核酸與蛋白質(zhì)的生物合成講義

1、第十章 DNA的生物合成復(fù)制（replication）：以DNA為模板，合成兩個完全相同的雙鏈子代DNA的過程。轉(zhuǎn)錄（transcription）：在DNA分子上合成出與其核苷酸順序相對應(yīng)的RNA的過程。翻譯（translation）：在RNA控制下，根據(jù)核酸鏈上每三個核苷酸決定一個AA的三聯(lián)體密碼規(guī)則，合成出具有特定順序的蛋白肽鏈過程。遺傳學(xué)的中心法則：DNA通過復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)分子，從而決定生物的表現(xiàn)型。DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程就構(gòu)成了遺傳學(xué)的中心法則。 在RNA病毒中，其遺傳信息貯存在RNA分子中。它們的遺傳信息的流向是RNA通過

2、復(fù)制，將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過反轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過轉(zhuǎn)錄和翻譯傳遞給蛋白質(zhì)，這種遺傳信息的流向就稱為反中心法則。第一節(jié) DNA復(fù)制的特點一、半保留復(fù)制 4071958年由M. Meselson 和 F. Stahl 證明DNA的半保留復(fù)制。l 半保留復(fù)制:l 以DNA為模板，合成兩個完全相同的雙鏈子代DNA的過程。其中,每個子代分子的一條鏈來自于親代DNA,另一條鏈為新合成的二、有復(fù)制起始點 l 復(fù)制子（replicon)：基因組能獨立進(jìn)行復(fù)制的單位。含有控制復(fù)制起始的起點，也可能含有一個復(fù)制終點。l 起始位點（原點origin）：具有特定核苷酸排列順序的片段l

3、原核生物的復(fù)制子通常為一個；l 真核生物則為多個復(fù)制子。 三、復(fù)制方向 多數(shù)：雙向復(fù)制低等生物：單向復(fù)制（滾環(huán)復(fù)制）四、需要RNA引物 l DNA聚合酶以一段具有3端自由羥基（3-OH）的RNA作為引物(primer) ，聚合子代DNA鏈。 l RNA引物的大小: 原核生物通常為50100個核苷酸，真核生物約為10個核苷酸。l RNA引物的堿基順序，與模板DNA的堿基順序相配對。 五、半不連續(xù)復(fù)制 418l DNA聚合酶只能以53方向聚合子代DNA鏈，即模板DNA鏈的方向必須為35。l 因此，分別以兩條反平行的DNA鏈作為模板聚合子代DNA時的方式是不同的。l 以35方向的親代DNA鏈作模板時

4、，子代鏈的聚合方向為53, 復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，該鏈稱為領(lǐng)頭鏈(leading strand)。l 親代DNA雙鏈復(fù)制時是逐步解開的，以53方向的親代DNA鏈為模板時, 子鏈的合成是不連續(xù)的，該鏈稱為隨從鏈(lagging strand)。l 復(fù)制時，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazaki fragment)。l 岡崎片段的大小 原核生物中約為10002000 bp (base pair)， 真核生物約為100 bp。 六 、DNA復(fù)制的酶學(xué) 410(一)、拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase) 419生物體內(nèi)的DNA分子常處于負(fù)超螺旋態(tài)（三級結(jié)構(gòu)）。復(fù)制前，需改變DN

5、A分子拓?fù)錁?gòu)象，避免DNA分子打結(jié)、纏繞、連環(huán)。 1、拓?fù)洚悩?gòu)酶l 最初是從大腸桿菌中分離到的w-蛋白；l 先將雙鏈中的一條鏈切斷，松開雙螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而避免出現(xiàn)鏈的纏繞。l 反應(yīng)不需ATP供能2、拓?fù)洚悩?gòu)酶l 又稱DNA旋轉(zhuǎn)酶（DNA gyrase)，l 可切斷DNA雙鏈，使DNA的超螺旋松解后，再將其連接起來。l 需ATP供能。（二）解螺旋酶helicase：421 大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的解螺旋酶為DnaB。 可以將DNA雙鏈解開成為單鏈。 每解開一對堿基，需消耗兩分子ATP。（三）、單鏈DNA結(jié)合蛋白 421l single strand binding protein, SS

6、B，又稱螺旋去穩(wěn)蛋白（HDP），為與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子l 作用： 穩(wěn)定DNA解開的單鏈；阻止復(fù)性、保護(hù)單鏈DNA，避免核酸酶的降解。（四）引物酶primase：一種RNA聚合酶，在復(fù)制起點處以DNA為模板，催化合成一小段互補(bǔ)的RNA。 引物酶能直接在單鏈DNA模板上催化游離的NTP合成一小段RNA。 作用：提供3-OH， 以用于DNA聚合酶催化鏈的延伸。（五）DNA聚合酶 4101、DNA聚合酶的反應(yīng)特點（1）、底物：dNTP, N=A,T,C,G （2）、模板：DNA （3）、引物： 提供3-OH末端 （4）、子鏈的延伸方向：53：2、DNA聚合酶的活性： 53 的聚合活性 53核酸

7、外切酶活性 35核酸外切酶活性 復(fù)制修復(fù)切除引物、修復(fù)功能2040400分子數(shù)/細(xì)胞1011亞基數(shù) -+5 3外切酶活性+3 5外切酶活性+5 3聚合酶活性pol IIIpol IIpol Ipol 為單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì),可被特異的蛋白酶水解為兩個片段pol 多亞基酶。它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。pol 由十種亞基組成，亞基：具有53聚合DNA（復(fù)制）功能；亞基：35外切酶（校正）功能功能：是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。4.真核生物的DNA聚合酶417DNA-pol a 起始引發(fā)，有引物酶活性DNA-pol b 參與低保真度的復(fù)制 DNA-pol g 在線粒體DNA復(fù)制中起催

8、化作用DNA-pol d 延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol e 校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口（六）、DNA連接酶 DNA ligase，催化DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，而使兩段DNA連接起來。第二節(jié) DNA生物合成過程一、原核生物DNA生物合成 421（一）起始 421E.coli復(fù)制起始點 oriC： 由245個bp構(gòu)成。關(guān)鍵序列在于兩組短的重復(fù)：三個13bp的序列和四個9bp序列。 引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、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。引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。（二）延長階段復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方

9、式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。 （三）終止階段 原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(ter)處匯合。 隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接二、真核生物DNA生物合成424（一）DNA的復(fù)制只發(fā)生在S期（二）多復(fù)制子（三）真核細(xì)胞含有5種DNA聚合酶（四）端粒復(fù)制 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。1.端粒telemer：指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。 2.結(jié)構(gòu)特點：（1）由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。（2）末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、C堿基的短序列。3.功能：（1）維持染色體的穩(wěn)定性（2）維持DN

10、A復(fù)制的完整性 4.端粒酶：由RNA和蛋白質(zhì)組成（1）RNA發(fā)揮模板作用（2）蛋白質(zhì)發(fā)揮逆轉(zhuǎn)錄酶活性第三節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄一、概念逆轉(zhuǎn)錄reverse transcription是RNA指導(dǎo)下的DNA合成過程，即以RNA為模板，四種dNTP為原料，合成與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈。二、逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 催化逆轉(zhuǎn)錄過程的酶稱逆轉(zhuǎn)錄酶，RNA病毒中都含有此酶。 具有三種酶活性：l RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶l RNA酶l DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶三、合成過程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試管內(nèi)合成cDNA (compleme

11、ntary DNA)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。 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。 第四節(jié) DNA的損傷與修復(fù)一、DNA的損傷（突變）l 由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級結(jié)構(gòu)的任何異常的改變稱為DNA的損傷，也稱為突變（mutation）。 l 常見的DNA的損傷包括堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)，鏈的斷裂，重組等。 （一）、突變的意義（1）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（2）突變導(dǎo)致基因型改變（3）突變導(dǎo)致死亡（4）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（二）引起突變的因素：1自發(fā)因素： (1)自發(fā)脫堿基：由于N-糖苷

12、鍵的自發(fā)斷裂，引起嘌呤或嘧啶堿基的脫落。每日可達(dá)近萬個核苷酸殘基。 (2)自發(fā)脫氨基：胞嘧啶自發(fā)脫氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自發(fā)脫氨基可生成次黃嘌呤。每日可達(dá)幾十到幾百個核苷酸殘基。 (3)復(fù)制錯配：由于復(fù)制時堿基配對錯誤引起的損傷，發(fā)生頻率較低。 2物理因素：X射線和電離輻射:常常引起DNA鏈的斷裂;紫外線:引起嘧啶二聚體的形成，如TT，TC，CC等二聚體。這些嘧啶二聚體由于形成了共價鍵連接的環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)，因而會引起復(fù)制障礙。 3、化學(xué)因素： 二、突變的分子改變類型（一）錯配 (mismatch) DNA分子上的堿基錯配稱點突變(point mutation)。 1.轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即

13、嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 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。正常成人Hb (HbA)亞基（二）缺失 (deletion)、插入 (insertion) 1.缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。 2.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。 3.缺失或插入都可導(dǎo)致框移(frame-shift)突變。框移突變是指三聯(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。 （三）重組(recombination) DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。三、DNA損傷的修復(fù) （一）直接修復(fù)： 1光復(fù)活：light repa

14、iring 修復(fù)任何嘧啶二聚體的損傷。 過程：光復(fù)活酶識別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復(fù)合物在300600nm可見光照射下，酶獲得能量，將嘧啶二聚體的丁酰環(huán)打開，使之完全修復(fù)光復(fù)活酶從DNA上解離。2轉(zhuǎn)甲基作用：在轉(zhuǎn)甲基酶的催化下，將DNA上的被修飾的甲基去除。此時，轉(zhuǎn)甲基酶自身被甲基化而失活。 3直接連接：DNA斷裂形成的缺口，可以在DNA連接酶的催化下，直接進(jìn)行連接而封閉缺口。 （二）取代修復(fù)： 1切除修復(fù)(excision repairing)：適用于多種DNA損傷的修復(fù)。修復(fù)機(jī)制:分別由兩種不同的酶來發(fā)動，一種是核酸內(nèi)切酶，另一種是DNA糖苷酶。 2重組修復(fù)(recombination r

15、epairing)：一種有差錯的修復(fù)方式。 3SOS修復(fù)l 在DNA分子受到較大范圍損傷并且使復(fù)制受到抑制時出現(xiàn)的修復(fù)機(jī)制(細(xì)胞處于危急狀態(tài))。 l DNA分子受到長片段高密度損傷誘導(dǎo)一種特異性較低的新的DNA聚合酶，以及重組酶等的產(chǎn)生繼續(xù)催化損傷部位DNA的復(fù)制 保留許多錯誤的堿基，從而造成突變。 第十一章 RNA的轉(zhuǎn)錄第一節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄合成的條件 一、底物四種核糖核苷酸，ATP、GTP、CTP、UTP 二、模板以一段單鏈DNA作為模板。 三、RNA聚合酶（DDRP 455） 該酶在單鏈DNA模板以及四種核糖核苷酸存在時，不需要引物，可從53聚合RNA。 1、原核生物中的RNA聚合酶全酶:2

16、。 2被稱為核心酶，與RNA鏈的聚合有關(guān); 亞基與轉(zhuǎn)錄起始點的識別有關(guān)，而在轉(zhuǎn)錄合成開始后被釋放.四、終止因子 蛋白：一種六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量為50kd。能識別終止信號，并能與RNA緊密結(jié)合，導(dǎo)致RNA的釋放。 五、激活因子降解產(chǎn)物基因激活蛋白（CAP)，又稱為cAMP受體蛋白（CRP), 是一種二聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量為23kd。該蛋白與cAMP結(jié)合后，刺激RNA聚合酶與起始部位結(jié)合，從而起始轉(zhuǎn)錄過程。 第二節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄過程一、原核生物的轉(zhuǎn)錄（一）、識別 原核生物RNA聚合酶中的因子識別轉(zhuǎn)錄起始點，并促使核心酶結(jié)合形成全酶復(fù)合物。 識別部位：位于轉(zhuǎn)錄起始點-35區(qū)的TTGACA序列。

17、酶與-35區(qū)結(jié)合后，形成疏松復(fù)合物。酶與-35區(qū)結(jié)合后，形成疏松復(fù)合物，然后沿模板35方向滑動至-10區(qū)的TATAATG序列（Pribnow框），此時聚合酶與模板DNA呈緊密結(jié)合狀態(tài)形成穩(wěn)定的復(fù)合物（open-promoter complex） 。開始轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-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(recognition site) 55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33（二）、起始 不需要引物。

18、RNA聚合酶促使DNA雙鏈局部解開后，根據(jù)DNA中的一條鏈的堿基序列選擇第1個或第2個核苷三磷酸，催化ATP或GTP與其聚合，形成第一個3,5-磷酸二酯鍵。 （三）、延長階段 1.s亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移； 2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi53DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶（四）、終止階段指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： 1.依賴Rho (r)因子的轉(zhuǎn)錄終止 2.非依賴Rho

19、因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。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。二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（一）起始階段 轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段多樣化； RNA-pol不直接結(jié)合模板； 起始過程更復(fù)雜。轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒 增強(qiáng)子1. 轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段 切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點 修飾點 內(nèi)含子 OCT-1 外顯子 AATAAAOCT-1：ATTTGCAT八聚體consensus oligonucleotide 結(jié)構(gòu)基因DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段順式作用元件真

20、核生物啟動子保守序列l(wèi) 順式作用元件就是指可影響自身基因表達(dá)活性的 DNA序列。在不同真核基因的順式作用元件中會時常發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如 TATA盒、CCAAT盒等。這些共有序列就是順式作用元件的核心序列，它們是真核RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點。l 順式作用元件通常是非編碼序列。l 順式作用元件并非都位于轉(zhuǎn)錄起點上游（5端）。l 順式作用元件是特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，按功能特性，真核基因順式作用元件分為啟動子、增強(qiáng)子及沉默子。 1）、啟動子l 真核基因啟動子是 RNA聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，每一組件含720bp的DNA序列。l 啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點，以及一個以上的

21、功能組件，如TATA盒，通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25至30bp，控制轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。l 典型的啟動子由TATA盒及上游的CCAAT盒和（或）GC盒組成，這類啟動于通常具有一個轉(zhuǎn)錄起始點及較高的轉(zhuǎn)錄活性。 2）、增強(qiáng)子 l 所謂強(qiáng)子就是遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性表達(dá)、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列，其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)，可位于轉(zhuǎn)錄起始點的上游或下游。l 從功能上講，沒有增強(qiáng)子存在，啟動子通常不能表現(xiàn)活性；沒有啟動子時，增強(qiáng)子也無法發(fā)揮作用。 3）、沉默子某些基因含有負(fù)性調(diào)節(jié)元件沉默子，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。 2. 轉(zhuǎn)錄因子 能直接、

22、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors, TF)。 l 真核生物RNApol需與轉(zhuǎn)錄因子(TF)結(jié)合后才結(jié)合模板。l 相應(yīng)于RNA-pol、的TF，分別稱為TF 、TF 、TF。l TF又分為TFA、TFB等。l TFD是唯一能結(jié)合TATA盒的蛋白質(zhì)。l TBP: TATA Binding Proteinl TAF: TBP Associated Factorl CTD：Carboxyl Termina

23、l Domain 羧基末端結(jié)構(gòu)域： RNA-pol最大亞基的C末端氨基酸序列為由含羥基氨基酸（酪、絲、蘇）為主體組成的重復(fù)序列，稱為CTD。l 上游因子：與上游序列如GC、CAAT等順式元件結(jié)合的蛋白質(zhì)。l 可誘導(dǎo)因子：能結(jié)合應(yīng)答元件，只在某些特殊生理情況下，才被誘導(dǎo)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。3. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiation complex, PIC) 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，組成RNA-pol-轉(zhuǎn)錄因子-DNA復(fù)合物而啟動轉(zhuǎn)錄。4. 拼板理論(piecing theory) 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

24、，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。 （二）延長階段l 真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。 l RNA-pol前移處處都遇上核小體。 l 轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。 第三節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄合成的特點 一、轉(zhuǎn)錄的不對稱性 以雙鏈DNA中的一條鏈作為模板對于不同的基因來說，其轉(zhuǎn)錄信息可以存在于兩條不同的DNA鏈上。能轉(zhuǎn)錄RNA的那條DNA鏈為有意義鏈(模板鏈），互補(bǔ)的另一條DNA鏈為反意義鏈（編碼鏈）。不對稱轉(zhuǎn)錄的含義 一是DNA鏈上只有部分的區(qū)段作為轉(zhuǎn)錄模板(有意義鏈或模板鏈),二是

25、模板鏈并非自始至終位于同一股DNA單鏈上。 二、轉(zhuǎn)錄的連續(xù)性 連續(xù)合成一段RNA鏈三、轉(zhuǎn)錄的單向性所依賴的模板DNA鏈的方向為35，而RNA鏈的合成方向為53。 四、有特定的起始和終止位點轉(zhuǎn)錄單位 一個轉(zhuǎn)錄單位（transcription unit)就是從啟動子到終止子的一段序列，是一段以一條單鏈RNA分子為表達(dá)產(chǎn)物的DNA片段，包括上游調(diào)控區(qū)、結(jié)構(gòu)基因區(qū)、下游轉(zhuǎn)錄終止區(qū)三個部分。 原核生物的轉(zhuǎn)錄單位稱為操縱子，通常由2個以上的編碼序列與啟動序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)組成。啟動序列是RNA聚合酶結(jié)合并起動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。mRNA啟動子iPOZYa調(diào)節(jié)基因操縱基因復(fù)制

26、與轉(zhuǎn)錄的區(qū)別轉(zhuǎn) 錄復(fù) 制DNA雙鏈DNA的一條鏈（不對稱轉(zhuǎn)錄）dNTP（NA,G,C,T）NTP（NA,G,C,U）需要不需要DNA聚合酶（有校對功能）RNA聚合酶（無校對功能）DNA (半保留復(fù)制）RNAAT、GCAU、TA、GC模 板原 料引 物酶產(chǎn) 物配 對真核生物與原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄的區(qū)別原核生物在擬核區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)錄；真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行的。 原核生物的一個mRNA分子通常含有多個基因。真核生物一個mRNA分子一般只含有一個基因，編碼一條多肽鏈。3、 在原核生物中只有一種RNA聚合酶，催化所有RNA的合成；l 真核生物中則有RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶三種不同酶

27、，分別催化不同種類型RNA的合成。三種RNA聚合酶都是由10個以上亞基組成的復(fù)合酶。l RNA聚合酶存在于細(xì)胞核內(nèi)，催化合成除5SrRNA以外的所有rRNA的合成；RNA聚合酶催化合成mRNA前體，即不均一核RNA(hnRNA)的合成；RNA聚合酶催化tRNA和小核RNA的合成。 原核生物中RNA聚合酶可以直接起始轉(zhuǎn)錄合成RNA l 真核生物中，三種RNA聚合酶都必須在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助下才能進(jìn)行RNA的轉(zhuǎn)錄。 第四節(jié) 真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工修飾 幾種主要的修飾方式（一）首、尾修飾 5端形成 帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)2加尾(addi

28、ng tail)由核酸外切酶切去3-端一些過剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA結(jié)構(gòu)與mRNA的半壽期有關(guān)。 （二）mRNA內(nèi)含子的剪接 1. hnRNA 和 snRNA l 核內(nèi)的初級mRNA稱為雜化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)l snRNA (small nuclear RNA) 2.斷裂基因(splite gene)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。 外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron) 外顯子：在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物

29、上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。 內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。 3. 內(nèi)含子的分類 根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子分為4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。4. mRNA的剪接l (1)內(nèi)含子兩端的序列：5GUAG 3l 5GU可結(jié)合U1-snRNAl 分支點A可結(jié)合U2-snRNA(2)U1-snRNA, U2-snRNA等

30、形成并接體將內(nèi)含子切除5內(nèi)部甲基化：由甲基化酶催化，對某些堿基進(jìn)行甲基化處理。 二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾種加工方式： 切斷。 剪接。 化學(xué)修飾：第十二章 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由 4 種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過(三聯(lián)體）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 。第一節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成體系 一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼（一） mRNA是遺傳信息的攜帶者l 遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。l 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(p

31、olycistron)。l 真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(single cistron) 。（二） 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(triplet coden)。（三） 遺傳密碼具有以下特點：511 連續(xù)性:密碼子無標(biāo)點符號從mRNA 5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(open reading frame, ORF)。 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

32、移突變(frameshift mutation)。 2.簡并性(degeneracy) 512 簡并性同一種氨基酸有兩個或更多密碼子的現(xiàn)象 Trp, Met僅有一個密碼。 起始密碼子：AUG （在序列中間為Met) 終止密碼子：UAA, UAG, UGA 同義密碼對應(yīng)于同一種氨基酸的不同密碼。l 前兩個堿基均相同，只是第三個堿基不同。l 若頭兩個堿基發(fā)生點突變，可譯出不同AA，而第三個堿基的突變，不會影響AA的翻譯。l 密碼子簡并性的生物學(xué)意義：減少有害突變。 3.變動性(wobble) 密碼的專一性主要取決于前兩位堿基。tRNA的反密碼與mRNA上的密碼反向配對時密碼子的第一和二位配對是嚴(yán)格

33、的，而第三位堿基可有一定的變動。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, CUGGly的密碼子為GGUGGCGGA和GGG，請寫出它們所有可能的反密碼子。 l 根據(jù) 密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象mRNA密碼子第3位堿基U, C, AA, GU, CUGtRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼GGUGGCGGAGGGGCCICCACCtRNA反密碼GCCICCUCCICCCCCUCC結(jié)論： （a) 反密碼子中3末端第一個堿基和中間位堿基決定密碼的特異性。 （b) 與 GGU配對的 GCC、ICC，與 GGC配對

34、的 ICC，與 GGA配對的 ICC，與 GGG配對的UCC含有擺動堿基。 （c）密碼子GGU對反密碼ACC，GGC對GCC，GGA對UCC，GGG對CCC，均為三個位置都是WatsonCrick堿基配對。 4.通用性(universal)和變異性513l 指各種低等、高等生物，包括病毒、細(xì)菌及真核生物，基本上共用同一套遺傳密碼。 l 密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。 l 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如線粒體(mtDNA)、植物細(xì)胞的葉綠體。5.密碼的防錯系統(tǒng)515l 同義密碼子在密碼表中的分布十分規(guī)則，其堿基排列順序與相應(yīng)的AA的理化性質(zhì)有關(guān)。l 氨基酸的極性由密碼子的第二堿基決定：l 密

35、碼中的一個堿基被置換，仍能編碼相同的AA；或以理化性質(zhì)最接近的AA所取代l 可降低由于基因突變造成的危害二、核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠522種類原核細(xì)胞核糖體真核細(xì)胞核糖體亞基70S80S小亞基30S50S40S60SrRNA16S5S、23S18S5S、28S、（哺乳動物5.8S）蛋白質(zhì)21種36種33種49種核蛋白體： 1小亞基： 30S亞基能單獨與mRNA結(jié)合為30S核糖體mRNA復(fù)合體 再與起動tRNA結(jié)合。 250S大亞基： （1）具有兩個不同的tRNA結(jié)合點。 A位（aminoacyl site, 右） 受位或氨?；唬膳c新進(jìn)入的氨基酰tRNA結(jié)合； P位（peptidyl sit

36、e, 左）給位或肽?；?，可與延伸中的肽酰基tRNA結(jié)合。（2）具有轉(zhuǎn)肽酶活性：將給位上的肽?；D(zhuǎn)移給受位上的氨基酰tRNA，形成肽鍵。 （3）具有GTPase活性，水解GTP，獲得能量。 （4）具有啟動因子、延長因子及釋放因子的結(jié)合部位。 三 、tRNAl 在氨酰tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可與相應(yīng)的 氨基酸結(jié)合，生成氨基酸t(yī)RNA，從而攜帶氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。 l tRNA反密碼環(huán)中部的三個核苷酸構(gòu)成三聯(lián)體，可以識別mRNA上相應(yīng)的密碼，此三聯(lián)體就稱為反密碼(anticoden)。 四、起動因子（IF） l 原核生物：3種IF，分別稱為IF1-3。l 真核生物：9種eIF。

37、l 作用：促進(jìn)核蛋白體小亞基與起動tRNA及模板mRNA結(jié)合。 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(jié)合其他tRNAIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合IF-3促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合tRNA敏感性真核生物eIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合eIF-2B eIF-3最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復(fù)合物組分，具解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)合小亞基eIF-4B結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物組分，結(jié)合mRNA 5帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)合物組分，結(jié)合eIF-4E和PABe

38、IF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-6促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基五、延長因子（EF） l 原核生物：3種延長因子（EFTU，EFTS，EFG）l 真核生物：2種（EF1，EF2）。作用：促使氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白的受位，并可促進(jìn)移位過程。l 延長因子(elongation factor, EF)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GTP （GTPase)EF-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-EFG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-2六、釋放因子（release fact

39、or, RF） ：終止相關(guān)的蛋白因子l 原核：RF-1，RF-2，RF-3真核：eRFl 作用：識別終止密碼，協(xié)助多肽鏈的釋放。功能： 識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。 七、 氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)存在于胞液中，與特異氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有關(guān)。 1.氨酰-tRNA合成酶對底物AA和tRNA都有高度特異性，保證tRNA能夠攜帶正確的AA對號入座。2.氨酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity)

40、。八、供能物質(zhì)和無機(jī)離子l 多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質(zhì)，并需Mg2+、K+參與。 第二節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成過程 蛋白質(zhì)生物合成過程包括：l 氨基酸的活化；l 活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；l 多肽鏈合成后的加工修飾。 一、氨基酸的活化l 20種氨基酸均需先活化才能參加合成l 每種tRNA只能攜帶特定的氨基酸l 1種氨基酸可以與26種tRNA特異地結(jié)合l 已發(fā)現(xiàn)的tRNA有4050種（一）、氨酰-tRNA的 合成氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶第一步反應(yīng)氨基酸 ATP 氨酰-AMP PPi 氨基酸活化消耗2分子ATP 第二步反應(yīng)l 特

41、異的tRNA3端CCA上的2或3位自由羥基與相應(yīng)的活化AA以酯鍵相連接，形成氨酰tRNA;可使AA 活化；搬運(yùn)；定位。 l 氨基酸活化時需消耗2分子高能磷酸鍵。l 氨酰-tRNA 合成酶具有高度的專一性，只能識別一種相應(yīng)的 tRNA。l 每一種氨基酸至少有一種對應(yīng)的氨酰-tRNA 合成酶。氨酰-tRNA在mRNA模板指導(dǎo)下組裝成蛋白質(zhì)l 氨酰-tRNA的反密碼子識別mRNA上相應(yīng)的遺傳密碼，并將所攜帶的AA按mRNA密碼的順序安置在特定的位置，最后在核糖體中合成肽鏈。氨酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet （二）起始肽鏈合成的氨基酰-tR

42、NA起動tRNA: 識別mRNA中5端起動密碼AUG原核生物：fMet-tRNAifMet真核生物: Met-tRNAiMetl 注：肽鏈延長中攜帶Met的tRNA表示為tRNAeMet。l fMet-tRNAifmet的生成二、活化氨基酸的縮合l 在核蛋白體上進(jìn)行蛋白質(zhì)合成中 mRNA模板的方向：53 蛋白質(zhì)的合成方向：N端 C端（一）、肽鏈合成起始l mRNA和起始氨酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物(translational initiation complex)。1、原核生物翻譯起始復(fù)合物形成（1）. 核蛋白體大小亞基分離（2）. mRNA與小亞基結(jié)合真核：核蛋白體小亞基首先結(jié)合在mRNA 5端，然后向3端移動，直到AUG序列被tRNAiMet上的反密碼識別。l 原核生物mRNA 起始密碼上游8-13個核苷酸處，常存在-AGGAGG-序列，稱為SD序列（發(fā)現(xiàn)者Shine-Dalgarno）。l 核糖體小亞基上的16S rRNA近3-端有與此序列互補(bǔ)的-UCCUCC- ,因此又稱SD序列為核蛋白體結(jié)合位點(ribosomal binding site，RBS)核糖體小亞基上的16SrRNAUAU C C