生物化學核酸和蛋白質的生物合成

1、乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 （e.g 葡萄糖）葡萄糖） 脂肪酸脂肪酸 單糖單糖 甘油甘油 核苷酸核苷酸氨基酸氨基酸 糖類糖類 脂肪脂肪 蛋白質蛋白質核酸核酸 NADH+H+,FADH2 電子傳遞鏈電子傳遞鏈 氧化磷酸化氧化磷酸化 NAD+,FAD CO2 H2O O2ADP ATP 分解合成 分解 合成 糖類，脂類糖類，脂類 糖類糖類 氨基酸氨基酸 ？ 2 遺傳信息傳遞的規(guī)律中心法則 DNARNA 蛋白質 復 制 轉錄翻譯 病毒RNA 逆轉錄 復 制 3 DNA的生物合成 半保留復制 Meselson, M. and Stahl, F. W. (1958). The

2、 replication of DNA in E. coli. Proc. Nat. Acad. Sci. 1958, 44:671-682. 4 半保留復制的概念半保留復制的概念 DNADNA的復制是將兩條親本鏈分開，每一條作為合成的復制是將兩條親本鏈分開，每一條作為合成 新鏈的模板，按堿基配對的規(guī)則合成新鏈，形新鏈的模板，按堿基配對的規(guī)則合成新鏈，形 成兩個子代成兩個子代DNADNA雙螺旋結構。雙螺旋結構。 子代子代DNADNA的雙鏈中一條是原來的鏈，另一條是新合的雙鏈中一條是原來的鏈，另一條是新合 成的鏈，稱為半保留復制（成的鏈，稱為半保留復制（Semi-conservative rep

3、lication）。）。 5 circular bacterial replicon Origin Terminus replicon 6 Multiple eukaryotic replicons repliconreplicon repliconreplicon Replication fork replicon DNA replicationDNA replication 7 DNA復制過程 (以原核細胞為例) 8 1）復制起始點）復制起始點 1.復制的起始 9 2）DnaA蛋白的結合 20-40個個Dna A 單體形成大單體形成大 的聚集體的聚集體 Dna A單體結單體結 合在合在9

4、bp 的的 重復序列上重復序列上 10 3）Dna B（解鏈酶，helicase）的作用 在在13bp重復重復 序列上序列上DNA 解鏈解鏈 Dna B和和Dna C參與復合物，參與復合物， 形成復制叉形成復制叉 11 4）單鏈結合蛋白（SSB）的作用 SSB結合結合 于解開于解開 的單鏈的單鏈 上，使上，使 單鏈保單鏈保 持穩(wěn)定持穩(wěn)定 12 5）Dna G（引物酶,primase）的作用 引物酶 合成引 物，引 物的化 學本質 為RNA。 13 6）拓撲異構酶(topoisomerase)的作用 拓撲異構酶有 兩種?？梢郧?斷超螺旋的一 條鏈或者兩條 鏈，使超螺旋 放松。 常用的是拓撲異 構

5、酶,又稱為 旋轉酶（gyrase） 14 2.復制的延伸 RNA引物引物 岡崎片斷 引導鏈 隨從鏈 15 DNA聚合酶（DNA polymerase) DNA聚合酶聚合酶III接在接在 RNA引物后開始合成引物后開始合成 新新DNA鏈；鏈； DNA聚合酶聚合酶III以二聚以二聚 體形式存在，分別負體形式存在，分別負 責先導鏈和后滯鏈上責先導鏈和后滯鏈上 DNA新鏈的合成；新鏈的合成； 合成過程中，拓撲異合成過程中，拓撲異 構酶和解旋酶構酶和解旋酶(Dna B) 負責解開雙鏈，引物負責解開雙鏈，引物 酶負責合成崗崎片段酶負責合成崗崎片段 上的引物；上的引物； 原核生物的DNA聚合酶有三種 分別為

6、DNA聚合酶， 16 崗崎片段的合成與連接崗崎片段的合成與連接 DNA pol I DNA pol I 切除切除RNARNA引物引物 DNA pol I DNA pol I 填補引物切除后留下的空隙填補引物切除后留下的空隙 DNA ligase DNA ligase 完成片段連接完成片段連接 DNA聚合酶聚合酶III合成崗崎片段合成崗崎片段 RNA引物引物 17 3.復制的終止 E.coli DNA上存在復制終點，上存在復制終點，Tus(terminus utilization substance)蛋白可以和復制終點結蛋白可以和復制終點結 合，阻止復制叉的前進，使復制停止；合，阻止復制叉的前進

7、，使復制停止； 新形成的兩個子代新形成的兩個子代DNA分子由拓撲異構酶分子由拓撲異構酶I或或 II幫助完成分離，形成兩個獨立的子代幫助完成分離，形成兩個獨立的子代DNA 分子。分子。 18 真核生物DNA復制的特點 1.DNA的合成發(fā)生在細胞周期的S期。 2.DNA聚合酶有，五種。 3.DNA聚合酶和形成復制聚合體， 聚合酶 合成主導鏈，聚合酶合成隨從鏈。 4.聚合酶負責線粒體DNA的合成，而 和參 與DNA修復。 5.線性DNA的端粒由端粒酶負責復制。 6.多個復制起始點，雙向復制。 19 真核細胞的周期 Gap 1 Synthesis Gap 2 Mitosis 20 DNA的修復 21

8、光復活修復（直接修復方式之一） 紫外線下胸腺 嘧啶形成二聚 體;光復活酶 在藍光照射下 活化，解開 二聚體胸腺嘧 啶 22 切除修復 23 無堿基部位的修復 24 甲基化指導的不配對修復 25 RNA的生物合成 轉錄及轉錄后加工 26 轉錄的過程起始階段 27 轉錄起始階段RNA聚合酶的作用 28 轉錄的過程延伸階段 無亞基 29 轉錄的過程終止階段 30 轉錄模板的特點： 1）DNA的一條鏈為模板 2）不對稱轉錄 相關概念： 1）模板鏈 2）編碼鏈 3）啟動子 4）轉錄終止結構 轉錄的模板 31 RNA transcription DNA模板鏈（反義鏈，模板鏈（反義鏈， -鏈）鏈） DNA編

9、碼鏈（有義編碼鏈（有義 鏈，鏈，+鏈）鏈） 上游 下游 32 原核生物啟動子 Pribnow box（-10區(qū)）區(qū)） RNA聚合酶結合位點聚合酶結合位點 T89A89T50A65A65T100 Sextama box (-35區(qū)）區(qū)） RNA聚合酶識別位點聚合酶識別位點 T85T83C81A61C69A52 33 真核生物的啟動子 34 原核生物的終止子結構 真核生物的轉錄終止機理不清楚 35 原核生物的RNA聚合酶 全酶（holoenzyme): 2 核心酶(core enzyme): 2 不同的RNA聚合酶，核心酶 是相同的，但亞基不同。 亞基決定了被轉錄基因的特異性。 36 真核生物的R

10、NA聚合酶 類型類型部位部位轉錄產物轉錄產物 對鵝膏蕈堿對鵝膏蕈堿 的敏感度的敏感度 I核仁核仁18s,5.8s,28s rRNA 耐受耐受 II核質核質hnRNA極敏感極敏感 III核質核質 tRNA，snRNA, 5srRNA 中度敏感中度敏感 37 因子 因子是原核生物中與轉錄終止有關的蛋白質， 具有兩種酶活性：解旋酶、ATP酶。 38 原核生物轉錄后加工 原核生物的轉錄和翻譯是偶聯(lián)的， mRNA很少被加工。 原核生物的tRNA和rRNA需要加工。 39 1. 5-端戴帽 2. 3-端加尾 3.切除內含子，拼接外顯子剪接 4.部分序列的甲基化。 真核生物轉錄后加工 40 5-端戴帽 41

11、 3-端加尾 42 RNA剪接示意圖剪接示意圖 剪接的關鍵反應 是轉酯化反應。 核酶： 具有催化功能的核酸 某些RNA的剪接是 由自我催化完成的 43 部分序列的甲基化 有的甲基化在核糖上， 有的甲基化在堿基上。 44 RNA的另一種合成方式復制 RNA指導的RNA聚合酶 正鏈RNA 負鏈RNA 45 基因轉錄的調節(jié) 46 原核細胞轉錄水平的調節(jié)操縱子學說 操縱子的結構 Regulator gene 47 乳糖操縱子的工作原理 48 真核細胞基因轉錄的調節(jié) 相關概念： 1.順式作用元件（順式調控元件） (Cis-acting element) 2.反式作用因子 (Trans-acting fa

12、ctor) 49 順式作用元件（順式調控元件） (Cis-acting element) 與被調控基因存在于同一個DNA上，能夠調節(jié) 該基因轉錄的特定序列， 稱為順式作用元件。 包括啟動子和增強子。 50 反式作用因子(trans-acting factor) 能直接或間接辨認、結合順式作用元件 的蛋白質，在真核生物有很多種類，統(tǒng) 稱為反式作用因子。 因子和因子之間又需要互相 辨認、結合， 以準確的控制基因是否轉錄、何時轉錄。 51 反式作用因子家族之 亮氨酸拉鏈 52 反式作用因子家族之 鋅指結構 53 DNA的合成方式之 逆轉錄 54 逆轉錄的過程 1.RNA指導的DNA合成 逆轉錄酶 2

13、.RNA的水解 RNase H 3.DNA指導的DNA合成 DNA聚合酶 55 蛋白質的生物合成之 翻譯 56 mRNA作為翻譯的模版 密碼子：在mRNA的特定區(qū)域(翻譯編 碼區(qū)），每三個相鄰的堿基組成一個 密碼子。 遺傳密碼的特點： 1.連續(xù)性和不重疊性。 2.密碼的簡并性。 3.終止密碼和起始密碼。 4.密碼的通用性。 57 同一段mRNA，不同的閱讀框架 58 tRNA轉運翻譯的原料氨基酸 59 tRNA和氨基酸的連接酯鍵 60 密碼子與反密碼子的擺動配對 61 rRNA參與構建翻譯的工廠核糖體 62 翻譯過程之氨基酸的活化 AA + tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA 細胞中一般只有二十

14、種細胞中一般只有二十種氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶，不同，不同 tRNA與同一氨基酸的結合均由同一個酶催化。合成酶與同一氨基酸的結合均由同一個酶催化。合成酶 有很強的校對功能。有很強的校對功能。 黃色堿基為識黃色堿基為識 別必須位點別必須位點 63 起始氨基酰-tRNA l原核生物的起始氨基酰-tRNA為 fmet-tRNAfmet l真核生物的起始氨基酰-tRNA為 met-tRNAmet 64 多肽鏈合成的過程核蛋白體循環(huán) 1.肽鏈合成的起始 核糖體小亞基先與 mRNA結合。 起始氨基酰-tRNA再與 mRNA配對。 核糖體大亞基與小亞 基結合，起始氨基酰- tRNA位于大亞基的 P

15、 位 65 2.肽鏈合成的延伸階段 翻譯過程中肽鏈的延伸是以下三種化學 過程的循環(huán)。 1）進位 2）轉肽 3）移位 66 核蛋白體循環(huán)之進位 67 核蛋白體循環(huán)之轉肽 68 核蛋白體循環(huán)之移位 69 3.肽鏈合成的終止 當A位上出現(xiàn)終止 密碼時，釋放因子 (releasing factor, RF) 進入，促進酯鍵水 解。 之后，tRNA和 mRNA被釋放，核糖 體大、小亞基解聚。 解聚的大、小亞基參 與下一輪翻譯過程。 70 蛋白質合成后的折疊 1.參與蛋白質折疊的酶類 蛋白質二硫鍵異構酶 肽鏈脯氨酸異構酶 2.分子伴侶(chaperone): 與不穩(wěn)定的蛋白相結合并使之穩(wěn)定的一類蛋白質， 通過與多肽結合來幫助被結合的多肽在體內的 折疊、組裝、轉運或降解等，在完成任務后從 多肽上釋放下來。 2021-7-8 72 RNA transcription DNA模板鏈（反義鏈，模板鏈（反義鏈， -鏈）鏈） DNA編碼鏈（有義編碼鏈（有義