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1、,第十一章 核酸代谢与蛋白质生物合成,核酸：遗传物质蛋白质：生命活动执行者,核酸,磷酸,核苷酸,核苷,磷酸-戊糖,碱基,水解,何处去？,进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸,分解合成,第一节：核酸的消化与吸收,核苷酸的生理功用,核酸合成的原料细胞内能量的利用形式：如ATP生理调节介质：cAMP、cGMP辅酶的构成成分：FAD、NAD+、NADP活化中间代谢物：UDPG、SAM酶的变构调节剂：ATP、ADP、AMP等,一、嘌呤核苷酸的分解代谢,核苷酸,核苷,1-磷酸核糖,碱基,核苷酸酶,核苷磷酸化酶,补救合成 或进一步分解,第二节 核酸的分解代谢,核糖,脱氨基酶,尿酸,AMP,次黄嘌呤,GMP,鸟嘌呤
2、,黄嘌呤,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,尿酸,高嘌呤饮食体内核酸大量分解肾疾病嘌呤核苷酸代谢酶缺陷,血中尿酸含量升高,痛风,尿酸盐晶体沉积,血尿酸0.48mmol/L,痛风的治疗,次黄嘌呤,别嘌呤醇,别嘌呤醇,抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸的生成,与PRPP反应生成别嘌呤核苷酸，减少嘌呤核苷酸的生成,二、嘧啶核苷酸的分解代谢,胞嘧啶,NH3,尿嘧啶,二氢尿嘧啶,H2O,CO2+NH3,-丙氨酸,胸腺嘧啶,-脲基异丁酸,-氨基异丁酸,H2O,丙二酸单酰CoA,乙酰CoA,TAC,肝,尿素,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,TAC,糖异生,嘌呤核苷酸合成,第三节 核酸的合成代谢,嘌呤核苷酸的从头合
3、成,（de novo synthsis）（1）原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、CO2,甘氨酸,（2）过程：两个阶段 第一阶段：次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成 第二阶段：腺嘌呤核苷酸(AMP)与鸟嘌呤 核苷酸(GMP)的生成,嘌呤核苷酸的从头合成,IMP的合成,R-5-P,PRPP,PRPP合成酶,PRA,酰胺转移酶,GAR,FGAR,FGAM,AIR,CAIR,SAICAR,AICAR,FAICAR,IMP,Gln,Gly,Gln,H2O,CO2,Asp,H2O,ATP,ATP,ATP,ATP,fumarate,CHO-FH4,CHO-FH4,AMP与GMP的生成,IMP,腺苷酸代
4、琥珀酸,黄嘌呤核苷酸（XMP）,Asp,NADH+H+,NAD+,AMP,GTP,GMP,Gln,ATP,延胡索酸,（3）部位：以肝脏为主，其次是小肠粘膜及胸腺。并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力。（4）特点：在磷酸核糖分子上逐步合成，而不是首先单独合成嘌呤碱再与磷酸核糖结合。,嘌呤核苷酸的从头合成,嘌呤核苷酸的补救合成途径,（salvage pathway）概念：细胞利用现成的嘌呤碱基或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成途径。,反应：,生理意义：（1）节省能量与氨基酸消耗（2）某些器官如脑、骨髓等，缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶体系，只能进行补救合成,在二磷酸核苷（NDP）
5、的水平上直接还原由核糖核苷酸还原酶催化脱氧嘧啶核苷酸（dUDP、dCDP)也是在二磷酸核苷的水平生成（dTMP除外）,脱氧（核糖）核苷酸的生成,碱基,碱基,NADPH+H+,NADP+H2O,核糖核苷酸还原酶,从头合成途径补救合成途径,一、嘧啶核苷酸的合成代谢,（一）嘧啶核苷酸的从头合成,主要是肝细胞胞液,嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。,定义,合成部位,嘧啶合成的元素来源,合成过程,1.尿嘧啶核苷酸的合成,2.胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,3.dTMP或TMP的生成,dUMP,脱氧胸苷一磷酸dT
6、MP,（二）嘧啶核苷酸的补救合成,DNA的生物合成(复制)DNA Biosynthesis，Replication,第 三节,复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。,复制的方式半保留复制(semi-conservative replication)复制的高保真性(high fidelity)双向复制(bidirectional replication)半不连续复制(semi-discontinuous replication),一、半保留复制,DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模
7、板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。,半保留复制的概念,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,CCACTGG,GGTGACC,AGGTACTG,TCCATGAC,TCCATGAC,AGGTACTG,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,+,母链DNA,复制过程中形成的复制叉,子代DNA,目 录,按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代
8、保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。,半保留复制的意义,遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。,原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。,二、双向复制,A.环状双链DNA及复制起始点B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter),真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。,三、复制的半不连续性,领头链(leading strand),随从链(lagging strand)
9、,顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazaki fragment)。领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。,参与DNA复制的物质,底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写 为 DNA-pol模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子,一、复制的化学反
10、应,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,目 录,聚合反应的特点,DNA 新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿5 3方向进行。,一、DNA聚合酶,全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase)简称：DNA-pol,活性：催化磷酸二酯键形成,3 5外切酶活性,5 3外切酶活性,?,能切除突变的 DNA片段。,能辨认错配的碱基对，并将其水解。,核酸外切酶活性,目 录,（一）原核生物的DNA聚合酶,DNA-pol DNA-pol DNA-pol,（一）原核生物的DNA聚合酶,DNA-pol：与修复有关DNA-pol DNA-pol：复制主要
11、酶,（二）真核生物的DNA聚合酶,DNA-pol,起始引发，有引物酶活性。,延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。,参与低保真度的复制。,在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。,在线粒体DNA复制中起催化作用。,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,二、复制中的分子解链及DNA 分子拓扑学变化,DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。,（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白,解螺旋酶(helicase)利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链引物酶(primase)复制起始时催化生成RNA引物的酶单链DNA结合蛋白(
12、single stranded DNA binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整,（二）DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase),解链过程中正超螺旋的形成,目 录,拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键,拓扑异构酶 拓扑异构酶,分 类,拓扑异构酶,切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。,拓扑异构酶,切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。,作用机制,三、DNA连接酶,连接DNA链3-OH末端和相邻D
13、NA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。,DNA连接酶(DNA ligase)作用方式,HO,5,3,3,5,DNA连接酶,ATP,ADP,5,3,5,3,目 录,DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。,功能,DNA生物合成过程The Process of DNA Replication,（一）复制的起始,需要解决两个问题：,1.DNA解开成单链，提供模板。,2.合成引物，提供3-OH末端。,一、原核生物的DNA生物合成,Dna A,Dna B、Dna C,DNA拓扑异构酶
14、,引物酶,SSB,3,5,3,5,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,引物酶,（二）复制的延长,复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。,OH 3,3,目 录,目 录,复制过程简图,目 录,原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。,（三）复制的终止,随从链上不连续性片段的连接,DNA损伤（突变）与修复DNA Damage(Mutation)and Repair,遗传物质的
15、结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。,在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNA damage)。,从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。,一、突变的意义,（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础,二、引发突变的因素,物理因素 紫外线(ultra violet,UV)、各种辐射,化学因素,目 录,三、突变的分子改变类型,错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement),DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。,（一）错配,
16、镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)亚基,正常成人Hb(HbA)亚基,（二）缺失、插入和框移,缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。,插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。,框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。,缺失或插入都可导致框移突变。,缺失引起框移突变,（三）重排,DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。,由基因重排引起的两种地中海贫血基因型,目 录,四、DNA损伤的修复,修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。,光修复(light repairing)切除修复(excisi
17、on repairing)丢失碱基和去碱基部位的修复：DNA糖苷酶甲基化指导的不配对修复,修复的主要类型,（一）光修复,光修复酶(photolyase),UV,（二）切除修复,是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-pol和连接酶完成。,E.coli的切除修复机制,目 录,（转录）,RNA的生物合成,转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程,转录,参 与 转 录 的 物 质：,原料:4种NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白质因子,转录与复制的区别：,复制,转录,模板：两条链均作为 模板复制,一条链作为模板转录,原料：d
18、NTP NTP配对：AT，GC AU，TA，GC聚合酶：DNA聚合酶 RNA聚合酶 DDDP DDRP（转录酶）产物：半保留复制得两条 子代DNA引物 需要 不需要,mRNA、tRNA、rRNA,模板 和 酶,一 模 板,结构基因（structural gene）,不对称转录,（asymmetric transcription）,*在DNA分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录；,*模板链并非永远在同一单链上。,二 RNA 聚合酶,1 原核生物的 RNA聚合酶:,核心酶 core enzyme,全酶 holoenzyme,2 真核生物的RNA聚合酶,种类,对鹅膏蕈碱 的反应,45S
19、-rRNA,hnRNA,5S-rRNAtRNA、snRNA,耐受,极敏感,中度敏感,转录产物,三 模板和酶的辨认、结合,一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子（operon，包括 若干个结构基因及其上游的调控序列。,启动子的研究：(RNA聚合酶保护法),保守序列（一致性序列）,转录过程,一 转录起始,转录起始需解决两个问题：1、RNA聚合酶必须准确地结合在 转录模板的起始区域 2、DNA双链解开，使其中的一条 链作为转录的模板,（一）原核生物的转录起始,2 DNA双链解开,形成转录空泡,1 RNA聚合酶全酶(2)与模板结合,3 在RNA聚合酶作用下 发生第一次聚合反应,5-pppGpN O
20、H+ppi,RNApol-DNA-pppGpN-OH,pppG,NTP,pppGpN-OH,起始复合物:,5-pppG-OH+NTP,（二）真核生物的转录起始,也需要RNA聚合酶辨认、结合转录起点上游的DNA序列，生成起始复合物。,顺式作用元件-真核生物结构基因上游的调控区存 在的相似或一致性的DNA序列。,-GCGC-CAAT-TATA,转录起始,TATA 盒,CAAT 盒,G C 盒,结 构 基 因,增强子,顺式作用元件,D,TATA,A,B,F,E,反式作用因子-直接或间接辨认、结合顺式 作用元 件并影响其功能的蛋白质。,RNA聚合酶与模板DNA的结合需一系列转录因子(TF)的参与。,R
21、NA聚合酶,二 转录延长,1、亚基脱落，RNA pol 聚合酶核心酶变 构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；,2、在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链 不 断延长。,(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi,5,3,原核生物转录过程中的现象,三 转录终止,-RNA聚合酶在DNA模板 上停止前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来,(一)原核生物的转录终止,1、依赖 因子（Rho)的转录终止,2、不依赖 因子的转录终止,DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。,A T P,5pppG,5 3,35,茎环结构使转录终止：,1，
22、使RNA聚合酶变构2，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放,RNA-pol,（二）真核生物的转录终止,和转录后修饰密切相关,5-AAUAAA-,5-AAUAAA-,Poly(A),mRNA,转录后修饰（真核生物）,几种主要的修饰方式：,1、剪 接(splice),2、剪 切(clavage),3、碱 基 修 饰,4、添 加,一 mRNA的转录后加工,（一）首、尾的修饰,1、5 端形成 帽子结构,2、3 端加上 聚腺苷酸（polA）尾巴,5 m7GpppGp(NTP)n,(NTP)n A A A A A A-OH 3,（二）mRNA内的剪接,1、hnRNA 和 snRNA,核内的初级mRNA称为
23、 杂化核RNA（hetero-nuclear RNA,hnRNA),snRNA(small nuclear RNA),（并接体）,核内的蛋白质,核糖核酸蛋白体,snRNA,2、断 裂 基 因、外显子 和 内含子,真核生物的结构基因，由若干个编码区和 非编码区 互相间隔开但又连续镶嵌而成。,断 裂 基 因(splite gene),编码区 A、B、C、D,外显子(exon),内含子(intron),真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的DNA序列。,真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的DNA序列。,3、mRNA的剪接,除去hnRNA中的内含子，将外显子连接,并接体,二 tRNA
24、 的转录后加工,碱基修饰的方式：,三 rRNA 的转录后加工,四膜虫的rRNA二级结构,rRNA的剪接采用自我剪接方式,具有酶促活性的RNA称为 核酶,（ribozyme）,人工设计的核酶,（四）RNA复制,以RNA为模板，合成RNA的过程称为RNA复制。其复制的酶为：RNA指导的RNA聚合酶（RDRP）常见于病毒RNA的复制,（五）基因转录的调节,（1）操纵子的概念在原核基因组中，由几个功能相关的结构基因及其调控区组成一个基因表达的协同单位，这种单位称为操纵子,信息区 结构基因调控区,启动子（Promoter）操纵区（Operator）,（2）操纵子的结构：,1、原核生物基因转录的调节,启动
25、子,结构基因,调节基因,信息区,操纵区,调控区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达（即转录和翻译）得到有生物活性的蛋白质分子。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,启动子,结构基因,调节基因,信息区,操纵区,调控区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。,乳糖操纵子：,z y a,启动子,结构基因,调节基因,信息区,操纵区,调控区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,乳糖操纵子：,没有乳糖时,不能,z y a,启动基因,结构基因,调节基因,信息区,操纵基因,控制区,操纵子,RNA聚合酶结合
26、点,通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,乳糖操纵子：,有乳糖时,z y a,启动基因,结构基因,调节基因,信息区,操纵基因,控制区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,乳糖操纵子：,有乳糖时,启动基因,结构基因,调节基因,信息区,操纵基因,控制区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达可得到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,乳糖操纵子：,有乳糖时,不能结合,启动基因,结构基因,调节基因,信息区,操纵基因,控制区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达可得
27、到能催化色氨酸合成的酶（蛋白质分子）。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,色氨酸操纵子：,启动基因,结构基因,调节基因,信息区,操纵基因,控制区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达可得到能催化色氨酸合成的酶（蛋白质分子）。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,色氨酸操纵子：,不能结合,没有色氨酸时,启动基因,结构基因,调节基因,信息区,操纵基因,控制区,操纵子,RNA聚合酶结合点,通过基因表达可得到能催化色氨酸合成的酶（蛋白质分子）。,通过基因表达得到阻遏蛋白。,色氨酸操纵子：,有色氨酸时,不能,基因转录调节的基本要素,特异DNA序列的作用（顺式调节元件）调节蛋白质的作用（反式调节因子）,2、真核生物
28、基因转录的调节,1、特异DNA序列的作用在转录起点上游某些区域的DNA序列，能决定转录的起始、加强RNA聚合酶与启动序列的结合，从而调节转录的活性。被发现的特异DNA序列有：,TATAAT序列（原核生物在-10区域，又称Pribnow box 或Pribnow盒）,TTGACA序列（原核生物在-35区域）TATA盒（真核生物在-25-35区域）CAAT盒（真核生物在-30-110区域）GC盒（真核生物在-30-110区域）,顺式调节元件在结构基因两侧近距离的某些具有调节作用的DNA序列称顺式作用元件(cis-acting element)。包括启动子、增强子、沉默子等。,反式调节因子位于真核细
29、胞核内特异性地与顺式作用元件结合，从而调节基因转录活性的一类蛋白质称为反式作用因子(trans-acting factor)。,（六）逆转录或反转录,逆转录以RNA为模板合成DNA分子的过程 称为逆转录或反转录。,逆转录酶RDDP（RNA指导的DNA聚合酶）,1、逆转录过程：,RNA(模板),RNA-DNA(杂交体),RNA,DNA,双链DNA分子(逆转录产物),dATPdGTPdCTPdTTP,dATPdGTPdCTPdTTP,2、逆转录与癌变,癌基因能具有使正常细胞转变成癌细胞的 基因或DNA片段称为癌基因。,病毒癌基因在病毒中含有的癌基因的序列 称为病毒癌基因。,细胞癌基因存在于正常细胞
30、基因组中的癌 基因称为原癌基因或细胞癌基因。,癌基因家族：据其蛋白成分分为,1）src癌基因家族：酪氨酸蛋白激酶。2）ras癌基因家族：GTP结合蛋白，与信息传递有关。3）sis癌基因家族：生长因子样活性物质。4）myc癌基因家族：核内蛋白。5）erb家族：与细胞形态和细胞运动有关,第三节 蛋白质的生物合成,一、遗传信息的传递中心法则,1、基因DNA大分子上的各个功能片段，有 复制、转录等功能。,2、基因表达通过转录和翻译、用基因的遗传信 息在细胞内合成有功能意义的各种蛋白质。,翻译的概念 将mRNA分子中的核苷酸残基顺序转变成蛋白质分子中氨基酸残基顺序的过程称为翻译。或者说以mRNA为模板，
31、以20种氨基酸为原料，在核蛋白体上按mRNA上密码子的顺序合成蛋白质多肽链的过程称为翻译。这是基因表达的第二步。翻译的结果使遗传信息从mRNA传到蛋白质。,蛋白质的生物合成 翻译,DNA mRNA 蛋白质,转录,翻译,胞核,胞液,一、遗传密码,mRNA上的遗传密码及其特点,mRNA的作用：,信使作用：将DNA的遗传信息传给蛋白质模板作用：是蛋白质合成的模板,因为mRNA合成时，如实地转录了DNA的遗传信息。,mRNA分子上，沿5 3方向，每三个相邻的核苷酸残基组成一个三联体，该三联体可决定肽链上的一个氨基酸，或表示肽链的合成的开始和终止，这样每三个核苷酸就称为一个密码子。,（1）密码子,A U
32、 G G U G C C C U G C C G U G G U,蛋,缬,脯,半胱,精,甘,代表20种氨基酸、翻译的起始或终止,为什么需要三个核苷酸作为一个密码子表示一个氨基酸呢？,代表20种氨基酸、翻译的起始或终止,为什么需要三个核苷酸作为一个密码子表示一个氨基酸呢？,其中：AUG既可表示蛋氨酸，同时又作为起始密码表示翻译的起始。UAA、UAG、UGA不代表任何氨基酸，只表示肽链合成的终止信号，称为终止密码。,（2）遗传密码的性质,1、连续性和不重叠性：从5 3 的方向，密码子在mRNA链上是连续的，但相邻的密码子中核苷酸序列也不重叠。,A U G G U G C C C U G C C G
33、 U G G U,蛋,缬,脯,半胱,精,甘,5,3,2、简并性：同一种氨基酸具有多种密码子的现象称为密码的简并性。除蛋氨酸、色氨酸外，其余18氨基酸均有多种密码子。,为同一氨基酸编码的一组密码子称为同义密码。同义密码的区别只在第三个碱基。第一、第二个碱基是相同的，这种现象称为摆动现象。如：CUU CUC CUA CUG,亮氨酸,3、通用性：目前这套密码基本上通用于所有物 种，证明生物同源。,但近十年来研究表明，在线粒体中密码并不完全相同。,4、摆动性：,tRNA上的反密码子与mRNA上密码子的识别及碱基配对，不完全遵守碱基配对的关系，这种现象称之,摆 动 现 象,tRNA反密码子碱基 I U
34、C,mRNA密码碱基 A，C，U A，G C，G，U,图 13-1 mRNA分子上的密码子与tRNA的反密码,Return,二、蛋白质合成体系,1、翻译模板mRNA2、转运氨基酸的tRNA3、肽链合成场所核蛋白体4、合成原料：20种氨基酸5、各种酶及蛋白质因子 6、供能物质ATP、GTP及Mg2+,A U G,U U C,mRNA,3,5,U A C,5,3,蛋,1、翻译模板mRNA,2、tRNA（转运RNA）,tRNA的作用：是转运胞液中现成的氨基酸到核糖体上合成蛋白质。这种转运具有特异性，也就是说tRNA所转运的氨基酸是由mRNA上的密码子决定的，当然这过程还需要tRNA的反密码子来识别m
35、RNA上的密码子。,tRNA具有氨基酸臂和反密码子结构，其中 氨基酸臂3-末端有CCAOH顺序，是结合氨基酸的部位。反密码子依据碱基配对规律能识别 mRNA上的密码子并与之相对 应的核苷酸三联体结构称为反 密码子。,A U G,U U C,mRNA,5,3,A U G,U U C,mRNA,3,5,U A C,5,3,A U G,U U C,mRNA,3,5,U A C,5,3,蛋,所以tRNA可通过反密码子，准确地按照mRNA上密码顺序，使所带的氨基酸按顺序排列成肽。密码子与反密码子之间的结合也存在摆动配对现象，使得携带同一种氨基酸的tRNA可结合在几种同义密码子上。,3、rRNA（核蛋白体
36、RNA）,rRNA与多种蛋白质组装成核蛋白体，核蛋白体是蛋白质多肽链合成的场所（装配机），由大小亚基构成。大小亚基所含的rRNA种类是不一样的。,小亚基,大亚基,1)氨基酰-tRNA合成酶：又称氨基酸-tRNA连接酶或氨基酸活化酶。有20种以上，对氨基酸和tRNA均有特异性，可使某氨基酸分子选择性地与相应的tRNA结合。,CCA-OH,HOOC-AA,4、参与蛋白质生物合成的酶类 及蛋白因子,4、参与蛋白质生物合成的酶类 及蛋白因子,1)氨基酰-tRNA合成酶：又称氨基酸-tRNA连接酶或氨基酸活化酶。有20种以上，对氨基酸和tRNA均有特异性，可使某氨基酸分子选择性地与相应的tRNA结合。,
37、CCA-O,OC-AA,氨基酰-tRNA合成酶,2)转肽酶：在大亚基上，催化P位（给位）上的多肽（氨基酸）的羧基与A位（受位）上的氨基酸的氨基形成肽键。,3)多种蛋白因子：如：IF（起始因子）识别和附着模板 EF（延长因子）使核蛋白体沿模板移行 RF（终止因子）肽链合成终止。RRF（核蛋白体释放因子）肽链解离,三、蛋白质生物合成过程,三、蛋白质生物合成过程,三、蛋白质生物合成过程,三、蛋白质生物合成过程,（一)氨基酸的活化与转运,氨基酸要作为原料合成肽链，必须先经过活化。,活化的结果等于是氨基酸装载到tRNA上。实质是氨基酸与tRNA以酯键相连。,（二）核蛋白体循环,1、核蛋白体循环的概念：指
38、在核蛋白体上，各种活化的氨基酸（氨基酰-tRNA）按mRNA上密码子的顺序缩合生成肽链的全部反应过程称为核蛋白体循环。,2、核蛋白体循环的步骤,（1）起始阶段核蛋白体的大、小亚基、mRNA和与起始密码子对应的“蛋氨酰-tRNA”结合形成“起始复合体”。,A U G,U U C,mRNA,3,5,U A C,5,3,蛋,蛋氨酰-tRNA,eIF-2,GTP,eIF-3,eIF-1,mRNA,三联体,三联体,40S复合体,起始复合体,eIF-1,eIF-2,eIF-3,GDP+Pi,（2）延伸阶段各种氨基酰-tRNA按mRNA上密码子一一对号入座，由大亚基的转肽酶催化肽键生成，多肽链沿NC方向不断
39、延长。肽链每延长一个氨基酸残基，都经过注册、成肽、转位三步反应。,注册：AA-tRNA进入A位，需EF-1,GTP,Mg2+,K+。成肽：肽键形成、氨基酰转移到A位，tRNA脱下。转位：在EF-2催化下，核蛋白体向前移动一个密 码子。,A U G,UU C,mRNA,U A C,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,A U G,UU A,mRNA,U A C,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,1、注册,A A U,亮,A U G,UU A,mRNA,U A C,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,A AU,亮,1、注册,2、成肽,A U G,UU A,mRNA,U A C,5
40、,3,蛋,GUG,A UC,C U C,A AU,亮,A U G,UU A,mRNA,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,A AU,亮,成肽的结果使P位空出,2、成肽,A U G,UU A,mRNA,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,3、转位,A AU,亮,A U G,UU A,mRNA,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,A AU,亮,转位的结果使A位空出，以便下一轮的注册、成肽、转位。,3、转位,A U G,UU A,mRNA,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,A AU,亮,CAC,缬,A U G,UU A,mRNA,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,A
41、 AU,亮,CAC,缬,注册：,A U G,UU A,mRNA,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,亮,CAC,缬,成肽：,A U G,UU A,mRNA,5,3,蛋,GUG,A UC,C U C,亮,CAC,缬,转位：,（3）终止阶段当mRNA上出现终止密码子（UAA、UAG、UGA）时，终止因子识别 并与之结合，合成终止，肽链被水解释出，mRNA与核蛋白体分离，核蛋白体大、小 亚基分离。,UU A,mRNA,5,蛋,GUG,UAA,亮,CAC,缬,UU A,mRNA,5,蛋,GUG,UAA,亮,CAC,缬,UU A,mRNA,5,蛋,GUG,UAA,亮,CAC,缬,UU A,mRNA
42、,5,蛋,GUG,UAA,亮,CAC,缬,5,3,多核蛋白体循环,5,3,多核蛋白体循环,5,3,多核蛋白体循环,5,3,多核蛋白体循环,5,3,多核蛋白体循环：,5,3,多核蛋白体循环,四、翻译后加工,刚合成的多肽链一般尚无生物学活性，需经加工修饰后才能成为有活性的蛋白质分子。加工修饰的方式包括：,切去N-蛋氨酸除去多余部分侧链修饰（羧化、甲基化、磷酸化等）二硫键形成亚基聚合结合辅基等等,蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference&Inhibition of Protein Biosynthesis,蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋
43、白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。,抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。,抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：6-MP。,某些毒素也作用于基因信息传递过程。,一、抗生素类,抗生素抑制蛋白质生物合成的原理,嘌呤霉素作用示意图,四环素族,目 录,二、其他干扰蛋白质生物合成的物质,毒素(toxin)干扰素(interferon),白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理,白喉毒素,+,+,干扰素的作用机理,1.干扰素诱导eIF2磷酸化而失活,2.干扰素诱导病毒RNA降解,
