生物化学核酸和蛋白质的生物合成

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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1 乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛（葡萄糖）葡萄糖）脂肪酸脂肪酸单糖单糖甘油甘油核苷酸核苷酸氨基酸氨基酸糖类糖类脂肪脂肪蛋白质蛋白质核酸核酸三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环NADH+H+,FADH2电电子子传传递递链链氧氧化化磷磷酸酸化化NAD+,FADCO2H2OO2ADPATP分解合成分解合成糖类，脂类糖类，脂类糖类糖类氨基酸氨基酸？2遗传信息传递的规律中心法则DNARNA蛋白质复制转录翻译病毒RNA逆转录复制3DNA的生物合成 半保留复制Meselson,M.and Stahl,F.W.(1958).The repl

2、ication of DNA in E.coli.Proc.Nat.Acad.Sci.1958,44:671-682.4半保留复制的概念半保留复制的概念DNADNA的复制是将两条亲本链分开，每一条作为合成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，形成新链的模板，按碱基配对的规则合成新链，形成两个子代两个子代DNADNA双螺旋结构。双螺旋结构。子代子代DNADNA的双链中一条是原来的链，另一条是新合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（成的链，称为半保留复制（Semi-conservative replication）。）。5circul

3、ar bacterial repliconOriginTerminusreplicon6Multiple eukaryotic repliconsrepliconrepliconrepliconrepliconReplication forkreplicon DNA replicationDNA replication7DNA复制过程(以原核细胞为例)81）复制起始点）复制起始点 1.复制的起始92）DnaA蛋白的结合20-40个个Dna A 单体形成大单体形成大的聚集体的聚集体Dna A单体结单体结合在合在9 bp 的的重复序列上重复序列上103）Dna B（解链酶，helicase）的作用

4、在在13bp重复重复序列上序列上DNA解链解链Dna B和和Dna C参与复合物，参与复合物，形成复制叉形成复制叉114）单链结合蛋白（SSB）的作用SSB结合结合于解开于解开的单链的单链上，使上，使单链保单链保持稳定持稳定125）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。136）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）142.复制的延伸RNA引物引物冈崎片断引导链随从链15DNA聚合酶（DNA polymerase)DNA聚合酶聚合酶

5、III接在接在RNA引物后开始合成引物后开始合成新新DNA链；链；DNA聚合酶聚合酶III以二聚以二聚体形式存在，分别负体形式存在，分别负责先导链和后滞链上责先导链和后滞链上DNA新链的合成；新链的合成；合成过程中，拓扑异合成过程中，拓扑异构酶和解旋酶构酶和解旋酶(Dna B)负责解开双链，引物负责解开双链，引物酶负责合成岗崎片段酶负责合成岗崎片段上的引物；上的引物；原核生物的DNA聚合酶有三种分别为DNA聚合酶，16岗崎片段的合成与连接岗崎片段的合成与连接 DNA pol I DNA pol I 切除切除RNARNA引物引物DNA pol I DNA pol I 填补引物切除后留下的空隙填补

6、引物切除后留下的空隙DNA ligase DNA ligase 完成片段连接完成片段连接DNA聚合酶聚合酶III合成岗崎片段合成岗崎片段RNA引物引物173.复制的终止 DNA上存在复制终点，上存在复制终点，Tus(terminus utilization substance)蛋白可以和复制终点结蛋白可以和复制终点结合，阻止复制叉的前进，使复制停止；合，阻止复制叉的前进，使复制停止；新形成的两个子代新形成的两个子代DNA分子由拓扑异构酶分子由拓扑异构酶I或或II帮助完成分离，形成两个独立的子代帮助完成分离，形成两个独立的子代DNA分子。分子。18真核生物DNA复制的特点的合成发生在细胞周期的S

7、期。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，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。19真核细胞的周期Gap 1SynthesisGap 2Mitosis20DNA的修复21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22切除修复23无碱基部位的修复24甲基化指导的不配对修复25RNA的生物合成 转录及转录后加工26转录的过程起始阶段27转录起始阶段RNA聚合酶的作用28转录的过程延伸阶段无亚基29转录的过

8、程终止阶段30转录模板的特点：1）DNA的一条链为模板2）不对称转录相关概念：1）模板链2）编码链3）启动子4）转录终止结构转录的模板31RNA transcriptionDNA模板链（反义链，模板链（反义链，-链）链）DNA编码链（有义编码链（有义链，链，+链）链）上游下游32原核生物启动子Pribnow box（-10区）区）RNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点 T89A89T50A65A65T100Sextama box(-35区）区）RNA聚合酶识别位点聚合酶识别位点T85T83C81A61C69A5233真核生物的启动子34原核生物的终止子结构真核生物的转录终止机理不清楚35原核生物的

9、RNA聚合酶全酶（holoenzyme):2核心酶(core enzyme):2不同的RNA聚合酶，核心酶是相同的，但亚基不同。亚基决定了被转录基因的特异性。36真核生物的RNA聚合酶类型类型部位部位转录产物转录产物对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的敏感度的敏感度I核仁核仁18s,5.8s,28srRNA耐受耐受II核质核质hnRNA极敏感极敏感III核质核质tRNA，snRNA,5srRNA中度敏感中度敏感37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。38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。391.

10、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405-端戴帽413-端加尾42RNA剪接示意图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43部分序列的甲基化有的甲基化在核糖上，有的甲基化在碱基上。44RNA的另一种合成方式复制RNA指导的RNA聚合酶正链RNA负链RNA45基因转录的调节46原核细胞转录水平的调节操纵子学说操纵子的结构Regulator gene47乳糖操纵子的工作原理48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

11、.反式作用因子(Trans-acting factor)49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。50反式作用因子(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。51反式作用因子家族之 亮氨酸拉链52反式作用因子家族之 锌指结构53DNA的合成方式之 逆转录54逆转录的过程指导的DNA合成逆转录酶的水解RNase

12、 H指导的DNA合成DNA聚合酶55蛋白质的生物合成之 翻译56mRNA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。57同一段mRNA，不同的阅读框架58tRNA转运翻译的原料氨基酸59tRNA和氨基酸的连接酯键60密码子与反密码子的摆动配对61rRNA参与构建翻译的工厂核糖体62翻译过程之氨基酸的活化AA+tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA细胞中一般只有二十种细胞中一般只有二十种氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶，不同，不同tRNA与同一氨基酸的结合均

13、由同一个酶催化。合成酶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。有很强的校对功能。黄色碱基为识黄色碱基为识别必须位点别必须位点63起始氨基酰-tRNAl原核生物的起始氨基酰-tRNA为 fmet-tRNAfmetl真核生物的起始氨基酰-tRNA为 met-tRNAmet64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652.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66核蛋白体循环之进位67核蛋白体循环之转肽68核蛋白体循环之移位693.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。70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。714/13/202372