第八章核酸與蛋白質的生物合成

核酸與蛋白質的生物合成第一節(jié)DNA的生物合成（復制）第二節(jié)RNA的生物合成（轉錄）第三節(jié)蛋白質的生物合成（翻譯）

單擊畫面繼續(xù)DNA轉錄翻譯復制逆轉錄RNA復制RNA蛋白質為什么子女與父母非常相象？基因就是指DNA中能編碼蛋白質和功能RNA的特定核苷酸序列。第一節(jié)DNA的生物合成一、DNA復制方式二、參與DNA復制的因子三、DNA復制過程四、逆轉錄五、DNA損傷的修復單擊畫面繼續(xù)一、DNA的復制方式單擊畫面繼續(xù)

半保留復制(semiconservativereplication)----在DNA復制過程中，雙螺旋結構解開而成為單鏈，分別以DNA雙螺旋中的一條鏈為模板，按堿基互補配對的原則合成兩條新的互補鏈。這樣新合成的DNA雙鏈中一股單鏈是從親代完整地接受過來的，另一股單鏈完全重新合成。DNA半保留復制的證據(jù)

單擊畫面繼續(xù)二、DNA復制的酶學1.底物

dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.聚合酶DNA聚合酶I、II、III3.模板單鏈的DNA母鏈4.引物寡核苷酸引物（RNA)5.其他酶和蛋白質因子解鏈酶，解旋酶，單鏈結合蛋白，連接酶

單擊畫面繼續(xù)（一）DNA聚合酶的活性5′至3′的聚合活性5′→3′方向核酸外切酶活性5′→3′外切酶活性3′→5′外切酶活性單擊畫面繼續(xù)5′至3′的聚合活性（5′→3′）單擊畫面繼續(xù)

核酸外切酶活性

3′→5′外切酶活性5′→3′外切酶活性單擊畫面繼續(xù)（二）DNA拓撲異構酶(解旋酶）既能水解，又能打斷堿基互補配對的氫鍵拓撲酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中的一股拓撲酶Ⅱ切斷DNA雙鏈

（三）單鏈DNA結合蛋白（SSB）維持模板處于單鏈狀態(tài)保護單鏈的完整（四）引物酶是RNA聚合酶，合成一段RNA引物

單擊畫面繼續(xù)（五）DNA連接酶（ligase）催化兩段DNA之間的連接單擊畫面繼續(xù)三、DNA的復制過程（一）復制的起始單擊畫面繼續(xù)（二）復制的延伸

（三）復制的終止

1.DNA復制的起點

原核生物從一個固定的起始點開始，同時向兩個方向進行的，稱為雙向復制單擊畫面繼續(xù)θ復制原核生物DNA的復制（一）復制的起始

2.復制叉的形成復制叉----復制開始后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈上進行復制，形成在顯微鏡下可看到的叉狀結構。單擊畫面繼續(xù)3.起始的過程打開DNA超螺鏈打開雙螺旋防止復螺旋單鏈結合蛋白解鏈酶引物復合體引物酶拓撲異構酶合成單擊畫面繼續(xù)DNA復制起始的過程拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA雙鏈′5′3′5′3單擊畫面繼續(xù)拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復制起始的過程拓撲異構酶與DNA雙鏈結合，解開超螺旋?！?′3′5′3單擊畫面繼續(xù)拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復制起始的過程解鏈酶解開DNA雙螺旋′5′3′5′3單擊畫面繼續(xù)拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物單鏈結合蛋白防止復螺旋′5′3′5′3單擊畫面繼續(xù)DNA復制起始的過程拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物DNA復制起始的過程引物酶合成引物′5′3′5′3單擊畫面繼續(xù)二、DNA復制的延伸單擊畫面繼續(xù)1.DNA聚合酶把新生鏈的第一個脫氧核苷酸加到引物的3′-OH上，開始新生鏈的合成過程。AG

T

AC

TA

A

T

DNA聚合酶ACGACGTT引物AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGTTTT

組成

DNA的脫氧核糖核苷酸一個個連接起來單擊畫面繼續(xù)3′,5′-磷酸二酯鍵引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA單擊畫面繼續(xù)引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA單擊畫面繼續(xù)引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTGTTAA單擊畫面繼續(xù)引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT單擊畫面繼續(xù)引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA單擊畫面繼續(xù)引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGTTAATAT單擊畫面繼續(xù)引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATC單擊畫面繼續(xù)引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板鏈單擊畫面繼續(xù)DNA新鏈引物單擊畫面繼續(xù)DNA聚合酶DNA聚合酶2.岡崎片段岡崎片段岡崎用電子顯微鏡看到了DNA復制過程中出現(xiàn)一些不連續(xù)片段，這些不連續(xù)片段只存在與DNA復制叉上其中的一股。后來就把這些不連續(xù)的片段稱為岡崎片段。3.半不連續(xù)復制領頭鏈隨從鏈岡崎片段5′3′′5′3單擊畫面繼續(xù)半不連續(xù)復制

DNA復制時,一條鏈是連續(xù)的,另一條鏈是不連續(xù)的,稱為半不連續(xù)復制。三復制的終止復制有終止信號polⅠ5′→3′外切酶活性水解引物polⅠ聚合活性填補空隙DNA連接酶連接缺口。單擊畫面繼續(xù)領頭鏈隨從鏈岡崎片段5′3′′5′3拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體DNA連接酶引物課堂小結四、逆轉錄1、逆轉錄：是以RNA為模板合成DNA的過程。2、逆轉錄酶：是一種以RNA為模板的DNA聚合酶。沒有3’5’外切酶的活性，所以沒有校對功能，逆轉錄的錯配率高。五、DNA的損傷修復突變可分為：自發(fā)突變、人工誘變突變的意義突變是進化、分化的分子基礎只有基因型改變的突變致死性的突變突變是某些疾病的發(fā)病基礎DNA

的損傷也稱突變，是指DNA分子上堿基的改變。二、引發(fā)突變的因素

誘變因素及突變類型三、突變分子改變的類型錯配（點突變）一個堿基改變缺失、插入和框移突變片段插入或缺失重排較大片段重組或重排四、損傷的修復損傷--復制過程中發(fā)生的DNA突變光修復切除修復重組修復SOS修復（一）光修復紫外光照射可使相鄰的兩個T形成二聚體

光修復酶可使二聚體解聚為單體狀態(tài)，DNA完全恢復正常。光修復酶的激活需300-600μm波長的光。（二）切除修復參與的酶有核酸內切酶，polⅠ,DNA連接酶

（三）重組修復重組蛋白RecA，polⅠ，連接酶參與損傷會保留下去（四）SOS修復DNA損傷面太大，復制難以繼續(xù)。通過SOS修復，復制有可能繼續(xù)，細胞有可能存活，但SOS修復機制的特異性低，對堿基的識別、選擇能力差、錯誤多。

第二節(jié)RNA的生物合成單擊畫面繼續(xù)定義：RNA的生物合成就是轉錄，即以DNA為模板，在依賴于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4種NTP（ATP、CTP、GTP和UTP為原料，合成RNA的過程。合成部位：細胞核合成原料：四種NTP轉錄與復制的相似點：都是酶促的核苷酸聚合過程都以DNA為模板都需依賴DNA的聚合酶聚合過程都是核苷酸之間生成磷酸二酯鍵5，至3，方向延伸遵從堿基互補配對規(guī)律轉錄特點：1、轉錄單位：啟動子：轉錄過程中RNA聚合酶結合的

DNA區(qū)段的特定部位終止子:

2、不對稱轉錄：兩條DNA鏈不同時進行轉錄的現(xiàn)象。編碼鏈或有意義鏈；模板鏈或反意義鏈3、RNA聚合酶：全酶：有αα‘ββ’σ5個亞基組成作用識別啟動子，引發(fā)RNA的合成。

核心酶：不含σ亞基，延長RNA轉錄過程：轉錄的起始：RNA的延長：5′3′識別解鏈磷酸二酯鍵的形成（ATP、GTP）轉錄的終止：遇到終止子，RNA鏈停止延長，核心酶脫離，新RNA釋放。AG

T

AC

TA

A

T

DNA的一條鏈AGCUGACGGUUU游離的核糖核苷酸

(原料）DNA解旋，以一條鏈為模板合成RNA細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

AGCUGACGGUUU

DNA與RNA的堿基互補配對：A——U；T——A；C——G；G—CRNA聚合酶細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGUUUU

組成

RNA的核糖核苷酸一個個連接起來細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGUUUUA細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGUUGUUA細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGUGUUAA細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGUUAAU細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGUUAAUA細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGUUAAUAU細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGUUAAUAUC細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGUUAAUAUCDNA上的遺傳信息就傳遞到mRNA上mRNADNA細胞核中單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

UCAUGAUUAmRNA

細胞質

細胞核

核孔DNAmRNA在細胞核中合成單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

UCAUGAUUAmRNA

細胞質

細胞核mRNA通過核孔進入細胞質UCAUGAUUAmRNA單擊畫面繼續(xù)AG

T

AC

TA

A

T

UCAUGAUUAmRNA

細胞質

細胞核mRNA通過核孔進入細胞質UCAUGAUUAmRNA單擊畫面繼續(xù)復制與轉錄的不同點：

復制轉錄模板兩股鏈均復制模板鏈轉錄原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產物子代雙鏈單鏈配對

（不對稱）

第三節(jié)蛋白質的生物合成（翻譯）在細胞質中,以mRNA為模板,合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程。單擊畫面繼續(xù)RNA在蛋白質合成中的作用：一、mRNA與遺傳密碼遺傳密碼：指排列在DNA或mRNA鏈上為蛋白質氨基酸編碼的核苷酸序列。

密碼子：在mRNA分子中從5’3’方向，以AUG開始，每三個堿基組成一組稱為三聯(lián)體，每個三聯(lián)體代表一種氨基酸，所以稱之為密碼子。UCAUGAUUAmRNA（模板）

密碼子

密碼子

密碼子

密碼子

mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基單擊畫面繼續(xù)密碼子的性質：1、簡并性(終止密碼子UAA,UAG,UGA)2、兼職性（起始密碼子AUG,GUG）3、密碼子的連續(xù)性4、通用性與例外（或半通用性）5、閱讀方向與mRNA編碼方向一致tRNA與解碼系統(tǒng)1、tRNA的特殊位點氨基酸結合位點反密碼子位點2、氨酰－轉移RNA合成酶3、tRNA反密碼子的搖擺性質AAUACUAUG轉運

RNA（tRNA)（運載工具）

亮氨酸

天冬氨酸

異亮氨酸

氨基酸（原料）單擊畫面繼續(xù)AAU

亮氨酸ACU天冬氨酸AUG

異亮氨酸

tRNA的一端運載著氨基酸

反密碼子單擊畫面繼續(xù)核糖體與蛋白質的合成場所1、核糖體的結構2、核糖體的功能部位1、核糖體的化學結構2、功能部位

mRNA的結合部位

氨酰－轉移RNA接受部位（A位點）肽基－轉移RNA結合部位（P位點）形成肽鍵的部位一、氨基酸的活化氨基酸＋tRNA+ATP氨基酰tRNA合成酶氨基酰－tRNAAMP＋PPI氨基酰tRNA合成酶對氨基酸和tRNA有特意性肽鏈合成過程：（一）起始：1、形成30S起始復合物2、形成70S起始復合物是指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的過程（二）肽鏈的延長：1、進位2、肽鍵的形成3、移位需延伸因子EF-Tu和GTP的協(xié)助UCAUGAUUAAAU

亮氨酸ACU

天冬氨酸

核糖體細胞質中的mRNA

與核糖體結合.細胞質中單擊畫面繼續(xù)UCAUGAUUAAAU

亮氨酸ACU

天冬氨酸

tRNA上的反密碼子與

mRNA上的密碼子互補配對.細胞質中單擊畫面繼續(xù)UCAUGAUUAAAU

亮氨酸ACU

天冬氨酸AUG

異亮氨酸細胞質中

tRNA將氨基酸轉運到

mRNA上的相應位置.單擊畫面繼續(xù)UCAUGAUU