核酸和蛋白质的生物合成医学知识培训课件.ppt

1、核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 在在RNARNA病毒中，其遗传信息贮存在病毒中，其遗传信息贮存在RNARNA分子中。因此，在分子中。因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是这些生物体中，遗传信息的流向是RNARNA通过复制，将遗传通过复制，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信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信息传递给DNADNA，再由，再由DNADNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传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。信息的流向就称为反中心法则。复制（复制（DDDPDDDP）转录（转录（DDRPDDRP）翻译翻译 DNA RNA DNA

2、RNA 蛋白质蛋白质 反转录（反转录（RDDPRDDP）RNA RNA 复制（复制（RDRPRDRP）2核酸和蛋白质的生物合成医学知识o DNADNA在复制时，以亲代在复制时，以亲代DNADNA的每一股作模板，合成完全相同的的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代两个双链子代DNADNA，每个子代，每个子代DNADNA中都含有一股亲代中都含有一股亲代DNADNA链，这链，这种现象称为种现象称为DNADNA的半保留复制的半保留复制(semi-conservative replication)。3核酸和蛋白质的生物合成医学知识o DNADNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核在复制

3、时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点（复制子）。在原核生苷酸排列顺序的片段，即复制起始点（复制子）。在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。4核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 参与参与DNADNA复制的复制的DNADNA聚合酶，必须以一段具有聚合酶，必须以一段具有3 3端自由羟基端自由羟基（3 3-OH-OH）的）的RNARNA作为引物，才能开始聚合子代作为引物，才能开始聚合子代DNADNA链。链。o RNARNA引物的大小，在原核生物中通常为引物的大小，在原核生物中通常为505010

4、0100个核苷酸，个核苷酸，而在真核生物中约为而在真核生物中约为1010个核苷酸。个核苷酸。RNARNA引物的碱基顺序，与引物的碱基顺序，与其模板其模板DNADNA的碱基顺序相配对。的碱基顺序相配对。5核酸和蛋白质的生物合成医学知识o DNADNA复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制。复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制。但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。o DNADNA复制时，局部双链解开形成两条单链，这种叉状结构称复制时，局部双链解开形成两条单链，这种叉状结构称为复制叉。为复制叉。6核酸和蛋白质的生物合成医学

5、知识o 由于由于DNADNA聚合酶只能以聚合酶只能以5 533方向聚合子代方向聚合子代DNADNA链，即模板链，即模板DNADNA链链的方向必须为的方向必须为3 355。因此，分别以两条亲代。因此，分别以两条亲代DNADNA链作为模板聚链作为模板聚合子代合子代DNADNA链时的方式是不同的。链时的方式是不同的。o 以以3 355方向的亲代方向的亲代DNADNA链作模板的子代链在复制时基本上是连链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为续进行的，其子代链的聚合方向为5 533，这一条链被称为前，这一条链被称为前导链导链(leading strand)。而以。而以5 533方

6、向的亲代方向的亲代DNADNA链为模板的子链为模板的子代链在复制时则是不连续的，其链的聚合方向也是代链在复制时则是不连续的，其链的聚合方向也是5 533，这，这条链被称为后随链条链被称为后随链(lagging strand)。o 由于亲代由于亲代DNADNA双链在复制时是逐步解开的，因此后随链的合成双链在复制时是逐步解开的，因此后随链的合成也是一段一段的。也是一段一段的。DNADNA在复制时，由后随链所形成的一些子代在复制时，由后随链所形成的一些子代DNADNA短链称为冈崎片段。冈崎片段的大小，在原核生物中约为短链称为冈崎片段。冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000100020002000个

7、核苷酸，而在真核生物中约为个核苷酸，而在真核生物中约为200200个核苷酸。个核苷酸。7核酸和蛋白质的生物合成医学知识8核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 以四种脱氧核糖核酸以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide deoxynucleotide triphosphatetriphosphate)为底物，即为底物，即dATPdATP，dGTPdGTP，dCTPdCTP，dTTPdTTP。o DNADNA复制是模板依赖性的，必须要以亲代复制是模板依赖性的，必须要以亲代DNADNA链作为链作为模板。亲代模板。亲代DNADNA的两股链解开后，可分别作为模板进的两股链解开后，可分别作为模板进行

8、复制。行复制。9核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 在在DNADNA复制中需要许多个复制中需要许多个RNARNA引物，它们由引发体合成。引物，它们由引发体合成。o 引发体引发体(primosome)(primosome)由由引发前体引发前体与与引物酶引物酶（primaseprimase）组）组装而成。装而成。o 引发前体引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核生物中，引发前体至少由六种蛋白因子构成。分别与引生物中，引发前体至少由六种蛋白因子构成。分别与引物的预合成和复制起始点识别有关。物的预合成和复制起始点识别有关。o 引物酶引物酶本质上是一种依赖

9、本质上是一种依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶，该酶以聚合酶，该酶以DNADNA为为模板，合成一段模板，合成一段RNARNA短链引物短链引物(primer)(primer)，以提供自由的，以提供自由的3-OH3-OH，使子代，使子代DNADNA链能够开始聚合。链能够开始聚合。10核酸和蛋白质的生物合成医学知识o DNADNA聚合酶催化聚合酶催化DNADNA链的延伸，即链的延伸，即DNADNA聚合反应。聚合反应。o 在原核生物如大肠杆菌中，目前发现的在原核生物如大肠杆菌中，目前发现的DNADNA聚合酶有三种，聚合酶有三种，分别命名为分别命名为DNADNA聚合酶聚合酶(pol)(pol)、DN

10、ADNA聚合酶聚合酶(pol)(pol)、DNADNA聚合酶聚合酶(pol)(pol)，这三种酶都具有多种酶活性。参与，这三种酶都具有多种酶活性。参与DNADNA复制的主要是复制的主要是polpol和和polpol。o polIpolI为单一肽链的大分子蛋白质为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为可被特异的蛋白酶水解为两个片段，大片段称为两个片段，大片段称为KlenowKlenow片段，具有片段，具有5 533聚合酶活性聚合酶活性和和3 355外切酶的活性，小片段具有外切酶的活性，小片段具有5 533外切酶活性。外切酶活性。o polpol由十种亚基组成，其中由十种亚基组成，其中亚基

11、具有亚基具有5353聚合酶活性聚合酶活性，因而具有复制，因而具有复制DNADNA的功能；而的功能；而亚基具有亚基具有3535外切酶的外切酶的活性，因而与活性，因而与DNADNA复制的校正功能有关。复制的校正功能有关。11核酸和蛋白质的生物合成医学知识 pol pol pol pol pol pol 5 533聚合酶活性聚合酶活性 +5 533外切酶活性外切酶活性 +-3 355外切酶活性外切酶活性 +生理功能生理功能 去除引物去除引物,填补缺口填补缺口 未知未知 DNA DNA 复制复制 修复损伤修复损伤 校正错误校正错误 校正错误校正错误 12核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 在真核生物中，

12、目前发现的在真核生物中，目前发现的DNADNA聚合酶有五种，分别聚合酶有五种，分别命名为命名为DNADNA聚合酶聚合酶(pol)(pol)、DNADNA聚合酶聚合酶(pol)(pol)、DNADNA聚合酶聚合酶(pol)(pol)、DNADNA聚合酶聚合酶(pol)(pol)、DNADNA聚聚合酶合酶(pol)(pol)。o 其中，参与染色体其中，参与染色体DNADNA复制和修复的是复制和修复的是polpol（延长前（延长前导链和后随链）和导链和后随链）和polpol（延长后随链），参与线粒（延长后随链），参与线粒体体DNADNA复制和修复的是复制和修复的是polpol，polpol与引物的合

13、成有与引物的合成有关，关，polpol与与DNADNA损伤修复、校读和填补缺口有关。损伤修复、校读和填补缺口有关。13核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 为了保证遗传的稳定，为了保证遗传的稳定，DNADNA的复制必须具有高保真性的复制必须具有高保真性。DNADNA复制时的保真性主要与下列因素有关：复制时的保真性主要与下列因素有关：a.a.遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；b.DNAb.DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；聚合酶在复制时对碱基的正确选择；c.c.对复制过程中出现的错误及时进行校正。对复制过程中出现的错误及时进行校正。14核酸和蛋白质的生物合成医学知识o DNADNA

14、连接酶连接酶(DNA ligase)(DNA ligase)可催化两段可催化两段DNADNA片段之间磷酸二片段之间磷酸二酯键的形成，从而使两段酯键的形成，从而使两段DNADNA连接起来。连接起来。o DNADNA连接酶催化的条件是：连接酶催化的条件是：o需一段需一段DNADNA片段具有片段具有3 3-OH-OH，而另一段，而另一段DNADNA片段具有片段具有5 5-Pi-Pi基；基；o未封闭的切口位于双链未封闭的切口位于双链DNADNA中，即其中有一条链是完整的，中，即其中有一条链是完整的，但但T4 DNAT4 DNA连接酶能连接平头双链连接酶能连接平头双链DNADNA；o需要消耗能量，在原核

15、生物中由需要消耗能量，在原核生物中由NADNAD+供能，在真核生物中由供能，在真核生物中由ATPATP供能。供能。15核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 单链单链DNADNA结合蛋白是一些能够与单链结合蛋白是一些能够与单链DNADNA结合的蛋白质因结合的蛋白质因子。其作用为：子。其作用为：o使解开双螺旋后的使解开双螺旋后的DNADNA单链能够稳定存在，即稳定单链单链能够稳定存在，即稳定单链DNADNA，便于以其为模板复制子代，便于以其为模板复制子代DNADNA；o保护单链保护单链DNADNA，避免核酸酶的降解。，避免核酸酶的降解。16核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 解螺旋酶又称解链酶或解螺旋酶

16、又称解链酶或reprep蛋白，用蛋白，用于解开于解开DNADNA双链，每解开一对碱基，双链，每解开一对碱基，需消耗两分子需消耗两分子ATPATP。o 拓扑异构酶拓扑异构酶可使可使DNADNA双链中的一条双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将链切断，松开双螺旋后再将DNADNA链连链连接起来，而避免出现链的缠绕。接起来，而避免出现链的缠绕。o 拓扑异构酶拓扑异构酶如如DNADNA旋转酶旋转酶gyrasegyrase可切断可切断DNADNA双链，使双链，使DNADNA的超螺旋松的超螺旋松解后，再将其连接起来。解后，再将其连接起来。17核酸和蛋白质的生物合成医学知识 DNADNA复制的起始由复制的起始

17、由预引发预引发和和引发引发两步构成：两步构成：预引发预引发l解旋解链，形成复制叉解旋解链，形成复制叉：由：由拓扑异构酶拓扑异构酶和和解链酶解链酶作用，使作用，使DNADNA的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链条单链DNADNA。SSBSSB结合在两条单链结合在两条单链DNADNA上，形成复制叉。上，形成复制叉。l引发体组装引发体组装：由蛋白因子（如：由蛋白因子（如DnaADnaA等等）识别复制起始点，）识别复制起始点，并与并与其他蛋白因子其他蛋白因子以及以及引物酶引物酶一起组装形成引发体。一起组装形成引发体。引发引发l在在引物酶

18、引物酶的催化下，以的催化下，以DNADNA为模板，合成一段短的为模板，合成一段短的RNARNA片段片段，从而获得，从而获得33端自由羟基（端自由羟基（3-OH3-OH）。）。18核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 延伸子代延伸子代DNADNA 由由DNADNA聚合酶催化，以聚合酶催化，以3 355方向的亲代方向的亲代DNADNA链为模板链为模板，从，从5 533方向延伸子代方向延伸子代DNADNA链。在原核生物中，参与链。在原核生物中，参与DNADNA复制延长的是复制延长的是DNADNA聚合酶聚合酶；而在真核生物中，是；而在真核生物中，是DNADNA聚合酶聚合酶(延长后随链延长后随链)和和（延长

19、前导链）。（延长前导链）。o 引发体移动引发体移动 引发体引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，后随链重新合成制叉，后随链重新合成RNARNA引物，继续进行链的延长。引物，继续进行链的延长。19核酸和蛋白质的生物合成医学知识20核酸和蛋白质的生物合成医学知识21核酸和蛋白质的生物合成医学知识a.a.去除引物填补缺口去除引物填补缺口o 在原核生物中，由在原核生物中，由DNADNA聚合酶聚合酶来水解去除来水解去除RNARNA引物，引物，并由该酶催化延长引物缺口处的并由该酶催化延长引物缺口处的DNADNA，直到剩下最后一，直到剩下最后一个磷酸酯键

20、切口。而在真核生物中，个磷酸酯键切口。而在真核生物中，RNARNA引物的去除，引物的去除，由一种由一种特殊的核酸酶特殊的核酸酶来来水解，而冈崎片段仍由水解，而冈崎片段仍由DNADNA聚合聚合酶酶来延长。来延长。b.b.连接冈崎片段连接冈崎片段o 在在DNADNA连接酶连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的崎片段连接起来，形成完整的DNADNA长链。长链。22核酸和蛋白质的生物合成医学知识c.c.真核生物端粒真核生物端粒telomeretelomere的形成的形成o 端粒是指真核生物染色体线性端粒是指真核生物染色体线性DNADNA

21、分子末端的结构部分，通分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。其共同的结构特征是由一些富含常膨大成粒状。其共同的结构特征是由一些富含G G、C C的短重的短重复序列构成，可重复数十次至数百次。复序列构成，可重复数十次至数百次。o 线性线性DNADNA在复制完成后，其末端由于引物在复制完成后，其末端由于引物RNARNA的水解可能出现的水解可能出现缩短。故需在端粒酶缩短。故需在端粒酶(telomerase)的催化下进行延长反应。的催化下进行延长反应。o 端粒酶是一种端粒酶是一种RNA-RNA-蛋白质复合体，它可以其蛋白质复合体，它可以其RNARNA为模板，通为模板，通过逆转录过程对末端过逆转录过程对末

22、端DNADNA链进行延长。链进行延长。23核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 由自发的或环境的因素引起由自发的或环境的因素引起DNADNA一级结构的任何异一级结构的任何异常的改变称为常的改变称为DNADNA的损伤，也称为突变的损伤，也称为突变mutationmutation。o 常见的常见的DNADNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。，链的断裂，重组等。24核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 自发脱碱基：由于自发脱碱基：由于N-N-糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。基的脱落

23、。每日可达近万个核苷酸残基。o 自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶自发脱氨基：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。氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。o 复制错配：复制时碱基配对错误引起损伤，发生频率较低。复制错配：复制时碱基配对错误引起损伤，发生频率较低。25核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 由紫外线、电离辐射、由紫外线、电离辐射、X X射线等引起的射线等引起的DNADNA损伤。其中，损伤。其中，X X射线射线和电离辐射常常引起和电离辐射常常引起DNADNA链的断裂，而紫外线常常引起嘧啶二链的断裂，而

24、紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成，如聚体的形成，如TTTT，TCTC，CCCC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于等二聚体。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。形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。26核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速C C脱氨基生成脱氨基生成U U，A A脱脱氨基生成氨基生成I I。o 烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱其他烷基，引起碱基或磷酸基的烷基化

25、，甚至可引起邻近碱基的交联。基的交联。o DNADNA加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。嘌呤共价结合引起损伤。o 碱基类似物：如碱基类似物：如5-FU5-FU，6-MP6-MP等，可掺入到等，可掺入到DNADNA分子中引起损分子中引起损伤或突变。伤或突变。o 断链剂：如过氧化物，巯基化合物等断链剂：如过氧化物，巯基化合物等,可引起可引起DNADNA链的断裂。链的断裂。27核酸和蛋白质的生物合成医学知识 转换转换相同类型碱基的取代。相同类型碱基的取代。颠换颠换不同类型碱基的取代。不同类型碱基的取代。点突变点突变

26、插入插入增加一个碱基。增加一个碱基。缺失缺失减少一个碱基。减少一个碱基。插入插入 增加一段顺序。增加一段顺序。缺失缺失 减少一段顺序。减少一段顺序。复突变复突变 倒位倒位 一段碱基顺序发生颠倒。一段碱基顺序发生颠倒。移移位位 一段碱基顺序的位置发生改变。一段碱基顺序的位置发生改变。重排重排 一段碱基顺序与另一段碱基顺序发生交换。一段碱基顺序与另一段碱基顺序发生交换。28核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 同义突变：基因突变导致同义突变：基因突变导致mRNAmRNA密码子第三位碱基的改变密码子第三位碱基的改变但不引起密码子意义的改变，其翻译产物中的氨基酸残但不引起密码子意义的改变，其翻译产物中的氨

27、基酸残基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低。基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低。o 误义突变：基因突变导致误义突变：基因突变导致mRNAmRNA密码子碱基被置换，其意密码子碱基被置换，其意义发生改变，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变。义发生改变，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变。o 无义突变：基因突变导致无义突变：基因突变导致mRNAmRNA密码子碱基被置换而改变密码子碱基被置换而改变成终止密码子，引起多肽链合成的终止。成终止密码子，引起多肽链合成的终止。o 移码突变：基因突变导致移码突变：基因突变导致mRNAmRNA密码子碱基被置换，引起密码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序

28、全部发生改变。突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。29核酸和蛋白质的生物合成医学知识o DNADNA损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类.光复活光复活 直接修复直接修复 转甲基作用转甲基作用 直接连接直接连接 无差错修复无差错修复 切除修复切除修复 取代修复取代修复 重组修复重组修复 有差错倾向修复有差错倾向修复 SOS SOS 修复修复 30核酸和蛋白质的生物合成医学知识a.a.光复活光复活o 光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合。光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合

29、物形成复合物,在在300300600nm600nm可见光照射可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体打开，下，酶获得能量，将嘧啶二聚体打开，使之完全修复，酶解离。使之完全修复，酶解离。b.b.转甲基作用转甲基作用o 在转甲基酶的催化下，将在转甲基酶的催化下，将DNADNA上的被修上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。甲基化而失活。c.c.直接连接直接连接o DNADNA断裂形成的缺口，可以在断裂形成的缺口，可以在DNADNA连接酶连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。的催化下，直接进行连接而封闭缺口。31核酸和蛋白质的生物合成医学知识 特异性

30、的特异性的核酸内切酶核酸内切酶识别识别 DNA DNA DNADNA 糖苷酶糖苷酶识别受损伤的识别受损伤的 的损伤部位，并在该部位的的损伤部位，并在该部位的 5 5 碱基，并将该碱基切除碱基，并将该碱基切除 端作一切口端作一切口 由由核酸外切酶核酸外切酶（或（或 DNADNA 聚合聚合 在在插入酶插入酶的催化下，以正确的催化下，以正确 酶）从酶）从 5533端逐一切除损端逐一切除损 的碱基插入空位，修复的碱基插入空位，修复 DNADNA 伤的单链片段伤的单链片段 在在 DNADNA 聚合酶聚合酶的催化下，以的催化下，以 互补链为模板，合成新的单链互补链为模板，合成新的单链 片段以填补缺片段以填

31、补缺口口 由由 DNADNA 连接酶连接酶催化连接片段，催化连接片段，封闭缺口封闭缺口 32核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 这是这是DNADNA的复制过程中所采用的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。的一种有差错的修复方式。33核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 这是一种在这是一种在DNADNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑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，以制时出现的修复机制，以SOSSOS借喻细胞处于危急状态。借喻细胞处于危急状态。o DNADNA分子受到长片段高密度损伤，使分子受到长片段高密度损伤，使DNADNA复制过程在损伤复制过程在损伤部位受到抑制。部

32、位受到抑制。o 损伤诱导一种特异性较低的新的损伤诱导一种特异性较低的新的DNADNA聚合酶，以及重组酶聚合酶，以及重组酶等的产生。等的产生。o 由这些特异性较低的酶继续催化损伤部位由这些特异性较低的酶继续催化损伤部位DNADNA的复制，复的复制，复制完成后，保留许多错误的碱基，从而造成突变。制完成后，保留许多错误的碱基，从而造成突变。34核酸和蛋白质的生物合成医学知识o DNADNA反转录由反转录酶催化，反转录酶催化的聚合反应要反转录由反转录酶催化，反转录酶催化的聚合反应要求有求有RNARNA模板、引物、四种模板、引物、四种dNTPdNTP、MgMg2+2+，模板方向，模板方向3 3 55，新

33、链合成方向新链合成方向5 5 33。o 反转录酶是一种多功能酶，其专一性不高，除催化反转录反转录酶是一种多功能酶，其专一性不高，除催化反转录合成合成DNADNA外，还具有以下功能：外，还具有以下功能：o以以DNADNA为模板，合成互补的为模板，合成互补的DNADNA链，形成链，形成DNADNA双螺旋；双螺旋；o具有具有5 5 33，3 3 55 外切酶活力；外切酶活力；o有核糖核酸酶有核糖核酸酶H H活力活力,专门水解专门水解RNA-DNARNA-DNA杂种分子中的杂种分子中的RNARNA。o 反转录酶不仅可利用其病毒反转录酶不仅可利用其病毒RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，还可以

34、利，还可以利用其他用其他RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，因此，该酶可作为工具酶。，因此，该酶可作为工具酶。35核酸和蛋白质的生物合成医学知识36核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 在在RNARNA聚合酶的催化下，以一段聚合酶的催化下，以一段DNADNA链为模板合成链为模板合成RNARNA，从而将，从而将DNADNA所携带的遗传信息传递给所携带的遗传信息传递给RNARNA的过程称的过程称为为转录转录(transcription)(transcription)。o 经转录生成的经转录生成的RNARNA有多种，主要的是有多种，主要的是rRNArRNA，tRNAtRNA，mRNAmRNA，

35、snRNAsnRNA和和hnRNAhnRNA。37核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 转录的不对称性就是指以双链转录的不对称性就是指以双链DNADNA中的一条链作为模板进行中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由转录，从而将遗传信息由DNADNA传递给传递给RNARNA。o 对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的DNADNA链上。能够转录链上。能够转录RNARNA的那条的那条DNADNA链称为链称为有义链有义链(模板链）模板链），而与之互补的另一条，而与之互补的另一条DNADNA链称为链称为反义链反义链（编码链）。（编码链）。有意

36、义链有意义链反意义链反意义链55335538核酸和蛋白质的生物合成医学知识o RNARNA转录时，以转录时，以DNADNA作为模板，在作为模板，在RNARNA聚合酶的催化下，聚合酶的催化下，连续合成一段连续合成一段RNARNA链，各条链，各条RNARNA链之间无需再进行连接。链之间无需再进行连接。o 合成的合成的RNARNA中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺反子；如含有几个基因的遗传信息，则称为多顺反子。反子；如含有几个基因的遗传信息，则称为多顺反子。o RNARNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖

37、的模板模板DNADNA链的方向为链的方向为3 355，而，而RNARNA链的合成方向为链的合成方向为5 533。39核酸和蛋白质的生物合成医学知识o RNARNA转录合成时，只能以转录合成时，只能以DNADNA分子中的某一段作为模分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点，特板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点，特定起始点和特定终止点之间的定起始点和特定终止点之间的DNADNA链构成一个转录链构成一个转录单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成。单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成。40核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 四种核糖核苷酸，即四种核糖核苷酸，即ATPATP，G

38、TPGTP，CTPCTP，UTPUTP。o 以一段单链以一段单链DNADNA作为模板。作为模板。o 这是一种不同于引物酶的依赖这是一种不同于引物酶的依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶。该酶聚合酶。该酶在单链在单链DNADNA模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需要引物，即可从需要引物，即可从5353聚合聚合RNARNA。41核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 原核生物中的原核生物中的RNARNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即聚合酶全酶由五个亚基构成，即22。o 亚基与转录起始点的识别有关，而在转录合成开始亚基与转录起始点的识别有关，而在转录合成开始后被释

39、放，余下的部分（后被释放，余下的部分（22）被称为核心酶，）被称为核心酶，与与RNARNA链的聚合有关。链的聚合有关。亚基 功能 与模板DNA 结合 起始和催化合成 识别起始点，稳定全酶 转录的特异性 42核酸和蛋白质的生物合成医学知识43核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 真核生物中的真核生物中的RNARNA聚合酶有三种，均由聚合酶有三种，均由10101212个大小个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，功能也不同。不同的亚基所组成，结构非常复杂，功能也不同。种种类类 亚亚细细胞胞定定位位 对对-鹅鹅膏膏蕈蕈碱碱敏敏感感性性 功功能能 RNA pol 核核仁仁 不不敏敏感感 合合成成rRNA前前

40、体体 RNA pol 核核基基质质 极极敏敏感感 合合成成mRNA前前体体,snRNA RNA pol 核核基基质质 敏敏感感 合合成成tRNA前前体体 snRNA及及5S rRNA 44核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 蛋白：这是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为蛋白：这是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为50kd50kd。该蛋白因子能识别终止信号，并能与。该蛋白因子能识别终止信号，并能与RNARNA紧密结紧密结合，导致合，导致RNARNA的释放。的释放。o nusAnusA蛋白：为一分子量蛋白：为一分子量69kd69kd的酸性蛋白，它能与的酸性蛋白，它能与RNARNA及及RNARNA聚合酶

41、相结合，在终止部位使两者被释放。聚合酶相结合，在终止部位使两者被释放。o 目前已知激活因子为降解产物基因激活蛋白（目前已知激活因子为降解产物基因激活蛋白（CAPCAP），），又称为又称为cAMPcAMP受体蛋白（受体蛋白（CRPCRP）。是一种二聚体蛋白质，）。是一种二聚体蛋白质，亚基分子量为亚基分子量为23kd23kd。该蛋白与。该蛋白与cAMPcAMP结合后，刺激结合后，刺激RNARNA聚聚合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。45核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 原核生物原核生物RNARNA聚合酶中的聚合酶中的因子识别转录起始点（启动因子识别转录起始

42、点（启动子），并促使核心酶结合形成全酶复合物。子），并促使核心酶结合形成全酶复合物。o 被辨认的区段就是位于转录起始点被辨认的区段就是位于转录起始点-35-35区的区的TTGACATTGACA序列序列(通用启动子的通用启动子的)。o 酶与该区结合后，即滑动至酶与该区结合后，即滑动至-10-10区的区的TATAATTATAAT序列序列（PribnowPribnow盒），并启动转录。盒），并启动转录。o 位于基因上游，与位于基因上游，与RNARNA聚合酶识别、结合并起始转录有聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些关的一些DNADNA顺序称为顺序称为启动子启动子（promoterpromoter）。）

43、。46核酸和蛋白质的生物合成医学知识47核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 真核生物的转录起始区上游也存在一段富含真核生物的转录起始区上游也存在一段富含TATA的顺序的顺序，被称为，被称为HognessHogness盒或盒或TATATATA盒。盒。o 除此之外，在真核生物中还可见到其他带共性的序列除此之外，在真核生物中还可见到其他带共性的序列，如，如CAATCAAT盒及盒及GCGC盒等。盒等。o 真核生物的转录起始较为复杂。目前已知真核生物的转录起始较为复杂。目前已知RNARNA聚合酶聚合酶至少有六种不同的蛋白因子参与转录复合体的形成。至少有六种不同的蛋白因子参与转录复合体的形成。这些蛋白因子被

44、称为转录因子（这些蛋白因子被称为转录因子（transcriptional transcriptional factor,TF)factor,TF)。包括。包括 TFATFA，TFBTFB，TFDTFD，TFETFE，TFFTFF，TF-ITF-I。48核酸和蛋白质的生物合成医学知识49核酸和蛋白质的生物合成医学知识o RNARNA聚合酶全酶促使局部双链解开，并催化聚合酶全酶促使局部双链解开，并催化ATPATP或或GTPGTP与另外一个三磷酸核苷聚合，形成第一个与另外一个三磷酸核苷聚合，形成第一个3 3,5,5-磷酸磷酸二酯键。二酯键。o 因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿因子从全酶上脱离，余

45、下的核心酶继续沿DNADNA链移链移动，按照碱基互补原则，不断聚合动，按照碱基互补原则，不断聚合RNARNA。50核酸和蛋白质的生物合成医学知识51核酸和蛋白质的生物合成医学知识uRNARNA转录合成的终止机制有两转录合成的终止机制有两种：种：自动终止自动终止l模板模板DNADNA链在接近转录终止点链在接近转录终止点处存在相连的富含处存在相连的富含GCGC和和ATAT的的区域，使区域，使RNARNA转录产物形成寡转录产物形成寡聚聚U U及发夹形的二级结构，引及发夹形的二级结构，引起起RNARNA聚合酶变构及移动停止聚合酶变构及移动停止，导致，导致RNARNA转录的终止。转录的终止。52核酸和蛋

46、白质的生物合成医学知识o 依赖辅助因子的终止依赖辅助因子的终止o由终止因子由终止因子(因子因子)识别特异的终止信号，并促使识别特异的终止信号，并促使RNARNA的的释放。释放。DNADNA链上提供转录终止信号的序列叫做终止子，都链上提供转录终止信号的序列叫做终止子，都具有发卡结构。具有发卡结构。o协助协助RNARNA聚合酶识别终止信号的辅助因子则称为聚合酶识别终止信号的辅助因子则称为终止因子终止因子.o有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，这种现象称为通读。这类引起抗终止作终止子继续转录，这种现象称为通读。这类引起抗

47、终止作用的蛋白叫用的蛋白叫抗终止因子抗终止因子。53核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 加帽发生在细胞核内，即加帽发生在细胞核内，即在在mRNAmRNA的的5-5-端加上端加上m7GTPm7GTP的结构。的结构。o 加工过程首先是在磷酸酶加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将的作用下，将5-5-端的磷端的磷酸基水解，然后再加上鸟酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸苷三磷酸(鸟苷酰转移酶鸟苷酰转移酶)，形成，形成GpppNGpppN的结构，再的结构，再对对G G进行甲基化。进行甲基化。54核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 加尾也在细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去加尾也在细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3

48、 3-端端一些过剩的核苷酸，然后由多聚腺苷酸聚合酶加入一些过剩的核苷酸，然后由多聚腺苷酸聚合酶加入polyApolyA。polyApolyA结构与结构与mRNAmRNA的半寿期有关。的半寿期有关。o 真核生物中的结构基因基本上都是断裂基因。结构基因真核生物中的结构基因基本上都是断裂基因。结构基因中能够指导多肽链合成的编码顺序被称为中能够指导多肽链合成的编码顺序被称为外显子外显子，而不，而不能指导多肽链合成的非编码顺序就被称为能指导多肽链合成的非编码顺序就被称为内含子内含子。55核酸和蛋白质的生物合成医学知识56核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理由甲基化酶

49、催化，对某些碱基进行甲基化处理。57核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 主要有以下几种加工方式主要有以下几种加工方式o切断切断o剪接剪接o化学修饰化学修饰58核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 一般以大片段形式转录，其中包括多种一般以大片段形式转录，其中包括多种rRNArRNA，通过间隔，通过间隔区或区或tRNAtRNA分开，转录后经修饰、剪切形成成熟分开，转录后经修饰、剪切形成成熟rRNArRNA。真。真核生物在核仁中完成。核生物在核仁中完成。59核酸和蛋白质的生物合成医学知识第三节第三节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成o 蛋白质的生物合成，就是将蛋白质的生物合成，就是将DNADNA传递给传递

50、给mRNAmRNA的遗的遗传信息，再具体地解译为蛋白质中氨基酸的排传信息，再具体地解译为蛋白质中氨基酸的排列顺序，这一过程被称为列顺序，这一过程被称为翻译翻译(translationtranslation)。60核酸和蛋白质的生物合成医学知识o 生物体内的各种蛋白质都是利用约生物体内的各种蛋白质都是利用约2020种氨基酸为原料自行种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系包括：成体系，该体系包括：mRNAmRNA：作为蛋白质生物合成的模板，指导蛋白质的合成；：作为蛋白质生物合成的模板，指导蛋白质的合成；m