生物化学核酸和蛋白质的生物合成.ppt

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 DNA RNA 蛋白质 复 制 转录 翻译 病毒 RNA 复 制 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, 44:671-682. 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 Origin Terminus replicon 7 Multiple eukaryotic replicons replicon replicon replicon replicon Replication fork replicon 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 20-40个 Dna A 单体形成大 的聚集体 Dna A单体结 合在 9 bp 的 重复序列上 11 3） Dna B（解链酶， helicase）的作用 在 13bp重复 序列上 DNA 解链 Dna B和 Dna C参与复合物， 形成复制叉 12 4）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 RNA引物 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 岗崎片段的合成与连接 DNA pol I 切除 RNA引物 DNA pol I 填补引物切除后留下的空隙 DNA ligase 完成片段连接 DNA聚合酶 III合成岗崎片段 RNA引物 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，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 1 Synthesis Gap 2 Mitosis 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 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 类型 部位 转录产物 对鹅膏蕈碱 的敏感度 I 核仁 18s,5.8s,28s rRNA 耐受 II 核质 hnRNA 极敏感 III 核质 tRNA， snRNA, 5srRNA 中度敏感 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 (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 H 3.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-tRNAmet 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。 2021/2/26