生物化学核酸和蛋白质的生物合成.ppt

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1、核酸和蛋白质的生物合成,复旦大学药学院 丁廷波,乙酰CoA,丙酮酸,3-磷酸甘油醛,（e.g 葡萄糖）,脂肪酸,单糖,甘油,核苷酸,氨基酸,糖类,脂肪,蛋白质,核酸,三羧酸循环,NADH+H+,FADH2,电子传递链氧化磷酸化,NAD+,FAD,CO2,H2O,O2,ADP,ATP,分解,合成,分解,合成,糖类，脂类,糖类氨基酸,？,？,3,遗传信息传递的规律中心法则,4,DNA的生物合成 半保留复制,Meselson,M.and Stahl,F.W.(1958).The replication of DNA in E.coli.Proc.Nat.Acad.Sci.1958,44:671-68

2、2.,5,半保留复制的概念,DNA的复制是将两条亲本链分开，每一条作为合成新链的模板，按碱基配对的规则合成新链，形成两个子代DNA双螺旋结构。子代DNA的双链中一条是原来的链，另一条是新合成的链，称为半保留复制（Semi-conservative replication）。,6,circular bacterial replicon,7,Multiple eukaryotic replicons,DNA replication,8,DNA复制过程(以原核细胞为例),9,1）复制起始点,1.复制的起始,10,2）DnaA蛋白的结合,11,3）Dna B（解链酶，helicase）的作用,12,4

3、）单链结合蛋白（SSB）的作用,SSB结合于解开的单链上，使单链保持稳定,13,5）Dna G（引物酶,primase）的作用,引物酶合成引物，引物的化学本质为RNA。,14,6）拓扑异构酶(topoisomerase)的作用,拓扑异构酶有两种。可以切断超螺旋的一条链或者两条链，使超螺旋放松。,常用的是拓扑异构酶,又称为旋转酶（gyrase）,15,2.复制的延伸,冈崎片断,引导链,随从链,16,DNA聚合酶（DNA polymerase),DNA聚合酶III接在RNA引物后开始合成新DNA链；DNA聚合酶III以二聚体形式存在，分别负责先导链和后滞链上DNA新链的合成；合成过程中，拓扑异构酶

4、和解旋酶(Dna B)负责解开双链，引物酶负责合成岗崎片段上的引物；,原核生物的DNA聚合酶有三种分别为DNA聚合酶，,17,18,3.复制的终止,E.coli DNA上存在复制终点，Tus(terminus utilization substance)蛋白可以和复制终点结合，阻止复制叉的前进，使复制停止；新形成的两个子代DNA分子由拓扑异构酶I或II帮助完成分离，形成两个独立的子代DNA分子。,19,真核生物DNA复制的特点,1.DNA的合成发生在细胞周期的S期。2.DNA聚合酶有，五种。3.DNA聚合酶和形成复制聚合体，聚合酶合成主导链，聚合酶合成随从链。4.聚合酶负责线粒体DNA的合成，

5、而 和参与DNA修复。5.线性DNA的端粒由端粒酶负责复制。6.多个复制起始点，双向复制。,20,真核细胞的周期,Gap 1SynthesisGap 2Mitosis,21,DNA的修复,22,光复活修复（直接修复方式之一）,紫外线下胸腺嘧啶形成二聚体;光复活酶在蓝光照射下活化，解开 二聚体胸腺嘧啶,23,切除修复,24,无碱基部位的修复,25,甲基化指导的不配对修复,26,RNA的生物合成 转录及转录后加工,27,转录的过程起始阶段,28,转录起始阶段RNA聚合酶的作用,29,转录的过程延伸阶段,无亚基,30,转录的过程终止阶段,31,转录模板的特点：1）DNA的一条链为模板2）不对称转录,

6、相关概念：1）模板链2）编码链3）启动子4）转录终止结构,转录的模板,32,RNA transcription,DNA模板链（反义链，-链）,DNA编码链（有义链，+链）,上游,下游,33,原核生物启动子,Pribnow box（-10区）RNA聚合酶结合位点 T89A89T50A65A65T100,Sextama box(-35区）RNA聚合酶识别位点T85T83C81A61C69A52,34,真核生物的启动子,35,原核生物的终止子结构,真核生物的转录终止机理不清楚,36,原核生物的RNA聚合酶,全酶（holoenzyme):2核心酶(core enzyme):2,不同的RNA聚合酶，核心

7、酶是相同的，但亚基不同。亚基决定了被转录基因的特异性。,37,真核生物的RNA聚合酶,38,因子,因子是原核生物中与转录终止有关的蛋白质，具有两种酶活性：解旋酶、ATP酶。,39,原核生物转录后加工,原核生物的转录和翻译是偶联的，mRNA很少被加工。原核生物的tRNA和rRNA需要加工。,40,1.5-端戴帽2.3-端加尾3.切除内含子，拼接外显子剪接4.部分序列的甲基化。,真核生物转录后加工,41,5-端戴帽,42,3-端加尾,43,RNA剪接示意图,剪接的关键反应是转酯化反应。,核酶：具有催化功能的核酸,某些RNA的剪接是由自我催化完成的,44,部分序列的甲基化,有的甲基化在核糖上，有的甲

8、基化在碱基上。,45,RNA的另一种合成方式复制,RNA指导的RNA聚合酶正链RNA负链RNA,46,基因转录的调节,47,原核细胞转录水平的调节操纵子学说,操纵子的结构,Regulator gene,48,乳糖操纵子的工作原理,49,真核细胞基因转录的调节,相关概念：1.顺式作用元件（顺式调控元件）(Cis-acting element)2.反式作用因子(Trans-acting factor),50,顺式作用元件（顺式调控元件）(Cis-acting element),与被调控基因存在于同一个DNA上，能够调节该基因转录的特定序列，称为顺式作用元件。包括启动子和增强子。,51,反式作用因子

9、(trans-acting factor),能直接或间接辨认、结合顺式作用元件的蛋白质，在真核生物有很多种类，统称为反式作用因子。因子和因子之间又需要互相 辨认、结合，以准确的控制基因是否转录、何时转录。,52,反式作用因子家族之 亮氨酸拉链,53,反式作用因子家族之 锌指结构,54,DNA的合成方式之 逆转录,55,逆转录的过程,1.RNA指导的DNA合成逆转录酶2.RNA的水解RNase H3.DNA指导的DNA合成DNA聚合酶,56,蛋白质的生物合成之 翻译,57,mRNA作为翻译的模版,密码子：在mRNA的特定区域(翻译编码区），每三个相邻的碱基组成一个密码子。,遗传密码的特点：1.连

10、续性和不重叠性。2.密码的简并性。3.终止密码和起始密码。4.密码的通用性。,58,同一段mRNA，不同的阅读框架,59,tRNA转运翻译的原料氨基酸,60,tRNA和氨基酸的连接酯键,61,密码子与反密码子的摆动配对,62,rRNA参与构建翻译的工厂核糖体,63,翻译过程之氨基酸的活化,AA+tRNA 氨基酰-tRNA细胞中一般只有二十种氨基酰-tRNA合成酶，不同tRNA与同一氨基酸的结合均由同一个酶催化。合成酶有很强的校对功能。,黄色碱基为识别必须位点,64,起始氨基酰-tRNA,原核生物的起始氨基酰-tRNA为 fmet-tRNAfmet真核生物的起始氨基酰-tRNA为 met-tRN

11、Amet,65,多肽链合成的过程核蛋白体循环,1.肽链合成的起始,核糖体小亚基先与mRNA结合。起始氨基酰-tRNA再与mRNA配对。核糖体大亚基与小亚基结合，起始氨基酰-tRNA位于大亚基的 P位,66,2.肽链合成的延伸阶段,翻译过程中肽链的延伸是以下三种化学过程的循环。1）进位 2）转肽 3）移位,67,核蛋白体循环之进位,68,核蛋白体循环之转肽,69,核蛋白体循环之移位,70,3.肽链合成的终止,当A位上出现终止密码时，释放因子(releasing factor,RF)进入，促进酯键水解。,之后，tRNA和mRNA被释放，核糖体大、小亚基解聚。,解聚的大、小亚基参与下一轮翻译过程。,71,蛋白质合成后的折叠,1.参与蛋白质折叠的酶类蛋白质二硫键异构酶肽链脯氨酸异构酶,2.分子伴侣(chaperone):与不稳定的蛋白相结合并使之稳定的一类蛋白质，通过与多肽结合来帮助被结合的多肽在体内的折叠、组装、转运或降解等，在完成任务后从多肽上释放下来。,谢谢,2023/10/3,