生物化學(xué)核酸和蛋白質(zhì)的生物合成

1、乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 （e.g 葡萄糖）葡萄糖） 脂肪酸脂肪酸 單糖單糖 甘油甘油 核苷酸核苷酸氨基酸氨基酸 糖類糖類 脂肪脂肪 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)核酸核酸 NADH+H+,FADH2 電子傳遞鏈電子傳遞鏈 氧化磷酸化氧化磷酸化 NAD+,FAD CO2 H2O O2ADP ATP 分解合成 分解 合成 糖類，脂類糖類，脂類 糖類糖類 氨基酸氨基酸 ？ 2 遺傳信息傳遞的規(guī)律中心法則 DNARNA 蛋白質(zhì) 復(fù) 制 轉(zhuǎn)錄翻譯 病毒RNA 逆轉(zhuǎn)錄 復(fù) 制 3 DNA的生物合成 半保留復(fù)制 Meselson, M. and Stahl, F. W. (1958). The

2、 replication of DNA in E. coli. Proc. Nat. Acad. Sci. 1958, 44:671-682. 4 半保留復(fù)制的概念半保留復(fù)制的概念 DNADNA的復(fù)制是將兩條親本鏈分開，每一條作為合成的復(fù)制是將兩條親本鏈分開，每一條作為合成 新鏈的模板，按堿基配對(duì)的規(guī)則合成新鏈，形新鏈的模板，按堿基配對(duì)的規(guī)則合成新鏈，形 成兩個(gè)子代成兩個(gè)子代DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)。 子代子代DNADNA的雙鏈中一條是原來(lái)的鏈，另一條是新合的雙鏈中一條是原來(lái)的鏈，另一條是新合 成的鏈，稱為半保留復(fù)制（成的鏈，稱為半保留復(fù)制（Semi-conservative rep

3、lication）。）。 5 circular bacterial replicon Origin Terminus replicon 6 Multiple eukaryotic replicons repliconreplicon repliconreplicon Replication fork replicon DNA replicationDNA replication 7 DNA復(fù)制過(guò)程 (以原核細(xì)胞為例) 8 1）復(fù)制起始點(diǎn)）復(fù)制起始點(diǎn) 1.復(fù)制的起始 9 2）DnaA蛋白的結(jié)合 20-40個(gè)個(gè)Dna A 單體形成大單體形成大 的聚集體的聚集體 Dna A單體結(jié)單體結(jié) 合在合在9

4、bp 的的 重復(fù)序列上重復(fù)序列上 10 3）Dna B（解鏈酶，helicase）的作用 在在13bp重復(fù)重復(fù) 序列上序列上DNA 解鏈解鏈 Dna B和和Dna C參與復(fù)合物，參與復(fù)合物， 形成復(fù)制叉形成復(fù)制叉 11 4）單鏈結(jié)合蛋白（SSB）的作用 SSB結(jié)合結(jié)合 于解開于解開 的單鏈的單鏈 上，使上，使 單鏈保單鏈保 持穩(wěn)定持穩(wěn)定 12 5）Dna G（引物酶,primase）的作用 引物酶 合成引 物，引 物的化 學(xué)本質(zhì) 為RNA。 13 6）拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)的作用 拓?fù)洚悩?gòu)酶有 兩種?？梢郧?斷超螺旋的一 條鏈或者兩條 鏈，使超螺旋 放松。 常用的是拓?fù)洚?構(gòu)

5、酶,又稱為 旋轉(zhuǎn)酶（gyrase） 14 2.復(fù)制的延伸 RNA引物引物 岡崎片斷 引導(dǎo)鏈 隨從鏈 15 DNA聚合酶（DNA polymerase) DNA聚合酶聚合酶III接在接在 RNA引物后開始合成引物后開始合成 新新DNA鏈；鏈； DNA聚合酶聚合酶III以二聚以二聚 體形式存在，分別負(fù)體形式存在，分別負(fù) 責(zé)先導(dǎo)鏈和后滯鏈上責(zé)先導(dǎo)鏈和后滯鏈上 DNA新鏈的合成；新鏈的合成； 合成過(guò)程中，拓?fù)洚惡铣蛇^(guò)程中，拓?fù)洚?構(gòu)酶和解旋酶構(gòu)酶和解旋酶(Dna B) 負(fù)責(zé)解開雙鏈，引物負(fù)責(zé)解開雙鏈，引物 酶負(fù)責(zé)合成崗崎片段酶負(fù)責(zé)合成崗崎片段 上的引物；上的引物； 原核生物的DNA聚合酶有三種 分別為

6、DNA聚合酶， 16 崗崎片段的合成與連接崗崎片段的合成與連接 DNA pol I DNA pol I 切除切除RNARNA引物引物 DNA pol I DNA pol I 填補(bǔ)引物切除后留下的空隙填補(bǔ)引物切除后留下的空隙 DNA ligase DNA ligase 完成片段連接完成片段連接 DNA聚合酶聚合酶III合成崗崎片段合成崗崎片段 RNA引物引物 17 3.復(fù)制的終止 E.coli DNA上存在復(fù)制終點(diǎn)，上存在復(fù)制終點(diǎn)，Tus(terminus utilization substance)蛋白可以和復(fù)制終點(diǎn)結(jié)蛋白可以和復(fù)制終點(diǎn)結(jié) 合，阻止復(fù)制叉的前進(jìn)，使復(fù)制停止；合，阻止復(fù)制叉的前進(jìn)

7、，使復(fù)制停止； 新形成的兩個(gè)子代新形成的兩個(gè)子代DNA分子由拓?fù)洚悩?gòu)酶分子由拓?fù)洚悩?gòu)酶I或或 II幫助完成分離，形成兩個(gè)獨(dú)立的子代幫助完成分離，形成兩個(gè)獨(dú)立的子代DNA 分子。分子。 18 真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn) 1.DNA的合成發(fā)生在細(xì)胞周期的S期。 2.DNA聚合酶有，五種。 3.DNA聚合酶和形成復(fù)制聚合體， 聚合酶 合成主導(dǎo)鏈，聚合酶合成隨從鏈。 4.聚合酶負(fù)責(zé)線粒體DNA的合成，而 和參 與DNA修復(fù)。 5.線性DNA的端粒由端粒酶負(fù)責(zé)復(fù)制。 6.多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，雙向復(fù)制。 19 真核細(xì)胞的周期 Gap 1 Synthesis Gap 2 Mitosis 20 DNA的修復(fù) 21

8、光復(fù)活修復(fù)（直接修復(fù)方式之一） 紫外線下胸腺 嘧啶形成二聚 體;光復(fù)活酶 在藍(lán)光照射下 活化，解開 二聚體胸腺嘧 啶 22 切除修復(fù) 23 無(wú)堿基部位的修復(fù) 24 甲基化指導(dǎo)的不配對(duì)修復(fù) 25 RNA的生物合成 轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后加工 26 轉(zhuǎn)錄的過(guò)程起始階段 27 轉(zhuǎn)錄起始階段RNA聚合酶的作用 28 轉(zhuǎn)錄的過(guò)程延伸階段 無(wú)亞基 29 轉(zhuǎn)錄的過(guò)程終止階段 30 轉(zhuǎn)錄模板的特點(diǎn)： 1）DNA的一條鏈為模板 2）不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄 相關(guān)概念： 1）模板鏈 2）編碼鏈 3）啟動(dòng)子 4）轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)錄的模板 31 RNA transcription DNA模板鏈（反義鏈，模板鏈（反義鏈， -鏈）鏈） DNA編

9、碼鏈（有義編碼鏈（有義 鏈，鏈，+鏈）鏈） 上游 下游 32 原核生物啟動(dòng)子 Pribnow box（-10區(qū)）區(qū)） RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)聚合酶結(jié)合位點(diǎn) T89A89T50A65A65T100 Sextama box (-35區(qū)）區(qū)） RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn)聚合酶識(shí)別位點(diǎn) T85T83C81A61C69A52 33 真核生物的啟動(dòng)子 34 原核生物的終止子結(jié)構(gòu) 真核生物的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)理不清楚 35 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，但亞基不同。 亞基決定了被轉(zhuǎn)錄基因的特異性。 36 真核生物的R

10、NA聚合酶 類型類型部位部位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 對(duì)鵝膏蕈堿對(duì)鵝膏蕈堿 的敏感度的敏感度 I核仁核仁18s,5.8s,28s rRNA 耐受耐受 II核質(zhì)核質(zhì)hnRNA極敏感極敏感 III核質(zhì)核質(zhì) tRNA，snRNA, 5srRNA 中度敏感中度敏感 37 因子 因子是原核生物中與轉(zhuǎn)錄終止有關(guān)的蛋白質(zhì)， 具有兩種酶活性：解旋酶、ATP酶。 38 原核生物轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯是偶聯(lián)的， mRNA很少被加工。 原核生物的tRNA和rRNA需要加工。 39 1. 5-端戴帽 2. 3-端加尾 3.切除內(nèi)含子，拼接外顯子剪接 4.部分序列的甲基化。 真核生物轉(zhuǎn)錄后加工 40 5-端戴帽 41

11、 3-端加尾 42 RNA剪接示意圖剪接示意圖 剪接的關(guān)鍵反應(yīng) 是轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。 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 43 部分序列的甲基化 有的甲基化在核糖上， 有的甲基化在堿基上。 44 RNA的另一種合成方式復(fù)制 RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶 正鏈RNA 負(fù)鏈RNA 45 基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié) 46 原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)操縱子學(xué)說(shuō) 操縱子的結(jié)構(gòu) Regulator gene 47 乳糖操縱子的工作原理 48 真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié) 相關(guān)概念： 1.順式作用元件（順式調(diào)控元件） (Cis-acting element) 2.反式作用因子 (Trans-acting fa

12、ctor) 49 順式作用元件（順式調(diào)控元件） (Cis-acting element) 與被調(diào)控基因存在于同一個(gè)DNA上，能夠調(diào)節(jié) 該基因轉(zhuǎn)錄的特定序列， 稱為順式作用元件。 包括啟動(dòng)子和增強(qiáng)子。 50 反式作用因子(trans-acting factor) 能直接或間接辨認(rèn)、結(jié)合順式作用元件 的蛋白質(zhì)，在真核生物有很多種類，統(tǒng) 稱為反式作用因子。 因子和因子之間又需要互相 辨認(rèn)、結(jié)合， 以準(zhǔn)確的控制基因是否轉(zhuǎn)錄、何時(shí)轉(zhuǎn)錄。 51 反式作用因子家族之 亮氨酸拉鏈 52 反式作用因子家族之 鋅指結(jié)構(gòu) 53 DNA的合成方式之 逆轉(zhuǎn)錄 54 逆轉(zhuǎn)錄的過(guò)程 1.RNA指導(dǎo)的DNA合成 逆轉(zhuǎn)錄酶 2

13、.RNA的水解 RNase H 3.DNA指導(dǎo)的DNA合成 DNA聚合酶 55 蛋白質(zhì)的生物合成之 翻譯 56 mRNA作為翻譯的模版 密碼子：在mRNA的特定區(qū)域(翻譯編 碼區(qū)），每三個(gè)相鄰的堿基組成一個(gè) 密碼子。 遺傳密碼的特點(diǎn)： 1.連續(xù)性和不重疊性。 2.密碼的簡(jiǎn)并性。 3.終止密碼和起始密碼。 4.密碼的通用性。 57 同一段mRNA，不同的閱讀框架 58 tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)翻譯的原料氨基酸 59 tRNA和氨基酸的連接酯鍵 60 密碼子與反密碼子的擺動(dòng)配對(duì) 61 rRNA參與構(gòu)建翻譯的工廠核糖體 62 翻譯過(guò)程之氨基酸的活化 AA + tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA 細(xì)胞中一般只有二十

14、種細(xì)胞中一般只有二十種氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶，不同，不同 tRNA與同一氨基酸的結(jié)合均由同一個(gè)酶催化。合成酶與同一氨基酸的結(jié)合均由同一個(gè)酶催化。合成酶 有很強(qiáng)的校對(duì)功能。有很強(qiáng)的校對(duì)功能。 黃色堿基為識(shí)黃色堿基為識(shí) 別必須位點(diǎn)別必須位點(diǎn) 63 起始氨基酰-tRNA l原核生物的起始氨基酰-tRNA為 fmet-tRNAfmet l真核生物的起始氨基酰-tRNA為 met-tRNAmet 64 多肽鏈合成的過(guò)程核蛋白體循環(huán) 1.肽鏈合成的起始 核糖體小亞基先與 mRNA結(jié)合。 起始氨基酰-tRNA再與 mRNA配對(duì)。 核糖體大亞基與小亞 基結(jié)合，起始氨基酰- tRNA位于大亞基的 P

15、 位 65 2.肽鏈合成的延伸階段 翻譯過(guò)程中肽鏈的延伸是以下三種化學(xué) 過(guò)程的循環(huán)。 1）進(jìn)位 2）轉(zhuǎn)肽 3）移位 66 核蛋白體循環(huán)之進(jìn)位 67 核蛋白體循環(huán)之轉(zhuǎn)肽 68 核蛋白體循環(huán)之移位 69 3.肽鏈合成的終止 當(dāng)A位上出現(xiàn)終止 密碼時(shí)，釋放因子 (releasing factor, RF) 進(jìn)入，促進(jìn)酯鍵水 解。 之后，tRNA和 mRNA被釋放，核糖 體大、小亞基解聚。 解聚的大、小亞基參 與下一輪翻譯過(guò)程。 70 蛋白質(zhì)合成后的折疊 1.參與蛋白質(zhì)折疊的酶類 蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶 肽鏈脯氨酸異構(gòu)酶 2.分子伴侶(chaperone): 與不穩(wěn)定的蛋白相結(jié)合并使之穩(wěn)定的一類蛋白質(zhì)， 通過(guò)與多肽結(jié)合來(lái)幫助被結(jié)合的多肽在體內(nèi)的 折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)或降解等，在完成任務(wù)后從 多肽上釋放下來(lái)。 2021-7-8 72 RNA transcription DNA模板鏈（反義鏈，模板鏈（反義鏈， -鏈）鏈） DNA編碼鏈（有義編碼鏈（有義