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1、生物化学基础,人民卫生出版社,第九章 核酸代谢和蛋白质的生物合成,张文利制作,第九章 核酸代谢和蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成,第三节,基因表达,第四节,基因组学与后基因组学,第五节,学 习 目 标,3了解基因表达的概念及特征；基因表达的方式；人类基因组学、后基因组学的研究。,2熟悉核苷酸合成代谢的原料、分解代谢的产物；转录的概念；蛋白质生物合成的基本过程。,1掌握DNA复制的方式及概念；三种RNA在蛋白质合成中的作用；遗传密码子的概念及起始、终止密码子。,第一节 核苷酸代谢,一、核苷酸的合成代谢,（一）嘌呤核苷酸的合成,从头合成途径补救合成途径,一、核苷酸的合成代谢,第一节 核苷酸代谢,
2、第一节 核苷酸代谢,1.嘌呤核苷酸的从头合成途径,概念：从头合成途径是指利用5-磷酸核糖、一碳单位、CO2 及氨基酸等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成核苷酸的过程。,基本原料：5-磷酸核糖、谷氨酰胺、天冬氨酸、甘氨酸、一碳单位和 CO2,主要器官：肝脏，其次为小肠粘膜和胸腺,嘌呤碱的元素来源,第一节 核苷酸代谢,第一节 核苷酸代谢,反应过程分两个阶段：首先在5-磷酸核糖的基础上逐步合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），IMP再转化为AMP和GMP。AMP和GMP经过磷酸化反应分别生成GTP和ATP，GTP和ATP是合成RNA的原料。,第一节 核苷酸代谢,2.嘌呤核苷酸的补救合成途径,概念：补救合
3、成途径是细胞利用现有的嘌呤碱或嘌呤核苷与 5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)反应形成嘌呤核苷酸的过程。,从头合成途径补救合成途径,（二）嘧啶核苷酸的合成,第一节 核苷酸代谢,第一节 核苷酸代谢,1.嘧啶核苷酸的从头合成途径,基本原料：5-磷酸核糖、谷氨酰胺、天冬氨酸和CO2,嘧啶碱的元素来源,第一节 核苷酸代谢,2.嘧啶核苷酸的补救合成途径,第一节 核苷酸代谢,（三）脱氧核糖核苷酸的合成,dTTP的生物合成,(一)嘌呤核苷酸的分解代谢,核苷酸,核苷,核苷酸酶,Pi,核苷磷酸化酶,碱基,1-磷酸核糖,二、核苷酸的分解代谢,第一节 核苷酸代谢,嘌呤碱的最终代谢产物,AMP,GMP,H（次黄嘌呤）
4、,G,X（黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,尿 酸,第一节 核苷酸代谢,（二）嘧啶核苷酸的分解代谢,（二）嘧啶核苷酸的分解,第一节 核苷酸代谢,嘧啶碱的分解（肝）,胞嘧啶、尿嘧啶 NH3、CO2及-丙氨酸,胸腺嘧啶 NH3、CO2及-氨基异丁酸,监测放射性损伤和临床治疗,第一节 核苷酸代谢,第二节 核酸的生物合成,遗传信息传递的中心法则,逆转录,复制,蛋白质,翻译,转录,复制,DNA,RNA,生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。,以亲代DNA为模板合成子代DNA，将遗传信息准确传到子代DNA分子的过程，称为复制。生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的
5、过程称为转录。根据mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译。1958年Crick将生物遗传信息的这种传递方式称为中心法则。后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录这是中心法则的补充。,第二节 核酸的生物合成,第二节 核酸的生物合成,一、DNA的生物合成,（一）DNA复制,复制方式,概念：复制时，亲代DNA双链解开成两股单链，以每条单链为模板，按照碱基互补规律合成与其互补的子链。从而由一个亲代DNA复制出两个与亲代DNA完全相同的子代DNA。在新合成的每一个子代DNA分子中，一条链来
6、自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。,-半保留复制,复制的原料,dATPdGTPdCTPdTTP,DNA,dAPdGPdCPdTP,原料,组成单位,第二节 核酸的生物合成,（1）引物酶（2）DNA聚合酶(3）DNA连接酶,*参与复制的酶类,拓扑异构酶、解螺旋酶单链DNA结合蛋白,引物酶复制起始时催化生成 RNA引物 1.以为模板 2.以ATP,GTP,CTP,UTP 为原料.以53 方向合成R片段,DNA依赖的DNA聚合酶 活性：1.以为模板 2.以dATP,dGTP,dCTP,dTTP 为原料 以一段作为引物.以53 方向合成 片段,DNA连接酶：连接DNA链3-OH末端
7、和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段连接相邻的DNA链，使其成为一条完整的链,拓扑异构酶既能水解、又能连接磷酸二酯键解螺旋酶作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链单链DNA结合蛋白（SSB）在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整,（1）起始阶段,DNA解链形成复制叉、引发体及引物的过程。,原核生物的DNA复制过程,（3）终止阶段,复制过程简图,第二节 核酸的生物合成,第二节 核酸的生物合成,复制基本过程,第二节 核酸的生物合成,（二）反转录,自然界中，高等生物的遗传物质大多数是双链DNA，但有些病毒的遗传物质却是RNA，这些病毒通过逆转录方式合成DNA。逆转录是指
8、以RNA为模板，在逆转录酶的催化下，合成DNA的过程，也称为反转录。,第二节 核酸的生物合成,二、RNA的生物合成,转录是指以DNA为模板合成RNA的过程。在转录过程中，首先以一段解开的DNA单链作为模板链（另一条与模板链互补的DNA单链称为编码链），4种NTP为原料，按照碱基互补配对的规律，在依赖DNA的RNA聚合酶的催化下合成相应的RNA，从而将DNA携带的遗传信息传递给RNA。,（转录是RNA生物合成的主要方式）,二、蛋白质的生物合成过程,一、三种RNA在蛋白质合成中的作用,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,一、三种RNA在蛋白质合成中的作用,（一）mR
9、NA,-蛋白质生物合成的直接模板,遗传密码：在翻译过程中，按照mRNA分子53的方向，每三个相邻的核苷酸组成一个三联体，每个三联体代表一种氨基酸或其他信息，此三联体称为遗传密码或密码子。,始密码子：AUG,终止密码子：UAA.UAG、UGA,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,遗传密码表,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,（二）tRNA,（三）rRNA,转运氨基酸的工具；识别mRNA分子上的密码子,与多种蛋白质共同构成核糖体（或称核蛋白体），核糖体（或称核蛋白体），是蛋白质生物合成的场所,核蛋白体,tRNA的一端运载着氨基酸,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,二
10、、蛋白质的生物合成过程,（一）氨基酸的活化,（二）肽链的合成核糖体循环,1起始阶段 在三种起始因子、GTP和Mg2+的参与下，模板mRNA.蛋氨酰-tRNA分别与核糖体结合形成起始复合物。此时，蛋氨酰-tRNA处于大亚基的肽酰位，而对应于mRNA第二个密码位置的氨基酰位处于准备接受下一个氨基酰-tRNA的状态。,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,细胞质中,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,起始阶段：细胞质中的mRNA 与核蛋白体结合,核蛋白体,细胞质中,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,延伸阶段：进位 成肽 移位,起始阶段：细胞质中的mRNA 与核蛋白体结合,进位,细胞质中,第三节 蛋白质的生
11、物合成（翻译）,延伸阶段：进位 成肽 移位,进位,成肽,细胞质中,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,延伸阶段：进位 成肽 移位,蛋氨酸,进位,移位,成肽,细胞质中,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,延伸阶段：进位 成肽 移位,蛋氨酸,进位,移位,成肽,组氨酸,细胞质中,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,终止阶段:,肽链从肽酰-tRNA中释出，tRNA和延长因子从复合物中脱落，核糖体与mRNA 分离，大、小亚基解聚，肽链的合成结束。,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,许多新合成的多肽链无生物活性，需经加工修饰，才能成为具有一定生物活性的完整的蛋白质分子。,(三）多肽链合成后的加工修饰,第四节 基
12、因表达,三、原核生物基因表达的调控,二、基因表达的方式,四、真核生物基因表达的调控,第四节 基因表达,一、基因表达的概念及特征,（一）基因表达的概念,（二）基因表达的基本特征,基因表达是指DNA结构基因中遗传信息通过基因激活、转录和翻译合成具有特定功能的蛋白质分子的整个过程，即基因信息由DNA-RNA-蛋白质的传递过程。,1时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特 定的时间顺序发生。,2空间特异性即在个体特定生长发育阶段，同一基因在不同组织器官表达不同。,第四节 基因表达,二、基因表达的方式,1.组成性表达。某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少的，这类基因在一个生物个体的几乎所
13、有细胞中持续表达，通常称管家基因。如三羧酸循环的酶编码基因。,2诱导和阻遏表达。与管家基因不同，另有一些基因表达极易受环境变化影响。在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因是可诱导的，这种基因表达方式称为诱导。该基因是可诱导基因。即可诱导基因在特定的环境中表达增强的过程称为诱导。如果基因对环境信号应答时被抑制，这种基因表达方式称为阻遏。,第四节 基因表达,三、原核生物基因表达的调控,基因表达调控是指细胞或生物体通过多种机制增加或降低特定的基因产物的过程。原核生物的基因表达调控主要是操纵子学说。,1961年，Jacob和Monod根据对大肠杆菌乳糖代谢调节的研究，提出了
14、“操纵子”学说。所谓操纵子，就是原核生物基因表达调控的基本单位。它是由一组结构基因和位于其上游的启动基因（启动子）和操纵基因组成。启动基因是RNA聚合酶在转录起始时的结合部位,操纵基因是控制RNA聚合酶向结构基因移动的必经部位,相当于转录的“控制闸”，闸门打开，结构基因便被转录。,真核基因组分子巨大，结构复杂，调节也更复杂，但可简单描述为由顺式作用元件和反式作用因子调控的。顺式作用元件是指对基因转录有调控作用的DNA序列；反式作用因子是指能直接或间接与DNA调控元件结合而发挥作用的蛋白质因子。顺式作用因子包括启动子和增强子，反式作用因子主要是一些蛋白质因子。,四、真核生物基因表达的调控,第四节
15、 基因表达,第五节 基因组学与后基因组学,二、人类后基因组学的研究,一、人类基因组学的研究内容,第五节 基因组学与后基因组学,基因组就是一个细胞（或病毒）所载的全部遗传信息，它代表了一种生物所具有的全部遗传信息。,对真核生物体而言，基因组是指一套完整单倍体DNA（染色体DNA）及线粒体DNA的全部核苷酸序列，既有编码序列，也有非编码序列。,基因组学是阐明整个基因组的结构、结构与功能关系以及基因之间相互作用的科学。,第五节 基因组学与后基因组学,一、人类基因组研究的内容,(二)人类基因组计划及进展,研究的具体内容表现在4张图上：遗传图、物理图、序列图和转录图，其主要内容是绘制人类基因组序列框架图
16、。,（一）人类基因组研究的内容,1999年12月1日，人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定。2000年6月26日六国科学家公布人类基因组工作框架图，成为人类基因组计划进展的一个重要里程碑。2001年2月12日，人类基因组图谱及初步分析结果首次公布。2003年4月15日，美、英、德、日、法、中6个国家共同宣布人类基因组序列图完成，人类基因组计划的所有目标全部实现，提前2年实现了目标。,第五节 基因组学与后基因组学,二、人类后基因组学的研究,（一）生物信息学,生物信息学早期是生物学中的一个分支，随着人类基因组计划和后基因组计划的实施给了该学科很大的生命力，是分子生物学与计算机科学的交叉科
17、学。,（二）基因功能研究,人类后基因组计划的关键点是基因的功能研究，这也是对功能基因加以开发利用研究的基础。,1、DNA的生物合成：合成方式包括DNA复制和逆转录，DNA复制方式为半保留复制。2、RNA的生物合成：称为转录，遗传信息从DNA传递给RNA。,1、核苷酸的合成代谢：嘌呤核苷酸从头合成的基本原料是5-磷 酸核糖、谷氨酰胺、天冬氨酸、甘氨酸、一碳单位和CO2；嘧啶核苷酸从头合成的基本原料是5-磷酸核糖、谷氨酰胺、天冬氨酸和CO2。2、核苷酸的分解代谢：嘌呤碱最终氧化成尿酸。,1、基因表达：指DNA结构基因中遗传信息通过基因激活、转录和翻译合成具有特定功能的蛋白质分子的整个过程，即基因信
18、息由DNA-RNA-蛋白质的传递过程。2、基因表达的方式：组成性表达、诱导和阻遏表达。3、原核生物基因表达的调控：4、真核生物基因表达的调控,1、氨基酸的活化：氨基酸与特异tRNA结合形成氨基酰-tRNA。2、核糖体循环：起始阶段；肽链的延伸：进位、成肽、转位；终止阶段：终止因子进位，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，核糖体与mRNA分离，大、小亚基解聚。,核苷酸代谢,核酸的生物合成,蛋白质的生物合成,基因表达,1、基因组就是一个细胞（或病毒）所载的全部遗传信息，它代表了一种生物所具有的全部遗传信息。2、基因组学是阐明整个基因组的结构、结构与功能关系以及基因之间相互作用的科学。,基因
19、组学与后基因组学,总 结,1.从头合成嘌呤时，第一个合成的嘌呤核苷酸是 A.IMP B.AMP C.XMP D.UMP2.dTMP生物合成的直接前体是 A.dUMP B.dCMP C.TMP D.dUTP3.在DNA复制过程中需要：(1)DNA聚合酶III(2)解链蛋白(3)DNA聚合酶I(4)以DNA为模板的RNA聚合酶(5)DNA连接酶。这些酶作用的正确顺序是 A.24135 B.43125 C.23415 D.421354.需要以RNA为引物的是 A.复制 B.转录 C.翻译 D.RNA复制5.复制过程中不需要的成分是 A.引物 B.dUTP C.dATP D.dCTP,练 习 题（单选
20、）,6.下列哪种物质在关节、软组织处沉积可引起痛风症？A.次黄嘌呤 B.黄嘌呤 C.尿酸 D.尿素7.遗传信息传递的中心法则是 A.DNARNA蛋白质 B.RNADNA蛋白质 C.DNA蛋白质RNA D.RNA蛋白质DNA8.关于DNA复制的描述，下列错误的是 A.每条新链合成的方向均是53 B.两条子链均连续合成 C.复制方式为半保留复制 D.以4种dNTP为原料9.蛋白质合成的直接模板是 A.DNA B.hnRNA C.tRNA D.mRNA,练 习 题（单选）,练 习题 答 案,10.在蛋白质生物合成中，tRNA的作用是 A.将一个氨基酸连接到另一个氨基酸上 B.把氨基酸带到mRNA指定的位置上 C.具有氨基酰-tRNA合成酶功能 D.将mRNA连接到核糖体上1.A 2.A 3.A 4.A 5.B 6.C 7.A 8.B 9.D 10.B,Thank You!,张文利制作,
