酶工程第二章酶生物合成的基本理論3

酶工程

EnzymeEngineering林范學(xué)

1本文檔共138頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第2頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分第一節(jié)

RNA的生物合成——轉(zhuǎn)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(dāng)前第3頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分第一節(jié)RNA的生物合成——轉(zhuǎn)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(dāng)前第4頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄酶，transcriptase）的作用下，生成RNA的過程5本文檔共138頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄延長階段σ亞基脫落6本文檔共138頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分E.coli的RNA聚合酶核心酶（α2ββ’ω）coreenzymeβ’：和模板DNA結(jié)合β：與NTP結(jié)合并催化聚合反應(yīng)α：二聚體參與RNA聚合酶的組裝ω：？：起始因子，識(shí)別啟動(dòng)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(dāng)前第7頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(jìn)雙鏈的解開和重新聚合，啟動(dòng)子識(shí)別,促進(jìn)聚合酶與DNA起始位點(diǎn)結(jié)合βrpoB1506181核心酶結(jié)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(fù)責(zé)模板與DNA的結(jié)合ω？110001核心酶？σrpoD702631σ因子存在多種σ因子，用于識(shí)別不同的啟動(dòng)子，決定了原核生物基因的選擇性表達(dá)8本文檔共138頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)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(dāng)前第9頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（一）轉(zhuǎn)錄的起始Initiation起始—啟動(dòng)子promoter是基因轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)1.σ因子識(shí)別DNA的啟動(dòng)子-35序列附近，具有TTGACA－識(shí)別區(qū)

σ因子識(shí)別該部位2.RNA聚合酶(全酶)與啟動(dòng)子結(jié)合形成“閉合型復(fù)合體”結(jié)合位點(diǎn)TATAAT（-10bp）——Pribnowbox

（富含易解旋）3.DNA雙鏈解開一個(gè)短的區(qū)域，轉(zhuǎn)錄酶與模板鏈成“開放型復(fù)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(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酶-promoter-GTP(ATP)10本文檔共138頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分σ識(shí)別部位結(jié)合部位RNA轉(zhuǎn)錄開始+1

（GTP，ATP)11本文檔共138頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分12本文檔共138頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（二）RNA鏈的延伸Elongation1.核心酶沿模板移動(dòng)方向：3’→5’2.RNA延長方向：5’→3’（+1→+n）3.當(dāng)5’端RNA離開DNA后，DNA重新恢復(fù)雙螺旋，RNA以自由單鏈形式被釋放。13本文檔共138頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分53DNA原核生物轉(zhuǎn)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(dāng)前第14頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（三）RNA鏈合成的終止Termination轉(zhuǎn)錄的終止—RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。轉(zhuǎn)錄終止的兩種機(jī)制：1.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止終止子(terminator):為RNA轉(zhuǎn)錄提供終止信號(hào)的一段DNA序列。2.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止終止因子(terminationfactor):協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止子信號(hào)的輔助因子。15本文檔共138頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分1.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止在模板鏈終止點(diǎn)前有4-6個(gè)dA，即polydA結(jié)構(gòu)；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(yīng)的GC區(qū)時(shí)，RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，核心酶停止轉(zhuǎn)錄。16本文檔共138頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分17本文檔共138頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分2.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止在終止部位，ρ因子沿新生RNA鏈到達(dá)依賴ρ的終止點(diǎn)（無寡聚U和GC區(qū)），ρ因子與RNA聚合酶結(jié)合，使三元復(fù)合體解體.依賴于ATP的解旋酶活性18本文檔共138頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(yīng)：就是剪去部分序列；2、剪接反應(yīng)：是指剪切后又將某些片段連接起來。3、末端連接反應(yīng)：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(jìn)行化學(xué)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(zhuǎn)錄作用后又發(fā)生了變化。19本文檔共138頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分1、剪切反應(yīng)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(jìn)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(dāng)前第20頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分E.coli7個(gè)rRNA轉(zhuǎn)錄單位分散在基因組中；轉(zhuǎn)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(dāng)前第21頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分2、剪接反應(yīng)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(dāng)前第22頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分23本文檔共138頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分tRNA前體的切斷和剪接加工24本文檔共138頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分3、末端連接反應(yīng)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(dāng)前第25頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第26頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第27頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分5′mRNACap28本文檔共138頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)Polyadenylation聚腺苷酸化29本文檔共138頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（3）mRNA的3′-端加polyA尾(tailing)識(shí)別因子識(shí)別AAUAAA（加尾信號(hào)）剪切因子(CF)在加尾位點(diǎn)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(dāng)前第30頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第31頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分32本文檔共138頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(gè)鳥苷酸33本文檔共138頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(jìn)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(dāng)前第34頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第35頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分tRNA的堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：U→

DHU（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：U→

ψ（4）脫氨反應(yīng)如：A→

I如：A→Am（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）36本文檔共138頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(gè)G或C的插入等），因?yàn)榻?jīng)過編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板DNA的變化，導(dǎo)致DNA所編碼的遺傳信息的改變。37本文檔共138頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分38本文檔共138頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(xué)意義：改變和補(bǔ)充遺傳信息；增加基因產(chǎn)物的多樣性；基因表達(dá)調(diào)控的一種重要方式；可能使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能，有利于復(fù)雜的生物進(jìn)化；很可能與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)。39本文檔共138頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第40頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)離子41本文檔共138頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分mRNA是翻譯的直接模板遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順反子（cistron）。原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)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）。

42本文檔共138頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分43本文檔共138頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分mRNA結(jié)構(gòu)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(dāng)前第44頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分遺傳密碼geneticcodemRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，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(dāng)前第45頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分46本文檔共138頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(gè)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(dāng)前第47頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分遺傳密碼的特點(diǎn)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(gè)氨基酸有1或幾個(gè)密碼子③通用性

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

direction：只能沿5’→3’方向進(jìn)行⑤擺動(dòng)性

wobble：反密碼與密碼之間常常不嚴(yán)格遵守堿基配對規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對48本文檔共138頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第49頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(jié)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(yīng)第二步：連接反應(yīng)50本文檔共138頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分第一步：活化反應(yīng)AA+ATP+E→E-AA-AMP+PPi第二步：連接反應(yīng)E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP51本文檔共138頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分52本文檔共138頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第53頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(jié)合而形成翻譯起始復(fù)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(jié)合，組成起始復(fù)合物的過程。54本文檔共138頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分RibosomeStructure55本文檔共138頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分56本文檔共138頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分①A位點(diǎn)（Aminoacyl-tRNAsite）：是結(jié)合新進(jìn)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(diǎn)（peptidyl-tRNAsite）：是結(jié)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(diǎn)（exitsite）：為脫?；CtRNA釋放位點(diǎn)。(真核細(xì)胞核糖體沒有E位)④mRNA結(jié)合位點(diǎn)：位于大、小亞基的結(jié)合面上。57本文檔共138頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(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)合起始tRNA的敏感性真核生物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IF-4AeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)合小亞基IF-4B結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始tRNAIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5`-帽子IF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和PABeIF-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58本文檔共138頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分原核生物起始復(fù)合物核糖體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核糖體大亞基結(jié)合。59本文檔共138頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（三）肽鏈的延伸根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，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(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸進(jìn)位(entrance)/注冊（registration）成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)60本文檔共138頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分1.進(jìn)位:氨基酰-tRNA進(jìn)入受位(A位）;2.成肽:形成肽鍵,在轉(zhuǎn)肽酶作用下,給位（P位）與受位結(jié)合;3.移位:核蛋白體向3’端移動(dòng)一個(gè)密碼子的位置,空出受位,不斷地進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位,使肽鏈延長。1.進(jìn)位2.成肽3.移位61本文檔共138頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分1.進(jìn)位(注冊,registration)(1)fMet-tRNAfMet占據(jù)P位，A位空缺。(2)第2個(gè)密碼子相應(yīng)的氨基酰-tRNA與EF-Tu-GTP結(jié)合，其反密碼子識(shí)別密碼子，進(jìn)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(dāng)前第62頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分2.成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。63本文檔共138頁；當(dāng)前第63頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分3.轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，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(dòng)。64本文檔共138頁；當(dāng)前第64頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（四）肽鏈合成的終止當(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(dāng)前第65頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分1.出現(xiàn)終止密碼并與釋放因子結(jié)合;RF-1識(shí)別UAA、UAGRF-2可識(shí)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(dāng)前第66頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(xì)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(jié)構(gòu)肽鏈；2、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾；3、高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾。67本文檔共138頁；當(dāng)前第67頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分1、多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈折疊(folding):蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細(xì)胞環(huán)境（特定的酸堿度、溫度等）下，進(jìn)行自我組裝蛋白質(zhì)自發(fā)獲得成熟的構(gòu)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(gòu)酶（proteindisulfideisomerase,PDI）；肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶（peptideprolylcis-transisomerase,PPI）。68本文檔共138頁；當(dāng)前第68頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞內(nèi)一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別多肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)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(dāng)前第69頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分蛋白二硫鍵異構(gòu)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(gòu)象十分重要，這一過程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。二硫鍵異構(gòu)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(cuò)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(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。70本文檔共138頁；當(dāng)前第70頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。71本文檔共138頁；當(dāng)前第71頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分2、一級(jí)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)之前被切除72本文檔共138頁；當(dāng)前第72頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（2）個(gè)別氨基酸的共價(jià)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(dāng)前第73頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第74頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分3、高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾（1）亞基聚合如血紅蛋白通過非共價(jià)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(jià)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(dāng)前第75頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(xì)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(yīng)酶（adaptiveenzyme）或調(diào)節(jié)酶（regulatoryenzyme）有些酶在細(xì)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(yīng)酶或調(diào)節(jié)酶。76本文檔共138頁；當(dāng)前第76頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(jī)制，是在基因轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制轉(zhuǎn)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(dāng)前第77頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制(一）基因調(diào)控理論JacobandMonod的操縱子學(xué)說（operontheory）操縱子operon結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)）structuralgene）控制部位操縱基因operatorgene啟動(dòng)子promotorgene78本文檔共138頁；當(dāng)前第78頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分lactoseoperon79本文檔共138頁；當(dāng)前第79頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dòng)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因

DNA

轉(zhuǎn)錄

（-）

RNA聚合酶（+）轉(zhuǎn)錄

翻譯

mRNA

翻譯

阻遏蛋白

蛋白質(zhì)

誘導(dǎo)劑

控制區(qū)信息區(qū)操縱子80本文檔共138頁；當(dāng)前第80頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(gòu)蛋白），通過與效應(yīng)物(effector)（包括誘導(dǎo)物和輔阻遏物）的特異結(jié)合而發(fā)生變構(gòu)作用，從而改變它與操縱基因的結(jié)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(dāng)前第81頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分82本文檔共138頁；當(dāng)前第82頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分啟動(dòng)基因（promotorgene）（啟動(dòng)子）有兩個(gè)位點(diǎn)：（1）RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)（2）cAMP-CAP的結(jié)合位點(diǎn)。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(fù)合物結(jié)合到啟動(dòng)子的位點(diǎn)上，RNA聚合酶才能結(jié)合到其在啟動(dòng)子的位點(diǎn)上，酶的合成才能開始。83本文檔共138頁；當(dāng)前第83頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分84本文檔共138頁；當(dāng)前第84頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分85本文檔共138頁；當(dāng)前第85頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分操縱基因（Operatergene）

位于啟動(dòng)基因和結(jié)構(gòu)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(gòu)蛋白結(jié)合，操縱酶合成的時(shí)機(jī)與速度。結(jié)構(gòu)基因（Structuralgene）

決定某一多肽的DNA模板，與酶有各自的對應(yīng)關(guān)系，其中的遺傳信息可轉(zhuǎn)錄為mRNA，再翻譯為蛋白質(zhì)86本文檔共138頁；當(dāng)前第86頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dǎo)作用

(induction)3、酶合成的反饋?zhàn)瓒糇饔?feedbackrepression)87本文檔共138頁；當(dāng)前第87頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象。指細(xì)胞內(nèi)同時(shí)有兩種分解底物（碳源或氮源）存在時(shí)，利用快的那種分解底物會(huì)阻遏與利用慢的底物的分解有關(guān)的酶的合成的現(xiàn)象。88本文檔共138頁；當(dāng)前第88頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分葡萄糖效應(yīng)（glucoseeffect）細(xì)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(gè)對數(shù)生長期中間隔開一個(gè)生長延滯期的“二次生長現(xiàn)象”(diauxie或biphasicgrowth）。89本文檔共138頁；當(dāng)前第89頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分2、酶生物合成的誘導(dǎo)作用(induction)加進(jìn)某種物質(zhì)，使酶生物合成開始或加速進(jìn)行的現(xiàn)象。誘導(dǎo)物（inducer）：能夠引起誘導(dǎo)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(yīng)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(dāng)前第90頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分91本文檔共138頁；當(dāng)前第91頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分半乳糖操縱子galatoseoperon阿拉伯糖操縱子arabinoseoperon92本文檔共138頁；當(dāng)前第92頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分3、酶合成的反饋?zhàn)瓒糇饔?feedbackrepression)又稱產(chǎn)物阻遏作用，指酶催化反應(yīng)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?zhàn)瓒舻奈镔|(zhì)稱為共阻遏物（corepressor，輔阻遏物）。酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物或末端產(chǎn)物。無機(jī)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(dāng)前第93頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分94本文檔共138頁；當(dāng)前第94頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分95本文檔共138頁；當(dāng)前第95頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分96本文檔共138頁；當(dāng)前第96頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機(jī)制真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)龐大，人單細(xì)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(fù)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(dāng)前第97頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征能在特定時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)“預(yù)定”的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)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(dāng)前第98頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分真核生物基因表達(dá)調(diào)節(jié)特點(diǎn)是1.多層次2.真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)3.真核基因表達(dá)以正性調(diào)控為主4.無操縱子和衰減子（轉(zhuǎn)錄與翻譯間隔進(jìn)行）5.存在轉(zhuǎn)錄后修飾、加工6.個(gè)體發(fā)育復(fù)雜7.受環(huán)境影響較小99本文檔共138頁；當(dāng)前第99頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(shí)調(diào)控或稱可逆性調(diào)控它相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降及細(xì)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(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。100本文檔共138頁；當(dāng)前第100頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)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(dāng)前第101頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（一）細(xì)胞分化改變酶的生物合成（二）基因擴(kuò)增加速酶的生物合成（三）增強(qiáng)子促進(jìn)酶的生物合成（四）抗原誘導(dǎo)抗體酶的生物合成102本文檔共138頁；當(dāng)前第102頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（一）細(xì)胞分化改變酶的生物合成典型例子：端粒酶一般存在于細(xì)胞分化程度較低的細(xì)胞中細(xì)胞分化

↑，端粒酶活性

↓細(xì)胞分化

↓，端粒酶活性

↑103本文檔共138頁；當(dāng)前第103頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分端粒（telomere）是位于真核細(xì)胞線性染色體末端的特殊結(jié)構(gòu),由一段重復(fù)串聯(lián)的DNA序列與端粒結(jié)合蛋白構(gòu)成。作用：穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)防止染色體末端融合保護(hù)染色體結(jié)構(gòu)基因避免遺傳信息在復(fù)制過程中丟失104本文檔共138頁；當(dāng)前第104頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分105本文檔共138頁；當(dāng)前第105頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分106本文檔共138頁；當(dāng)前第106頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分107本文檔共138頁；當(dāng)前第107頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分端粒酶（telomerase)核糖核蛋白復(fù)合體,由RNA和結(jié)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(gè)核苷酸。端粒酶實(shí)質(zhì)上是一種特殊的逆轉(zhuǎn)錄酶人端粒酶組成人端粒酶RNA（humantelomeraseRNA，hTR）端粒酶相關(guān)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(dāng)前第108頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分蛋白質(zhì)（綠色）RNA（淺褐色）DNA（紫色）109本文檔共138頁；當(dāng)前第109頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分110本文檔共138頁；當(dāng)前第110頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分111本文檔共138頁；當(dāng)前第111頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第112頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分113本文檔共138頁；當(dāng)前第113頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分2.延伸1.結(jié)合3.移位114本文檔共138頁；當(dāng)前第114頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分端粒酶的爬行模型（動(dòng)畫演示）115本文檔共138頁；當(dāng)前第115頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分本文檔共138頁；當(dāng)前第116頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分端粒酶的表達(dá)人類胚胎發(fā)育期：端粒酶表達(dá)，端粒得以合成和延長成人正常體細(xì)胞：有很長的端粒，卻檢測不到端粒酶活性。所以細(xì)胞逐漸衰老。細(xì)胞分化程度越高，端粒酶活性越低細(xì)胞分化程度越低，端粒酶活性越高（比如癌細(xì)胞）117本文檔共138頁；當(dāng)前第117頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（二）基因擴(kuò)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(fù)次數(shù)）調(diào)節(jié)基因表達(dá)，可以發(fā)生在個(gè)體發(fā)育某一階段或細(xì)胞分化某一過程。細(xì)胞的一種應(yīng)急方式基因擴(kuò)增可以由選擇壓力引起耐藥性細(xì)胞的抗藥性產(chǎn)生例：中國田鼠細(xì)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(kuò)增本文檔共138頁；當(dāng)前第118頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（三）增強(qiáng)子促進(jìn)酶的生物合成增強(qiáng)子（enhancer）又稱為調(diào)變子（modulator），是一段能高效增強(qiáng)或促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的DNA序列。增強(qiáng)子的重要特性是能夠促進(jìn)同源或異源啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄活性，其增強(qiáng)效果有的可以達(dá)到1000倍。特點(diǎn)：與方向性無關(guān)：方向性不影響它的功能。與位置無關(guān)：可位在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游，也可以在下游。與距離無關(guān)：即使調(diào)控的基因距離四個(gè)堿基對，仍具有功能。有組織特異性：某種增強(qiáng)子只會(huì)提高某種組織的基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。119本文檔共138頁；當(dāng)前第119頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分促進(jìn)基因轉(zhuǎn)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(xì)胞特異性120本文檔共138頁；當(dāng)前第120頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分121本文檔共138頁；當(dāng)前第121頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分（四）抗原誘導(dǎo)抗體酶的生物合成抗體（antibody）：目前已知的最大多樣性體系，機(jī)體的免疫系統(tǒng)可以產(chǎn)生108-1010個(gè)不同的抗體分子，抗體分子的多樣性及其高度精確識(shí)別性使其能結(jié)合幾乎任何天然的或合成的分子。122本文檔共138頁；當(dāng)前第122頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分酶是一類具有催化功能的生物分子酶反應(yīng)有兩個(gè)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(shí)質(zhì)：酶能特異性結(jié)合并穩(wěn)定化學(xué)反應(yīng)的過渡態(tài)(底物激態(tài))，從而降低反應(yīng)能級(jí)。諾貝爾獎(jiǎng)二次得主美國化學(xué)家LinusPauling123本文檔共138頁；當(dāng)前第123頁；編輯于星期二\21點(diǎn)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(dāng)前第124頁；編輯于星期二\21點(diǎn)36分根據(jù)Pauling理論，WilliamJencks于1969年預(yù)言：若能找到對應(yīng)某反應(yīng)過渡態(tài)的抗體，將其加入該反應(yīng)體系中，就可觀