生物化学DNA复制转录翻译

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1、DNA、RNA、蛋白质的生物合成第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成 DNA的复制的复制-概念：-时期：以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA分子的过程。-场所：有丝分裂间期有丝分裂间期、减数第一次分裂间期减数第一次分裂间期细胞核(主要)、叶绿体、线粒体-碱基互补配对原则：第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成 DNA的复制的复制-原料：dATP 、dTTP、dGTP、 dCTP 3, 5-磷酸二酯键磷酸二酯键351 1、DNADNA的的半保留复制半保留复制(1)“(1)“半保留复制假说半保留复制假说”的的提出提出： (2) “(2) “半保留复制假说半保留复制假说”的的实验证明实验证明

2、：2 2、DNADNA复制的复制的起点起点和和方向方向复制的起始点： DNA复制要从DNA分子的特定部位开始。原核生物中DNA(环形)的复制只有一个起始点。真核生物染色体DNA(线形)的复制有多个起始点。 DNA的双向复制：DNA从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉。原核生物的双向复制 真核生物的双向复制 5体内仅存在5 3的DNA聚合酶；新链延伸的方向只能是53 。：。 3 5 3 5 3 5 3 3 5 1、原核生物的DNA聚合酶2、真核生物的DNA聚合酶3、解链、解旋酶类4、DNA拓扑异构酶5、引发体6、DNA连接酶 1、原核生物的DNA聚合酶 。DNADNApol po

3、l ，DNApo1：延长领头链和随从链；延长领头链和随从链；DNApoI：合成合成RNA引物；引物；DNApol：校读、修复和填补缺口。校读、修复和填补缺口。DNApol：在没有其他在没有其他DNApol时发挥催化功能。时发挥催化功能。DNApo1：催化线粒体催化线粒体DNA的合成。的合成。4、DNA拓扑异构酶改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。RNA引物的合成和复制的起始必需。5551、合成所需材料：、合成所需材料：模板模板DNA原料：合成引物所需原料：合成引物所需NTP 合成合成DNA所需的所需的dNTP酶：酶：2、合成方向：、合成方向：53； 模板链解读方向：模板链解读方

4、向： 3 5(1)：由拓扑异构酶解除超螺旋；(2)：由DNA解螺旋酶催化，SSB与单链DNA结合，防止双链间氢键再形成； (3)：由DNA指导的引物酶完成；(：以DNA为模板，在引物酶催化下由DNA转录生成5-10个核糖核苷酸链；(：在引物3-OH基上，按碱基互补原则经DNA聚合酶（主要是酶）催化DNA链从53延伸。 前导链为连续的；后滞链为不连续的冈崎片段。：由DNA聚合酶（主要是酶）催化，切去RNA引物；按碱基互补原则，沿53方向，补齐缺口。：由DNA连接酶催化，将补齐缺口的3-OH基与下一个冈崎片段的5-P以磷酸二酯键连接起来，最终形成完整的、与模板互补的DNA新链。：由DNA聚合酶校正

5、并切除错配，再按53方向加上正确核苷酸。模板DNA前导链模板解旋酶引物后滞链模板DNpolymerase连接酶冈崎片段已连接的冈崎片段单链结合蛋白新合成的前导链DNA聚合酶4）母本DNA双链的分离真核生物与原核类似，但更复杂，不同之处：真核生物与原核类似，但更复杂，不同之处：端粒：端粒： 线形染色体末端的核苷酸序列。线形染色体末端的核苷酸序列。 端粒酶端粒酶：催化端粒复制的一种催化端粒复制的一种RNA-蛋白质复合物蛋白质复合物，携带携带RNA模板（与端粒互补）的逆转录酶。模板（与端粒互补）的逆转录酶。 功能：功能：1）起模板作用；）起模板作用； 2）有逆转录酶的作用。）有逆转录酶的作用。端粒复

6、制:1 1）借）借RNARNA与末端与末端DNADNA互补；互补；2 2）以酶上）以酶上RNARNA为模板为模板合成一段合成一段DNADNA；3 3）延长的）延长的DNADNA反折为反折为双链。双链。是不依赖模板是不依赖模板DNADNA的复制来补偿切除引的复制来补偿切除引物引起的末端缩短。物引起的末端缩短。端粒、端粒酶意义与细胞衰老、凋亡有关；与细胞衰老、凋亡有关； 端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。 正常：体细胞端粒

7、酶活性丧失，端粒的长度不断缩短。正常：体细胞端粒酶活性丧失，端粒的长度不断缩短。 异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖抑制端粒酶活性可防治肿瘤。抑制端粒酶活性可防治肿瘤。转录的转录的产物产物：第二节第二节 RNA的生物合成的生物合成 转录转录转录的转录的场所场所：转录的转录的原料原料：ATP 、UTP、GTP、 CTP 转录转录RNADNA 复制和转录的区别复制和转录的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配对对mRNA，tRNA，rRNA子子代代双双链链DNA（半半保保留留复复制制）产产物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-

8、pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模板板链链转转录录（不不对对称称转转录录）两两股股链链均均复复制制模模板板转转录录复复制制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配对对mRNA，tRNA，rRNA子子代代双双链链DNA（半半保保留留复复制制）产产物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模板板链链转转录录（不不对对称称转转录录）两两股股链链均均复复制制模模板板转转录录复复制制模板链模板链 ： Watson链链编码链：编码链： Crick链链二者可在同一条链上。二者可在同一条链上。 5GCAGTACATGTC 33 c g t g

9、a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向转录方向转录方向 （一）（一）原核生物原核生物的的RNARNA聚合酶聚合酶 36512 决决 定定 哪哪 些些 基基 因因 被被 转转 录录 150618 催催 化化 功功 能能 155613 结结 合合 DNA模模 板板 70263 辨辨 认认 起起 始始 点点亚亚基基分分子子量量功功 能能2， RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶

10、在转录起始区的结合 种种 类类对对 鹅鹅 膏膏 蕈蕈 碱碱的的 反反 应应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐耐 受受极极 敏敏 感感中中 度度 敏敏 感感转转 录录 产产 物物3种： 类型 部位 转 录 产 物 对鹅膏蕈碱的敏感度 核仁 5.8S18S28S rRNA 不敏感 核质 mRNA, snRNA, hnRNA 高度敏感 核质 tRNA, 5SrRNA, 一种snRNA, 中度敏感（二）（二）真核生物真核生物的的RNA聚合酶聚合酶 (一) 原核细胞的转录原核生物一个转录单位称为原核生物一个转录单位称为，包括，包括若干个若干个结构基因结构基因及其上游的及其上游的

11、调控序列调控序列。 5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol启动子启动子：与与RNARNA聚合酶结合启动基因转录的聚合酶结合启动基因转录的DNADNA序序列，为列，为转录开始的位点转录开始的位点 ( (上游的上游的-35-35序列和序列和-10-10序列序列) )。基因起点基因起点DNADNARNARNA聚合酶聚合酶RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppiA A、 合成开始后合成开始后, ,亚基释放，然后都由亚基释放，然后都由核心核心酶催

12、化。酶催化。B B、核心酶沿模板移动，选择、核心酶沿模板移动，选择NTPNTP，暂时形成，暂时形成DNA-RNADNA-RNA杂交链。杂交链。基因基因33端端模板链模板链合成方向合成方向基因基因55端端RNARNA(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPiC C、 RNARNA向前移动，向前移动，DNADNA解链酶向前推进，解链酶向前推进，RNARNA链延长。链延长。 DNADNA互补链取代杂交链中的互补链取代杂交链中的RNARNA，恢复双，恢复双螺旋结构。螺旋结构。 RNARNA链的延长链的延长合成方向合成方向535 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中

13、的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶到达终止位点，聚合反应停止。聚合酶到达终止位点，聚合反应停止。释放释放RNARNA分子分子RNARNA聚合聚合酶酶脱离脱离依赖依赖因子因子（终止子）的转录终止的转录终止非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止A、不需因子（终止子）的终止a 、发夹结构的形成：、发夹结构的形成： DNADNA上的回文序列使上的回文序列使RNARNA产物产物3 3 端自身碱基互端自身碱基互补，形成补，形成发夹结构发夹结构，杂合链趋于解体杂合链趋于解体。b 、产物的寡聚、产物的寡聚U片段促进片段促进RNA 从从DNA上脱落：上脱落： 杂交链中杂交链中A

14、- UA- U间氢键相对较弱，新生间氢键相对较弱，新生RNARNA易从模板上易从模板上脱落，不需脱落，不需 因子即可终止。因子即可终止。发夹结构发夹结构寡聚寡聚U片段片段B、需因子终止因子是一个因子是一个6聚体蛋白，其功能：聚体蛋白，其功能： 1）终止因子；）终止因子； 2）NTPase活性：活性： 3）解旋酶活性。）解旋酶活性。过程：过程： 1）在）在RNA存在下，水解存在下，水解NTP产能，使产能，使因子与因子与 RNApol结合；结合； 2）解旋酶活性使）解旋酶活性使RNA：DNA杂合链拆开，释杂合链拆开，释放放RNA，酶和，酶和因子一起从因子一起从DNA上脱落下来。上脱落下来。 A T

15、 P特点：特点： - -因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。 -一个基因上可同时进行多个转录过程，产生多条一个基因上可同时进行多个转录过程，产生多条RNARNA链。链。 -蛋白质编码基因多是不连续的，编码部分（蛋白质编码基因多是不连续的，编码部分（外显外显子子）被不编码基因（）被不编码基因（内含子内含子）隔断。）隔断。(二) 真核细胞的转录细菌中合成的细菌中合成的mRNAmRNA大多不需要加工；大多不需要加工；真核细胞合成的真核细胞合成的mRNAmRNA需要加工。需要加工。涉及：涉及：(1) 5-端的帽化（端的帽化（甲基化的鸟苷酸甲基化的鸟苷酸） (

16、2) 3-端的聚腺苷酸化（端的聚腺苷酸化（polyA) (3) hnRNA、snRNA的剪接的剪接 (4) 碱基修饰碱基修饰帽子结构帽子结构鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰第三节第三节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 翻译翻译-概念：-场所： 细胞质基质-碱基互补配对原则：将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过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 。-条件：-原料： 氨基酸-模板： mRNAC C核糖体、rRNA、酶原核生物的

17、多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG -5 3 蛋白质蛋白质起始密码起始密码: AUG 甲硫氨酸甲硫氨酸终止密码终止密码: UAA，UAG，UGA 遗遗传传密密码码表表1、：编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既也。遗传密码无标点符号：遗传密码无标点符号：通常从一个正确起点通常从一个正确起点( (AUGAUG) )开始，开始，3 3个一组，一个不漏的读下去至终止密码。若个一组，一个不漏的读下去至终止密码。若删删

18、/ /增，即引起突变增，即引起突变( (移码突变移码突变）。）。遗传密码的特性特性Tyr Gly Ser ArgPro Thr Asp2、简并性简并性：同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象。同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子同义密码子。色氨酸色氨酸与与甲硫氨酸甲硫氨酸仅有一个密码子。仅有一个密码子。 意义：意义：DNADNA碱基有较大变化时，仍保持多肽碱基有较大变化时，仍保持多肽 链中链中aaaa顺序不变。顺序不变。 减少有害突变，保证了物种的稳定性。减少有害突变，保证了物种的稳定性。2. 简并性简并性3、变偶性

19、变偶性（摆动性摆动性）转运氨基酸的转运氨基酸的tRNAtRNA的反密码需要通过碱基互补与的反密码需要通过碱基互补与mRNAmRNA上的遗传密码上的遗传密码反向反向配对结合，但反密码与密码配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。意义意义：降低了由于第：降低了由于第3个碱基发生突变造成的误差。个碱基发生突变造成的误差。U摆动配对摆动配对tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG4. 半半通用性通用性蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物

20、到人类都通用。人类都通用。 少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。的叶绿体。70S：原核细胞原核细胞 线粒体线粒体 叶绿体叶绿体 80S：真核细胞真核细胞的核糖体的核糖体1 1） mRNAmRNA结合位点：结合位点： 大小亚基的结合面上，大小亚基的结合面上， 为蛋白质合成处。为蛋白质合成处。2 2）P P位点：位点： 肽酰基肽酰基tRNAtRNA结合位点结合位点3 3）A A位点：位点： 氨酰基氨酰基tRNAtRNA结合位点结合位点原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式: :E E位：排出位位：排出位UtRNA反密码

21、子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG氨基酸氨基酸 + tRNA氨酰氨酰- tRNAATP AMPPPi氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶 tRNA与酶结与酶结合模型合模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E氨酰氨酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-Ala-tRNAtRNAAlaAla Ser-Ser-tRNAtRNASerSerMet-Met-tRNAtRNAMetMe

22、t 真核生物真核生物： Met-tRNAiMet原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet(fMet:N-fMet:N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸) 1 1、起始：、起始：指指mRNAmRNA和起始氨酰和起始氨酰-tRNA-tRNA分别与核蛋白体结合分别与核蛋白体结合而形成而形成翻译起始复合物。翻译起始复合物。A. A. 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；B. mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；C.C. 起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA的结合；的结合； D. D. 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。A、 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1A

23、 U G53IF-3IF-1B、mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-3IF-1IF-2GTPC、 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基结合到小亚基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiD、 核蛋白体大亚基结合，核蛋白体大亚基结合，起始复合物起始复合物形成形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi2 2、延伸：、延伸：( (核蛋白体循环核蛋白体循环) )指根据指根据mRNAmRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从密码序列的指导，次序添加氨基酸从N N端向端向C C端延伸肽链，直到合成终止

24、的过程。端延伸肽链，直到合成终止的过程。 （一）（一）进位进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨酰使相应氨酰-tRNA进进入核蛋白体入核蛋白体A位位。（二）（二）成肽成肽由转肽酶催化的肽键形成过程。由转肽酶催化的肽键形成过程。（三）（三）移位移位延长因子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 。fMetA U G53fMetTuGTP进进位位转转位位成肽成肽当当mRNAmRNA上上终止密码子终止密码子出现后，多肽链合成停止，出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA-tRNA中

25、释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等分离。、核蛋白体等分离。3 3、终止：、终止：终止相关的蛋白因子称为终止相关的蛋白因子称为释放因子释放因子( RF) 一是识别终止密码，如一是识别终止密码，如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；而；而RF-2RF-2可识可识别别UAAUAA、UGAUGA。二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。 释放因子的功能释放因子的功能:原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止

26、过过程程 U A G53COO-多聚核蛋白体多聚核蛋白体使蛋白质合成使蛋白质合成高速、高效进行。高速、高效进行。电镜下的电镜下的多聚核蛋白体多聚核蛋白体现象现象肽链合成后，经若干加工后，才能使合成的肽链合成后，经若干加工后，才能使合成的肽链具一定的空间结构和生物学活性。肽链具一定的空间结构和生物学活性。真核生物的加工部位在真核生物的加工部位在高尔基体高尔基体。蛋白质的合成、修饰和成熟蛋白质的合成、修饰和成熟细胞膜后处理类型如下：(1)(1)切除氨基末端的切除氨基末端的fMetfMet：去甲酰化酶、氨肽酶催化：去甲酰化酶、氨肽酶催化下，切去下，切去1 1或几个或几个aaaa。(2)(2)个别个别

27、aaaa的修饰：羟基化、磷酸化、甲基化、乙酰的修饰：羟基化、磷酸化、甲基化、乙酰化、糖化、酯化等。化、糖化、酯化等。(3)(3)二硫键的形成二硫键的形成胰岛素：胰岛素：(4)(4)切除一段肽链：酶原激活切除一段肽链：酶原激活; ;分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽( (内质网内质网) )的切除。的切除。(5)(5)肽链与辅助成分的缔合：与脂类、核酸或血红素肽链与辅助成分的缔合：与脂类、核酸或血红素等相缔合，形成一定结构、具有活性的结合蛋白。等相缔合，形成一定结构、具有活性的结合蛋白。 (6)(6)在辅助蛋白参与下，新生肽折叠成有活性的构象：在辅助蛋白参与下，新生肽折叠成有活性的构象：蛋白质的二级、三级及四级结构的形成都直接由其蛋蛋白质的二级、三级及四级结构的形成都直接由其蛋白质或亚基的一级结构决定。白质或亚基的一级结构决定。后处理类型如下： 嘌嘌呤呤霉霉素素作作用用示示意意图图THEEND，THANKYOU！