核酸的合成与蛋白质的生合成课件

第一节第一节 核苷酸代谢核苷酸代谢一、核酸的消化与吸收一、核酸的消化与吸收二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢1 1、从头合成途径、从头合成途径2 2、补救途径、补救途径三、核苷酸的分解代谢三、核苷酸的分解代谢第一第一节节 核苷酸代核苷酸代谢谢一、核酸的消化与吸收一、核酸的消化与吸收一、核酸的消化与吸收一、核酸的消化与吸收v食物核蛋白食物核蛋白v蛋白质蛋白质v核酸核酸（RNARNA及及DNADNA）v胃酸胃酸v单核苷酸单核苷酸v胰核酸酶胰核酸酶v核苷核苷v磷酸磷酸v胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶v碱基碱基v戊糖戊糖v核苷酶核苷酶一、核酸的消化与吸收食物核蛋白蛋白一、核酸的消化与吸收食物核蛋白蛋白质质核酸（核酸（RNA及及DNA）胃）胃二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢v嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成途途径径是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。v 肝肝是是体体内内从从头头合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的主主要要器器官官，其其次次是是小肠小肠和和胸腺胸腺，而，而脑、骨髓脑、骨髓则无法进行此合成途径。则无法进行此合成途径。1、嘌呤核苷酸的从头合成、嘌呤核苷酸的从头合成v定义定义v合成部位合成部位二、核苷酸的合成代二、核苷酸的合成代谢谢嘌嘌呤核苷酸的从呤核苷酸的从头头合成途径是指利用磷酸核糖合成途径是指利用磷酸核糖2 2、嘧啶核苷酸的从头合成、嘧啶核苷酸的从头合成v主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液v嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。v定义定义v合成部位合成部位2、嘧啶嘧啶核苷酸的从核苷酸的从头头合成主要是肝合成主要是肝细细胞胞液胞胞液嘧啶嘧啶核苷酸的从核苷酸的从头头合成合成v 利利用用体体内内游游离离的的嘌嘌呤呤(嘧嘧啶啶)或或嘌嘌呤呤（嘧嘧啶啶）核核苷苷，经经过过简简单单的的反反应应，合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的过过程程，称为补救合成（或重新利用）途径。称为补救合成（或重新利用）途径。3 3、嘌呤（嘧啶）核苷酸的补救合成途径、嘌呤（嘧啶）核苷酸的补救合成途径v定义定义v补救合成的生理意义补救合成的生理意义v补补救救合合成成节节省省从从头头合合成成时时的的能能量量和和一一些些氨氨基基酸的消耗。酸的消耗。v体体内内某某些些组组织织器器官官，如如脑脑、骨骨髓髓等等只只能能进进行行补救合成。补救合成。利用体内游离的利用体内游离的嘌嘌呤呤(嘧啶嘧啶)或或嘌嘌呤（呤（嘧啶嘧啶）核苷，）核苷，经过简单经过简单的反的反三、核苷酸的分解代谢三、核苷酸的分解代谢v组织细胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸酶的作用下水解为核苷。组织细胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸酶的作用下水解为核苷。核苷经核苷磷酸化酶催化，磷酸解生成核苷经核苷磷酸化酶催化，磷酸解生成1-1-磷酸核糖和嘌呤碱。磷酸核糖和嘌呤碱。1-1-磷酸核糖转变成为磷酸核糖转变成为5-5-磷酸核糖，进入磷酸戊糖途径。磷酸核糖，进入磷酸戊糖途径。v而嘌呤碱进一步代谢，最终氧化生成尿酸随尿排出而嘌呤碱进一步代谢，最终氧化生成尿酸随尿排出v核苷核苷酸酸v核苷核苷v核苷酸核苷酸酶酶vPiPiv核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶v碱基碱基v1-1-磷酸核糖磷酸核糖嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢三、核苷酸的分解代三、核苷酸的分解代谢组织细谢组织细胞中的胞中的嘌嘌呤核苷酸首先在核苷酸呤核苷酸首先在核苷酸酶酶的作的作v人体内的嘌呤的分解主要在肝、小肠及肾脏中进行。人体内的嘌呤的分解主要在肝、小肠及肾脏中进行。正常人血中尿酸较低，约为正常人血中尿酸较低，约为0.12-0.36mmol/L。当血浆。当血浆中尿酸高于中尿酸高于0.48mmol/L，尿酸盐晶体沉积于关节、软，尿酸盐晶体沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石、肾疾组织、软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石、肾疾病，称痛风症，进食高嘌呤或恶性肿瘤等均可使尿酸病，称痛风症，进食高嘌呤或恶性肿瘤等均可使尿酸含量升高含量升高人体内的人体内的嘌嘌呤的分解主要在肝、小呤的分解主要在肝、小肠肠及及肾脏肾脏中中进进行。正常人血中尿酸行。正常人血中尿酸第二节 DNA的生物合成vDNADNA是遗传信息的储存者和携带者。是遗传信息的储存者和携带者。v遗传信息在遗传信息在DNADNA中以密码（碱基排列顺序）的形式储存，中以密码（碱基排列顺序）的形式储存，表现为特定的核苷酸排列顺序。表现为特定的核苷酸排列顺序。v自我复制：自我复制：即即DNADNA可以以自身为模板来合成新的可以以自身为模板来合成新的DNADNA分子，分子，把遗传信息一代代传递下去，从而保证子代和亲代在遗传把遗传信息一代代传递下去，从而保证子代和亲代在遗传上的一致性。上的一致性。第二第二节节 DNA的生物合成的生物合成DNA是是遗传遗传信息的信息的储储存者和携存者和携带带者。者。第二节 DNA的生物合成v一、复制一、复制v二、端粒二、端粒DNADNA的合成的合成v三、三、DNADNA的逆转录的逆转录v四、四、DNADNA突变（突变（DNADNA损伤）和基因多态性损伤）和基因多态性第二第二节节 DNA的生物合成一、复制的生物合成一、复制一、复制v复制：复制：遗传信息以碱基排列顺序的方式储存在遗传信息以碱基排列顺序的方式储存在DNA分子中，分子中，以亲代以亲代DNA为模板合成子代为模板合成子代DNA时，即将遗传信息准确地时，即将遗传信息准确地复制到子代复制到子代DNA分子上，这一过程称为复制。分子上，这一过程称为复制。v在细胞分裂的过程中，通过在细胞分裂的过程中，通过DNADNA复制把亲代细胞所含的遗复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞，从而保证子代与亲代传信息忠实地传递给两个子代细胞，从而保证子代与亲代在遗传上的一致性。在遗传上的一致性。vDNADNA复制方法：复制方法：半保留复制（是半保留复制（是DNADNA特有的生物合成方法）特有的生物合成方法）一、复制复制：一、复制复制：遗传遗传信息以碱基排列信息以碱基排列顺顺序的方式序的方式储储存在存在DNA分子中分子中（一）DNA的半保留复制v复制依据：复制依据：DNADNA复制时，亲代复制时，亲代DNADNA的双螺旋先行解旋和分开，的双螺旋先行解旋和分开，然后以每条链为模板，按照然后以每条链为模板，按照碱基配对原则碱基配对原则，在这两条链上，在这两条链上各形成一条互补链，这样便形成了两个新的子代各形成一条互补链，这样便形成了两个新的子代DNADNA分子。分子。v半保留复制：半保留复制：DNADNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNADNA链，这样新合成的子代链，这样新合成的子代DNADNA分子中一条链来自亲代分子中一条链来自亲代DNADNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。v发生部位：发生部位：细胞核、线粒体、叶绿体。细胞核、线粒体、叶绿体。v参与参与DNADNA复制的酶：复制的酶：DNADNA聚合酶、引物酶、聚合酶、引物酶、DNADNA连接酶。连接酶。（一）（一）DNA的半保留复制复制依据：的半保留复制复制依据：DNA复制复制时时，亲亲代代DNA的的DNA的半保留复制DNA的半保留复制的半保留复制DNA的半连续复制DNA的半的半连续连续复制复制（二）DNA的复制过程v复制的过程复制的过程v1.1.复制的起始复制的起始 v2.RNA2.RNA引物的合成引物的合成v3.DNA3.DNA链的合成链的合成 v4.4.复制的终止复制的终止（二）（二）DNA的复制的复制过过程复制的程复制的过过程程1.复制起始v复制起始点：复制起始点：DNADNA的复制都是从某一特定位置开始的，这的复制都是从某一特定位置开始的，这一位置叫复制起始点。该区域一般富含一位置叫复制起始点。该区域一般富含A A、T T两种碱基。两种碱基。v复制眼：复制眼：由能识别起始点的单链结合蛋白与复制起始点相由能识别起始点的单链结合蛋白与复制起始点相结合，然后结合，然后DNADNA双链被解开所形成的双链被解开所形成的“眼眼”状结构。状结构。v复制叉：复制叉：在复制眼的两端出现的两个叉状生长点。在复制眼的两端出现的两个叉状生长点。v双向复制：双向复制：即原核生物从一个固定的起始点上开始，向两即原核生物从一个固定的起始点上开始，向两个相反方向进行复制。个相反方向进行复制。v区别：区别：原核生物复制起始点只有一个，真核生物复制起始原核生物复制起始点只有一个，真核生物复制起始点有多个。点有多个。1.复制起始复制起始点：复制起始复制起始点：DNA的复制都是从某一特定位置开始的的复制都是从某一特定位置开始的复制起始复制起始复制起始2.RNA引物的合成v引物：引物：在每一个复制起始点，在每一个复制起始点，DNADNA的合成必须要一段的合成必须要一段RNARNA作作为引物，即以亲代为引物，即以亲代DNADNA的单链为模板，在引物酶（的单链为模板，在引物酶（RNARNA聚合聚合酶）的催化下，合成一段含有酶）的催化下，合成一段含有5050100100个核苷酸的个核苷酸的RNARNA短链，短链，方向为方向为5353，与亲代，与亲代DNADNA单链成逆向平行。单链成逆向平行。2.RNA引物的合成引物：在每一个复制起始点，引物的合成引物：在每一个复制起始点，DNA的合成必的合成必3.DNA链的合成v连续复制连续复制:v不连续复制不连续复制:v冈崎片段：冈崎片段：在以在以5353链为模板时，在链为模板时，在DNADNA聚合酶催化聚合酶催化下所合成的不连续的下所合成的不连续的DNADNA小片段小片段(长度约长度约1000-20001000-2000个核苷个核苷酸酸)，这些片段根据发现者命名为冈崎片段。，这些片段根据发现者命名为冈崎片段。v前导链：前导链：在以在以3535链为模板时，新生的链为模板时，新生的DNADNA以以5353方向连续合成，这条新生方向连续合成，这条新生DNADNA链称为前导链。链称为前导链。v后随链：后随链：在以在以5353链为模板时，新生的链为模板时，新生的DNADNA以以3535方向不连续合成，这条新生方向不连续合成，这条新生DNADNA链称为后随链链称为后随链（滞后链）。（滞后链）。3.DNA链链的合成的合成连续连续复制复制:DNA的不连续复制DNA的不的不连续连续复制复制4.复制终止vDNADNA链的中断：链的中断：当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其上当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其上的的RNARNA引物在核酸酶的催化下，先后被水解切除掉。引物在核酸酶的催化下，先后被水解切除掉。vDNADNA链的连接：链的连接：引物脱落后所留下的缺口，在引物脱落后所留下的缺口，在DNADNA聚合酶催化聚合酶催化下，用脱氧核苷酸配对填补上，再由下，用脱氧核苷酸配对填补上，再由DNADNA连接酶催化，把各连接酶催化，把各短片段连接起来，并修复掺入短片段连接起来，并修复掺入DNADNA链的错配碱基。链的错配碱基。v这样以两条亲代这样以两条亲代DNADNA链为模板，各自形成了一条新的链为模板，各自形成了一条新的DNADNA互补互补链，构成了两个链，构成了两个DNADNA双螺旋分子，每个分子中一条链来自亲双螺旋分子，每个分子中一条链来自亲代代DNADNA，另一条链则是新合成的。，另一条链则是新合成的。4.复制复制终终止止DNA链链的中断：当新形成的的中断：当新形成的冈冈崎片段延崎片段延长长至一定至一定长长度度二、端粒DNA的合成端粒是短的多重复的非转录序列（端粒是短的多重复的非转录序列（TTAGGGTTAGGG）及一些结合蛋）及一些结合蛋白组成特殊结构，除了提供非转录白组成特殊结构，除了提供非转录DNADNA的缓冲物外，它还能的缓冲物外，它还能保护染色体末端免于融合和退化，在染色体定位、复制、保护染色体末端免于融合和退化，在染色体定位、复制、保护和控制细胞生长及寿命方面具有重要作用，并与细胞保护和控制细胞生长及寿命方面具有重要作用，并与细胞凋亡、细胞转化和永生化密切相关。凋亡、细胞转化和永生化密切相关。当当细胞分裂细胞分裂一次，每条染色体的端粒就会逐次变短一些，一次，每条染色体的端粒就会逐次变短一些，构成端粒的一部分构成端粒的一部分基因基因约约5050200200个个核苷酸核苷酸会因多次细胞分会因多次细胞分裂而不能达到完全复制（丢失），以至细胞终止其功能不裂而不能达到完全复制（丢失），以至细胞终止其功能不再分裂。因此，严重缩短的端粒是细胞老化的信号。在某再分裂。因此，严重缩短的端粒是细胞老化的信号。在某些需要无限复制循环的细胞中，端粒的长度在每次细胞分些需要无限复制循环的细胞中，端粒的长度在每次细胞分裂后被能合成端粒的特殊性裂后被能合成端粒的特殊性DNADNA聚合酶聚合酶-端粒酶所保留。端粒酶所保留。二、端粒二、端粒DNA的合成端粒是短的多重复的非的合成端粒是短的多重复的非转录转录序列（序列（TTAGG核酸的合成与蛋白核酸的合成与蛋白质质的生合成的生合成课课件件核酸的合成与蛋白核酸的合成与蛋白质质的生合成的生合成课课件件核酸的合成与蛋白核酸的合成与蛋白质质的生合成的生合成课课件件v五百欧元测寿命五百欧元测寿命 “生命长度生命长度”起争议起争议端粒的长度是生物学年龄的一个完美的显示器，对其进行测试可以在一定程对其进行测试可以在一定程度上预知一个人的寿命，但由此也会引发包括伦理学争议在内的一系列问题。度上预知一个人的寿命，但由此也会引发包括伦理学争议在内的一系列问题。五百欧元五百欧元测测寿命寿命“生命生命长长度度”起争起争议议端粒的端粒的长长度是生物学年度是生物学年龄龄的一的一三、逆转录作用1.1.逆向转录逆向转录2.2.逆转录酶：逆转录酶：催化逆转录反应的酶。催化逆转录反应的酶。3.3.病毒逆转录的过程：病毒逆转录的过程：以病毒以病毒RNARNA为模板，在逆转录酶和为模板，在逆转录酶和tRNAtRNA引物的作用下，引物的作用下，合成合成RNA-DNARNA-DNA杂合链，随后以新合成的杂合链，随后以新合成的DNADNA链为模板形成链为模板形成DNA-DNADNA-DNA双链，同时降解释放出双链，同时降解释放出RNARNA链；链；新合成的新合成的DNADNA双链转入细胞核内，进入宿主细胞，并随双链转入细胞核内，进入宿主细胞，并随寄主寄主DNADNA一起复制传递至子代细胞。一起复制传递至子代细胞。以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，这与通常转录过程中遗传这与通常转录过程中遗传信息从信息从DNADNA到到RNARNA的方向相的方向相反，故称为逆转录作用。反，故称为逆转录作用。三、逆三、逆转录转录作用作用1.逆向逆向转录转录2.逆逆转录转录酶酶：催化逆：催化逆转录转录反反应应的的酶酶。四、突变v突变突变：DNADNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致DNADNA的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，称为的遗传特性，称为DNADNA的突变。的突变。v突变的方式：突变的方式：1.1.碱基置换突变：碱基置换突变：由一个错误的碱基对替代一个正确的碱基对的由一个错误的碱基对替代一个正确的碱基对的突变叫碱基置换突变。突变叫碱基置换突变。2.2.插入突变：插入突变：基因中插入一个或几个碱基对，会使基因中插入一个或几个碱基对，会使DNADNA的阅读框架的阅读框架（读码框）发生改变，导致插入之后的所有密码子都跟着发生变（读码框）发生改变，导致插入之后的所有密码子都跟着发生变化，结果产生一种异常的多肽链。化，结果产生一种异常的多肽链。3.3.缺失突变：缺失突变：基因中缺失一个或几个碱基对，会使基因中缺失一个或几个碱基对，会使DNADNA的阅读框架的阅读框架（读码框）发生改变，导致缺失部位之后的所有密码子都跟着发（读码框）发生改变，导致缺失部位之后的所有密码子都跟着发生变化，结果产生一种异常的多肽链。生变化，结果产生一种异常的多肽链。四、突四、突变变突突变变：DNA分子中的核苷酸序列分子中的核苷酸序列发发生突然而生突然而稳稳定的改定的改变变，DNA突变的类型-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-转换转换-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入插入A-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失T野生型基因野生型基因-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-颠换颠换碱基对的置换碱基对的置换移码突变移码突变 DNA突突变变的的类类型型-T-C-G-G-C-T-G-T-A-v自发突变：自发突变：在自然条件下发生的，由生物体内固在自然条件下发生的，由生物体内固有的诱变剂引发的突变叫自发突变。有的诱变剂引发的突变叫自发突变。v诱发突变：诱发突变：由人工利用物理因素或化学药剂诱发由人工利用物理因素或化学药剂诱发的突变叫诱发突变。的突变叫诱发突变。v诱变剂：诱变剂：凡能提高突变率的任何理化因子都可称凡能提高突变率的任何理化因子都可称为诱变剂。为诱变剂。v常见的诱变剂：常见的诱变剂：碱基类似物、亚硝酸、羟胺、紫碱基类似物、亚硝酸、羟胺、紫外线、外线、X X 射线、射线、射线、热处理等，还有一些射线、热处理等，还有一些来自于其他微生物的来自于其他微生物的 DNA DNA 片段、转座子等生物因片段、转座子等生物因子等都可诱发突变。子等都可诱发突变。自自发发突突变变：在自然条件下：在自然条件下发发生的，由生物体内固有的生的，由生物体内固有的诱变剂诱变剂引引发发的突的突第三节 RNA的生物合成v一、一、RNARNA的转录的转录v二、转录后加工二、转录后加工v三、三、RNARNA的复制的复制第三第三节节 RNA的生物合成一、的生物合成一、RNA的的转录转录一、RNA的转录v转录：转录：在生物细胞内以在生物细胞内以DNADNA为模板合成与为模板合成与DNADNA某段核苷酸顺序某段核苷酸顺序相对应的相对应的RNARNA分子，将遗传信息传递到分子，将遗传信息传递到RNARNA分子的过程，称为分子的过程，称为转录。转录。v转录的不对称性：转录的不对称性：在转录过程中，在转录过程中，DNADNA的二条链中仅有一条的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，这称为转录的不对称性。链可作为转录的模板，这称为转录的不对称性。v模板链：模板链：在转录过程中，在转录过程中，DNADNA的二条链中用作模板的链称为的二条链中用作模板的链称为模板链或反意义链。模板链或反意义链。v编码链：编码链：模板链互补的另一条链称为编码链或有意义链。模板链互补的另一条链称为编码链或有意义链。v转录方向：转录方向：即即RNARNA延伸方向延伸方向5353v转录部位：转录部位：原核生物原核生物在含有在含有DNADNA的拟核区的拟核区 真核生物真核生物在细胞核（在细胞核（mRNAmRNA和和tRNAtRNA在核质中，在核质中，rRNArRNA在核仁中在核仁中)一、一、RNA的的转录转录转录转录：在生物：在生物细细胞内以胞内以DNA为为模板合成与模板合成与DNAv编码链编码链5-CCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTTTGAACAAAA-3 5-CCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTTTGAACAAAA-3 v模板链模板链3-GGTCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAAACTTGTTTT-53-GGTCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAAACTTGTTTT-5vRNARNA链链 5-CCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUUUUUUOH35-CCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUUUUUUOH3编码链编码链5-CCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCTTRNA的转录过程v1.1.转录的起动转录的起动v2.RNA2.RNA链的延长链的延长v3.3.转录的终止转录的终止RNA的的转录过转录过程程1.转录转录的起的起动动1.转录的起动v与与DNADNA合成的区别之一：合成的区别之一：RNARNA的合成不需要引物。的合成不需要引物。v转录起始点的识别：转录起始点的识别：全酶中的全酶中的亚基会选择正确的起点，亚基会选择正确的起点，RNARNA聚合酶先与聚合酶先与DNADNA模板上的特殊启动子部位结合，使模板上的特殊启动子部位结合，使DNADNA双双链打开。链打开。v三元起始复合物：三元起始复合物：第一个核苷三磷酸结合到转录起始位点，第一个核苷三磷酸结合到转录起始位点，便形成了启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复便形成了启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时亚亚基被释放脱离核心酶。基被释放脱离核心酶。v磷酸二酯键形成：磷酸二酯键形成：第二个核苷酸进入，连接到第一个核苷酸第二个核苷酸进入，连接到第一个核苷酸的的33羟基上，形成了第一个羟基上，形成了第一个3 35 5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。1.转录转录的起的起动动与与DNA合成的区合成的区别别之一：之一：RNA的合成不需要引物的合成不需要引物2.RNA链的延长v从起始到延伸的转变过程，核心酶与从起始到延伸的转变过程，核心酶与DNADNA的结合松弛，核的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的核苷三磷酸加到生长的RNARNA链的链的3-OH3-OH端，催化形成磷酸端，催化形成磷酸二酯键。二酯键。v转录延伸方向：转录延伸方向：沿沿DNADNA模板链的模板链的3535方向按碱基配对方向按碱基配对原则向原则向5353方向延长。方向延长。v原料：原料：ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTP4UTP4种三磷酸核苷酸种三磷酸核苷酸2.RNA链链的延的延长长从起始到延伸的从起始到延伸的转变过转变过程，核心程，核心酶酶与与DNA的的结结3.转录的终止v终止子：终止子：在在DNADNA分子上具有使分子上具有使RNARNA聚合酶停止合成聚合酶停止合成RNARNA和释和释放放RNARNA链的特殊碱基顺序称为终止子。链的特殊碱基顺序称为终止子。v这些终止信号有的能被这些终止信号有的能被RNARNA聚合酶自身识别，而有的则需聚合酶自身识别，而有的则需要有要有因子的帮助。因子的帮助。v因子：因子：一个分子量很大的四聚体蛋白质，它能与一个分子量很大的四聚体蛋白质，它能与RNARNA聚聚合酶结合但不是酶的组分。它的合酶结合但不是酶的组分。它的作用作用是识别终止信号并阻是识别终止信号并阻止止RNARNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的完成的RNARNA链。链。3.转录转录的的终终止止终终止子：在止子：在DNA分子上具有使分子上具有使RNA聚合聚合酶酶停止合停止合二、转录后加工 v转录后加工：转录后加工：在转录中新合成的在转录中新合成的RNARNA往往是较大的前体分子，往往是较大的前体分子，需要经过进一步的加工修饰，才转变为具有生物学活性的、需要经过进一步的加工修饰，才转变为具有生物学活性的、成熟的成熟的RNARNA分子，这一过程称为转录后加工。分子，这一过程称为转录后加工。二、二、转录转录后加工后加工 转录转录后加工：在后加工：在转录转录中新合成的中新合成的RNA往往是往往是较较大大rRNA前体的加工v1.1.剪切作用：剪切作用：需核酸酶参与。需核酸酶参与。v2.2.甲基化修饰：甲基化修饰：修饰在碱基上。修饰在碱基上。v3.3.自我剪接：自我剪接：一种核酶的作用。一种核酶的作用。rRNA前体的加工前体的加工1.剪切作用：需核酸剪切作用：需核酸酶酶参与。参与。tRNA前体的加工v1.1.切除多余的核苷酸：切除多余的核苷酸：RNase RNase 切除切除5 5 端和端和33端多余的端多余的核苷酸；核苷酸；v2.32.3末端加末端加-CCA-CCA：在核苷酸基转移酶催化下完成在核苷酸基转移酶催化下完成33末端末端添加添加CCACCA。v3.3.修饰修饰:修饰包括甲基化修饰包括甲基化,脱氨基脱氨基,还原反应等。还原反应等。tRNA前体的加工前体的加工1.切除多余的核苷酸：切除多余的核苷酸：RNase 切除切除5mRNA前体的加工v原核生物原核生物mRNAmRNA前体的加工：前体的加工：原核生物转录生成的初级转录本原核生物转录生成的初级转录本mRNAmRNA不需经过复不需经过复杂的加工就表现有活性。杂的加工就表现有活性。v真核生物真核生物mRNAmRNA前体的加工：前体的加工：要经过较复杂的过程，包括要经过较复杂的过程，包括 55末端加帽：在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸末端加帽：在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸(SAM)(SAM)提供甲基，在鸟提供甲基，在鸟嘌呤的嘌呤的N-7N-7上甲基化，然后在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸上甲基化，然后在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2 2OHOH上又进行甲基化，最后成为上又进行甲基化，最后成为m7GpppNmpm7GpppNmp，这就是帽子生成。，这就是帽子生成。33端加尾：是先要在端加尾：是先要在mRNAmRNA前体的前体的33末端末端11113030核苷酸处有一段核苷酸处有一段AAUAAAAUAA保保守序列，核酸内切酶催化切除多余的核苷酸。随后，在多聚守序列，核酸内切酶催化切除多余的核苷酸。随后，在多聚A A聚合酶催化下，聚合酶催化下，发生聚合反应形成了发生聚合反应形成了33末端多聚末端多聚A A尾。尾。剪接作用：在核酸内切酶作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将剪接作用：在核酸内切酶作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，成为成熟的外显子各部分连接起来，成为成熟的mRNAmRNA。核苷酸编辑：即在转录产物中插入、删除或取代一些核苷酸残基，生成具核苷酸编辑：即在转录产物中插入、删除或取代一些核苷酸残基，生成具有正确翻译功能的模板，有正确翻译功能的模板，甲基化修饰。甲基化修饰。mRNA前体的加工原核生物前体的加工原核生物mRNA前体的加工：原核生物前体的加工：原核生物转录转录生生三、RNA的复制vRNARNA的复制：的复制：RNARNA病毒的遗传信息全部储存在病毒的遗传信息全部储存在RNARNA分子中，分子中，它能通过复制合成与其自身相同的分子，这种以它能通过复制合成与其自身相同的分子，这种以RNARNA作为作为模板复制模板复制RNARNA分子的过程称为分子的过程称为RNARNA的复制。的复制。v噬菌体噬菌体RNARNA的复制：的复制：vRNARNA病毒的繁殖方式：病毒的繁殖方式：v一是以病毒一是以病毒RNARNA直接作为复制的模板；直接作为复制的模板；v二是以病毒二是以病毒RNARNA为逆转录为为逆转录为DNADNA，然后从，然后从DNADNA转录出病毒转录出病毒RNARNA。三、三、RNA的复制的复制RNA的复制：的复制：RNA病毒的病毒的遗传遗传信息全部信息全部储储存在存在比较转录和复制的异同点 v相同点：相同点：都以都以DNADNA为模板；遵循碱基互补配对原则。为模板；遵循碱基互补配对原则。不同点：不同点：1.1.模板不同：模板不同：转录以转录以DNADNA单链为模版而复制以双链为模板单链为模版而复制以双链为模板 2.2.底物不同：底物不同：复制是复制是dATPdATP、dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP转录，转录，ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP 3.3.引物不同：引物不同：转录无引物；复制以一段特异的转录无引物；复制以一段特异的RNARNA为引物为引物 4.4.酶体系不同：酶体系不同：转录用的是转录用的是RNARNA聚合酶，复制用的是聚合酶，复制用的是DNADNA聚合酶、聚合酶、引物酶和引物酶和DNADNA连接酶。连接酶。5.5.碱基配对不完全一样：碱基配对不完全一样：转录中转录中A A对对U U，而复制中，而复制中A A对对T T比比较转录较转录和复制的异同点和复制的异同点 相同点：都以相同点：都以DNA为为模板；遵循碱基互模板；遵循碱基互第四节第四节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成一、参与蛋白质生物合成的主要物质一、参与蛋白质生物合成的主要物质二、蛋白质的合成过程二、蛋白质的合成过程第四第四节节 蛋白蛋白质质的生物合成一、参与蛋白的生物合成一、参与蛋白质质生物合成的主要物生物合成的主要物质质 蛋白质的生物合成过程就是将蛋白质的生物合成过程就是将mRNA分子中分子中由由碱基序列碱基序列组成的遗传信息，通过组成的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破译的破译的方式转变成为蛋白质中的方式转变成为蛋白质中的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序，因而称，因而称为翻译（为翻译（translation)。蛋白蛋白质质的生物合成的生物合成过过程就是将程就是将mRNA分子中由碱基序列分子中由碱基序列组组l 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、无机离子、无机离子v 三种三种RNA mRNA rRNA tRNA一、参与蛋白质生物合成的主要物质一、参与蛋白质生物合成的主要物质 20种氨基酸作种氨基酸作为为原料原料 三种三种RNA一、参与蛋白一、参与蛋白质质生物合成的主生物合成的主1、mRNA是指导蛋白质合成的直接模版是指导蛋白质合成的直接模版2、tRNA既是氨基酸的转运工具又是读码器既是氨基酸的转运工具又是读码器3、核糖体是合成蛋白质的机器、核糖体是合成蛋白质的机器1、mRNA是指是指导导蛋白蛋白质质合成的直接模版合成的直接模版二、蛋白质的合成过程二、蛋白质的合成过程翻译起始翻译起始翻译延长翻译延长翻译终止翻译终止二、蛋白二、蛋白质质的合成的合成过过程翻程翻译译起始起始一、概述一、概述二、真核生物基因表达调控二、真核生物基因表达调控第五节 基因表达调控一、概述第五一、概述第五节节 基因表达基因表达调调控控55一、概一、概 述述1、基因表达：、基因表达：v指基因经过转录、翻译等一系列复杂过程，产生具指基因经过转录、翻译等一系列复杂过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子或有特异生物学功能的蛋白质分子或RNA产物的过程。产物的过程。v中心法则中心法则55一、概一、概 述述1、基因表达：中心法、基因表达：中心法则则56v在不同时期和不同条件下基因表达的开启或关闭以及基在不同时期和不同条件下基因表达的开启或关闭以及基因活性的增加或减弱等，是受到调节的。因活性的增加或减弱等，是受到调节的。v不论是真核还是原核生物都有基因表达调控机制。指挥不论是真核还是原核生物都有基因表达调控机制。指挥基因调控的信号基因调控的信号原核生物：营养状况、环境因素。原核生物：营养状况、环境因素。真核生物：激素水平、发育阶段。真核生物：激素水平、发育阶段。v基因表达调控的时间性和空间性基因表达调控的时间性和空间性2、基因表达的调控、基因表达的调控56在不同在不同时时期和不同条件下基因表达的开启或关期和不同条件下基因表达的开启或关闭闭以及基因活性的以及基因活性的571）顺式作用元件）顺式作用元件 与相关基因处于同一与相关基因处于同一DNA分子上，能起调控作用的分子上，能起调控作用的DNA序序列列，一般不转录任何产物。，一般不转录任何产物。如：启动子、增强子、终止子、衰减子等如：启动子、增强子、终止子、衰减子等2）反式作用因子）反式作用因子 一个基因的产物（如蛋白质或一个基因的产物（如蛋白质或RNA）如对另一个基因的）如对另一个基因的表达具有调控作用，则被称为反式作用因子。表达具有调控作用，则被称为反式作用因子。3、基因表达调控的元件和作用方式基因表达调控的元件和作用方式571）顺顺式作用元件式作用元件3、基因表达、基因表达调调控的元件和作用方式控的元件和作用方式583）调控方式）调控方式v顺式调控和反式调控顺式调控和反式调控v正调控和负调控正调控和负调控负调控：调节蛋白是阻遏蛋白负调控：调节蛋白是阻遏蛋白无调节蛋白时，基因是表达的，加入调节蛋白，基因活性被关闭。无调节蛋白时，基因是表达的，加入调节蛋白，基因活性被关闭。正调控：调节蛋白是激活蛋白正调控：调节蛋白是激活蛋白无调节蛋白时，基因是关闭的，加入调节蛋白，基因活性被开启。无调节蛋白时，基因是关闭的，加入调节蛋白，基因活性被开启。583）调调控方式控方式顺顺式式调调控和反式控和反式调调控控594、原核生物和真核生物的基因表达调控策略、原核生物和真核生物的基因表达调控策略v原核生物的基因调控原核生物的基因调控取决于环境因素及细胞对环境条件的适应取决于环境因素及细胞对环境条件的适应在在DNA、转录和翻译三个水平上进行、转录和翻译三个水平上进行操纵子操纵子原核生物转录调控的主要方式原核生物转录调控的主要方式v真核生物的基因调控真核生物的基因调控比原核生物复杂得多（多细胞生物）比原核生物复杂得多（多细胞生物）基因表达调控贯穿于基因表达调控贯穿于DNA到有功能蛋白质的全过程到有功能蛋白质的全过程未发现操纵子的存在未发现操纵子的存在594、原核生物和真核生物的基因表达、原核生物和真核生物的基因表达调调控策略原核生物的基因控策略原核生物的基因调调60二、真核生物的基因表达调控二、真核生物的基因表达调控v1 1、真核生物基因表达调控的特点、真核生物基因表达调控的特点1 1）基因激活与转录区染色体结构的变化有关）基因激活与转录区染色体结构的变化有关2 2）转录和翻译分隔进行，具有时空差别）转录和翻译分隔进行，具有时空差别3 3）转录后加工更负责）转录后加工更负责4 4）既有）既有瞬时调控瞬时调控又有发育调控又有发育调控瞬时调控：通过改变代谢物水平或激素水平、引起细瞬时调控：通过改变代谢物水平或激素水平、引起细胞内酶活性或功能蛋白数量的改变来实现。胞内酶活性或功能蛋白数量的改变来实现。5 5）转录调控以正调控为主）转录调控以正调控为主60二、真核生物的基因表达二、真核生物的基因表达调调控控1、真核生物基因表达、真核生物基因表达调调控的特点控的特点612、转录水平的调控、转录水平的调控v真核基因的转录调控主要是通过真核基因的转录调控主要是通过顺式作用元件顺式作用元件和和反式作用因子反式作用因子的相互作用来实现的。的相互作用来实现的。v反式作用因子通过与顺式作用元件（启动子、增反式作用因子通过与顺式作用元件（启动子、增强子等）结合，改变强子等）结合，改变DNA的构象影响转录。的构象影响转录。612、转录转录水平的水平的调调控真核基因的控真核基因的转录调转录调控主要是通控主要是通过顺过顺式作用元式作用元62顺式作用元件顺式作用元件1）启动子）启动子(promoter)v核心启动子：核心启动子：vRNA聚合酶起始转录所必需的最小的聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转序列，包括转录起始子（录起始子（Inr）及其上游）及其上游-25-30bp处的处的TATA box。v 决定转录的方向和转录精确的起始决定转录的方向和转录精确的起始v上游启动子元件（上游启动子元件（UPE）：）：v主要包括位于主要包括位于-70bp附近的附近的CAAT box和和GC box。v 影响转录起始的效率影响转录起始的效率62顺顺式作用元件式作用元件1）启）启动动子子(promoter)核心启核心启动动子：上子：上63真核生物启动子的典型结构真核生物启动子的典型结构v核心启动子核心启动子v上游启动子元件上游启动子元件63真核生物启真核生物启动动子的典型子的典型结结构核心启构核心启动动子上游启子上游启动动子元件子元件642）增强子）增强子(enhancer)是一种能增强真核细胞某些启动子功能的是一种能增强真核细胞某些启动子功能的DNA序序列，不能启动基因的转录，但有增强启动子转录列，不能启动基因的转录，但有增强启动子转录的作用。的作用。642）增）增强强子子(enhancer)65增强子的主要特性增强子的主要特性1.具有远距离调节功能。具有远距离调节功能。2.无方向性。无方向性。3.无基因专一性，同源、异源基因都有效。无基因专一性，同源、异源基因都有效。4.在基因组中的位置不固定在基因组中的位置不固定。5.增强效应有严密的组织和细胞特异性。增强效应有严密的组织和细胞特异性。6.受外部信号的调控。受外部信号的调控。65增增强强子的主要特性子的主要特性 具有具有远远距离距离调节调节功能。功能。66v3）沉默子）沉默子(silencer)v某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。子时，对基因转录起阻遏作用。v沉默子的作用可不受序列方向的影响，也能远距沉默子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。663）沉默子）沉默子(silencer)某些基因的某些基因的负负性性调节调节元件，当元件，当67反式作用因子反式作用因子 为为DNA结合蛋白、核内蛋白，识别启动子、启结合蛋白、核内蛋白，识别启动子、启动子近侧元件和增强子等顺式作用元件中的特动子近侧元件和增强子等顺式作用元件中的特异性序列。异性序列。可激活（正调控）或阻遏（负调控）邻近基因可激活（正调控）或阻遏（负调控）邻近基因的表达。的表达。67反式作用因子反式作用因子 为为DNA结结合蛋白、核内蛋白，合蛋白、核内蛋白，识别识别启启动动子、启子、启