核酸与蛋白质的生物合成讲义

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1、第十章 DNA的生物合成复制（replication）：以DNA为模板，合成两个完全相同的双链子代DNA的过程。转录（transcription）：在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。翻译（translation）：在RNA控制下，根据核酸链上每三个核苷酸决定一个AA的三联体密码规则，合成出具有特定顺序的蛋白肽链过程。遗传学的中心法则：DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。 在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。它们的遗传信息的流向是RNA通过

2、复制，将遗传信息由亲代传递给子代；通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。第一节 DNA复制的特点一、半保留复制 4071958年由M. Meselson 和 F. Stahl 证明DNA的半保留复制。l 半保留复制:l 以DNA为模板，合成两个完全相同的双链子代DNA的过程。其中,每个子代分子的一条链来自于亲代DNA,另一条链为新合成的二、有复制起始点 l 复制子（replicon)：基因组能独立进行复制的单位。含有控制复制起始的起点，也可能含有一个复制终点。l 起始位点（原点origin）：具有特定核苷酸排列顺序的片段l

3、原核生物的复制子通常为一个；l 真核生物则为多个复制子。 三、复制方向 多数：双向复制低等生物：单向复制（滚环复制）四、需要RNA引物 l DNA聚合酶以一段具有3端自由羟基（3-OH）的RNA作为引物(primer) ，聚合子代DNA链。 l RNA引物的大小: 原核生物通常为50100个核苷酸，真核生物约为10个核苷酸。l RNA引物的碱基顺序，与模板DNA的碱基顺序相配对。 五、半不连续复制 418l DNA聚合酶只能以53方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的方向必须为35。l 因此，分别以两条反平行的DNA链作为模板聚合子代DNA时的方式是不同的。l 以35方向的亲代DNA链作模板时

4、，子代链的聚合方向为53, 复制是连续进行的，该链称为领头链(leading strand)。l 亲代DNA双链复制时是逐步解开的，以53方向的亲代DNA链为模板时, 子链的合成是不连续的，该链称为随从链(lagging strand)。l 复制时，由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。l 冈崎片段的大小 原核生物中约为10002000 bp (base pair)， 真核生物约为100 bp。 六 、DNA复制的酶学 410(一)、拓扑异构酶(topoisomerase) 419生物体内的DNA分子常处于负超螺旋态（三级结构）。复制前，需改变DN

5、A分子拓扑构象，避免DNA分子打结、缠绕、连环。 1、拓扑异构酶l 最初是从大肠杆菌中分离到的w-蛋白；l 先将双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。l 反应不需ATP供能2、拓扑异构酶l 又称DNA旋转酶（DNA gyrase)，l 可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来。l 需ATP供能。（二）解螺旋酶helicase：421 大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。 可以将DNA双链解开成为单链。 每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。（三）、单链DNA结合蛋白 421l single strand binding protein, SS

6、B，又称螺旋去稳蛋白（HDP），为与单链DNA结合的蛋白质因子l 作用： 稳定DNA解开的单链；阻止复性、保护单链DNA，避免核酸酶的降解。（四）引物酶primase：一种RNA聚合酶，在复制起点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。 引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA。 作用：提供3-OH， 以用于DNA聚合酶催化链的延伸。（五）DNA聚合酶 4101、DNA聚合酶的反应特点（1）、底物：dNTP, N=A,T,C,G （2）、模板：DNA （3）、引物： 提供3-OH末端 （4）、子链的延伸方向：53：2、DNA聚合酶的活性： 53 的聚合活性 53核酸

7、外切酶活性 35核酸外切酶活性 复制修复切除引物、修复功能2040400分子数/细胞1011亚基数 -+5 3外切酶活性+3 5外切酶活性+5 3聚合酶活性pol IIIpol IIpol Ipol 为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段pol 多亚基酶。它参与DNA损伤的应急状态修复。pol 由十种亚基组成，亚基：具有53聚合DNA（复制）功能；亚基：35外切酶（校正）功能功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。4.真核生物的DNA聚合酶417DNA-pol a 起始引发，有引物酶活性DNA-pol b 参与低保真度的复制 DNA-pol g 在线粒体DNA复制中起催

8、化作用DNA-pol d 延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol e 校读、修复和填补缺口（六）、DNA连接酶 DNA ligase，催化DNA片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段DNA连接起来。第二节 DNA生物合成过程一、原核生物DNA生物合成 421（一）起始 421E.coli复制起始点 oriC： 由245个bp构成。关键序列在于两组短的重复：三个13bp的序列和四个9bp序列。 引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。（二）延长阶段复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方

9、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。 （三）终止阶段 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。 随从链上不连续性片段的连接二、真核生物DNA生物合成424（一）DNA的复制只发生在S期（二）多复制子（三）真核细胞含有5种DNA聚合酶（四）端粒复制 染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。1.端粒telemer：指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。 2.结构特点：（1）由末端单链DNA序列和蛋白质构成。（2）末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。3.功能：（1）维持染色体的稳定性（2）维持DN

10、A复制的完整性 4.端粒酶：由RNA和蛋白质组成（1）RNA发挥模板作用（2）蛋白质发挥逆转录酶活性第三节 逆转录一、概念逆转录reverse transcription是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链。二、逆转录酶(reverse transcriptase) 催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNA病毒中都含有此酶。 具有三种酶活性：l RNA指导的DNA聚合酶l RNA酶l DNA指导的DNA聚合酶三、合成过程RNA 模板逆转录酶DNA-RNA 杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA试管内合成cDNA (compleme

11、ntary DNA)以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。 分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。 第四节 DNA的损伤与修复一、DNA的损伤（突变）l 由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤，也称为突变（mutation）。 l 常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。 （一）、突变的意义（1）突变是进化、分化的分子基础（2）突变导致基因型改变（3）突变导致死亡（4）突变是某些疾病的发病基础（二）引起突变的因素：1自发因素： (1)自发脱碱基：由于N-糖苷

12、键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。 (2)自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。 (3)复制错配：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。 2物理因素：X射线和电离辐射:常常引起DNA链的断裂;紫外线:引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。 3、化学因素： 二、突变的分子改变类型（一）错配 (mismatch) DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。 1.转换：发生在同型碱基之间，即

13、嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 2.颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。正常成人Hb (HbA)亚基（二）缺失 (deletion)、插入 (insertion) 1.缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。 2.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。 3.缺失或插入都可导致框移(frame-shift)突变。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。 （三）重组(recombination) DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。三、DNA损伤的修复 （一）直接修复： 1光复活：light repa

14、iring 修复任何嘧啶二聚体的损伤。 过程：光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物在300600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复光复活酶从DNA上解离。2转甲基作用：在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。 3直接连接：DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。 （二）取代修复： 1切除修复(excision repairing)：适用于多种DNA损伤的修复。修复机制:分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。 2重组修复(recombination r

15、epairing)：一种有差错的修复方式。 3SOS修复l 在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制(细胞处于危急状态)。 l DNA分子受到长片段高密度损伤诱导一种特异性较低的新的DNA聚合酶，以及重组酶等的产生继续催化损伤部位DNA的复制 保留许多错误的碱基，从而造成突变。 第十一章 RNA的转录第一节 RNA转录合成的条件 一、底物四种核糖核苷酸，ATP、GTP、CTP、UTP 二、模板以一段单链DNA作为模板。 三、RNA聚合酶（DDRP 455） 该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷酸存在时，不需要引物，可从53聚合RNA。 1、原核生物中的RNA聚合酶全酶:2

16、。 2被称为核心酶，与RNA链的聚合有关; 亚基与转录起始点的识别有关，而在转录合成开始后被释放.四、终止因子 蛋白：一种六聚体蛋白质，亚基分子量为50kd。能识别终止信号，并能与RNA紧密结合，导致RNA的释放。 五、激活因子降解产物基因激活蛋白（CAP)，又称为cAMP受体蛋白（CRP), 是一种二聚体蛋白质，亚基分子量为23kd。该蛋白与cAMP结合后，刺激RNA聚合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。 第二节 RNA转录过程一、原核生物的转录（一）、识别 原核生物RNA聚合酶中的因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。 识别部位：位于转录起始点-35区的TTGACA序列。

17、酶与-35区结合后，形成疏松复合物。酶与-35区结合后，形成疏松复合物，然后沿模板35方向滑动至-10区的TATAATG序列（Pribnow框），此时聚合酶与模板DNA呈紧密结合状态形成稳定的复合物（open-promoter complex） 。开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognition site) 55RNA聚合酶保护区结构基因33（二）、起始 不需要引物。

18、RNA聚合酶促使DNA双链局部解开后，根据DNA中的一条链的碱基序列选择第1个或第2个核苷三磷酸，催化ATP或GTP与其聚合，形成第一个3,5-磷酸二酯键。 （三）、延长阶段 1.s亚基脱落，RNApol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 + PPi53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶（四）、终止阶段指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类： 1.依赖Rho (r)因子的转录终止 2.非依赖Rho

19、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。茎环结构使转录终止的机理 使RNA聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。二、真核生物的转录过程（一）起始阶段 转录起始上游区段多样化； RNA-pol不直接结合模板； 起始过程更复杂。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒 增强子1. 转录起始前的上游区段 切离加尾 转录终止点 修饰点 内含子 OCT-1 外显子 AATAAAOCT-1：ATTTGCAT八聚体consensus oligonucleotide 结构基因DNA分子上转录出RNA的区段顺式作用元件真

20、核生物启动子保守序列l 顺式作用元件就是指可影响自身基因表达活性的 DNA序列。在不同真核基因的顺式作用元件中会时常发现一些共有序列，如 TATA盒、CCAAT盒等。这些共有序列就是顺式作用元件的核心序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。l 顺式作用元件通常是非编码序列。l 顺式作用元件并非都位于转录起点上游（5端）。l 顺式作用元件是特异转录因子的结合位点，按功能特性，真核基因顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子。 1）、启动子l 真核基因启动子是 RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，每一组件含720bp的DNA序列。l 启动子包括至少一个转录起始点，以及一个以上的

21、功能组件，如TATA盒，通常位于转录起始点上游-25至30bp，控制转录起始的准确性及频率。l 典型的启动子由TATA盒及上游的CCAAT盒和（或）GC盒组成，这类启动于通常具有一个转录起始点及较高的转录活性。 2）、增强子 l 所谓强子就是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关，可位于转录起始点的上游或下游。l 从功能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。 3）、沉默子某些基因含有负性调节元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。 2. 转录因子 能直接、

22、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。 l 真核生物RNApol需与转录因子(TF)结合后才结合模板。l 相应于RNA-pol、的TF，分别称为TF 、TF 、TF。l TF又分为TFA、TFB等。l TFD是唯一能结合TATA盒的蛋白质。l TBP: TATA Binding Proteinl TAF: TBP Associated Factorl CTD：Carboxyl Termina

23、l Domain 羧基末端结构域： RNA-pol最大亚基的C末端氨基酸序列为由含羟基氨基酸（酪、丝、苏）为主体组成的重复序列，称为CTD。l 上游因子：与上游序列如GC、CAAT等顺式元件结合的蛋白质。l 可诱导因子：能结合应答元件，只在某些特殊生理情况下，才被诱导产生的蛋白质。3. 转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC) 真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，组成RNA-pol-转录因子-DNA复合物而启动转录。4. 拼板理论(piecing theory) 一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子；转录因子之间互相结合

24、，生成有活性，有专一性的复合物；再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。 （二）延长阶段l 真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。 l RNA-pol前移处处都遇上核小体。 l 转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。 第三节 RNA转录合成的特点 一、转录的不对称性 以双链DNA中的一条链作为模板对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的DNA链上。能转录RNA的那条DNA链为有意义链(模板链），互补的另一条DNA链为反意义链（编码链）。不对称转录的含义 一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是

25、模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。 二、转录的连续性 连续合成一段RNA链三、转录的单向性所依赖的模板DNA链的方向为35，而RNA链的合成方向为53。 四、有特定的起始和终止位点转录单位 一个转录单位（transcription unit)就是从启动子到终止子的一段序列，是一段以一条单链RNA分子为表达产物的DNA片段，包括上游调控区、结构基因区、下游转录终止区三个部分。 原核生物的转录单位称为操纵子，通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。mRNA启动子iPOZYa调节基因操纵基因复制

26、与转录的区别转 录复 制DNA双链DNA的一条链（不对称转录）dNTP（NA,G,C,T）NTP（NA,G,C,U）需要不需要DNA聚合酶（有校对功能）RNA聚合酶（无校对功能）DNA (半保留复制）RNAAT、GCAU、TA、GC模 板原 料引 物酶产 物配 对真核生物与原核生物RNA的转录的区别原核生物在拟核区发生转录；真核生物RNA的转录在细胞核内进行的。 原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因。真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，编码一条多肽链。3、 在原核生物中只有一种RNA聚合酶，催化所有RNA的合成；l 真核生物中则有RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶三种不同酶

27、，分别催化不同种类型RNA的合成。三种RNA聚合酶都是由10个以上亚基组成的复合酶。l RNA聚合酶存在于细胞核内，催化合成除5SrRNA以外的所有rRNA的合成；RNA聚合酶催化合成mRNA前体，即不均一核RNA(hnRNA)的合成；RNA聚合酶催化tRNA和小核RNA的合成。 原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA l 真核生物中，三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。 第四节 真核生物RNA转录后的加工修饰 几种主要的修饰方式（一）首、尾修饰 5端形成 帽子结构(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)2加尾(addi

28、ng tail)由核酸外切酶切去3-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA结构与mRNA的半寿期有关。 （二）mRNA内含子的剪接 1. hnRNA 和 snRNA l 核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)l snRNA (small nuclear RNA) 2.断裂基因(splite gene)真核生物结构基因，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，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 外显子(exon)和内含子(intron) 外显子：在断裂基因及其初级转录产物

29、上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。 内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。 3. 内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。 I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。4. mRNA的剪接l (1)内含子两端的序列：5GUAG 3l 5GU可结合U1-snRNAl 分支点A可结合U2-snRNA(2)U1-snRNA, U2-snRNA等

30、形成并接体将内含子切除5内部甲基化：由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理。 二、tRNA的转录后加工主要有以下几种加工方式： 切断。 剪接。 化学修饰：第十二章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过(三联体）遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。第一节 蛋白质生物合成体系 一、翻译模板mRNA及遗传密码（一） mRNA是遗传信息的携带者l 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。l 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(p

31、olycistron)。l 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。（二） mRNA上存在遗传密码 mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。（三） 遗传密码具有以下特点：511 连续性:密码子无标点符号从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框

32、移突变(frameshift mutation)。 2.简并性(degeneracy) 512 简并性同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象 Trp, Met仅有一个密码。 起始密码子：AUG （在序列中间为Met) 终止密码子：UAA, UAG, UGA 同义密码对应于同一种氨基酸的不同密码。l 前两个碱基均相同，只是第三个碱基不同。l 若头两个碱基发生点突变，可译出不同AA，而第三个碱基的突变，不会影响AA的翻译。l 密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。 3.变动性(wobble) 密码的专一性主要取决于前两位碱基。tRNA的反密码与mRNA上的密码反向配对时密码子的第一和二位配对是严格

33、的，而第三位碱基可有一定的变动。密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUGGly的密码子为GGUGGCGGA和GGG，请写出它们所有可能的反密码子。 l 根据 密码子、反密码子配对的摆动现象mRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUGtRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码GGUGGCGGAGGGGCCICCACCtRNA反密码GCCICCUCCICCCCCUCC结论： （a) 反密码子中3末端第一个碱基和中间位碱基决定密码的特异性。 （b) 与 GGU配对的 GCC、ICC，与 GGC配对

34、的 ICC，与 GGA配对的 ICC，与 GGG配对的UCC含有摆动碱基。 （c）密码子GGU对反密码ACC，GGC对GCC，GGA对UCC，GGG对CCC，均为三个位置都是WatsonCrick碱基配对。 4.通用性(universal)和变异性513l 指各种低等、高等生物，包括病毒、细菌及真核生物，基本上共用同一套遗传密码。 l 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。 l 已发现少数例外，如线粒体(mtDNA)、植物细胞的叶绿体。5.密码的防错系统515l 同义密码子在密码表中的分布十分规则，其碱基排列顺序与相应的AA的理化性质有关。l 氨基酸的极性由密码子的第二碱基决定：l 密

35、码中的一个碱基被置换，仍能编码相同的AA；或以理化性质最接近的AA所取代l 可降低由于基因突变造成的危害二、核糖体是蛋白质合成的工厂522种类原核细胞核糖体真核细胞核糖体亚基70S80S小亚基30S50S40S60SrRNA16S5S、23S18S5S、28S、（哺乳动物5.8S）蛋白质21种36种33种49种核蛋白体： 1小亚基： 30S亚基能单独与mRNA结合为30S核糖体mRNA复合体 再与起动tRNA结合。 250S大亚基： （1）具有两个不同的tRNA结合点。 A位（aminoacyl site, 右） 受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合； P位（peptidyl sit

36、e, 左）给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。 （3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。 （4）具有启动因子、延长因子及释放因子的结合部位。 三 、tRNAl 在氨酰tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。 l tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码(anticoden)。 四、起动因子（IF） l 原核生物：3种IF，分别称为IF1-3。l 真核生物：9种eIF。

37、l 作用：促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。 原核、真核生物各种起始因子的生物功能 起始因子生物功能原核生物IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对结合tRNA敏感性真核生物eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B eIF-3最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物组分，具解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基eIF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物组分，结合mRNA 5帽子eIF-4GeIF-4F复合物组分，结合eIF-4E和PABe

38、IF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基五、延长因子（EF） l 原核生物：3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG）l 真核生物：2种（EF1，EF2）。作用：促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位，并可促进移位过程。l 延长因子(elongation factor, EF)原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP （GTPase)EF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2六、释放因子（release fact

39、or, RF） ：终止相关的蛋白因子l 原核：RF-1，RF-2，RF-3真核：eRFl 作用：识别终止密码，协助多肽链的释放。功能： 识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。 七、 氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。 1.氨酰-tRNA合成酶对底物AA和tRNA都有高度特异性，保证tRNA能够携带正确的AA对号入座。2.氨酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity)

40、。八、供能物质和无机离子l 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。 第二节 蛋白质生物合成过程 蛋白质生物合成过程包括：l 氨基酸的活化；l 活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；l 多肽链合成后的加工修饰。 一、氨基酸的活化l 20种氨基酸均需先活化才能参加合成l 每种tRNA只能携带特定的氨基酸l 1种氨基酸可以与26种tRNA特异地结合l 已发现的tRNA有4050种（一）、氨酰-tRNA的 合成氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶第一步反应氨基酸 ATP 氨酰-AMP PPi 氨基酸活化消耗2分子ATP 第二步反应l 特

41、异的tRNA3端CCA上的2或3位自由羟基与相应的活化AA以酯键相连接，形成氨酰tRNA;可使AA 活化；搬运；定位。 l 氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键。l 氨酰-tRNA 合成酶具有高度的专一性，只能识别一种相应的 tRNA。l 每一种氨基酸至少有一种对应的氨酰-tRNA 合成酶。氨酰-tRNA在mRNA模板指导下组装成蛋白质l 氨酰-tRNA的反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的AA按mRNA密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。氨酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet （二）起始肽链合成的氨基酰-tR

42、NA起动tRNA: 识别mRNA中5端起动密码AUG原核生物：fMet-tRNAifMet真核生物: Met-tRNAiMetl 注：肽链延长中携带Met的tRNA表示为tRNAeMet。l fMet-tRNAifmet的生成二、活化氨基酸的缩合l 在核蛋白体上进行蛋白质合成中 mRNA模板的方向：53 蛋白质的合成方向：N端 C端（一）、肽链合成起始l mRNA和起始氨酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translational initiation complex)。1、原核生物翻译起始复合物形成（1）. 核蛋白体大小亚基分离（2）. mRNA与小亚基结合真核：核蛋白体小

43、亚基首先结合在mRNA 5端，然后向3端移动，直到AUG序列被tRNAiMet上的反密码识别。l 原核生物mRNA 起始密码上游8-13个核苷酸处，常存在-AGGAGG-序列，称为SD序列（发现者Shine-Dalgarno）。l 核糖体小亚基上的16S rRNA近3-端有与此序列互补的-UCCUCC- ,因此又称SD序列为核蛋白体结合位点(ribosomal binding site，RBS)核糖体小亚基上的16SrRNAUAU C C UCCACUAGG3A G G A Pu Pu U U U Pu Pu AUG5SD序列rpS-1识别序列mRNA（3）. 起始氨基酰tRNA( fMet-

44、tRNAimet )与小亚基结合（4）. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成2、 延长阶段 指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。 活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核蛋白体循环。 包括以下三步：1）.进位(entrance)指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨酰-tRNA进入核蛋白体A位。 2）.成肽(peptide bond formation)由转肽酶(transpeptidase)催化肽键形成。 大亚基具有转肽酶活性 成肽反应在A位上进行注：现认为核蛋白体是一个核酶3）.转位(tran

45、slocation) 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 。l 肽酰-tRNA进入核蛋白体P位l 卸载的tRNA移入E位l 消耗1分子GTP3、终止阶段 当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。l 终止密码出现在核蛋白体A位上l RF与终止密码辨认结合l 肽链从肽酰-tRNA中释放l tRNA、mRNA及RF从核蛋白体脱落l 大小亚基分离 仅需一种释放因子，有GTP酶活性原核生物蛋白质合成的能量计算l 氨基酸活化：2个P ATP

46、l 起始： 1个GTPl 延长： 2个GTPl 终止： 1个GTPl 结论：每合成一个肽键至少消耗4个P。二、真核生物的翻译过程（一） 起始阶段1.核蛋白体大小亚基分离；2.起始氨酰-tRNA(Met-tRNA)与小亚基结合3.mRNA在核蛋白体小亚基就位；4.核蛋白体大亚基结合；（二） 延长阶段 延长因子为EF-1、EF-2。（三）终止阶段 仅需一种释放因子，有GTP酶活性第三节 蛋白质合成后加工和输送 一、一级结构的加工修饰：1N端甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的切除： N端甲酰甲硫氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。 去甲酰化： 去甲硫氨酰基2氨基酸的修饰： 由专一性的酶催化进行修

47、饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。 3二硫键的形成： 由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。 4肽段的切除： 由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除二、高级结构的形成：1构象的形成： 在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象。 2亚基的聚合。3辅基的连接。 三、靶向输送：l 蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。l 大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。l 信号肽(signal peptide) 各种新生分泌蛋白的N端有保守的AA序列l 常见的信号肽由1040个AA残基组成，N端为带正电荷的AA残基，中间为疏水的核心区，而C端由小分子AA残基组成，可被信号肽酶识别并裂解。 l 分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别粒子（signal recognition particle, SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与膜上的对接蛋白（DP）识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。