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1、核酸的生物合成,nucleic acid biosynthesis,本章主要内容,DNA的生物合成RNA的生物合成,第一节 DNA的生物合成,中心法则（central dogma）,遗传信息传递方向的规律,基因表达：,是指将遗传信息由DNA转录为RNA、再翻译成蛋白质的过程,半保留复制复制起始点（ori)双向复制半不连续复制,一、复制（replication）,（一）DNA复制的基本原则,半保留复制semiconservative replication,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,亲代,子代,DNA半
2、保留复制的实验,从复制起始点向2个方向进行双向复制,双向复制,半不连续复制（semidiscontinous replication),（二）参与DNA复制的主要酶类,解旋、解链酶类DNA拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA连接酶,1、解旋、解链酶类,解链酶,DNA拓朴异构酶,单链DNA结合蛋白 SSB,解开、理顺 DNA链、维持DNA单链状,2、引物酶(primase),DNA聚合酶合成新DNA时需要引物（一小段RNA）引物RNA3-OH末端作为DNA合成的起始点引物酶与多种起始蛋白结合形成引发体引物酶催化合成引物（primer),3、DNA聚合酶（DNA polymeras
3、e),DNA聚合酶的作用特点：模板：解开的DNA双链催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合形成3,5磷酸二酯键新链延长方向5/3/具核酸外切酶活性,原核DNA聚合酶,pol：,pol：,生理功能尚不清楚，无酶、时起作用,pol：,DNA复制高保真性的机制,DNA模板指导 正确选择碱基配对 校读功能,4、DNA连接酶(DNA ligase),通过3/，5/-磷酸二酯键连接互补链中DNA片段 不能连接单独存在的DNA或RNA单链。,（三）DNA的复制过程,模板DNA解旋与解链，形成复制叉；形成引发体，合成RNA引物；按A=T、G=C碱基配对规则，合成DNA；切除引物、填补空隙、形成
4、冈崎片段；DNA连接酶连接封口，形成长链DNA；6.在Tus蛋白参与下，终止复制。,(terminus utilization substance),DNA复制示意图,拓扑异构酶,解链酶,5/3/,3/5/3/5/,DNA聚合酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,前导链 随后链,DNA连接酶,冈崎片段,引物酶,二、逆转录(reverse transcription),概念：以RNA为模板合成DNA的过程酶：逆转录酶,依赖RNA的DNA聚合酶功能 RNaseH功能（水解RNA-DNA杂交链）依赖DNA的DNA聚合酶功能,逆转录酶,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,
5、-,-,RNaseH,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,cDNA整合入宿主细胞DNA分子中,病毒RNA,RNA-cDNA 杂交体,cDNA,双股cDNA,宿主细胞DNA分子,整合了cDNA的宿主细胞DNA分子,逆转录酶,意义：对中心法则的补充 有助于基因工程的实施,逆转录过程,HIV生活史,三、DNA复制与端粒、端粒酶,端粒:是由蛋白质和DNA紧密结合的结构,端粒酶:是一种自身携带模板RNA的逆转录酶,端粒酶特殊的生物学功能：1.端粒酶活性与遗传信息的稳定性；2.端粒酶活性与细胞衰老；3.端粒酶活性与肿瘤,(te
6、lomere、telomerase),端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。,（一）真核生物端粒的形成：,线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。,端粒酶(telomerase),端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。,端粒酶的分子结构,端粒酶RNA(human telomerase RNA,hTR)端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1,hTP1)端
7、粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase,hTRT),端粒酶的组成,端粒酶的爬行模型（动画演示）,四、DNA损伤（突变）与修复,突变,自发突变(spontaneous mutation)人工诱变(induced mutation),（一）引起突变的因素,物理因素：紫外线、各种辐射,化学因素：亚硝酸盐、烷化剂、芳香烃类生物因素：RNA病毒等,（二）突变的类型,点突变(point mutation)（错配）转换(transition)：A G 或 C T 颠换(transversion)：嘌呤碱 嘧啶碱框移突变(frameshift mutatio
8、n)缺失、插入1个碱基重排(rearrangement),镰刀形红细胞性贫血,HbA与HbS比较,由基因重排引起的两种地中海贫血基因型,（三）DNA的损伤修复,光复活切除修复重组修复SOS修复,光修复(photoreactivation),紫外辐射DNA链上两个胸腺嘧啶残基间形成二聚体,光修复酶,切除修复,核酸内切酶,DNApol，DNA ligase,(excision repair),重组修复,(recombinational DNA repair）,第二节 RNA的生物合成（转录）,(transcription),一、参与转录的主要物质,转录模板RNA聚合酶底物终止因子,（一）转录模板,
9、转录的模板：DNA双链中的一条模板链：DNA双链中具有转录功能的一条链（template strand）编码链：贮存有遗传信息与模板链互补的一条链（coding strand）,5/,3/,3/,5/,不对称转录：1、RNA分子上只有一条可转录 2、模板链并不总是在同一单链上,RNA合成方向：5/3/,不对称转录（asymmetric transcription）,DNA 5G G A G T A C A T G T C 3（编码链，+,）3C C T C A U G U A C A G 5（模板链，-，）（转录）5 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA（翻译）N Al
10、a Val His Val C 多肽,（二）RNA聚合酶原核细胞(RNA polymerase),全酶：核心酶（2）+起始因子（）,类型 细胞内定位 催化转录产物 对鹅膏蕈碱的反应 核仁 rRNA前体 耐受 核质 mRNA前体 极敏感 核质 5SrRNA tRNA 中度敏感,（二）RNA聚合酶真核细胞,（三）底物,RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）：ATP、GTP、CTP、UTP,二、转录过程,转录起始,2、转录延长,3、转录终止,（原核生物）,转录起始(transcription initiation),转录起始动画,核心酶催化，在模板指导下沿5/-3/方向延伸RNA链,2、转录延长(t
11、ranscription elongation),转录空泡,终止子,非依赖于因子的终止子依赖于因子的终止子,terminator,3、转录终止（transcription termination）,非依赖因子的终止1、GC丰富，重复序列2、形成发夹样结构,依赖与因子的终止,转录全过程,真核细胞mRNA前体的加工,转录过程中的5/端加帽与3/端加尾的修饰,mRNA的前体：核内不均一RNA（hnRNA）,2.切除内含子(intron)，拼接外显子(exon),非编码序列,编码序列,(hetero nuclear RNA),帽子结构,尾巴结构,DNA和RNA生物合成的比较(1),复制 转录1.原料
12、dNTP NTP2.模板 DNA两条链 DNA一条链3.引物 需要RNA引物 不需引物4.新连延伸方向 53 535.主要酶类 DNA聚合酶 RNA聚合酶 解旋、解链酶类（2）引物酶 终止因子()DNA连接酶,DNA和RNA生物合成的比较(2),复制过程 转录过程模板DNA解旋与解链，因子辨认起始点,形成复制叉；带动全酶解开DNA双链,形成引发体，促使转录起动；合成RNA引物；因子随之脱落下来；3.按A=T、G=C碱基配对 在核心酶催化下,规则，合成DNA；使RNA链不断延长；切除引物、填补空隙、因子终止链延长。形成冈崎片段；DNA连接酶连接封口，形成长链DNA；6.在Tus蛋白参与下，终止复
13、制,第十五章 蛋白质的生物合成,biosynthesis of protein,本章主要内容,参与蛋白质生物合成的主要物质蛋白质生物合成的过程翻译后的加工,蛋白质生物合成体系,n 氨基酸 蛋白质,mRNA、tRNA、rRNA,酶、蛋白质因子、ATP、GTP,第一节 参与蛋白质生物合成的主要物质,mRNAtRNArRNA,一、mRNA翻译的模板,CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU,5/,3/,-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-,mRNA分子中，从5/-3/每三个相邻的 碱基组成的三联体，代表某个
14、氨基酸 共有64种,(codon),密码子：,遗传密码表,方向性 通用性 简并性 连续性,遗传密码的特点,同一氨基酸具有多种密码子,同义密码,第1、2位,第3位,决定密码的特异性,摆动,方向性：5/3/,通用性：（在线粒体或叶绿体中特殊）,简并性：,沿5/-3/方向连续阅读,插入碱基,缺失碱基,移码,突变,连续性：,二、tRNA搬运氨基酸,密码子与反密码子的配对,I A、C、UU A、GG C、U,反密码子,识别,密码子,第1位,（摆动配对）,第3位,（tRNA）,（mRNA）,氨基酸的活化氨基酸与tRNA的结合,氨基酸+ATP+tRNA,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酰-tRNA+AMP+PP
15、i,三、核糖体蛋白质合成的场所,rRNA+蛋白质,核糖体（核蛋白体）,大亚基 小亚基,真核细胞：,5S、5.8S、28S,18S,蛋白质,大亚基（60S）,小亚基（40S）,原核细胞：,5S、23S,16S,蛋白质,大亚基（50S）,小亚基（30S）,核糖体大小亚基的组成,80S,70S,小亚基与mRNA的结合,大亚基,P位：结合肽酰tRNA的部位A位：结合氨基酰tRNA的部位,P位 A位,第二节 蛋白质生物合成的过程,mRNA中碱基的排列顺序,蛋白质中的AA的排列顺序,翻译,起始,延长,终止,注册成肽转位,一、起始阶段,起始复合体,大亚基,mRNA,Met-tRNA(fMet-tRNA),小
16、亚基,IF-1，2，3GTP,起始复合物的形成过程,1 2,二、肽链的延长阶段,进位 成肽 转位,1 延长因子（EF）,条件：,EF-TEF-G,EF-TuEF-Ts,过程：,2 GTP,肽链的延长,进位,成肽,转位,Tu-Ts,三、终止阶段,A位上出现终止密码子，在释放因子RF-1、RF-2、RF-3、GTP及转肽酶作用下，多肽链水解,肽链合成的终止,多核糖体,第三节 翻译后的加工,一级结构的修饰高级结构的修饰靶向输送,蛋白质的靶向输送,概念：蛋白质合成后定向到达其功能部位的过程分泌性蛋白和细胞固有蛋白 mRNA 5/端有信号码 编码信号肽 决定靶向输送,分泌性蛋白质的跨膜转运,第十六章 基
17、因表达的调控,原核生物基因转录调控,乳糖操纵子调节机制色氨酸操纵子调节机制,一、乳糖操纵子(lac operon)调节机制,5/,3/,3/,5/,启动子 操纵序列 3个结构基因,调控区 信息区,乳糖操纵子,调节基因,阻遏蛋白,P,O,I,Z Y A,CAP结合点,（一）阻遏蛋白的负性调节,缺乏乳糖时：I基因阻遏蛋白与O序列结合阻止RNA聚合酶的结合阻止结构基因转录,阻遏蛋白,存在乳糖时：乳糖（诱导剂）阻遏蛋白+乳糖复合物阻止阻遏蛋白与O的结合结构基因开放表达合成利用乳糖的酶,诱导剂,CAP-cAMP的正性调节,存在葡萄糖时：腺苷酸环化酶葡萄糖代谢产物 磷酸二酯酶cAMPcAMP-CAP复合物
18、不能激活RNA聚合酶活性结构基因不能表达,没有葡萄糖时：cAMPcAMP-CAP复合物与操纵子的CAP位点结合激活RNA聚合酶活性结构基因转录表达,CAP与cAMP结合后，可结合到乳糖操纵子的CAP位点，促进转录,（-）,（+）,cAMP-CAP的正性调控,正性调控与负性调控互相协调、制约,乳糖刺激阻遏蛋白封闭转录时，CAP不能发挥作用没有CAP时，即使阻遏蛋白没有封闭转录，基因也 难以表达只有CAP蛋白结合到CAP位点，RNA聚合酶才有活性,二、色氨酸操纵子调节机制,5/,3/,3/,5/,启动子 操纵序列 衰减子 5个结构基因,R,调节基因,P,O,E D C B A,阻遏蛋白,编码3种酶,合成色氨酸,（Trp operon）,无色氨酸时：阻遏蛋白不能结合O序列操纵基因开放合成色氨酸,有色氨酸时：色氨酸（辅阻遏剂）阻遏蛋白+色氨酸复合物与O序列结合阻断基因开放色氨酸不能合成,阻遏机制只决定转录是否启动，转录速率受衰减子调节,衰减子对色氨酸操纵子转录的影响,Trp操纵子E基因前面有一前导序列：1、2、3、4四个区段2、3或3、4可形成碱基配对3与4碱基配对形成转录终止结构：衰减子,3 4,色氨酸缺乏时：核糖体翻译停止在序列1色氨酸密码子前序列2和3形成发夹序列3和4不能形成衰减子基因转录继续,
