第十二章核酸的生物合成课件.ppt
第十四章 核酸和蛋白质的生物合成,第一节DNA的生物合成 第二节RNA的生物合成和加工 第三节蛋白质的生物合成,DNA的生成DNA DNA：DNA复制 DNA聚合酶RNA DNA：反转录 逆转录酶,RNA的生成DNA RNA:转录 RNA聚合酶RNA RNA：RNA复制 RNA复制酶,第一节DNA的生物合成,一、DNA的复制二、RNA的逆转录,一、DNA的复制,半保留复制复制子半不连续复制DNA复制体系DNA复制过程,（一）半保留复制,（二）复制子,复制子:基因组中能单独进行复制的单位。每个起始点到终止点的区域为一个复制子。单复制子:一般原核生物DNA多复制子：真核生物染色体DNA，具有多个复制起点。起始点(origin of replication,ori,O)（复制原点）:复制子中控制复制起始的位点，富含AT。终止点：终止复制的位点。复制的方向：单向或双向（5 3）,P408,复制叉(生长点）,单向复制,双向复制,（三）DNA的半不连续复制,滞后链,前导链,引物RNA,冈崎片段,（四）DNA复制体系413页,底物：dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)模板：单链的DNA引物：寡核苷酸引物（RNA)酶和蛋白质因子,DNA复制中出现的酶,DNA聚合酶以4种dNTP为底物反应需要接受DNA模板的指导,产物DNA的性质与模板相同反应需有引物 3 OH的核酸链，不能催化游离的dNTP的聚合。链生长方向5 3 DNA连接酶（ligase)解螺旋酶（helicase）DNA旋转酶（拓扑异构酶）单链结合蛋白引物合成酶(引发酶，RNA聚合酶，primase),大肠杆菌中含有5种不同的DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶 DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶,DNA聚合酶,涉及DNA的错误倾向修复。当DNA受到严重损伤的时候，就可以诱导产生这两个酶，使修复缺乏准确性。出现高突变率。,P414,DNA聚合酶,具有DNA聚合酶活性，可以使DNA链沿53方向延长，它还具有3 5核酸外切酶的活性，由3端开始水解DNA链；它具有它还具有53核酸外切酶的活性，由5端开始水解DNA链；,切除单链DNA的3 末端核苷酸，对双链DNA不起作用,双重校对,不是复制酶，而是修复酶,DNA聚合酶,DNA聚合酶是多亚基酶以dNTP为引物，从5 3方向合成DNA带有3 5 外切酶的活力，但是没有5 3核酸外切酶的活力也是一种修复酶，而不是一种复制酶,DNA聚合酶,是一个多亚基的酶（核心酶为）是DNA的复制酶在模板的指导下，以dNTP为底物，按照5 3方向聚合DNA,具有35外切核酸酶的活性，但是没有5 3核酸外切酶的活性。,大肠杆菌三种DNA聚合酶的性质比较,（五）DNA复制过程,1.大肠杆菌 起始阶段 复制的延伸 复制的终止,P421,2 真核生物,与原核生物复制的区别：真核生物染色体有多个复制起点真核生物的复制速度要慢于原核生物真核生物染色体在全部复制完成之前不再从新开始复制。DNA聚合酶、,二、RNA的逆转录（RNADNA）,以RNA为模板合成DNA的过程叫做逆转录。逆转录酶(reverse transcriptase,RT)是个多功能酶：逆转录活性：cDNA:合成出的相应于一定mRNA的互补DNA。RNase H 活性：DNA聚合酶活性：常用的逆转录酶有两种：来自鸟类成髓细胞瘤逆转录病毒称为AMV-RT；来自鼠白血病毒称为MMLV-RT。RT的发现对于遗传工程技术起了很大的推动作用，它已成为一种重要的工具酶。用组织细胞提取mRNA，在反转录酶的作用下，合成出cDNA，由此可构建出cDNA文库，从中筛选特异的目的基因，这是在基因工程技术中最常用的获得目的基因的方法。,P493,第二节 RNA的生物合成和加工,RNA复制 转录,一、RNA的复制,RNA复制酶以病毒RNA做模板，再由4种核苷三磷酸和镁离子存在的时候合成与模板性质相同的RNA,二、转录,以DNA为模板，按碱基配对原则把DNA的序列信息抄录给RNA，在RNA聚合酶的参与下合成RNA链。RNA聚合酶无35外切酶活性，不需引物；需DNA模板，以NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）为底物，RNA链生长方向：53 转录过程：模板识别、转录的起始、转录的延伸、转录终止,P455页,模板识别：RNA聚合酶在亚基引导下结合到启动子上 双链DNA解开转录的起始：在模板上合成最初RNA（2-9bp）转录的延伸：核心酶向前移动，RNA链延长转录终止：聚合酶达到转录终点RNA和聚合酶从DNA上脱落,启动子指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列.RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子为转录因子。P459,提供转录停止信号的DNA序列称为终止子，协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子为终止因子.P464,三、RNA转录后的加工472页,1.原核生物中RNA的加工2.真核生物中RNA加工,1.原核生物中RNA的加工,(1)rRNA前体的加工：甲基化修饰核酸内切酶消化 核酸外切酶消化(2)tRNA前体的加工：核酸内切酶在tRNA的两端切开核酸外切酶从3端逐个切除附加序列，进行修剪在tRNA的3端加上CCAOH核苷的修饰（3）mRNA前体的加工：大多不需加工，一经转录即可翻译，但也有少数需将多顺反子加工成较小单位。,原核生物rRNA前体的加工,RNase、RNase E 切割,甲基化修饰,外切酶切割,（一）tRNA的高级结构,1.tRNA的二级结构共同特征：三叶草型结构五部分：氨基酸接受臂：接受活化氨基酸二氢尿嘧啶环：与氨甲酰tRNA合成酶的结合有关反密码环：反密码子可以识别信使RNA中的密码子额外环：是分类的指标TC 环：与核糖体的结合有关,3.稀有碱基：,5-甲基胞嘧啶(m5C)1-甲基腺嘌呤(m1A)次黄嘌呤(I)二氢尿嘧啶(D)假尿嘧啶(),2.真核生物中RNA的加工,rRNA前体的加工:tRNA前体的加工：mRNA前体（hnRNA)的加工5 端形成特殊的帽子结构在3 端切断并加上一个poly(A)的尾巴；RNA的拼接、编辑和再编码mRNA内部甲基化,一、遗传密码二、蛋白质合成的分子基础三、翻译的步骤四、蛋白质的运输及翻译后修饰,第三节蛋白质的生物合成,1.遗传密码,编码氨基酸的核苷酸序列。反映的是核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。基本单位为三联体密码子,通用遗传密码表,一、遗传密码,2.遗传密码的基本特性,密码的简并性 密码的变偶性密码子通用性和变异性密码的无标点性、无重叠性密码具有防错系统,P 513页,密码的简并性,同一种氨基酸有两个或者更多的密码子的现象称为密码子的简并性。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码。意义,P512,mRNA 上 密码子专一性取决于前两位碱基，且与tRNA 上 反密码子配对是严格的，第三位碱基可有一定的变动，此现象称。,密码的变偶性,P512,UAA,GUA,密码子通用性和变异性,密码子的通用性是指各种低等和高等动物，包括病毒细菌和真核生物，公用一套遗传密码。变异性：线粒体DNA以及一些生物中的编码违背了遗传密码的通用性,P513,mRNA是蛋白质合成的模板 tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上核糖体是蛋白质合成的工厂,二、蛋白质合成的分子基础,2 tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上,氨基酸接受臂：接受活化氨基酸二氢尿嘧啶环：与氨酰tRNA合成酶的结合有关反密码环：反密码子可以识别信使RNA中的密码子额外环：是分类的指标TC 环：与核糖体的结合有关 书写：,3 核糖体是蛋白质合成的工厂,核糖体由大、小两个亚基组成(蛋白质和rRNA)原核生物：30S 50S 真核生物：40S 60S,有容纳mRNA的通道A位（氨酰基位点）、P位（肽酰基位点）能结合起始、延长及终止因子等。有转肽酶活性，催化肽键形成,多核糖体,在一条mRNA链上常结合有多个核糖体，呈串珠状排列，同时进行多肽链的合成。,三、翻译的步骤,1.氨酰-tRNA的形成2.在核糖体上合成蛋白质,mRNA上的阅读方向：从mRNA的5端3端进行。肽链延伸的方向：从N端C端,+,氨酰tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA 氨酰-tRNA+AMP+PPi氨基酸+ATP 氨酰-AMP+PPi氨酰-AMP+tRNA 氨酰-tRNA+AMP,1.氨酰-tRNA的形成,2.在核糖体上合成蛋白质,起始：起始复合物的形成，在起始密码处开始。延长：进位、转肽、移位终止：到终止密码释放肽链。,全程总结,原核生物翻译起始复合物形成,IF-1、IF-2、IF-3（initiation factor，IF）IF-1：促进小亚基与mRNA结合，结合在A位点，阻止氨酰-tRNA进入IF-2：促进小亚基与fMet-tRNA结合IF-3：促进30S与50S分开，促进小亚基结合mRNA过程核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。,过程:,真核生物翻译起始复合物形成,需要更多的蛋白因子（eIF）参与,肽链合成延长,在核蛋白体上连续性循环式进行，每次循环增加一个氨基酸：进位转肽移位延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor,EF)原核生物：EF-Tu：促进氨基酰-tRNA进入A位 EF-Ts：负责催化EF-Tu-GTP形成 EF-G：转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移到P位真核生物：EF-1、EF-2,肽酰转移酶,a 进位,根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨酰-tRNA进入核蛋白体A位。涉及到的延伸因子：EF-Tu、EF-Ts,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,b 转肽,是由肽酰转移酶催化的肽键形成过程。P位的tRNAimet的酰基与A位上的AA-tRNA的氨基形成肽键。,P位 A位,c 移位,延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。,延长因子EF-G有移位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动,fMet,fMet,进位 转肽 移位,真核生物延长过程,终止,需要释放因子（release factor，RF）在mRNA上识别终止密码子水解所合成的肽链与tRNA间的酯键而释放出新生的蛋白质。,起始：起始复合物的形成，在起始密码处开始。IF-1：促进小亚基与mRNA结合，结合在A位点，阻止氨酰-tRNA进入IF-2：促进小亚基与fMet-tRNA结合IF-3：促进30S与50S分开，促进小亚基结合mRNA延长：进位 EF-Tu：促进氨基酰-tRNA进入A位 EF-Ts：负责催化EF-Tu-GTP形成转肽：肽酰转移酶（实质是酰键变肽键）移位 EF-G：转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移到P位终止：到终止密码释放肽链。,五、蛋白质合成的抑制剂,嘌呤霉素对蛋白质合成的抑制作用机制：,肽酰-嘌呤霉素复合物,四、蛋白质的运输及翻译后修饰,信号肽：由起始AUG翻译出的甲硫氨酸逐个往羧基末端延伸至20肽左右的片断。信号识别体(signal recognition particle,SRP)：与信号肽结合。负责将新生肽移至内质网，进行加工。SRP受体：即停泊蛋白,分泌蛋白形成被膜包裹的小泡,高尔基体,细胞表面,对糖蛋白上的寡聚核苷酸做进一步的修饰和调整将各种多肽进行分类并送往溶酶体分泌粒和质膜等目的地,蛋白质的转运机制,翻译-转运同步机制 翻译后转运机制,重点,复制子、冈崎片段、DNA的半保留复制、半不连续复制、逆转录、转录、cDNA、信号肽原核生物DNA复制有关的酶及蛋白质因子 蛋白质合成的基本步骤遗传密码的特点,
