核酸和蛋白质的生物合成课件

第十四章 核酸和蛋白质的生物合成第一节DNA的生物合成第二节RNA的生物合成第三节蛋白质的生物合成第十四章 核酸和蛋白质的生物合成第一节DNA的生物合成1预备知识核酸遗传性大分子；蛋白质功能性大分子；基因(gene)-生命体遗传信息的传递体，是编码生物活性产物（蛋白质或各种RNA）的DNA功能片段，其功能的体现遵循中心法则。原核生物：每个细胞只有一个染色体.真核生物：每个细胞含有多条染色体.染色体以外的遗传因子：包括细菌的质粒,病毒,真核细胞的细胞器中DNA等。DNA的体外复制：分子克隆。预备知识核酸遗传性大分子；蛋白质功能性大分子；2DNA的双螺旋结构DNA的双螺旋结构3RNARNA的结构的结构RNA的结构4蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质的结构5遗传中心法则“复制复制”“翻译翻译”逆转录逆转录RNA的的复制复制1958年，年，F.Crick提出中心提出中心法则：法则：复制、转录、翻译复制、转录、翻译中心法则的补充：中心法则的补充：逆转录、逆转录、RNA的复制。的复制。“转录转录”遗传中心法则“复制”“翻译”逆转录RNA的复制1958年，F6第一节DNA的生物合成DNA的复制DNADNARNA的逆转录 RNADNA）RNA指导下的DNA聚合酶DNA指导下的DNA聚合酶第一节DNA的生物合成DNA的复制RNA指导下的DNA聚合7一、DNA的复制反应体系DNA的复制特点DNA复制过程一、DNA的复制反应体系81.反应体系413页页底物：dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)模板：单链的DNA母链引物：寡核苷酸引物（RNA)酶和蛋白因子DNADNA聚合酶聚合酶（DNA指导的DNA的聚合酶）另一种DNA聚合酶（切除引物并补上缺口的酶)引物酶或RNA聚合酶（引发酶）解螺旋酶DNA旋转酶（拓扑异构酶）单链DNA结合蛋白（原核SSB、真核RPA DNA连接酶（ligase)1.反应体系413页底物：dNTP(dATP,dGTP,9DNA聚合酶催化反应特点以4种dNTP为底物反应需要接受DNA模板的指导，不能催化游离的dNTP的聚合。反应需有引物 3OH的核酸链(RNA片段)链生长方向5 3产物DNA的性质与模板相同DNA聚合酶催化反应特点以4种dNTP为底物102.DNA的复制特点复制子半保留复制半不连续复制复制的保真性2.DNA的复制特点复制子11复制子(Replicon)复制子:基因组中能单独进行复制的单位。每个起始点到终止点的区域为一个复制子。各复制子发动复制的时间有先有后。单复制子:一般原核生物细胞多复制子：真核生物细胞核DNA。复制的方向：单向或双向 复制子(Replicon)复制子:基因组中能单独进行复制的12复制叉复制叉(生长点）生长点）单向复制单向复制双向复制双向复制细菌复制叉移动速度细菌复制叉移动速度50000bp/min真核生物复制叉移动速度真核生物复制叉移动速度3000bp/min复制叉(生长点）单向复制双向复制细菌复制叉移动速度5000013半保留复制半保留复制14DNA的半保留复制的证明(1)1958年，Meselson和Stahl用普通培养基（14N）培养15N标记的大肠杆菌。用CsCl密度梯度离心法分析子代和二代DNA而推知。第一代第一代第二代第二代细菌细菌（含（含15N-DNA)普通普通DNA普通普通DNA重重DNA 重重DNA普通培养基普通培养基普通培养基普通培养基密度梯度离心密度梯度离心DNA的半保留复制的证明(1)1958年，Meselson和15DNA的半保留复制的证明(2)1963年由Cairns用3H标记大肠杆菌DNA经过两代之后，用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的染色体DNA释放出来，铺在一张透析膜上，用感光乳胶片感光，显影后在电子显微镜下观察。DNA的半保留复制的证明(2)1963年由Cairns用3H16半不连续复制冈崎片段：1968年细菌：1Kb-2Kb，相当 于一个顺反子的大小。真核：100-200bp风崎片段风崎片段前导连前导连引物引物RNA半不连续复制冈崎片段：1968年风崎片段前导连引物RNA17DNA复制的忠实性聚合酶对dNTP的选择35核酸外切酶活性以及碱基互补配对。机体内对DNA损伤的修复。DNA复制的忠实性聚合酶对dNTP的选择183.DNA复制过程(1)起始阶段(2)复制的延伸(3)复制的终止3.DNA复制过程(1)起始阶段(2)复制的延伸(3)复19DNA复制为什么要用RNA引物？从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢键都较弱，易发生错配。复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，DNA聚合酶的35校对功能难发挥作用 DNA复制为什么要用RNA引物？从模板复制最初几个核酸时，碱20二、RNA的逆转录（RNADNA）致癌RNA病毒逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase,RT)逆转录活性：RNA指导的DNA聚合酶活性。RNase H 活性：水解RNA/DNA 杂交体上的RNA。DNA聚合酶活性：DNA指导的DNA聚合酶活性，合成互补DNA没有35外切酶活性。二、RNA的逆转录（RNADNA）致癌RNA病毒21核酸和蛋白质的生物合成课件22cDNA以mRNA为模板合成出的相应于一定mRNA的互补DNA。可代表某一特定基因。反转录酶的发现对于遗传工程技术起了很大的推动作用，目前它已成为一种重要的工具酶。用组织细胞提取mRNA并以它为模板，在反转录酶的作用下，合成出互补的DNA(cDNA)，由此可构建出cDNA文库(cDNA library)，从中筛选特异的目的基因，这是在基因工程技术中最常用的获得目的基因的方法。cDNA以mRNA为模板合成出的相应于一定mRNA的互补DN23核酸和蛋白质的生物合成课件24第三节 RNA的生物合成和加工转录以DNA为模板，按碱基配对原则把DNA的序列信息抄录给RNA，在RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶）的参与下合成RNA链。复制以RNA为模板，按碱基配对原则,在RNA复制酶的参与下合成RNA链。第三节 RNA的生物合成和加工转录以DNA为模板，按碱25一、在DNA指导下的RNA合成（转录）底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）RNA链生长方向：53 不需引物 需DNA模板 需DNA指导的RNA聚合酶（无35外切酶活性）转录过程：模板识别（真核生物为装配）；转录的起始；转录的延伸；转录终止一、在DNA指导下的RNA合成（转录）底物：NTP（ATP、26编码链与模板链不同的基因使用不同的模板链不同的基因使用不同的模板链编码链与模板链不同的基因使用不同的模板链27转录图示转录图示28RNA转录后的加工473页原核生物中RNA的加工主要是rRNA和tRNA的加工(1)rRNA前体的加工：甲基化修饰；RNase切割(2)tRNA前体的加工：基因成簇或混合存在。核酸内切酶（大肠杆菌RNAase P，由RNA和蛋白质组成，其中RNA可独立完成催化）在tRNA的两端切开核酸外切酶从3端逐个切除附加序列，进行修剪在tRNA的3端加上CCAOH（有些本身就有）核苷的修饰。（3）mRNA前体的加工：大多不需加工，一经转录即可翻译，但也有少数需将多顺反子加工成较小单位。RNA转录后的加工473页原核生物中RNA的加工主要是r29真核生物中真核生物中RNARNA的加工的加工(1)rRNA前体的加工(rRNA基因几十至几千，成簇存在）自催化剪切：对有内含子的rRNA前体；甲基化与切割：由核仁小RNA（snoRNA)指导。核仁：是rRNA合成、加工和装配成核糖体场所。(2)tRNA前体的加工：tRNA的基因数目要比原核生物大得多。(3)mRNA前体（hnRNA，核内不均一RNA)的加工真核生物中RNA的加工(1)rRNA前体的加工(rRNA基因30真核mRNA前体（hnRNA，核内不均一RNA)的加工5 端形成特殊的帽子结构 m7G5ppp5 Np-在3 端切断并加上一个poly(A)的尾巴；通过剪接除去转录来的内含子；拼接、编辑和再编码链内部核酸的甲基化。真核mRNA前体（hnRNA，核内不均一RNA)的加工5 31图示图示32二、RNA的复制（RNA病毒）491页个别噬菌体RNA病毒进入宿主细胞后，RNA以自身为模板，两次复制，形成病毒RNA病毒病毒病毒病毒RNARNARNARNA互补链互补链互补链互补链新病毒新病毒新病毒新病毒RNARNA复制复制复制复制复制复制复制复制翻译翻译翻译翻译病毒蛋白病毒蛋白病毒蛋白病毒蛋白RNARNA复制酶复制酶复制酶复制酶组装成新病毒组装成新病毒组装成新病毒组装成新病毒二、RNA的复制（RNA病毒）491页个别噬菌体RNA病毒33小结小结复制子、冈崎片段、DNA的半保留复制与半不连续复制逆转录的概念。原核生物DNA复制有关的酶及蛋白质因子DNA复制的忠实性由什么来决定？逆转录酶的几个活性？cDNA思考题：第436页2,4，5,6，10,11,13,14 503页2,18小结复制子、冈崎片段、DNA的半保留复制与半不连34第三节蛋白质的生物合成一、遗传信息的传递二、蛋白质合成的分子基础三、翻译的步骤四、翻译过程中GTP的作用五、多核糖体六、蛋白质合成的抑制剂七、蛋白质的运输及翻译后修饰第三节蛋白质的生物合成一、遗传信息的传递35蛋白质合成（Translation）以mRNA为直接模板，tRNA为氨基酸运载体,，核蛋白体为装配场所，共同协调完成蛋白质生物合成的过程。也就是把mRNA的碱基排列顺序转译成多肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质合成（Translation）以mRNA为直接模板，t36一、遗传信息的传递一、遗传信息的传递371.遗传密码 511页页密码子：mRNA从5 3，每三个相邻的碱基形成三联体，即组成一个密码子。(1961年)读码框架：每一个氨基酸可通过mRNA上3个核苷酸序列组成的遗传密码来决定，这些密码以连续的方式连接，组成读码框架翻译过程通过密码来沟通翻译过程通过密码来沟通DNA mRNA 蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译A U G1.遗传密码 511页密码子：mRNA从5 338图示图示392.遗传密码的基本特性513513页页终止密码子：UAG、UGA、UAA为，只被肽链释放因子阅读；起始密码子：AUG，也是甲硫氨酸的密码子。多数生物的密码是不重叠的。密码的简并性与同义密码：密码子通用性和变异性：密码的防错系统：可使基因突变造成的危害降至最低程度。密码的变偶性：mRNA上密码子专一性取决于前两位碱基，且与tRNA上反密码子配对是严格的，第三位碱基“摆动碱基”可有一定的变动，此现象称。2.遗传密码的基本特性513页终止密码子：UAG、UGA、40密码子的摆动性密码子的摆动性41二、蛋白质合成的分子基础mRNA、tRNA、核糖体、氨基酸、GTP、ATP、非核糖体蛋白质(起始因子、延伸因子、释放因子等)、Mg2+、K+等。氨酰-tRNA合成酶等5 5帽子帽子3AUGUAA读码框架读码框架核糖体识别部位核糖体识别部位二、蛋白质合成的分子基础mRNA、tRNA、核糖体、氨421.mRNA是蛋白质合成的模板传递DNA上的信息、是一种不稳定的物质、分子大小不等。真核生物真核生物mRNA5 5帽子帽子3AUGUAA读码框架读码框架核糖体识别部位核糖体识别部位1.mRNA是蛋白质合成的模板传递DNA上的信息、是一种不稳43原核生物mRNASD序列：在起始AUG序列上游10个碱基左右的位置，含有一段富含嘌呤碱基的序列，被称为SD序列。它能与细菌核糖体16SRNA3端的7个嘧啶碱基互补性的识别，以帮助从起始AUG处开始翻译。53AUGAUGUAAUAA读码框架读码框架读码框架读码框架核糖体识别部位核糖体识别部位核糖体识别部位核糖体识别部位原核生物mRNASD序列：在起始AUG序列上游10个碱基左右442.tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上3553Phe1231233端-CCA氨基酸接受位点识别氨酰-tRNA合成酶位点识别核糖体的位点反密码子(与密码子碱基互补)书写：书写：tRNA Phe2.tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上3553453.核糖体是蛋白质合成的工厂 522页页核糖体ribosome：大、小亚基组成(蛋白质和rRNA)3.核糖体是蛋白质合成的工厂 522页核糖体ribosom46核糖体结构特点有容纳mRNA的通道能结合起始、延长及终止因子等。A位（acceptor site氨酰结合位点)P位(donor site 肽酰接受位).有转肽酶活性，催化肽键形成大亚基上有延长因子依赖的GTP酶活性，可为转肽提供能量。（四）（四）核糖体结构特点有容纳mRNA的通道（四）474.氨基酸、氨基酰tRNA合成酶、多种蛋白因子4.氨基酸、氨基酰tRNA合成酶、多种蛋白因子48三、翻译的步骤1.氨基酸的激活(氨酰-tRNA的形成(准备)2.在核糖体上合成蛋白质起始：起始复合物的形成，在起始密码处开始。延长：进位、转肽、移位终止：到终止密码释放肽链。mRNA上的阅读方向：是从mRNA的5端3端进行的。肽链延伸的方向：从N端C端三、翻译的步骤1.氨基酸的激活(氨酰-tRNA的形成(准备)49原核翻译过程中能量（GTP）分析1分子氨基酸的活化形成氨酰-tRNA的需要一个ATP中两个高能磷酸键。在核糖体上合成蛋白质起始：有一分子GTP水解成GDP。肽链延伸进位：有一分子GTP水解成GDP。转肽：移位：又有一分子GTP水解成GDP。终止：肽链合成终止肽链释放：需一分子GTP水解成GDP。原核翻译过程中能量（GTP）分析1分子氨基酸的活化形成氨酰-50翻译因子属于G蛋白家族，都能结合并水解GTP，当与GTP 结合后，这些蛋白被激活，当结合上水解来的GDP后，就变成无活性的构象。合成一个30个氨基酸残基构成的肽链需消耗多少ATP？多少葡萄糖?翻译因子属于G蛋白家族，都能结合并水解GTP，当与GTP 结51四、多核糖体在一条mRNA链上常结合有多个核糖体，呈串珠状排列，同时进行多肽链的合成。原核生物蛋白质多核糖体合成。（原核生物蛋白质多核糖体合成。（原核生物蛋白质多核糖体合成。（原核生物蛋白质多核糖体合成。（1 1mRNAmRNA上对应上对应上对应上对应数数数数个基因）个基因）个基因）个基因）四、多核糖体在一条mRNA链上常结合有多个核糖体，呈串珠状排52五、蛋白质合成的抑制剂嘌呤霉素对蛋白质合成的抑制作用机制：ThrfMetThrfMet五、蛋白质合成的抑制剂嘌呤霉素对蛋白质合成的抑制作用机制：T53六、蛋白质的运输及翻译后修饰信号肽：由起始编码AUG翻译出的甲硫氨酸逐个往羧基末端延伸至20肽左右的片断。(多位于N端，也有的位于肽链中部)信号识别体(SRP)：与信号肽结合。负责将新生肽、移至内质网(SRP受体停泊蛋白)，进行加工。一些激素原前体转移到高尔集体中进行选择性酶促加工。六、蛋白质的运输及翻译后修饰信号肽：由起始编码AUG翻译出的54图示1图示155图示2图示256思考题蛋白质生物合成所需物质及各自作用？步骤？能量？嘌呤霉素抑制机理？信号肽作用？遗传密码相关概念遗传密码的特点SD序列概念、核糖体循环。蛋白质生物合成的主要过程。蛋白质翻译后加工作用。思考题：第338页2,7，9第375页3，5第516页2,5第537页3,4，5,6，7,8思考题蛋白质生物合成所需物质及各自作用？步骤？能量？嘌呤霉素58