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1、第十一章第十一章 DNA DNA复制、复制、RNARNA转录、转录、蛋白质翻译蛋白质翻译 l第一节第一节DNADNA的复制与修复的复制与修复l第二节第二节RNARNA的生物合成和加工的生物合成和加工 l第三节第三节蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 第一节第一节 DNADNA的复制与修复的复制与修复 lDNADNA是是由由四四种种脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸所所组组成成的的长长链大分子，是遗传信息的携带者。链大分子，是遗传信息的携带者。l生生物物体体的的遗遗传传信信息息就就贮贮存存在在DNADNA的的四四种种脱氧核糖核酸的脱氧核糖核酸的排列顺序排列顺序中。中。lDNADNA通通过过复复制制将将遗遗传
2、传信信息息由由亲亲代代传传递递给给子子代代；通通过过转转录录和和翻翻译译，将将遗遗传传信信息息传传递递给给蛋蛋白白质质分分子子，从从而而决决定定生生物物的的表表现现型型。DNADNA的的复复制制、转转录录和和翻翻译译过过程程就就构构成成了了遗遗传传学学的的中中心法则。心法则。一一.DNA.DNA的复制的复制（一）、半保留复制（一）、半保留复制 lDNADNA在在复复制制时时，以以亲亲代代DNADNA的的每每一一股股作作模模板板，合合成成完完全全相相同同的的两两个个双双链链子子代代DNADNA，每每个个子子代代DNADNA中中都都含含有有一一股股亲亲代代DNADNA链链，这种现象称为这种现象称为
3、DNADNA的的半保留复制。半保留复制。（二）、（二）、DNA DNA复制的起始点和方式复制的起始点和方式l复复制制子子是是DNADNA能能独独立立进进行行复复制制的的单单位位。需需在特定的位点起始，可能还有终点。在特定的位点起始，可能还有终点。l在在原原核核生生物物中中，复复制制起起始始点点通通常常为为一一个个，复复制制方方向向大大多多是是双双向向的的，也也有有单单向向的的，而在真核生物中则为多个复制起始点。而在真核生物中则为多个复制起始点。（三）、（三）、DNA聚合反应有关的酶聚合反应有关的酶1.DNA1.DNA聚合反应聚合反应DNADNA聚合反应的特点：聚合反应的特点：（1 1）以以4
4、4种种dNTPdNTP为底物；为底物；（2 2）DNA DNA模板；模板；Mg Mg2 2+（3 3）带）带3-OH3-OH末端的引物；末端的引物；（4 4）延长方向）延长方向5 35 3；（5 5）产物）产物DNADNA的性质与模板相同。的性质与模板相同。DNADNA聚合酶聚合酶Mg2+2.DNA2.DNA聚合酶聚合酶l在在原原核核生生物物（大肠杆菌）中中，目目前前发发现现的的DNADNA聚聚合合酶酶有有五五种种，研研究究较较多多的的有有三三种种，分分别别命命名名为为DNADNA聚聚合合酶酶（pol pol），DNADNA聚聚合合酶酶（pol pol），DNADNA聚聚合合酶酶（pol po
5、l），这这三三种种酶酶都都属属于于具具有有多多种种酶酶活活性性的的多多功功能能酶酶。参参与与DNADNA复复制制的的主主要是要是pol pol 和和pol pol。lpol pol 为为单单一一肽肽链链的的大大分分子子蛋蛋白白质质,可可被被特特异异的的蛋蛋白白酶酶水水解解为为两两个个片片段段，其其中中的的大大片片段段称称为为KlenowKlenow片片段段，具具有有5353聚聚合合酶酶活活性性和和3535外外切切酶酶的的活活性性。另一小片段有5353外切酶外切酶的活性。的活性。lpol pol 由由十十种种亚亚基基组组成成，其其中中亚亚基基具具有有5353聚聚合合DNADNA的的酶酶活活性性，
6、因因而而具具有有复复制制DNADNA的的功功能能；而而亚亚基基具具有有3535外外切切酶酶的的活活性性，因因而而与与DNADNA复制的校正功能有关。复制的校正功能有关。lDNA-pol和和DNA-pol为为修修复复酶酶，DNA-pol真真正正起起复复制制作作用用的的酶酶，为复制酶。为复制酶。原核生物中的三种原核生物中的三种DNADNA聚合酶聚合酶核酸外切酶活性核酸外切酶活性35外切酶活性外切酶活性53外切酶活性外切酶活性3 3、DNADNA连接酶连接酶催化一条催化一条DNA链的链的3末端与相邻的另一条末端与相邻的另一条DNA链的链的5末端之间的磷酸二酯键的合成。与同一互补链结末端之间的磷酸二酯
7、键的合成。与同一互补链结合并相邻。合并相邻。（双链（双链DNA切口）切口）条件：条件：需一段需一段DNADNA片段具有片段具有3-OH3-OH，而另一段，而另一段DNADNA片段具有片段具有5-Pi5-Pi基；基；未封闭的缺口位于双链未封闭的缺口位于双链DNADNA中，即其中有一条链是完整的；中，即其中有一条链是完整的；需要消耗能量。需要消耗能量。（四）（四）DNADNA的半不连续复制的半不连续复制半不连续复制半不连续复制：双链双链DNA分子的两条链是反向平分子的两条链是反向平行的。而行的。而DNA聚合酶的方向都是聚合酶的方向都是53。当。当DNA复制复制时，一条链是连续合成的，称时，一条链是
8、连续合成的，称前导链前导链，而另一条在，而另一条在53方向合成小片段方向合成小片段DNA（冈崎片段），然后通过冈崎片段），然后通过酶将这些片段连接起来，这不连续合成的酶将这些片段连接起来，这不连续合成的DNA链为链为滞后链滞后链。冈崎用电子显微镜看到了冈崎用电子显微镜看到了DNA复制过程中出现一些复制过程中出现一些不连续片段，不连续片段，这些不连续片段只存在与这些不连续片段只存在与DNA复制叉复制叉上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为冈冈崎片段。崎片段。前导前导滞后滞后1、复制的起始、复制的起始 由蛋白因子识别复制起始点由蛋白因子识别复制起始点解
9、旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：由由拓拓扑扑异异构构酶酶和和解解链链酶酶作作用用，使使DNA的的超超螺螺旋旋及及双双螺螺旋旋结结构构解解开开，碱碱基基间间氢氢键键断断裂裂，形形成成两两条条单单链链DNA。单单链链DNA结结合合蛋蛋白白（SSB）结合在两条单链）结合在两条单链DNA上，形成复制叉。上，形成复制叉。DNA复复制制时时，局局部部双双螺螺旋旋解解开开形形成成两两条条单单链链，这这种种叉叉状状结结构构称称为为复制叉复制叉。引发体组装：引发体组装：蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。引引发发：在在引引物物酶酶的的催催化化下下，以以DNADNA
10、为为模模板板，合合成成一一段段短短的的RNARNA片片段段，从而获得从而获得33端自由羟基（端自由羟基（3-OH3-OH）。）。（五）（五）DNADNA复制的过程复制的过程（原核生物）（原核生物）（原核生物）（原核生物）起始、起始、起始、起始、延长、终止延长、终止延长、终止延长、终止拓扑异构酶（拓扑异构酶（又称又称DNA旋转酶）旋转酶）拓扑异构酶拓扑异构酶可使可使DNA双链中的一条链切断，松开双螺双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。链连接起来，从而避免出现链的缠绕。拓扑异构酶拓扑异构酶可切断可切断DNA双链，使双链，使DNA的超螺旋松解的超螺旋松
11、解后，再将其连接起来。后，再将其连接起来。解螺旋酶解螺旋酶又又称称解解链链酶酶或或rep蛋蛋白白，是是用用于于解解开开DNA双双链链的的酶酶蛋蛋白白，每解开一对碱基，需消耗两分子每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。单链单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（SSBSSB）这是一些能够与单链这是一些能够与单链DNADNA结合的蛋白质因子。其作结合的蛋白质因子。其作用为：用为：使解开双螺旋后的使解开双螺旋后的DNADNA单链能够稳定存单链能够稳定存在，即稳定单链在，即稳定单链DNADNA，便于以其为模板复制子代，便于以其为模板复制子代DNADNA；保护单链保护单链DNADNA，避免核酸酶的降解。，避免
12、核酸酶的降解。引物酶引物酶(合成RNA)引物酶本质上是一种依赖引物酶本质上是一种依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶，该酶聚合酶，该酶以以DNADNA为模板，聚合一段为模板，聚合一段RNARNA短链引物，以提供自短链引物，以提供自由的由的3-OH3-OH，使子代，使子代DNADNA链能够开始聚合。链能够开始聚合。2.2.复制的延长复制的延长由由DNADNA聚合酶聚合酶催化，以催化，以3535方向的亲代方向的亲代DNADNA链为模链为模板，从板，从5353方向聚合子代方向聚合子代DNADNA链。在原核生物中，链。在原核生物中，参与参与DNADNA复制延长的是复制延长的是DNADNA聚合酶聚合酶
13、。引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，滞后链重新合成制叉，滞后链重新合成RNARNA引物，继续进行链的延长。引物，继续进行链的延长。解解3.3.复制的终止复制的终止去除引物，填补缺口；连接冈崎片段；去除引物，填补缺口；连接冈崎片段；在原核生物中，由在原核生物中，由DNADNA聚合酶聚合酶来水解去除来水解去除RNARNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNADNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。在直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。在DNADNA连连接酶接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈的催化下
14、，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的崎片段连接起来，形成完整的DNADNA长链。长链。前导前导滞后滞后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5533DNA复制过程模式图复制过程模式图DNADNA旋转酶旋转酶ATPADP+PiDNA结合蛋白结合蛋白引物引物RNA引物酶引物酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA连连 接接 酶酶RNA引物引物解旋酶解旋酶DNA聚合酶聚合酶复制叉移动方向复制叉移动方向 5，3，3，5，3，5，真核生物端粒的形成：真核生物端粒的形成：端粒是指真核生物染色体线性端粒是指真核生物染色体线性DNADNA分子末
15、端的结构部分，通常膨分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。大成粒状。线性线性DNADNA在复制完成后，其末端由于引物在复制完成后，其末端由于引物RNARNA的水解而可能出现的水解而可能出现缩短。故需要在缩短。故需要在端粒酶端粒酶的催化下，进行延长反应。的催化下，进行延长反应。端端粒粒酶酶是是一一种种RNA-RNA-蛋蛋白白质质复复合合体体，它它可可以以其其RNARNA为为模模板板，通通过过逆逆转转录录过过程程对对末末端端DNADNA链链进进行行延延长长。（既既有有模模板板，又又有有逆逆转转录录酶酶）以以自自身的身的RNA为模板延长为模板延长DNA单链，然后反折为双链。单链，然后反折为双链。端粒酶
16、与生物体的衰老、肿瘤的发生有关。端粒酶的作用机制端粒酶的作用机制DNADNA复制的保真性复制的保真性：为为了了保保证证遗遗传传的的稳稳定定，DNADNA的的复复制制必必须须具具有有高高保保真真性性。DNADNA复复制制时时的的保保真真性性主主要要与与下下列因素有关：列因素有关：1 1遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2 2DNADNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；聚合酶在复制时对碱基的正确选择；3 3对对复复制制过过程程中中出出现现的的错错误误及及时时进进行行校校正。正。二、二、DNADNA的损伤与修复的损伤与修复（一）、（一）、DNADNA的损伤（突变）的损伤（突变）l由自发
17、的或环境的因素引起由自发的或环境的因素引起DNADNA一级结构一级结构的任何异常的改变称为的任何异常的改变称为DNADNA的损伤，也称的损伤，也称为突变。为突变。l常见的常见的DNADNA的损伤包括碱基脱落、碱基修的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。饰、交联，链的断裂，重组等。引起突变的因素：引起突变的因素：1 1自发因素：自发因素：2 2物理因素：物理因素：l由由紫紫外外线线、电电离离辐辐射射、X X射射线线等等引引起起的的DNADNA损损伤。伤。3 3化学因素：如亚硝酸与亚硝酸盐。化学因素：如亚硝酸与亚硝酸盐。DNADNA突变的效应：突变的效应：1 1同同义义突突变变：基
18、基因因突突变变导导致致mRNAmRNA密密码码子子第第三三位位碱碱基基的的改改变变但但不不引引起起密密码码子子意意义义的的改改变变，其其翻翻译译产产物物中中的的氨氨基基酸酸残残基基顺顺序序不不变变，但但有有时时可可引引起起翻译效率降低。翻译效率降低。2 2误误义义突突变变：基基因因突突变变导导致致mRNAmRNA密密码码子子碱碱基基被被置置换换，其其意意义义发发生生改改变变，翻翻译译产产物物中中的的氨氨基基酸酸残基顺序发生改变。残基顺序发生改变。3 3无无义义突突变变：基基因因突突变变导导致致mRNAmRNA密密码码子子碱碱基基被被置置换换而而改改变变成成终终止止密密码码子子，引引起起多多肽肽
19、链链合合成成的的终止。终止。4 4移码突变：基因突变导致移码突变：基因突变导致mRNAmRNA密码子碱基密码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。发生改变。（二）、（二）、DNADNA损伤的修复损伤的修复 lDNADNA损伤的修复方式可分为直接修复和取损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类。代修复两大类。错配修复错配修复（一）直接修复：（一）直接修复：1 1光复活：光复活：l这这是是一一种种广广泛泛存存在在的的修修复复作作用用。光光复复活活能能够够修修复复任任何何嘧嘧啶啶二二聚聚体体的的损损伤伤。其其修修复复过过程程为为：光光
20、复复活活酶酶识识别别嘧嘧啶啶二二聚聚体体并并与与之之结结合合形形 成成 复复 合合 物物 在在 300300600nm600nm可可见见光光照照射射下下，酶酶获获得得能能量量，将将嘧嘧啶啶二二聚聚体体的的丁丁酰酰环环打打开开，使使之之完完全全修修复复光光复复活活酶酶从从DNADNA上上解离。解离。2 2转甲基作用：转甲基作用：l在在转转甲甲基基酶酶的的催催化化下下，将将DNADNA上上的的被被修修饰饰的的甲甲基基去去除除。此此时时，转转甲甲基基酶酶自自身身被被甲甲基化而失活。基化而失活。3 3直接连接：直接连接：lDNADNA断断裂裂形形成成的的缺缺口口，可可以以在在DNADNA连连接接酶酶的
21、催化下，直接进行连接而封闭缺口。的催化下，直接进行连接而封闭缺口。（二）取代修复：（二）取代修复：1 1切除修复：切除修复：l这这也也是是一一种种广广泛泛存存在在的的修修复复机机制制，可可适适用用于于多多种种DNADNA损损伤伤的的修修复复。该该修修复复机机制制可可以以分分别别由由两两种种不不同同的的酶酶来来发发动动，一一种种是是核酸内切酶，另一种是核酸内切酶，另一种是DNADNA糖苷酶。糖苷酶。内内 2 2重组修复：重组修复：l这这是是DNADNA的的复复制制过过程程中中所所采采用用的的一一种种有有差差错错的的修修复复方式。方式。3.错配修复错配修复DNA在复制过程中发生错配，如果新合成的在
22、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。板链被矫正，基因突变就被固定。第二节第二节 RNA RNA的生物合成和加工的生物合成和加工 一、一、DNA指导下的指导下的RNA合成合成l转录：转录：DNA指导下的指导下的RNA合成合成在在RNA聚聚合合酶酶的的催催化化下下，以以一一段段DNA链链为为模模板板合合成成RNA，从从而而将将DNA所所携携带带的的遗传信息传递给遗传信息传递给RNA的过程称为的过程称为转录转录。lRNA转录合成时，只能以转录合成时，只能以DNA分子中的分子中的某一段作为模板
23、，故存在特定的起始位某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点点和特定的终止位点.特定起始点和特定特定起始点和特定终止点之间的终止点之间的DNA链构成一个转录单位。链构成一个转录单位。l启动子启动子l终止子终止子DNA指导的指导的RNA聚合酶聚合酶l单链单链DNA为模板，为模板，Mg2 2+l四种核糖核苷三磷酸（四种核糖核苷三磷酸（NTP）为底物）为底物l不需要引物不需要引物l从从53聚合聚合RNAl无校正功能无校正功能转录的不对称性转录的不对称性l转转录录的的不不对对称称性性就就是是指指以以双双链链DNA中中的的一一条条链链作作为为模模板板进进行行转转录录，从从而将遗传信息由而将遗
24、传信息由DNA传递给传递给RNA。l对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的两条不同的DNA链上。能够转录链上。能够转录RNA的那条的那条DNA链称为链称为负链负链(模板链）模板链），而与之互补的另，而与之互补的另一条一条DNA链称为链称为正链（编码链）正链（编码链）。模板链模板链编码链编码链553355lRNA转转录录合合成成时时，只只能能向向一一个个方方向向进进行行聚聚合合，所所依依赖赖的的模模板板DNA链链的的方方向向为为35，而而RNA链链的的合合成成方方向向为为53。l合合成成的的RNA中中，如如只只含含一一个个基基因因的的遗遗传传信
25、信息息，称称为为单单顺顺反反子子；如如含含有有几几个个基基因因的的遗遗传传信信息息，则则称称为为多顺反子多顺反子。l原核生物中的原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，聚合酶全酶由五个亚基构成，即即2。l亚基与转录起始点的识别亚基与转录起始点的识别有关，而在转录合有关，而在转录合成开始后被释放，余下的部分（成开始后被释放，余下的部分（2）被）被称为称为核心酶，与核心酶，与RNA链的聚合链的聚合有关。有关。l真核生物中的真核生物中的RNA聚合酶可按其对聚合酶可按其对-鹅膏鹅膏蕈碱敏感性而分为三种，它们均由蕈碱敏感性而分为三种，它们均由1012个个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其大小不同
26、的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。功能也不同。RNA转录合成的基本过程转录合成的基本过程 1 1、识别、识别l原原核核生生物物RNA聚聚合合酶酶中中的的因因子子识识别别转转录录起起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。位于基因上游，与位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些起始转录有关的一些DNA顺序称为顺序称为启动子启动子原核生物的两个原核生物的两个启动子：启动子：-10序列和序列和-35序列。序列。RNA聚合酶与聚合酶与启动子结合后，可开始转录。启动子结合后，可开始转录。原核生物启动子原核生物启动子TGTTG
27、ACATATAAT-10区区-35区区启动子启动子转录起始部位转录起始部位+1基因转录区基因转录区5RNA产物产物5533编码链编码链模板链模板链l真真核核生生物物的的转转录录起起始始区区上上游游也也存存在在一一段段富富含含TA的的顺顺序序，被被称称为为Hogness盒盒或或TATA盒盒。除除此此之之外外，在在真真核核生生物物中中还还可可见见到到其其他他带带共共性性的的序序列列，如如CAAT盒盒及及GC盒等。盒等。l真核生物的转录起始较为复杂。真核生物的转录起始较为复杂。l真真核核生生物物的的转转录录起起始始较较为为复复杂杂。目目前前已已知知RNA聚聚合合酶酶至至少少有有六六种种不不同同的的蛋
28、蛋白白因因子子参参与与转转录录复复合合体体的的形形成成。这这些些蛋蛋白白因因子子被被称称为为转转 录录 因因 子子（trans-criptionalfactor,TF)。包包括括TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TF-I。转录因子转录因子功功能能TFA稳定稳定TFD结合结合TFB促进促进pol结合结合TFD辨认辨认TATA盒盒TFEATPaseTFF解旋酶解旋酶真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶转录因子及其功能转录因子及其功能2 2、起始、起始lRNA聚聚合合酶酶全全酶酶促促使使局局部部双双链链解解开开，并并催催化化ATP或或GTP与与另另外外一一个个三三磷磷酸酸核核苷苷聚聚合合，形形成
29、成第第一一个个3,5-磷磷酸酸二酯键。二酯键。3 3、延长、延长l因因子子从从全全酶酶上上脱脱离离，余余下下的的核核心心酶酶继继续续沿沿DNA链链移移动动，按按照照碱碱基基互互补补原原则则，不不断断聚聚合合RNA。4、终止、终止l终止子：提供转录终止信号的终止子：提供转录终止信号的DNA序列。序列。lRNA转录合成的终止机制有两种：转录合成的终止机制有两种：1自自动动终终止止：模模板板DNA链链在在接接近近转转录录终终止止点点处处存存在在相相连连的的富富含含GC和和AT的的区区域域，使使RNA转转录录产产物物形形成成寡寡聚聚U及及发发夹夹形形的的二二级级结结构构，引引起起RNA聚聚合合酶酶变变
30、构构及及移移动动停止，导致停止，导致RNA转录的终止。转录的终止。2依依赖赖辅辅助助因因子子的的终终止止：由由终终止止因因子子(因因子子)识识别别特特异异的的终终止止信信号号，并并促促使使RNA的释放。的释放。二、二、RNA的转录后加工的转录后加工l原核生物的原核生物的mRNA不需要翻译前修饰，不需要翻译前修饰，但但tRNA和和rRNA需转录后加工。需转录后加工。l加工方式有切断、化学修饰等。加工方式有切断、化学修饰等。lrRNA前体分子被切割成成熟的前体分子被切割成成熟的23S、16S和和5SrRNA以及一个以及一个tRNA，tRNA也是也是切割前体分子生成。切割前体分子生成。rRNA和和t
31、RNA还要还要进行化学修饰，如甲基化。进行化学修饰，如甲基化。16S rRNA23S rRNA5S rRNAtRNARNA前体分子真核生物中真核生物中RNA的加工的加工mRNA的转录后加工的转录后加工1加帽加帽l即即在在mRNA的的5-端端加加上上m7GTP的的结结构构。此此过过程程发生在合成一结束发生在合成一结束，在细胞核内。在细胞核内。l加加工工过过程程首首先先是是在在磷磷酸酸酶酶的的作作用用下下，将将5-端端的的磷磷酸酸基基水水解解，然然后后再再加加上上鸟鸟苷苷三三磷磷酸酸，形形成成GpppN的结构，再对的结构，再对G进行甲基化。进行甲基化。l该该帽帽可可使使RNA免免受受核核酸酸酶酶降
32、降解解，还还在在蛋蛋白白质质合合成的起始步骤中起作用。成的起始步骤中起作用。2加尾加尾l这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去切酶切去3-端一些过剩的核苷酸，然后再加端一些过剩的核苷酸，然后再加入入polyA。polyA结构与结构与mRNA的半寿期有关。的半寿期有关。l多聚腺苷酸尾保护最终的多聚腺苷酸尾保护最终的mRNA3-端免受核端免受核酸酶降解而酸酶降解而稳定稳定mRNA，还可增加，还可增加mRNA翻翻译的效率译的效率。l基因基因是是DNA片段，片段，DNA分子中最小的功能单位。分子中最小的功能单位。l真核生物中大部分蛋白质编码的基因是不连真核
33、生物中大部分蛋白质编码的基因是不连续的，为续的，为断裂基因断裂基因，由于基因中，由于基因中内含子内含子的存的存在。在。mRNA1 872bpABCDEG7 700bpF内含子：基内含子：基因中不为多因中不为多肽编码，不肽编码，不在在mRNA中中出现。出现。外显子：为外显子：为多肽编码的多肽编码的基因片段。基因片段。3剪接剪接l切切除除内内含含子子序序列列，将将相相邻邻外外显显子子的的末末端端连连接接起起来来形形成成功功能能性性mRNA，这这一一过过程程为为RNA剪剪接接。l真核生物真核生物RNA的剪接一般需核内小的剪接一般需核内小RNA（snRNA）参与构成的核蛋白体参加。）参与构成的核蛋白体
34、参加。l一些一些snRNA对对RNA剪接具催化作用，是催化剪接具催化作用，是催化RNA。具有催化活性的具有催化活性的RNA分子称为核酶。分子称为核酶。l断裂基因有以下优点：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）；（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。质。外显子 4内部甲基化：内部甲基化：l由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处
35、理。化处理。真核生物真核生物mRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰tRNA的转录后加工的转录后加工l主要有以下几种加工方式：主要有以下几种加工方式：1.切断。切断。2.剪接。剪接。3.化学修饰。化学修饰。rRNA的转录后加工的转录后加工三、RNA指导下的RNA 和DNA合成l（一）（一）RNA的复制的复制lRNA复制酶：RNA模板、Mg2 2+、四种核、四种核糖核苷三磷酸（糖核苷三磷酸（NTP）l（二）（二）RNA的逆转录的逆转录l以 RNA为模板合成DNA。l逆转录酶：RNA为模板、为模板、Mg2 2+、四种脱、四种脱氧核糖核苷三磷酸（氧核糖核苷三磷酸（dNTP）、需要引物、）、需要引物、
36、DNA合成方向合成方向53第三节第三节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 l蛋蛋白白质质的的生生物物合合成成过过程程，就就 是是 将将 DNA传传 递递 给给mRNA的的遗遗传传信信息息，再再具具体体的的解解译译为为蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序的的过过程程，这一过程被称为这一过程被称为翻译翻译。中心法则中心法则遗传信息传递的规律遗传信息传递的规律(复制、转录、翻译复制、转录、翻译).).转录转录 翻译翻译DNARNA蛋白质蛋白质mRNAtRNA反转录反转录rRNA转录、翻译转录、翻译RNA（病毒病毒）蛋白质（病毒）蛋白质（病毒）复复制制复复制制原料原料：2020种氨基酸种氨基酸
37、条件条件：mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA ATP ATP、GTPGTP等供能物质等供能物质 无机离子、有关的酶、无机离子、有关的酶、蛋白因子等。蛋白因子等。翻译翻译:以以RNARNA中中mRNAmRNA为模板为模板,按照其核苷酸按照其核苷酸顺序所组成的密码指导蛋白质的合成的顺序所组成的密码指导蛋白质的合成的过程过程.一、一、遗传密码遗传密码l遗遗传传密密码码：指指mRNAmRNA中中的的核核苷苷酸酸排排列列序序列列与蛋白质中的氨基酸排列序列的关系。与蛋白质中的氨基酸排列序列的关系。lmRNA中中每每三三个个相相邻邻的的核核苷苷酸酸组组成成三三联联体体，代代表表一一个个氨氨
38、基基酸酸的的信信息息，此此三三联联体体就就称称为为密密码码子子或或三三联联密密码码。共共有有64种种不不同的密码。同的密码。l一一个个三三联联体体密密码码（密密码码子子）决决定定着着一一个个氨基酸氨基酸。四种核苷酸编成三联体可形成四种核苷酸编成三联体可形成4 43 3个即个即6464个密码子个密码子.其中其中:1.1.一个起始密码一个起始密码:AUG:AUG并兼作蛋氨酸的密码并兼作蛋氨酸的密码.2.2.三个终止密码三个终止密码:UAA UGA UAG:UAA UGA UAG3.3.多数氨基酸拥有多数氨基酸拥有2-42-4个密码个密码.遗传密码具有以下特点：遗传密码具有以下特点：连续性连续性；简
39、并性简并性；通用性通用性；（但在线粒体或叶绿体中特殊）（但在线粒体或叶绿体中特殊）方向性方向性，即解读方向为即解读方向为53 ；摆动性摆动性；起始密码：起始密码：AUG；终止密码：；终止密码：UAA、UAG、UGA。遗传密码的连续性遗传密码的连续性正确的阅读是从起始密码子开始，按一定的阅读框正确的阅读是从起始密码子开始，按一定的阅读框正确的阅读是从起始密码子开始，按一定的阅读框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。架连续读下去，直至遇到终止密码子为止。架连续读下去，直至遇到终止密码子为止。架连续读下去，直至遇到终止密码子为止。55到到到到33方向阅读
40、，不重复，无标点符号。方向阅读，不重复，无标点符号。方向阅读，不重复，无标点符号。方向阅读，不重复，无标点符号。移码突变移码突变移码突变移码突变遗传密码的简并性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。即同一个氨基酸有两个或更多密码子的现象。即同一个氨基酸有两个或更多密码子的现象。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。只有色氨酸与甲硫氨酸仅有一个密码子。只有色氨酸与甲硫氨酸仅有一个密码子。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对应于同一种氨基酸的不同密码子为对应于同一种氨基酸的不同密码子为对应于同一种氨基酸的不同
41、密码子为同义密码子同义密码子同义密码子同义密码子。遗传密码的遗传密码的摆动性摆动性密码的密码的简并性往往表现在密码子的第三位简并性往往表现在密码子的第三位碱基上。碱基上。tRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA密码密码子配对时，密码子第一位和第二位碱基配子配对时，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对是严格的，第三位碱基可以有一定的变动，这种现象称为动，这种现象称为密码的密码的摆动性。摆动性。遗传密码的遗传密码的通用性通用性各种低等和高等生物基本上共用同一套遗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。传密码。但存在一些差异。二、蛋白质合成（翻译）
42、二、蛋白质合成（翻译）原核生物中翻译概述原核生物中翻译概述核糖体结合到核糖体结合到mRNA分子上，从分子上，从5端向端向3端阅读核苷酸序列，从端阅读核苷酸序列，从N末端向末端向C末端方末端方向由氨基酸合成相应的蛋白质。向由氨基酸合成相应的蛋白质。所有氨基酸都共价结合到所有氨基酸都共价结合到tRNA上形成氨酰上形成氨酰tRNA，每个氨酰，每个氨酰tRNA都有反密码子，都有反密码子，与互补的与互补的mRNA上的密码子氢键结合，上的密码子氢键结合，根据根据mRNA碱基序列使不同的氨基酸之碱基序列使不同的氨基酸之间形成肽键。间形成肽键。蛋白质合成存在三个阶段：起始、延伸、终止。蛋白质合成存在三个阶段：
43、起始、延伸、终止。起始：起始：形成形成mRNA核糖体复合物，起始密码子核糖体复合物，起始密码子结合结合起始起始氨酰tRNA（第一个氨酰第一个氨酰tRNAtRNA）延延伸伸：依依次次阅阅读读密密码码子子，多多肽肽链链在在C C端端增增加加氨氨基酸而延长。基酸而延长。终止：终止：遇到终止密码子，因终止密码子无对应遇到终止密码子，因终止密码子无对应的氨酰的氨酰tRNAtRNA。tRNAtRNA是氨基酸的转运工具是氨基酸的转运工具,能携带活化能携带活化的氨基酸到核糖体的氨基酸到核糖体.tRNA.tRNA是三叶草形结构。是三叶草形结构。氨基酸共价结合到氨基酸共价结合到tRNA3tRNA3端端CCACCA
44、序列的序列的A A残基上。残基上。氨酰氨酰tRNAtRNA的合成的合成 tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就上相应的密码，此三联体就称为反密码称为反密码(anticoden)(anticoden)。l反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即原则，即AU，GC配对。但反密码的第一配对。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遵循碱基互补原则。如反密码第一个核苷酸为，
45、则可与，则可与A、U或或C配对配对，如为，如为U，则可与，则可与A或或G配对配对，这种配对称为，这种配对称为不稳定配对不稳定配对。tRNAtRNA有特异性有特异性,每个每个tRNAtRNA只运载一个氨只运载一个氨基酸，因密码的简并性，存在几种带相应反基酸，因密码的简并性，存在几种带相应反密码子的密码子的tRNAtRNA运载同一种氨基酸。每种运载同一种氨基酸。每种tRNAtRNA均有反密码均有反密码,能与能与mRNAmRNA上相应的密码互补结上相应的密码互补结合合(碱基互补配对碱基互补配对).).酪酪555533AUGGUUUACACA酪氨酰酪氨酰-tRNA反密码反密码mRNA密码与反密码的碱基
46、配对密码与反密码的碱基配对合成氨酰合成氨酰tRNAtRNA的作用：的作用：1.1.接头接头作用，作用，以保证正确的氨基酸序列。以保证正确的氨基酸序列。2.2.氨基酸氨基酸的活化的活化作用，氨基酸与作用，氨基酸与tRNAtRNA之间的共之间的共价键是价键是高能键高能键，使氨基酸与延伸的多，使氨基酸与延伸的多肽链末端形成肽键，不与肽链末端形成肽键，不与tRNAtRNA相连的相连的氨基酸不能加到延伸的多肽链上。氨基酸不能加到延伸的多肽链上。氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酸的活化1 1、反应式：、反应式：AA+tRNA+ATPAA+tRNA+ATP氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶
47、氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA+AMP+PPi+AMP+PPi2 2、AAAA结合位置：结合位置：AAAA的的-羧基与羧基与tRNA tRNA 33末端腺苷酸中末端腺苷酸中核糖核糖2 2 或或33羟基以酯键相结合。羟基以酯键相结合。起始密码子起始密码子AUGAUG编码甲硫氨酸（蛋氨酸）编码甲硫氨酸（蛋氨酸）细胞中有两种携带甲硫氨酸的细胞中有两种携带甲硫氨酸的tRNAtRNA，能够识，能够识别别mRNAmRNA中中55端起始密码端起始密码AUGAUG的的tRNAtRNA是一种特是一种特殊的殊的tRNAtRNA，称为起始，称为起始tRNAtRNA（tRNAtRNAiMetMet ），另），另一种
48、携带甲硫氨酸为一种携带甲硫氨酸为tRNAtRNAMetMet。在原核生物中，在原核生物中，有一甲酰化酶，使有一甲酰化酶，使Met-tRNAMet-tRNAiMetMet中的氨基甲中的氨基甲酰化成酰化成fMet-tRNAfMet-tRNAifMetfMet，新蛋白质，新蛋白质N N端的第一端的第一个氨基酸是个氨基酸是N-N-甲酰甲硫氨酸；另一种携带甲甲酰甲硫氨酸；另一种携带甲硫氨酸的硫氨酸的tRNAtRNAMetMet，识别非起始部位的甲硫氨，识别非起始部位的甲硫氨酸密码酸密码AUGAUG。两种两种甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA由同一由同一甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶催
49、化，被蛋白质合成因子催化，被蛋白质合成因子（起始和延伸因子）（起始和延伸因子）所区别。所区别。l在在原核生物原核生物中中核糖体核糖体大小大小为为70S70S，可分可分为为30S30S小小亚亚基和基和50S50S大大亚亚基基 ，rRNArRNA有三种：有三种：5S5S，16S16S，23S23S。其中，其中，16S16S的的rRNArRNA参与构成核蛋白体的参与构成核蛋白体的小亚基，而小亚基，而5S5S和和23S23S的的rRNArRNA参与构成核蛋白体参与构成核蛋白体大亚基。大亚基。l在在真核生物真核生物中中核糖体核糖体大小大小为为80S80S，也分也分为为40S40S小小亚亚基和基和60S6
50、0S大大亚亚基基 ，rRNArRNA有四种：有四种：5S5S，5.8S，18S18S，28S28S。其中，其中，18S18S的的rRNArRNA参与构成核蛋参与构成核蛋白体小亚基，其余的白体小亚基，其余的rRNArRNA参与构成核蛋白体大参与构成核蛋白体大亚基。亚基。核糖体的结构和功能核糖体的结构和功能：rRNArRNA与蛋白质组成核蛋白与蛋白质组成核蛋白体体(核糖体核糖体),),是蛋白质合成的场所是蛋白质合成的场所.由大小两个亚基组由大小两个亚基组成成:核核蛋蛋白白体体的的组组装装l大肠杆菌核蛋白体大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭的空间结构为一椭圆球体，其圆球体，其30S亚亚基呈哑铃状，基呈