生物化學(xué)核酸與蛋白質(zhì)合成考研輔導(dǎo)2010

生物化學(xué)-Biochemistry

核酸與蛋白質(zhì)生物合成考研輔導(dǎo)主講教師：張麗霞大慶師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院中心法則第十二章DNA復(fù)制與修復(fù)復(fù)制DNA1964-1970發(fā)現(xiàn)勞氏肉瘤病毒的遺傳信息傳遞方式：逆轉(zhuǎn)錄。1958年，Crick提出中心法則：遺傳信息的單向流動(dòng)。復(fù)制DNA翻譯蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制RNA復(fù)制DNA大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系

復(fù)制：以親代DNA或RNA為模板，根據(jù)堿基配對(duì)的原則，在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA或RNA的過(guò)程。幾個(gè)基本概念

逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成DNA的過(guò)程。

翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNA為模板，將mRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的氨基酸順序的過(guò)程。

轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板，按照堿基配對(duì)原則合成RNA，即將DNA所含的遺傳信息傳給RNA，形成一條與DNA鏈互補(bǔ)的RNA的過(guò)程。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系一、DNA半保留復(fù)制的機(jī)理n1dATPn2dGTPn3dCTPn4dTTPRNA引物DNA模板Mg2+Mn2+DNA聚合酶DNA+（n1+n2+n3+n4)PPi大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系二、DNA的復(fù)制規(guī)律以親代DNA雙鏈為模板，以堿基互補(bǔ)方式合成子代DNA，這樣新形成的子代DNA中，一條鏈來(lái)自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制。(一）、半保留復(fù)制1、概念第一節(jié)DNA的半保留復(fù)制大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系

1958年，Meselson&stahl用同位素N15標(biāo)記大腸桿菌DNA,證明了半保留復(fù)制。2、DNA的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)依據(jù)3、DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義

DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNA是一種惰性物質(zhì)。

DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，是保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代必要措施。第一節(jié)DNA的半保留復(fù)制大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系（二）、DNA復(fù)制的主要方式原核生物（細(xì)菌、病毒）：一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制為主，也有單向（某些質(zhì)粒等）；真核生物：多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制為主，也有單向（細(xì)胞器DNA）。在特定的部位開始，單向或雙向進(jìn)行。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系（三）、復(fù)制需要RNA引物。（四）、子鏈DNA延伸方向：5'→3'方向引物上核糖的3‘-OH能與其它的核苷酸的磷酸以3'、5'磷酸二酯鍵相連。前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈：以3’→5’方向的親代鏈為模板連續(xù)合成的子代鏈。滯后鏈：以5’→3’方向的親代鏈為模板的子代鏈先逆復(fù)制叉移動(dòng)方向合成岡崎片段，再連接成滯后鏈。（五）、DNA復(fù)制的半不連續(xù)性大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系（六）、原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類（1）DNA聚合酶(DNApolymetases)（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)(3）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome)（4）DNA解鏈酶(DNAhelicase)(5）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)(6）DNA連接酶（DNAligase）解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′3′5′5′RNA引物大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系DNA聚合酶3′5′5′3′3′5′5′3′大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個(gè)細(xì)胞的分子統(tǒng)計(jì)數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶Ⅰ109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項(xiàng)目DNA聚合酶Ⅲ切除引物修復(fù)修復(fù)復(fù)制功能

1999年發(fā)現(xiàn)聚合酶

和

，它們涉及DNA的錯(cuò)誤傾向修復(fù)（erroounerepair）DNA聚合酶Ⅱ分子量每個(gè)細(xì)胞的分子統(tǒng)計(jì)數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶Ⅰ120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項(xiàng)目DNA聚合酶Ⅲ切除引物修復(fù)修復(fù)復(fù)制功能DNA聚合酶Ⅲ異二聚體DNA聚合酶Ⅲ兩個(gè)亞基夾住DNA

大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ全酶的結(jié)構(gòu)和功能延長(zhǎng)因子核心酶校對(duì)引物的結(jié)合和識(shí)別促使核心酶二聚化大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系A(chǔ)rthurKornberg1918

StanfordUniversity

Stanford,CA,USA

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1959"fortheirdiscoveryofthemechanismsinthebiologicalsynthesisofribonucleicacidanddeoxyribonucleicacid"第一節(jié)DNA的半保留復(fù)制大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系引發(fā)體可以沿模板鏈5’

3’方向移動(dòng),具有識(shí)別合成起始位點(diǎn)的功能，移動(dòng)到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。移動(dòng)和引發(fā)均需要ATP提供能量。引發(fā)體的移動(dòng)與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相同，與岡崎片段的合成方向相反。引物合成酶與引發(fā)前體

引物合成酶：催化引物RNA的生成。

引發(fā)前體:它由多種蛋白質(zhì)組成，可與引發(fā)酶結(jié)合組裝成引發(fā)體。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系DNA連接酶：連接DNA雙鏈中的單鏈切口作用特點(diǎn)：大腸桿菌和其它細(xì)菌的DNA連接酶要求NAD+提供能量；在高等生物和噬菌體中，則要求ATP提供能量。

DNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過(guò)程中起重要作用。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系解螺旋酶（解鏈酶）

通過(guò)水解ATP將DNA兩條鏈打開。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。每解開一對(duì)堿基需要水解2個(gè)ATP分子。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系穩(wěn)定DNA解開的單鏈，防止復(fù)性和保護(hù)單鏈部分不被核酸酶水解。單鏈結(jié)合蛋白(SSB)大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：催化DNA的拓?fù)溥B環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶，在DNA重組修復(fù)和其它轉(zhuǎn)變方面起重要作用。除連環(huán)數(shù)不同外其它性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體，引起拓?fù)洚悩?gòu)體反應(yīng)的酶稱為拓?fù)洚悩?gòu)酶。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系（七）、參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系三、原核生物

DNA的復(fù)制過(guò)程（以大腸桿菌為例）復(fù)制的終止復(fù)制的起始識(shí)別起始位點(diǎn)→DNA解鏈→

RNA引物的合成鏈的延伸大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系（一）復(fù)制起始1、拓?fù)洚悩?gòu)酶解開超螺旋。2、DnaA蛋白識(shí)別并在ATP存在下結(jié)合于四個(gè)9bp的重復(fù)序列。3、在類組蛋白（HU、ATP參與下,DnaA蛋白與13個(gè)bp的重復(fù)序列,形成開鏈復(fù)合物。4、DnaB借助于水解ATP產(chǎn)生的能量在DnaC的幫助下沿5’→3’方向移動(dòng)，解開DNA雙鏈，形成前引發(fā)復(fù)合物。5、單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合于單鏈。6、引物合成酶（DnaG蛋白）開始合成RNA引物。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系(二)鏈的延長(zhǎng)（岡崎片段的合成）

真核生物的岡崎片段為：100-200bp

原核生物的岡崎片段為：1000-2000bp

DNA鏈的延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種5’-脫氧核苷三磷酸為底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。兩條鏈方向相反。

前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系岡崎片段引物的切除、缺口的填補(bǔ)和切口的連接:(三)復(fù)制的終止：新鏈與各自的模板鏈組成雙螺旋順時(shí)針終止陷阱逆時(shí)針終止陷阱

Ter:終止陷阱，引起復(fù)制終止的特定區(qū)域，20bp的序列，終止利用物質(zhì)Tus可識(shí)別并結(jié)合，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制的終止。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系三、DNA復(fù)制的精確性（高保真復(fù)制）1、堿基的配對(duì)規(guī)律：模板鏈與新生鏈之間的堿基配對(duì)保證堿基配錯(cuò)幾率約為1/104-1/105。2、DNA聚合酶的3’→5’外切酶活性的校對(duì)功能，使堿基的錯(cuò)配幾率又降低100-1000倍。3、DNA的損傷修復(fù)系統(tǒng)。

DNA復(fù)制必須具有高度精確性，在大腸桿菌的細(xì)胞DNA復(fù)制中其錯(cuò)誤率約為1/109-1/1010，即每109-1010個(gè)核苷酸才出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，也就是大腸桿菌染色體DNA復(fù)制1000-10000次才出現(xiàn)一個(gè)核苷酸的錯(cuò)誤。這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān)：大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系

2、DNA突變：

DNA的核苷酸順序永久性的改變稱為DNA的突變。其主要形式有：

點(diǎn)突變：DNA分子中一個(gè)堿基對(duì)替代另一個(gè)堿基對(duì)稱為點(diǎn)的突變。

插入作用：DNA分子中插入一個(gè)或幾個(gè)堿基稱為插入作用。

缺失作用：DNA分子中缺失一個(gè)或多個(gè)堿基對(duì)稱為缺失作用。

1、DNA的損傷：某些物理化學(xué)因素，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑等，都有引起生物突變和致死的作用，其機(jī)理是作用于DNA，造成DNA結(jié)構(gòu)和功能的破壞。第二節(jié)DNA損傷的修復(fù)大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系一、DNA的損傷與DNA突變二、DNA突變可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生:

著色性干皮病：嘧啶二聚體和大的DNA損傷修復(fù)酶的缺失而產(chǎn)生的一種皮膚癌。沉默突變：突變影響非必需的DNA或突變對(duì)一個(gè)基因的功能的影響可忽略，稱為沉默突變。

回復(fù)突變：一些突變可以克服第一次突變?cè)斐傻挠绊?，這類突變稱為回復(fù)突變。動(dòng)物細(xì)胞的突變與癌的發(fā)生有強(qiáng)烈的相關(guān)性。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系DNA損傷的修復(fù)種類（一）光裂合酶修復(fù)（二）切除修復(fù)（三）重組修復(fù)（四）誘導(dǎo)修復(fù)大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系（一）光裂合酶修復(fù)(二)切除修復(fù)（1）DNA糖基化酶切除損傷的堿基產(chǎn)生無(wú)堿基酸。（2）無(wú)堿基核酸內(nèi)切酶在無(wú)堿基酸處切開產(chǎn)生切口。（3）DNA聚合酶Ⅰ將無(wú)堿基酸切除并填補(bǔ)缺口。（4）DNA連接酶連接切口。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系（三）DNA的重組修復(fù)（發(fā)生在復(fù)制后）：復(fù)制時(shí)，跳過(guò)損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補(bǔ)，原損傷部位并沒(méi)有切除,但在后代逐漸稀釋。（四）SOS反應(yīng)和誘導(dǎo)修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)）

SOS反應(yīng)：細(xì)胞DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷或DNA復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急狀態(tài)下，為求生存而出現(xiàn)的應(yīng)急反應(yīng)。

SOS反應(yīng)包括:避免差錯(cuò)的修復(fù)能力增強(qiáng)誘導(dǎo)產(chǎn)生無(wú)校正功能的DNA聚合酶合成抑制細(xì)胞分裂

SOS反應(yīng)是生物在不利環(huán)境中求得生存的一種基本功能。對(duì)原核生物它產(chǎn)生高變異，對(duì)高等動(dòng)物則是致癌的。大慶師范學(xué)院生命科學(xué)系本章主要內(nèi)容一、DNA指導(dǎo)下的RNA的合成：轉(zhuǎn)錄二、轉(zhuǎn)錄后RNA的加工三、RNA指導(dǎo)下DNA的合成：逆轉(zhuǎn)錄四、RNA指導(dǎo)下的RNA的合成：RNA復(fù)制第十三章RNA的代謝一、DNA指導(dǎo)下的RNA的合成轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制比較DNA指導(dǎo)下的RNA聚合酶大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄過(guò)程啟動(dòng)子與終止子真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程返回

轉(zhuǎn)錄(transcription)：以DNA為模板，根據(jù)堿基配對(duì)的原則合成與DNA互補(bǔ)的RNA的過(guò)程。1、相同點(diǎn)：都需要模板都以三磷酸核苷酸為底物（NTP或dNTP）

合成方向都是5’→3’（一）轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的比較：返回2、轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的不同點(diǎn)

模板鏈：雙鏈DNA中具有轉(zhuǎn)錄活性的的鏈稱為模板鏈，又稱反義鏈（或負(fù)鏈）。編碼鏈：雙鏈DNA中無(wú)轉(zhuǎn)錄活性的鏈稱為編碼鏈，又稱返回有義鏈（或正鏈）

。轉(zhuǎn)錄不需引物；只轉(zhuǎn)錄DNA分子中的一個(gè)片段（稱為轉(zhuǎn)錄單位或操縱子,operon)；

雙鏈DNA中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄活性（稱為模板鏈）；哪個(gè)基因被轉(zhuǎn)錄與特定的時(shí)間、空間、生理狀態(tài)有關(guān)。

RNA聚合酶無(wú)校對(duì)功能。（二）DNA指導(dǎo)下RNA聚合酶：1、RNA聚合酶：催化性質(zhì)四種核苷三磷酸（ATP、GTP、CTP、UTP）為底物；模板以雙鏈狀態(tài)下活性最大；聚合酶無(wú)校對(duì)功能；轉(zhuǎn)錄時(shí)雙鏈局部解開，新生RNA鏈與模板鏈形成雜螺旋，轉(zhuǎn)錄結(jié)束后，DNA雙螺旋恢復(fù)，RNA釋放。返回2、大腸桿菌的RNA聚合酶大腸桿菌的RNA聚合酶全酶由5種亞基α2ββ’

σ組成，σ因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與β’βα2分離，沒(méi)有σ、

亞基的酶稱為核心酶—只催化鏈的延長(zhǎng)，對(duì)起始無(wú)作用。σ稱為起始因子。酶類分布產(chǎn)物α-鵝膏蕈堿對(duì)酶的作用分子量反應(yīng)條件ⅡIⅢ核仁核質(zhì)核質(zhì)rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAshnRNAtRNA5SrRNA不抑制低濃度抑制高濃度抑制500000~700000~700000_低離子強(qiáng)度,要求Mg2+或Mn2+高離子強(qiáng)度高M(jìn)n2+濃度3、真核細(xì)胞的RNA聚合酶同樣，真核RNA聚合酶無(wú)校對(duì)功能。（三）啟動(dòng)子與終止子1、啟動(dòng)子(promotor)：指RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段特定的DNA序列。利用足跡法（footprint）和DNA測(cè)序法可以確定啟動(dòng)子的序列結(jié)構(gòu)。返回2、終止子(terminator)終止子：提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列稱為終止子。

終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子（或蛋白質(zhì)）。

通讀：RNA聚合酶越過(guò)終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象稱為通讀，通讀是由于終止子被特異性的因子抑制產(chǎn)生的。（四）大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄過(guò)程1、識(shí)別階段：RNA聚合酶在σ亞基的引導(dǎo)下結(jié)合于啟動(dòng)子上；2、DNA雙鏈局部解開；3、起始階段：在模板鏈上通過(guò)堿基配對(duì)合成最初RNA鏈；4、延伸階段：核心酶向前移動(dòng)，RNA鏈不斷生長(zhǎng)；5、終止階段：RNA聚合酶到達(dá)終止子；6、RNA和RNA聚合酶從DNA上脫落。返回二、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工原核生物RNA的加工真核生物RNA的加工RNA的拼接機(jī)理拼接方式的不同導(dǎo)致一個(gè)基因多個(gè)產(chǎn)物返回原核生物的mRNA大多不需要加工，一經(jīng)轉(zhuǎn)錄即可直接轉(zhuǎn)譯。但有少數(shù)多順?lè)醋觤RNA需要內(nèi)切酶切成更小單位。1、mRNA前體的加工:返回（一）、原核生物RNA的加工2、rRNA前體的加工甲基化6500個(gè)核苷酸核酸內(nèi)切酶RNaseⅢ、P核酸外切酶3、tRNA的加工包括：核酸內(nèi)切酶tRNA兩端切斷；核酸外切酶從兩端向內(nèi)切去多余序列：修剪；在3’-端加CCAOH序列;切除居間序列；核苷酸的修飾與異構(gòu)化。(二)真核生物RNA的一般加工轉(zhuǎn)錄初始產(chǎn)物（hnRNA）1、mRNA前體的加工返回真核mRNA前體的加工步驟:（1）hnRNA被剪接，把內(nèi)含子（DNA上非編碼序列）轉(zhuǎn)錄序列剪掉，把外顯子（DNA上的編碼序列）轉(zhuǎn)錄序列）拼接上，真核生物一般為不連續(xù)基因。加工包括：（4）分子內(nèi)部的核苷酸甲基化修飾。（3）5’端連接“帽子”結(jié)構(gòu)（m7G5

ppp5

NmpNp-）；（2）3’端添加polyA“尾巴”；2、真核rRNA前體的加工3、真核tRNA前體的加工包括：核酸內(nèi)切酶tRNA兩端切斷；核酸外切酶從兩端向內(nèi)切去多余序列：修剪；在3’-端加CCAOH序列;切除居間序列；核苷酸的修飾與異構(gòu)化。(三）RNA的拼接機(jī)理大多真核生物基因是斷裂基因，即含有內(nèi)含子。斷裂基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物必需通過(guò)拼接，去除插入部分（內(nèi)含子,intron），使編碼區(qū)（外顯子,exon）成為連續(xù)序列。這是基因表達(dá)的重要環(huán)節(jié)。內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)多種多樣，拼接機(jī)制也是多種多樣的。RNA的拼接方式類型Ⅰ內(nèi)含子的自我拼接：核酶的作用類型Ⅱ內(nèi)含子的自我拼接：核酶的作用hnRNA的拼接：核內(nèi)小RNA(SnRNA)與蛋白質(zhì)組成核糖核蛋白體（snRNP）的作用(類型Ⅲ內(nèi)含子的切除）。核tRNA的拼接：酶促拼接返回（四）不同RNA拼接方式導(dǎo)致一個(gè)基因多種產(chǎn)物降鈣素甲狀腺腦降鈣素基因相關(guān)肽返回三、逆轉(zhuǎn)錄（reversetranscription）

定義:

以RNA為模板，按照RNA中的核苷酸順序合成DNA的過(guò)程稱為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進(jìn)行。

逆轉(zhuǎn)錄酶是多功能酶，兼有3種酶的活性：

RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性；

DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性；核糖核酸酶的活性，專一水解RNA-DNA雜交分子中的RNA，可沿5’

3’方向起核酸外切酶的作用；無(wú)校對(duì)功能，錯(cuò)誤率高，易產(chǎn)生變異。

以前病毒形式整合到宿主細(xì)胞DNA中而使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化單鏈病毒RNARNA-DNA雜交分子雙鏈DNA（前病毒）

逆轉(zhuǎn)錄酶和DNA聚合酶一樣，沿5’

3’方向合成DNA，底物為四種dNTP,并要求短鏈RNA作引物。+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+致癌RNA病毒的逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程

cDNA：反義DNA幾乎所有真核生物mRNA分子的3‘末端都有一段polyA,當(dāng)加入寡聚dT作為引物時(shí)，mRNA就可作為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下在體外合成與該mRNA互補(bǔ)的DNA，稱為cDNA。

不能把“中心法則”絕對(duì)化，遺傳信息也可以從RNA傳遞到DNA。促進(jìn)了分子生物學(xué)、生物化學(xué)和病毒學(xué)的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目前逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為研究這些學(xué)科的工具。

1983年,發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒(humanimmunedeficiencevirus,HIV),感染T淋巴細(xì)胞后即殺死細(xì)胞,造成宿主機(jī)體免疫系統(tǒng)損傷,引起艾滋病(acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS)，該病毒為逆轉(zhuǎn)錄病毒。逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)的理論與實(shí)踐意義：端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶

端粒(telomere)是真核染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)。端粒結(jié)構(gòu)提出了一個(gè)特別的生物學(xué)問(wèn)題。DNA復(fù)制需要引物，但在線形DNA分子中，DNA復(fù)制結(jié)束后，引物去除留下的鏈的短缺無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)缺，若沒(méi)有特殊的機(jī)制解決末端復(fù)制，DNA就會(huì)因?yàn)閺?fù)制而不斷變短。這個(gè)問(wèn)題是由一種特殊的酶—端粒酶（telomerase）解決的。端粒酶，端粒的合成酶，含有一段RNA和蛋白質(zhì)，端粒酶是以該段RNA為模板的逆轉(zhuǎn)錄酶，端粒合成時(shí)以該段RNA為引物和模板，合成因引物切除而產(chǎn)生的DNA末端缺口，使染色體的端粒達(dá)到正常的長(zhǎng)度。（1）病毒RNA可充當(dāng)mRNA，利用寄主中的核糖體合成外殼蛋白和復(fù)制酶的β亞基。

概念：RNA病毒以自身RNA為模板合成與自身RNA完全相同RNA分子的過(guò)程稱為RNA的復(fù)制。四、RNA的復(fù)制（噬菌體Qβ和灰質(zhì)炎病毒）（2）復(fù)制酶的β亞基與來(lái)自宿主細(xì)胞的亞基α

δ自動(dòng)裝配成RNA復(fù)制酶，進(jìn)行RNA復(fù)制，通常以分子中單鏈RNA為模板（正鏈），復(fù)制出一條新的RNA鏈（負(fù)鏈），然后以負(fù)鏈為模板復(fù)制出大量正鏈，再與外殼蛋白組裝成新的噬菌體顆粒。返回兩個(gè)階段:RNA復(fù)制酶的催化性質(zhì):以四種NTP為底物；專一性地選擇病毒RNA為模板；按5’→3’的方向合成病毒RNA；

無(wú)外切酶活性（即無(wú)校對(duì)功能）。

中心法則指出，以mRNA上所攜帶的遺傳信息,到多肽鏈上所攜帶的遺傳信息的傳遞，就好象以一種語(yǔ)言翻譯成另一種語(yǔ)言時(shí)的情形相似，所以稱以mRNA為模板的蛋白質(zhì)合成過(guò)程為翻譯(translation)。第十四章蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)合成體系的組分二、tRNA一、mRNA和遺傳密碼四、輔助因子三、核糖體第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系的組分

mRNA(messengerRNA)是蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。mRNA－蛋白質(zhì)合成的模板一、mRNA與遺傳密碼

mRNA占總RNA的5%，種類多、壽命短、更新快。如大腸桿菌mRNA的平均壽命只有1、5-1、8min。（一）5′3′順?lè)醋禹樂(lè)醋禹樂(lè)醋硬迦腠樞虿迦腠樞蛳葘?dǎo)區(qū)末端順序AGGAGGUSD區(qū)原核細(xì)胞mRNA特點(diǎn)半衰期短許多原核生物以多順?lè)醋有问酱嬖贏UG作為起始密碼；AUG上游7-12個(gè)核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區(qū)，16SrRNA3’-端反向互補(bǔ)而使mRNA與核糖體結(jié)合。第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系5′

“帽子”PolyA

3′

順?lè)醋觤7G-5′ppp-N-3′p帽子結(jié)構(gòu)功能使mRNA免遭核酸酶的破壞。使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)。被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式。它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。

AAAAAAA-OH真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

遺傳密碼:

DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。

密碼子(codon)：mRNA上每3個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼。（二）遺傳密碼遺傳密碼字典5‘3’

tRNA（transferribonucleicasid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個(gè)三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還能準(zhǔn)確無(wú)誤地將活化的氨基酸運(yùn)送到核糖體中mRNA模板上。1、tRNA的功能2、反密碼子3、氨基酰tRNA的表示方法

tRNA-運(yùn)載氨基酸的工具二、1、tRNA的功能區(qū)氨基酸臂-與氨基酸結(jié)合DHU環(huán)-與氨酰-tRNA合成酶結(jié)合反密碼環(huán)-識(shí)別密碼子TψC環(huán)-與核糖體蛋白結(jié)合一種tRNA可攜帶一種氨基酸,而一種氨基酸可有數(shù)種tRNA攜帶。由于密碼子的簡(jiǎn)并性，絕大多數(shù)氨基酸需要一種以上tRNA作為運(yùn)載工具。2、氨基酰tRNA的表示方法丙氨酰tRNA：ala-tRNAala精氨酰tRNA：arg-tRNAarg甲硫氨酰tRNA：

met-tRNAmet原核生物：tRNAfMet:攜帶fMet（甲酰蛋氨酸)參與蛋白質(zhì)合成的起始。tRNAmMet:把Met運(yùn)到肽鏈中間。真核生物：tRNAiMet:攜帶Met蛋氨酸參與蛋白質(zhì)合成的起始。tRNAMet:把Met運(yùn)到肽鏈中間。核糖體-蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所

核糖體是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。2、核糖體的功能1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成三、3、多聚核糖體34protein21protein23SrRNA、5SrRNA16SrRNA50Ssubunit70Sribosome30Ssubunit原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖30Ssubunit50Ssubunit核糖體的組成原核生物核糖體的組成

核糖體含有兩個(gè)結(jié)合tRNA的部位：（1）、氨?；稽c(diǎn)(A位)：位于大小亞基結(jié)合處,結(jié)合氨酰-tRNA。

（2）、肽?；稽c(diǎn)(P位)：主要位于大亞基,結(jié)合肽酰-tRNA和起始Met-tRNAmet

。

這兩個(gè)部位緊挨在一起，各占據(jù)一個(gè)密碼子的空間。

（3）、轉(zhuǎn)肽酶、GTP酶：位于大亞基上。2、核糖體的功能原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖anticodoncodon30S與mRNA結(jié)合部位（肽?；稽c(diǎn)）（氨酰基位點(diǎn)）50S5

3

mRNAP位A位3、多聚核糖體：一個(gè)mRNA與多個(gè)核糖體的聚合物，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)合成的高速度和高效性。多核糖體3ˊmRNA延伸中的肽鏈5ˊ四、反應(yīng)主要酶系和輔助因子（一）酶系：

氨酰-tRNA合成酶：氨基酸的活化肽酰轉(zhuǎn)移酶：轉(zhuǎn)移肽?；?/p>

（二）輔助因子：一、氨基酸的活化二、原核生物多肽鏈的合成過(guò)程三、多核糖體與核糖體循環(huán)四、真核生物多肽鏈的合成第二節(jié)蛋白質(zhì)合成的過(guò)程一、氨基酸的活化1、氨基酰-tRNA合成酶：高度特異識(shí)別氨基酸和tRNA，具有校對(duì)活性。2、能量：ATP3、過(guò)程：氨基酰-tRNA的形成①氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；②氨基酰基轉(zhuǎn)移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA。

a、專一性：

對(duì)氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

對(duì)tRNA具有極高專一性。

b、校對(duì)作用：

氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解錯(cuò)誤活化的氨基酸。1、氨酰-tRNA合成酶特點(diǎn)2、氨基酸的活化過(guò)程氨基酸+ATP+tRNA→氨基酰-tRNA+AMP+PPi氨基酸活化的意義氨基酸必須由tRNA攜帶進(jìn)入核糖體，由tRNA識(shí)別密碼子。氨酰鍵儲(chǔ)存了能量，具有相當(dāng)高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能，由于以后肽鍵的形成，不需另外的能量。原核生物多肽鏈的合成分為三個(gè)階段：1、肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長(zhǎng)3、肽鏈合成的終止及釋放二、原核生物多肽鏈的合成過(guò)程1、肽鏈合成的起始起始密碼子：AUG(GUG)起始氨基酸：fMetSD序列核糖體消耗能量：GTP三種起始因子：IF1、IF2和IF3起始tRNA:fMet-tRNAfMet看得清楚嗎原核生物多肽鏈的合成過(guò)程甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-CHO-FH4FH4轉(zhuǎn)甲酰酶原核生物多肽鏈的合成過(guò)程30S亞基?mRNAIF3-IF1復(fù)合物30S?mRNA?GTP-

fMet–tRNA-IF2-IF1復(fù)合物70S起始復(fù)合物codonanticodonA位P位

mRNA

+30S亞基-IF3A位IF-35

3

IF2GTPP位IF3IF2IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亞基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始復(fù)合物原核生物多肽鏈的合成過(guò)程-起始復(fù)合物的形成2、肽鏈合成的延長(zhǎng)①進(jìn)位：

EF-Ts、EF-Tu、GTP

、氨酰－tRNA進(jìn)入核糖體A位②成肽：轉(zhuǎn)肽酶；P位?；cA位氨基反應(yīng)。③轉(zhuǎn)位、脫落、移位：EFG(轉(zhuǎn)位酶)、GTP;二肽基由A位移至P位，A位留空。步驟（1）延長(zhǎng)因子：EF-T和EF-G兩種（原核)（2）能量：GTP（3）過(guò)程：延長(zhǎng)因子（延伸因子）：EF原核生物的EF有EF-T和EF-G兩種。EF-TEF-G：與核糖體結(jié)合時(shí)需要GTP，當(dāng)GTP水解時(shí)，這類延伸因子就從核糖體上解離下來(lái)。EF-Ts:穩(wěn)定蛋白質(zhì)的作用EF-Tu：直接參與了氨酰－tRNA與核糖體的結(jié)合。原核生物多肽鏈的合成過(guò)程-肽鏈的延伸12122323進(jìn)位肽鍵形成移位進(jìn)位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）

原核生物多肽鏈的合成過(guò)程-肽鏈的延伸肽鍵的形成3、肽鏈合成的終止及釋放（1）釋放因子（releasefactorRF)能識(shí)別終止密碼子。RF-1：識(shí)別UAA和UAG。

RF-2：識(shí)別