DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十一章 DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译,第一节,DNA的复制与修复,第二节,RNA的生物合成和加工,第三节,蛋白质的生物合成,第十一章 DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译 第一节 DN,1,第一节,DNA的复制与修复,DNA是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大分子，是遗传信息的携带者。,生物体的,遗传信息,就贮存在DNA的四种脱氧核糖核酸的,排列顺序,中。,第一节 DNA的复制与修复 DNA是由四种脱氧核糖核酸所,2,DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的,中心法则。,DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将,3,一 . DNA的复制,（一）、半保留复制,DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的,半保留复制。,一 . DNA的复制 （一）、半保留复制,4,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,5,（二）、 DNA复制的起始点和方式,复制子是DNA能独立进行复制的单位。需在特定的位点起始，可能还有终点。,在原核生物中，复制起始点通常为一个，,复制方向大多是双向的，也有单向的，,而在真核生物中则为多个复制起始点。,（二）、 DNA复制的起始点和方式,6,（三）、DNA聚合反应有关的酶,1.DNA聚合反应,DNA聚合反应的特点：,（1） 以,4种dNTP为底物；,（2） DNA模板； Mg,2,+,（3）带3-OH末端的引物；,（4）延长方向5 3；,（5）产物DNA的性质与模板相同。,DNA聚合酶,Mg2+,（三）、DNA聚合反应有关的酶1.DNA聚合反应DNA聚合酶,7,2.DNA聚合酶,在,原核生物,（,大肠杆菌）,中，目前发现的DNA聚合酶有五种，研究较多的有三种，分别命名为DNA聚合酶（pol ），DNA聚合酶（pol ），DNA聚合酶（pol ），这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与DNA复制的主要是pol 和pol 。,2.DNA聚合酶在原核生物（大肠杆菌）中，目前发现的DNA聚,8,pol 为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段，其中的大片段称为,Klenow,片段，具有,53聚合酶,活性和,35外切酶,的活性。,另一小片段有,53外切酶,的活性。,pol 为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两,9,pol 由十种亚基组成，其中亚基具有53聚合DNA的酶活性，因而具有复制DNA的功能；而亚基具有35外切酶的活性，因而与DNA复制的校正功能有关。,DNA- pol和DNA- pol 为修复酶，DNA- pol 真正起复制作用的酶，为复制酶。,pol 由十种亚基组成，其中亚基具有53聚合DNA,10,原核生物中的三种DNA聚合酶,原核生物中的三种DNA聚合酶,11,核酸外切酶活性,35外切酶活性,53外切酶活性,核酸外切酶活性,12,3、DNA连接酶,催化一条DNA链的3末端与相邻的另一条DNA链的5末端之间的磷酸二酯键的合成。与同一互补链结合并相邻。 （双链DNA切口）,条件： 需一段DNA片段具有3-OH，而另一段DNA片段具有5-Pi基； 未封闭的缺口位于双链DNA中，即其中有一条链是完整的； 需要消耗能量。,3、DNA连接酶,13,（四）DNA的半不连续复制,半不连续复制,：,双链DNA分子的两条链是反向平行的。而DNA聚合酶的方向都是5 3。当DNA复制时，一条链是连续合成的，称,前导链,，而另一条在5 3方向合成小片段DNA（冈崎片段），然后通过酶将这些片段连接起来，这不连续合成的DNA 链为,滞后链,。,冈崎用电子显微镜看到了,DNA复制过程中出现一些不连续片段，,这些不连续片段只存在与DNA复制叉上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为,冈崎片段。,（四）DNA的半不连续复制半不连续复制：双链DNA分子的两条,14,前导,滞后,前导滞后,15,1、复制的起始,由蛋白因子识别复制起始点,解旋解链，形成复制叉：,由,拓扑异构酶,和,解链酶,作用，使DNA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DNA。,单链DNA结合蛋白,（SSB）结合在两条单链DNA上，形成复制叉。,DNA复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉状结构称为,复制叉,。,引发体组装：,蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体,。,引发：,在引物酶的催化下，以DNA为模板，合成一段短的RNA片段，从而获得3端自由羟基（3-OH）。,（五）DNA复制的过程,（原核生物）,起始、,延长、终止,1、复制的起始（五）DNA复制的过程（原核生物）,16,拓扑异构酶（,又称DNA旋转酶）,拓扑异构酶,可使DNA双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。,拓扑异构酶,可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来。,解螺旋酶,又称解链酶或rep蛋白，是用于解开DNA双链的酶蛋白，每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。,拓扑异构酶（又称DNA旋转酶）,17,单链DNA结合蛋白（SSB）,这是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。其作用为： 使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，即稳定单链DNA，便于以其为模板复制子代DNA； 保护单链DNA，避免核酸酶的降解。,引物酶,(,合成RNA),引物酶本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶，该酶以DNA为模板，聚合一段RNA短链引物，以提供自由的3-OH，使子代DNA链能够开始聚合。,单链DNA结合蛋白（SSB）,18,2.复制的延长,由,DNA聚合酶,催化，以35方向的亲代DNA链为模板，从53方向聚合子代DNA链。在原核生物中，参与DNA复制延长的是,DNA聚合酶,。,引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，滞后链重新合成RNA引物，继续进行链的延长。,2.复制的延长,19,解,解,20,3.复制的终止,去除引物，填补缺口；连接冈崎片段；,在原核生物中，由,DNA聚合酶,来水解去除RNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。在,DNA连接酶,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DNA长链。,3.复制的终止,21,前导,滞后,前导滞后,22,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶,DNA连接酶,引物,前导链,滞后链,冈崎片段,5,5,3,3,拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶DNA连接酶引,23,DNA,复制过程模式图,DNA,旋转酶,ATP,ADP+Pi,DNA,结合蛋白,引物,RNA,引物酶,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,DNA,连 接 酶,RNA,引物,解旋酶,DNA,聚合酶,复制叉移动方向,5,，,3,，,3,，,5,，,3,，,5,，,DNA复制过程模式图DNA旋转酶ATPADP+PiDNA结合,24,真核生物端粒的形成：,端粒是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。,线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在,端粒酶,的催化下，进行延长反应。,端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。（,既有模板，又有逆转录酶）,以自身的RNA为模板延长DNA单链，然后反折为双链。,端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关。,真核生物端粒的形成：,25,端粒酶的作用机制,端粒酶的作用机制,26,DNA复制的保真性,：,为了保证遗传的稳定，DNA的复制必须具有高保真性。DNA复制时的保真性主要与下列因素有关：,1遵守严格的碱基配对规律；,2DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；,3对复制过程中出现的错误及时进行校正。,DNA复制的保真性：,27,二、DNA的损伤与修复,（一）、DNA的损伤（突变）,由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤，也称为突变。,常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。,二、DNA的损伤与修复 （一）、DNA的损伤（突变）,28,引起突变的因素：,1自发因素：,2物理因素：,由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤。,3化学因素：如亚硝酸与亚硝酸盐。,引起突变的因素：,29,DNA突变的效应：,1同义突变：基因突变导致mRNA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基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低。,2误义突变：基因突变导致mRNA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。,3无义突变：基因突变导致mRNA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。,4移码突变：基因突变导致mRNA密码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。,DNA突变的效应：,30,（二）、DNA损伤的修复,DNA损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类。,错配修复,（二）、DNA损伤的修复 DNA损伤的修复方式可分为直接修复,31,（一）直接修复：,1光复活：,这是一种广泛存在的修复作用。光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。其修复过程为：光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物在300600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复光复活酶从DNA上解离。,（一）直接修复：,32,2转甲基作用：,在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。,3直接连接：,DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。,2转甲基作用：,33,（二）取代修复：,1切除修复：,这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种DNA损伤的修复。该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。,内,（二）取代修复：内,34,2重组修复：,这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。,2重组修复：,35,3.,错配修复,DNA 在复制过程中发生错配，如果新合成的链被矫正，基因编码信息可得到恢复；但如果模板链被矫正，基因突变就被固定。,3.错配修复,36,第二节 RNA的生物合成和加工,一、DNA指导下的RNA 合成,转录： DNA指导下的RNA 合成,在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA链为模板合成RNA，从而将DNA所携带的遗传信息传递给RNA的过程称为,转录,。,第二节 RNA的生物合成和加工 一、DNA指导下的RNA,37,RNA,转录合成时，只能以,DNA,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.特定起始点和特定终止点之间的,DNA,链构成一个转录单位。,启动子,终止子,RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在,38,DNA指导的RNA聚合酶,单链DNA为模板，Mg,2,+,四种核糖核苷三磷酸（NTP）为底物,不需要引物,从53聚合RNA,无校正功能,DNA指导的RNA聚合酶单链DNA为模板，Mg2+,39,转录的不对称性,转录的不对称性,就是指以双链,DNA,中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由,DNA,传递给,RNA,。,转录的不对称性,40,对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的,DNA,链上。能够转录,RNA,的那条,DNA,链称为,负链(模板链）,，而与之互补的另一条,DNA,链称为,正链（编码链）,。,模板链,编码链,5,5,3,3,5,5,对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的DNA链上,41,RNA,转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板,DNA,链的方向为,3,5,，而,RNA,链的合成方向为,5,3,。,合成的,RNA,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,。,RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA,42,原核生物中的,RNA,聚合酶全酶由五个亚基构成，即,2,。,亚基与转录起始点的识别,有关，而在转录合成开始后被释放，余下的部分（,2,）被称为,核心酶，与,RNA,链的聚合,有关。,原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即2。,43,真核生物中的,RNA,聚合酶可按其对,-,鹅膏蕈碱敏感性而分为三种，它们均由,10,12,个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。,真核生物中的RNA聚合酶可按其对-鹅膏蕈碱敏感性而分为三种,44,RNA转录合成的基本过程,1、识别,原核生物RNA,聚合酶中的因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。,位于基因上游，与,RNA,聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些,DNA,顺序称为,启动子,原核生物的两个,启动子：-10序列和-35序列。,RNA,聚合酶与,启动子结合后，可开始转录。,RNA转录合成的基本过程 1、识别,45,原核生物启动子,TGTTGACA,TATAAT,-10区,-35区,启动子,转录起始部位,+1,基因转录区,5,RNA,产物,5,5,3,3,编码链,模板链,原核生物启动子TGTTGACATATAAT-10区-35区启,46,真核生物的转录起始区上游也存在一段富含,TA,的顺序，被称为,Hogness,盒或,TATA,盒。,除此之外，在真核生物中还可见到其他带共性的序列，如CAAT盒及GC盒等。,真核生物的转录起始较为复杂。,真核生物的转录起始区上游也存在一段富含TA的顺序，被称为Ho,47,真核生物的转录起始较为复杂。目前已知RNA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。这些蛋白因子被称为转录因子（trans-criptional factor, TF)。包括,TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TF-I。,真核生物的转录起始较为复杂。目前已知RNA聚合酶至少有六种,48,转录因子 功 能,TFA 稳定TFD结合,TFB 促进pol 结合,TFD,辨认TATA盒,TFE ATPase,TFF 解旋酶,真核生物RNA聚合酶转录因子及其功能,转录因子,49,2、起始,RNA,聚合酶全酶促使局部双链解开，并催化,ATP,或,GTP,与另外一个三磷酸核苷聚合，形成第一个,3,5-,磷酸二酯键。,2、起始,50,3、延长,因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿,DNA,链移动，按照碱基互补原则，不断聚合,RNA,。,3、延长,51,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,52,4、终止,终止子：提供转录终止信号的DNA序列。,RNA转录合成的终止机制有两种：,1自动终止：模板DNA链在接近转录终止点处存在相连的富含GC和AT的区域，使RNA转录产物形成寡聚U及发夹形的二级结构，引起RNA聚合酶变构及移动停止，导致RNA转录的终止。,2依赖辅助因子的终止：由终止因子(因子)识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。,4、终止,53,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,54,二、RNA的转录后加工,原核生物的mRNA不需要翻译前修饰，,但tRNA 和rRNA需转录后加工。,加工方式有切断、化学修饰等。,rRNA前体分子被切割成成熟的23S、16S和5S rRNA以及一个tRNA， tRNA也是切割前体分子生成。 rRNA和tRNA还要进行化学修饰，如甲基化。,16S rRNA,23S rRNA,5S rRNA,tRNA,RNA前体分子,二、RNA的转录后加工原核生物的mRNA不需要翻译前修饰，但,55,真核生物中RNA的加工,mRNA的转录后加工,1加帽,即在mRNA的5-端加上m,7,GTP的结构。此过程发生在合成一结束,，,在细胞核内。,加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5-端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再对G进行甲基化。,该帽可使RNA免受核酸酶降解，还在蛋白质合成的起始步骤中起作用。,真核生物中RNA的加工mRNA的转录后加工,56,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,57,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,58,2加尾,这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA结构与mRNA的半寿期有关。,多聚腺苷酸尾保护最终的mRNA 3 -端免受核酸酶降解而,稳定mRNA，还可增加mRNA翻译的效率,。,2加尾,59,基因,是DNA片段，DNA分子中最小的功能单位。,真核生物中大部分蛋白质编码的基因是不连续的，为,断裂基因,，由于基因中,内含子,的存在。,mRNA,1 872bp,A,B,C,D,E,G,7 700bp,F,内含子：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现。,外显子：为多肽编码的基因片段。,3剪接,基因是DNA片段，DNA分子中最小的功能单位。mRNA1 8,60,切除内含子序列，将相邻外显子的末端连接起来形成功能性mRNA，这一过程为,RNA剪接,。,真核生物RNA的剪接一般需核内小RNA （snRNA）参与构成的核蛋白体参加。,一些snRNA对RNA剪接具催化作用，是催化RNA。,具有催化活性的RNA分子称为核酶。,断裂基因有以下优点：,1.几个外显子编码蛋白质的不同功能或结构区域，可加速新蛋白质的演化（外显子改组）；,2.可变剪接途径，使细胞从单一基因的原始转录物合成几种功能特异的蛋白质。,切除内含子序列，将相邻外显子的末端连接起来形成功能性mRNA,61,外显子,外显子,62,4内部甲基化：,由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理。,4内部甲基化：,63,真核生物mRNA的转录后加工修饰,真核生物mRNA的转录后加工修饰,64,tRNA,的转录后加工,主要有以下几种加工方式：,切断。,剪接。,化学修饰。,tRNA的转录后加工主要有以下几种加工方式：,65,rRNA的转录后加工,rRNA的转录后加工,66,三、 RNA指导下的RNA 和DNA合成,（一）RNA的复制,RNA复制酶：RNA模板、,Mg,2,+、四种核糖核苷三磷酸（NTP）,（二） RNA的逆转录,以 RNA为模板合成DNA。,逆转录酶： RNA,为模板、Mg,2,+、四种脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）、需要引物、DNA合成方向53,三、 RNA指导下的RNA 和DNA合成（一）RNA的复制,67,第三节 蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为,翻译,。,第三节 蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成过程，就是将DNA,68,中心法则,遗传信息传递的规律(复制、转录、翻译).,转录 翻译,DNA RNA,蛋白质,mRNA,tRNA,反转录,rRNA,转录、翻译,RNA（,病毒,）,蛋白质（病毒）,复,制,复,制,中心法则遗传信息传递的规律(复制、转录、翻译).,69,原料,：20种氨基酸,条件,：mRNA、tRNA、rRNA,ATP、GTP,等供能物质,无机离子、有关的酶、,蛋白因子等。,翻译:,以RNA中mRNA为模板,按照其核苷酸顺序所组成的密码指导蛋白质的合成的过程.,原料：20种氨基酸条件：mRNA、tRNA、rRNA翻译:以,70,一、,遗传密码,遗传密码,：,指mRNA中的核苷酸排列序列与蛋白质中的氨基酸排列序列的关系。,mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为,密码,子,或,三联密码,。共有64种不同的密码。,一个三联体密码（密码子）决定着一个氨基酸,。,一、遗传密码,71,四种核苷酸编成三联体可形成,4,3,个即64个密码子.其中:,1.一个起始密码:AUG,并兼作蛋氨酸的密码.,2.三个终止密码:UAA UGA UAG,3.多数氨基酸拥有2-4个密码.,四种核苷酸编成三联体可形成1.一个起始密码:AUG2,72,遗传密码具有以下特点：,连续性,；,简并性,；,通用性,；,（但在线粒体或叶绿体中特殊）,方向性,，,即解读方向为,5,3,；,摆动性,；,起始密码：,AUG,；终止密码：,UAA,、,UAG,、,UGA,。,遗传密码具有以下特点：,73,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,74,遗传密码的连续性,正确的阅读是从起始密码子开始，按一定的阅读框架连续读下去，直至遇到终止密码子为止。,5到3方向阅读，不重复，无标点符号。 移码突变,遗传密码的连续性正确的阅读是从起始密码子开始，按一定的阅读,75,遗传密码的简并性,即同一个氨基酸有两个或更多密码子的现象。只有色氨酸与甲硫氨酸仅有一个密码子。对应于同一种氨基酸的不同密码子为,同义密码子,。,遗传密码的简并性即同一个氨基酸有两个或更多密码子的现象。,76,遗传密码的,摆动性,密码的,简并性往往表现在密码子的第三位碱基上。tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码子第一位和第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定的变动，这种现象称为,密码的,摆动性。,遗传密码的,通用性,各种低等和高等生物基本上共用同一套遗传密码。但存在一些差异。,遗传密码的摆动性,77,二、蛋白质合成（翻译）,原核生物中翻译概述,核糖体结合到,mRNA分子上，从5端向3端阅读核苷酸序列，从N末端向C末端方向由氨基酸合成相应的蛋白质。,所有氨基酸都共价结合到tRNA上形成氨酰tRNA，每个氨酰tRNA都有反密码子，与互补的mRNA上的密码子氢键结合，根据mRNA碱基序列使不同的氨基酸之间形成肽键。,二、蛋白质合成（翻译）原核生物中翻译概述,78,蛋白质合成存在三个阶段：起始、延伸、终止。,起始：,形成,mRNA,核糖体复合物，起始密码子结合,起始,氨酰,tRNA,（,第一个氨酰tRNA,）,延伸：,依次阅读密码子，多肽链在C端增加氨基酸而延长。,终止：,遇到终止密码子，因终止密码子无对应的氨酰tRNA。,蛋白质合成存在三个阶段：起始、延伸、终止。,79,tRNA,是氨基酸的转运工具,能携带活化的氨基酸到核糖体. tRNA是三叶草形结构。氨基酸共价结合到tRNA3端CCA序列的A残基上。,氨酰tRNA的合成,tRNA,反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别,mRNA,上相应的密码，此三联体就称为反密码(anticoden)。,tRNA是氨基酸的转运工具,能携带活化的氨基酸到核糖,80,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,81,反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即,A,U,，,G,C,配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第一个核苷酸为,，则可与,A,、,U,或,C,配对,，如为,U,，则可与,A,或,G,配对,，这种配对称为,不稳定配对,。,反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即AU，G,82,tRNA有特异性,每个tRNA只运载一个氨基酸，因密码的简并性，存在几种带相应反密码子的tRNA运载同一种氨基酸。每种tRNA均有反密码,能与mRNA上相应的密码互补结合(碱基互补配对).,tRNA有特异性,每个tRNA只运载一个氨基酸，因密,83,酪,5,5,3,AUG,GUU UAC ACA,酪氨酰,-,tRNA,反密码,mRNA,密码与反密码的碱基配对,酪553AUGGUU UAC ACA酪氨酰- tR,84,合成氨酰tRNA的作用：1.,接头,作用，以保证正确的氨基酸序列。2.,氨基酸的活化,作用，氨基酸与tRNA之间的共价键是,高能键,，使氨基酸与延伸的多肽链末端形成肽键，不与tRNA相连的氨基酸不能加到延伸的多肽链上。,合成氨酰tRNA的作用：1. 接头作用，以保证正确的氨基酸序,85,氨基酸的活化,1、反应式：,AA + tRNA+ ATP,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酰-tRNA,+AMP+PPi,2、AA结合位置：,AA的-羧基与tRNA,3,末端腺苷酸中,核糖2 或3羟基以酯键相结合。,氨基酸的活化1、反应式：AA + tRNA+ ATP氨基酰-,86,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,87,起始密码子AUG编码甲硫氨酸（蛋氨酸）,细胞中有两种携带甲硫氨酸的tRNA，能够识别mRNA中5端起始密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起始tRNA（tRNA,i,Met,），另一种携带甲硫氨酸为tRNA,Met,。,在原核生物中， 有一甲酰化酶，使Met- tRNA,i,Met,中的氨基甲酰化成fMet-tRNA,i,fMet,，新蛋白质N端的第一个氨基酸是N-甲酰甲硫氨酸；另一种携带甲硫氨酸的tRNA,Met,，识别非起始部位的甲硫氨酸密码AUG。,两种,甲硫氨酰- tRNA,由同一,甲硫氨酰- tRNA合成酶催化，被蛋白质合成因子,（起始和延伸因子）,所区别。,起始密码子AUG编码甲硫氨酸（蛋氨酸）,88,在,原核生物,中,核糖体,大小为,70S,，可分为,30S小亚基和50S大亚基,，,rRNA有三种：5S，16S，23S,。其中，16S的rRNA参与构成核蛋白体的小亚基，而5S和23S的rRNA参与构成核蛋白体大亚基。,在,真核生物,中,核糖体,大小为,80S,，也分为,40S小亚基和60S大亚基,，,rRNA有四种：5S，,5.8S,，18S，28S,。其中，18S的rRNA参与构成核蛋白体小亚基，其余的rRNA参与构成核蛋白体大亚基。,核糖体的结构和功能,：,rRNA,与蛋白质组成核蛋白体(核糖体),是蛋白质合成的场所.由大小两个亚基组成:,在原核生物中核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大,89,核蛋白体的组装,核蛋白体的组装,90,大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球体，其,30S,亚基呈哑铃状，,50S,亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将,30S,小亚基抱住，两亚基的结合面为蛋白质生物合成的场所。,大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状,91,核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：,小亚基,:,可与mRNA、GTP和起始tRNA结合, 沿5 3方向移动,.,大亚基,:,有两个,氨酰,tRNA结合位点,：,受位(A位)（右）氨酰基位，结合氨基酰- tRNA。,给位(P位)（左）肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合，成肽,具有肽酰转移酶活性：,将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。,具有GTPase活性,：,水解GTP，获得能量,核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：大亚基: 有两个氨酰t,92,AUG ACA,5,蛋,苏,UGU,GUU,3,受 位,(A位),给 位,(P位),大亚基,小亚基,AUG ACA5蛋苏UGUGUU3受 位给 位大亚基小亚,93,蛋白质合成的起始,蛋白质合成起始由起始因子催化，原核生物中，有三种起始因子（IF1 IF2 IF3），其作用主要是促进核糖体小亚基（30S）与fMet-tRNA,i,fMet,、模板mRNA及GTP结合形成30S起始复合物。,蛋白质合成的起始,94,IF3,从,30S,起动复合体上脱落，,50S,大亚基与复合体结合，形成,70S,起动前复合体。,GTP,被水解，,IF1,和,IF2,从复合物上脱落。此时，tRNA,i,fMet,的反密码UAC与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNA,i,fMet,结合在核蛋白的给位（P位）,IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形,95,AUG ACA,5,3,AUG ACA,5,3,UAC,UAC,AUG ACA,5,3,小亚基,IF3,mRNA,IF1 IF2,fMet-tRNA,i,fMet,GTP,大亚基,GDP+Pi,IF1 IF2,受位,给位,fMet,fMet,肽链合成的起始阶段,IF3,IF3,IF1IF2,IF3,GTP,AUG ACA53AUG ACA53UACUACAU,96,肽链合成的起始阶段,1.mRNA与小亚基结合,2.AUG与蛋氨酰-tRNA结合,3.大小亚基结合,肽链合成的起始阶段1.mRNA与小亚基结合,97,蛋白质合成的延伸,1.,进位,:氨基酰-tRNA进入受位;,2.,转肽,:形成肽键,在,肽酰转移酶（转肽酶）,作用下,给位与受位结合;,3.,移位,:核糖体向3端移动一个密码子的位置,空出受位,不断地进位、转肽、移位, 使肽链延长.,蛋白质合成的延伸,98,AUG ACA,5,3,UAC,蛋,苏,UGU,AUG ACA,5,UAC,蛋,苏,UGU,GUU,AUG ACA,5,UAC,蛋,苏,UGU,GUU,AUG ACA,5,蛋,苏,UGU,GUU,3,3,3,GTP GDP+Pi,EF-T,GDP+Pi,GTP,起始复合体,进位,转肽,移位,Mg,+,K,+,肽链合成的延伸阶段,AUG ACA53UAC蛋苏UGUAUG ACA5UA,99,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,100,DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译课件,101,肽链合成的延伸阶段,1.,氨基酰-tRNA进位;,2.,在转肽酶作用下,形成肽键;,3.,核糖体向3端移动一个密码子,继续 进位、转肽、移位的循环,肽链合成的延伸阶段1.氨基酰-tRNA进位;,102,蛋白质合成的终止,核糖体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。,1识别：,释放因子（RF）识别终止密码，进入核糖体的受位。,2水解,：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。,3,解离：,通过水解,GTP,，使核,糖,体与,mRNA,分离，,tRNA,、,RF,脱落，核,糖,体解离为大、小亚基。,蛋白质合成的终止,103,AUG,UAA,5,UAC,AUG,UAA,5,UAC,3,3,终,终,AUG,UAA,5,UAC,3,终,5,3,UAC,终,肽链,AUG UAA5UACAUG UAA5UAC33终终,104,肽链合成的终止阶段,1.出现终止密码并与终止因子结合;,2.肽键水解,多肽释放;,3.tRNA,mRNA,大小亚基解离.,肽链合成的终止阶段1.出现终止密码并与终止因子结合;,105,真核生物中的翻译,：,基本过程与原核生物相同，只是涉及的成分更多，在个别步骤上存在一些差别。主要有,1.,核糖体,大小、组成不同，但各亚基的功能相似。,2.蛋白质合成的起始需要起始tRNA，这种氨酰tRNA称为Met-,tRNA,i,Met,，,起始氨基酸,不是甲酰甲硫氨酸，而是甲硫氨酸（不甲酰化）。,3.原核生物mRNA是多顺反子，起始密码子AUG5端有一短段富含嘌呤（称SD序列）结合在小亚基上，标明AUG为起始密码子，使得多顺反子mRNA上的每个蛋白质都在正确的起始为开始翻译。真核生物中，mRNA是,单顺反子,，没有SD序列，小亚基结合到mRNA的帽子上。,4.真核生物比原核生物有,更多的起始因子,，并且有帽子结合蛋白。,真核生物中的翻译：基本过程与原核生物相同，只是涉及的成分更多,106,在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合在同一,mRNA,分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。,由若干核蛋白体结合在一条,mRNA,上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为,多核蛋白体.,。,在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合在同一mRNA,107,多肽链合成后的加工修饰,一级结构的加工修饰：,1N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：,N端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。, 去甲酰化：,甲酰化酶,甲酰蛋氨酸-肽 甲酸 + 蛋氨酸-肽, 去蛋氨酰基：,蛋氨酸氨基肽酶,蛋氨酰,-,肽,蛋氨酸,+,肽,多肽链合成后的加工修饰一级结构的加工修饰：,108,2氨基酸的修饰：,由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。,3二硫键的形成：,由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。,4肽段的切除：,由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。,2氨基酸的修饰：,109,高级结构的形成：,1构象的形成：,在分子伴侣、辅助酶的协助下，形成特定的空间构象。,2亚基的聚合。,3,辅基的连接。,高级结构的形成：,110,靶向输送：,蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。因此，在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段，称为,信号肽,。,靶向输送：,111,常见的信号肽由1040个氨基酸残基组成，N端为带正电荷的氨基酸残基，中间为疏水的核心区，而C端由小分子氨基酸残基组成，可被信号肽酶识别并裂解。,分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的,信号肽识别体,（,SRP,）识别并特异结合，然后再通过,SRP,与膜上的,受体停泊蛋白,（,DP,）识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。,常见的信号肽由1040个氨基酸残基组成，N端为带正电荷的氨,112,分泌型蛋白质的靶向输送,分泌型蛋白质的靶向输送,113,