底物：副密碼子tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖

tRNA的功能：

2.活化氨基酸；

1.搬運氨基酸；

3.

密碼子與對應(yīng)氨基酸之間的接合體

(adaptor)如：密碼子GGU----攜帶反密碼子ACC的tRNA----Gly密碼子—tRNA反密碼子—氨基酸對號入座氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA的生成氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

＋

tRNA

氨基酰-tRNA

＋AMP

＋

E第一步氨基酸的活化氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

第二步活化氨基酸的轉(zhuǎn)運氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E絕對專一性，酶同時對氨基酸和tRNA高度特異識別。有20種，分別特異性識別相應(yīng)的20種氨基酸和tRNA具有校正活性(proofreadingactivity)氨基酰-tRNA的表示方法：

Ala-tRNAAla

Ser-tRNASer

Met-tRNAMet氨基酰tRNA合成酶真核生物：

Met-tRNAiMet原核生物：

fMet-tRNAifMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA起始tRNACH3SCH2CH2CHH2NCOOtRNAfMet轉(zhuǎn)甲?；窷10-CHO-FH4CH3SCH2CH2CHH-C-HNCOOtRNAfMetO大腸桿菌起始密碼子編碼的Met需甲酰化真核細(xì)胞起始密碼子編碼的Met不需甲?；喕髞喕说鞍左w核蛋白體組成、結(jié)構(gòu)與功能特點：1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精密由數(shù)種rRNA（占60%左右）

及數(shù)十種蛋白質(zhì)組成。rRNA起著主導(dǎo)的作用，蛋白質(zhì)協(xié)助維持rRNA的功能區(qū)域。3.

轉(zhuǎn)肽酶是RNA而不是蛋白質(zhì)。原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種不同細(xì)胞核蛋白體的組成原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)蛋白質(zhì)生物合成過程翻譯過程從閱讀框架的5′-AUG開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(elongation)翻譯的終止(termination)整個翻譯過程可分為：翻譯的起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物(translationalinitiationcomplex)。原核、真核生物各種起始因子的生物功能原核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核蛋白體大亞基結(jié)合IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合S-D序列IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi真核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程起始因子IF和eIF（eukaryoticIF）IF與eIF在形成起始復(fù)合物中的作用比較大小亞基分離IFeIF步驟IF3（IF1）eIF3mRNA的就位核酸之間及與蛋白質(zhì)的辨認(rèn)結(jié)合eIF4G，eIF4EeIF4A，eIF4BPAB起始tRNA就位IF2,GTP(IF1)eIF2

大小亞基結(jié)合IF脫落及GTP水解eIF脫落，eIF5,GTP水解真核生物與原核生物翻譯起始的不同點：1.起始Met-tRNAiMet不需甲?；?.eIF種類多；3.小亞基先與Met-tRNAiMet結(jié)合，再與mRNA結(jié)合；5.ATP和GTP供能。4.mRNA與40s亞基的結(jié)合依靠帽子結(jié)合蛋白復(fù)合物與mRNA帽子結(jié)構(gòu)的識別結(jié)合。肽鏈的延長——根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸從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(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸。每次循環(huán)包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-βγEFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)、EF-G真核生物：EF-1、EF-2又稱注冊

(registration)（一）進(jìn)位根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。

延長因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP（二）成肽指在轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)的作用下，將P位點的肽?；D(zhuǎn)移到A位點的氨基酰-tRNA上，在A位形成肽鍵，使肽鏈延長。（三）轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。fMetAUG5'3'fMetTuGTP進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。真核細(xì)胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位脫落。真核生物延長過程翻譯的終止當(dāng)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、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。RF-3：促進(jìn)RF-1或RF-2與核蛋白體結(jié)合，使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ富钚?，并水解GTP。真核生物的釋放因子：eRF；eRF可識別三種密碼子,并需GTP供能。RF-1：UAA，UAGRF-2：UAA，UGA

mRNA上的終止密碼子處在A位時，釋放因子(RF)識別這種信號,進(jìn)入終止階段.UAG5'3'RFCOO-原核肽鏈合成終止過程：多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。蛋白質(zhì)合成后的加工和修飾從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)

肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾高級結(jié)構(gòu)修飾1.多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間構(gòu)象。多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，需要其他酶、蛋白輔助。高級結(jié)構(gòu)的形成幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用——結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。

HSP40結(jié)合待折疊多肽片段

HSP70-ATP復(fù)合物HSP40-HSP70-ADP-多肽復(fù)合物ATP水解復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊肽鏈N端的修飾

起始氨基酸的切除個別氨基酸的修飾

形成二硫鍵磷酸化糖基化多肽鏈的水解修飾一級結(jié)構(gòu)的修飾原核生物去除N末端蛋氨酸殘基脫甲?；窶et-fMet-氨基肽酶真核細(xì)胞個別氨基酸的修飾磷酸化：絲氨酸，蘇氨酸，酪氨酸羥基化：脯氨酸，賴氨酸?；航M氨酸甲基化：色氨酸核糖基化：精氨酸意義：調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能。鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH

-LT

-MSH

-MSHEndophin亞基聚合輔基連接疏水脂鏈的共價連接

高級結(jié)構(gòu)的修飾蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。蛋白質(zhì)的靶向運輸所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號序列。信號序列(signalsequence)靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽