分子生物学原理课件

RNA的生物合成（转录）RNABiosynthesis,Transcription转录RNADNA

转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。也就是把DNA的碱基序列抄录成RNA的碱基序列。复制与转录的异同点相同点：不同点:复制转录

以DNA作模板

双链复制

模板链

需4种NTP

dNTP

NTP

碱基配对

A=T

A=U,T=A

合成方向5’3’

依赖DNA的聚合酶

DDDP

DDRP

多聚核苷酸大分子

半保留式子代

mRNA、tRNA、rRNA参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子模板和酶TemplatesandEnzymes第一节一、转录模板结构基因：strucuralgene能转录出mRNA然后指导蛋白质生成的部分。模板链：templatestrand可作为模板转录成RNA的一股链。也称作有意义链或Watson链。编码链：codingstrand相对于模板链的另一股链。也称为反义链或Crick链。模板:转录、翻译的序列比较5’GCATTAGCTAGCTACTAGC3’DNA3’cgtaatcgatcgatgatcg5’双链转录5’GCAUUAGCUAGCUACUAGC3’mRNA翻译NAla

Leu

Ala

Ser

TryC肽链转录的不对称性不对称转录：asymmetrictranscriptionDNA双链对一个基因而言，一股可转录，另一股不转录。模板链与编码链相对而言5

3

3

5

模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向二、RNA聚合酶转录酶：依赖DNA的RNA聚合酶

DNAdependentRNApolymerase

DDRP

原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌的RNA聚合酶：

2’其中2’称为核心酶：只有转录功能亚基：辨别转录起始点+2’=全酶受利福平或利福霉素（结核菌药物）的特异性抑制。核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

原核生物的RNA聚合酶

真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶II可认为是真核生物中最重要的RNA聚合酶三、模板与酶的辨认结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。

5

3

3

5

结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。三、模板与酶的辨认结合启动区的保守序列原核生物有两个元件-35bp的辨认位点：5’-TTGACA--10bp的Pribnow盒:5’-TATAATPu真核生物有多个元件(如-30的Hogness或TATA盒)。RNA聚合酶保护法目录开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保护区结构基因3

3

TATA盒

CAAT盒

GC盒

增强子

顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列转录过程TheProcessofTranscription第二节（一）转录起始转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。一、原核生物的转录过程2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

转录起始复合物:5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi转录起始过程转录起始中的事件解链形成转录空泡为首的为三磷酸GTP或ATP转录起始复合物(RNA-聚合酶全酶-DNA-pppGpN’-OH)第一个磷酯键形成后，

亚基从转录起始复合物中脱落下来。RNA聚合酶沿DNA链向前移动。转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA（二）转录延长1.

亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi转录的延长转录的延长是以5’到3’的方向进行的。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi以G=C、A=U、T=A碱基配对。转录完成部分的DNA重新形成双链。较长的RNA链上有核糖体结合，说明在某些情况下，转录的同时，翻译已经开始进行了。转录的过程转录的延长5

3

DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶（三）转录的终止转录终止：是RNA聚合酶在模板上的某一位置停顿，RNA链从转录复合物上脱离出来。分为依赖Rho因子的转录终止和不依赖Rho因子的转录终止。1、依赖Rho因子的转录终止Rho因子的左右是使RNA-DNA杂化双链的短链变性，从而有利于转录产物从转录复合物中释放出来。ATP1.依赖Rho因子的转录终止2.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。2、非依赖Rho因子的转录终止5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG53

35RNA-pol不依赖Rho因子的转录终止模式RNA链出现茎-环结构，促进转录的终止。1.这样的结构改变RNA聚合酶的构象，使酶不再向下移动。2.DNA和RNA各自形成自己的局部双链，使杂化链更加不稳定，以致转录复合物趋于解体。接着的一串寡聚U，则更是促进RNA新链从模板上脱落的促进因素。二、真核生物的转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)1.

转录起始前的上游区段AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体2.

转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

3.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化4.模板理论(piecingtheory)一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向5

------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点5

5

3

3

3加尾AAAAAAA······3mRNA（三）转录终止——

和转录后修饰密切相关。真核生物转录终止的特点真核生物mRNA带有聚腺苷酸尾巴的结构，这是转录之后加上的。在模板链读码框架的3’端之后，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列，这些序列称为转录终止的修饰点。转录与复制的相似之处都以DNA为模板需要核苷酸作原料，从5’到3’延长；生成磷酸二酯键以连接核苷酸都遵从碱基配对规律都需要依赖DNA的聚合酶产物都是很长的多核苷酸转录和复制的区别真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification第三节转录后的修饰转录生成的RNA，称为初级转录产物。无论在真核生物或原核生物中，初级转录产物都经过一定程度的修饰加工，才能表现其功能。几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.

修饰(modification)4.

添加(addition)一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰

5

端形成帽子结构(m7GpppGp—)3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子结构5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶

Pi真核生物mRNA的转录后加工5’和3’首尾的修饰剪接5’加帽转录产物的第一个核苷酸pppG水解成5’-ppG或5’-pG与另一个三磷酸鸟苷生成三磷酸双鸟苷第二个鸟嘌呤被甲基化加帽出现在hnRNA中，说明可能在细胞核中完成，并在剪接之前。3’端加上聚腺苷酸尾巴真核生物mRNA中polyA的出现是不依赖于DNA模板的。加入polyA之前，先由核酸外切酶切去3’末端一些过剩的核苷酸，然后加入polyA。3’端修饰也是在细胞核中，在剪接之前进行的。PolyA的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板的活性，以及增加mRNA本身的稳定性。3’端修饰示意图（二）mRNA的剪接1.

hnRNA

和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA真核细胞mRNA的剪接DNA模板与hnRNA是完全配对的，而成熟的mRNA与hnRNA或DNA杂交都只是部分配对。因此真核生物的基因有断裂性。断裂基因真核生物的结构基因，由若干个编码区被非编码区相互间隔开，但又连续镶嵌而成，因此真核生物的基因称为断裂基因。外显子代表了基因上编码氨基酸的核苷酸序列。内含子表示相应的非编码序列。原核生物结构基因是连续的编码序列，不是断裂基因。内含子的种类线粒体，叶绿体转录初级rRNA基因线粒体，叶绿体的mRNA形成套索状结构的剪接，由SnRNA和核内蛋白形成的核小核糖核酸蛋白来完成。tRNA基因。3.

内含子的分类根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNP与hnRNA结合成为并接体①②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子1内含子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应

(twicetransesterification)

•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的编辑(mRNAediting)人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑内含子的功能内含子有利于物种的进化选择调节功能tRNA的转录后加工初级产物中有5’端的16个碱基和反密码子后的14个碱基需要去除。二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：A

I如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）涉及加工的反应甲基化还原核苷内的转位反应脱氨反应3’端加上CCA-OH三、rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18SrRNA的转录后加工丰富基因：染色体上一些相似或完全一样的纵列串联基因单位的重复。真核细胞的rRNA基因属于丰富基因。45s的转录产物是三种rRNA的前体，经过剪接后形成核糖体小亚基的18SrRNA，其余形成5.8S及28S的rRNA。四膜虫rRNA的结构四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式5´-端核苷酸序列核酶(ribozyme)核酶：RNA本身具有催化活性，此种由RNA发挥催化作用的酶，称为核酶。最简单的核酶呈槌头结构。最简单的核酶二级结构——槌头状结构(hammerheadstructure)底物部分通常为60个核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份催化部份和底物部份组成锤头结构除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。核酶发现的意义对传统酶学提出了挑战对进化的研究有帮助人工核酶应用于疾病的治疗。核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子X表示一致性序列箭头表示切断点附录GOH3´G5´OH5´3´GOH414G

3995´3´3955´3´E1E2I四膜虫RNA的自我剪接5´3´L19RNA具有催化活性的片段翻译翻译：translation即蛋白质生物合成。把核酸中四种符号(AGCT/U)组成的遗传信息，以遗传密码破读的手段转变为蛋白质的氨基酸排列顺序的过程。第一节、参与蛋白质合成的物质各种RNA、核糖体、氨基酸、酶起始阶段：起始因子延长阶段：延长因子终止阶段：核糖体释放因子一、mRNA是翻译的模板原核生物的一种mRNA往往编码几种功能相近的蛋白质。真核生物的mRNA比原核生物多，但一个RNA分子一般只带有一种蛋白质的编码信息。遗传密码的特点连续性(commaless)：密码之间没有间断简并性(degeneracy)：大多数氨基酸有2~6个密码摆动性(wobble)：密码的第三位碱基与反密码的第一位碱基配对不严格通用性(universal)：全世界生物共用连续性GCA

GUA

CAU

GUC不连续的读法：GCACAGAGU

GUA………….密码之间没有核苷酸间断简并性除了色氨酸和蛋氨酸外，其余氨基酸均有2

-6个三联体为其编码。*摆动性密码与反密码配对辨认时，有时并不完全按照碱基互补规律。尤其是密码的第三碱基对反密码的第一位碱基，更常出现这种摆动现象。mRNA密码子C－G－I反密码子G－C－C密码子通用性除了动物细胞中的线粒体和植物细胞中的叶绿体外，从最简单的病毒、原核生物到人类都使用一套遗传密码。二、核糖体是肽链合成的场所氨基酸首先在核糖体内合成蛋白质，再输送至细胞其它组分中。核糖体由大、小亚基构成。亚基中含有不同的蛋白质和RNA。二、核糖体是肽链合成的场所大亚基：tRNA结合位点：P位：给出AA，释放tRNAA位：接受tRNA-AA转肽酶，合成肽键转位酶小亚基：识别起始位点与mRNA形成复合物三、tRNA和氨基酰tRNAtRNA在蛋白质翻译中起接合的作用。tRNA的氨基酸臂上携带氨基酸。tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。密码-反密码-氨基酸三联体保证了翻译的准确性。氨基酰-tRNA的生成氨基酰-AMP-E+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+E氨基酸＋ATP－E

氨基酰－AMP-E+PPiE:氨基酰-tRNA合成酶，具高度专一性1.存在于胞质中2.需ATP供能,需Mg++,Mn++3.有二个识别位点氨基酰-tRNA的书写Arg-tRNAarg

Met-tRNAmetmfMet-tRNAmetf原核生物起始密码子需要在Met-tRNAmetf上进行甲酰化，而真核生物不需要。

Met-tRNAmetf+FH4-CHO

转甲酰基酶

fMet-tRNAmetf

第二节、蛋白质生物合成过程起始延长终止原核生物的翻译起始起始因子(IF)：胞液中的可溶性因子。已知有三种：IF-1：促进IF-3与小亚基结合IF-2：使fMet-tRNAmetf

与小亚基结合IF-3：使大小亚基分离核糖体结合序列：原核生物的mRNA有一非常保守的序列，与核糖体的16S-rRNA结合，引导mRNA进入核糖体，这样的序列称为S-D序列，也叫核糖体结合序列。核糖体结合序列原核生物起始过程

70S核糖体＋IF3＋IF130S小亚基

IF3IF1+50S大亚基

fmet-tRNAfmet先形成fmettRNAfmetIF2GTP，再与小亚基和mRNA形成复合物，最后形成70S起始复合物。

P位为mRNA上的AUG及fmet

tRNAfmet

所占据,A位空缺。70SmRNAfmettRNAfmet70S起始复合物fmet-tRNAfmet+GTP+IF2fmettRNAfmetIF2GTP+mRNA30SmRNAfmettRNAfmetGTPIF1IF2IF3＋50S－IF1,IF2,IF3,GDP+Pi原核生物起始过程真核生物的翻译起始起始因子（eIF）：有10种起始甲硫氨酰tRNAmet无甲酰化mRNA结构有所不同核糖体有所不同原核生物与真核生物的翻译起始比较真核生物的翻译起始二、肽链的延长核糖体循环：翻译过程中的肽链延长，延长因子：延长过程所需的蛋白质因子称

(EF)。核糖体循环分为注册、成肽和转位三个步骤。二、肽链的延长注册注册：氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核糖体的A位。mRNA成肽和转位成肽由转肽酶催化，反应在A位上进行，即P位上的蛋氨酸退位到A位成肽。成肽后无负载的tRNA从核糖体上脱落下来。转位：在A位上的肽连同mRNA从A位进入P位。由转位酶催化。这实际上是肽-tRNA-mRNA与核糖体位置的相对变更。注册、成肽和转位三个步骤多次反复，肽链就不断延长。三、肽链合成的终止

肽链合成终止包括：终止密码的辨认肽链从肽-tRNA上水解mRNA从核糖体中分离核糖体大小亚基的拆分三、肽链合成的终止释放因子RF：终止过程中的蛋白质因子辨认终止密码促进肽链C端与tRNA3’-OH酯键的水解，使肽链从翻译中的核糖体上释放下来。RF-1：UAA和UAG；RF-2：UAA和UGA；RF-3：结合GTP，促进RF-1和RF-2对核糖体的结合。翻译的终止过程当翻译到A位出现mRNA的终止密码时，由RF-1或RF-2识别终止密码，进入A位。释放因子的结合诱导核糖体上的转肽酶将合成的肽链转移到水分子，将P位上肽链从tRNA分离出来。通过GTP水解GDP及Pi，使残留在核糖体上的tRNA和各种释放因子脱离，最后核糖体从mRNA上脱落下来。翻译的终止示意图翻译的终止示意图翻译的终止示意图多聚核糖体在一条mRNA上常有多个核糖体呈串珠状排列，核糖体是以多核糖体形式存在。多核糖体的形成是由于一条mRNA链上多个部位有核糖体在进行蛋白质合成，这样可以大大加速蛋白质合成的速度，mRNA得到充分的利用。翻译全过程IF-1IF-3IF-2GTPfMet起始翻译全过程IF-1IF-3IF-2GTPfMetfMet核糖体循环翻译全过程fMet核糖体循环fMet翻译全过程终止IF-1IF-3核糖体循环原核生物中：复制、转录、翻译同步，多肽合成后，进入大亚基的管腔内，经滑面内质网进高尔基体，进行后加工。翻译后加工翻译后加工：posttranslationalprocession蛋白质合成后，还必须进行后加工，才能表现出生理活性，这些蛋白质的修饰过程称为翻译后加工。翻译后加工去除N-甲酰基或N-蛋氨酸个别氨基酸的修饰亚基聚合辅基连接水解修饰分泌性蛋白质去除N-甲酰或N-蛋氨酸由脱甲酰基酶或氨基肽酶催化可与翻译同步个别氨基酸的修饰脯氨酸羟脯氨酸赖氨酸羟赖氨酸磷酸化：Ser、Thr、Tyr二硫键的形成：空间相邻的二个Cys氧化而成亚基聚合具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体，才有生物活性。Hb：

2

2PKC：R2C2辅基连接蛋白质分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类。如糖蛋白、脂蛋白等都需要加工后才能生成。水解修饰在真核生物中，往往会有一条已合成的多肽链经翻译后加工产生多种不同活性的蛋白质或肽。信号肽

ACTH

-LT

-MSHEndophin

-MSH103肽POMC分泌性蛋白质分泌蛋白质：合成后分泌到血液循环中，或再到靶细胞去发挥功能的蛋白质。信号肽：具疏水性的肽段，可使蛋白质移向细胞膜并与细胞膜结合，然后将合成的蛋白质送出细胞。大多数分泌性蛋白质是一种蛋白质前身。肽类激素、血浆蛋白、凝血因子、抗体蛋白、蛋白酶等第四节、抗生素对翻译的抑制作用抗生素一般是细菌或真菌所产生的具有抑制其它生物生长的物质。抗生素因具有杀菌或抑制细菌生长的作用而被广泛用于临床，部分用于科研。某些抗生素可抑制翻译四环素抑制起始氨基酰-tRNA与原核生物或真核细胞的核糖体小亚基的结合而抑制翻译由于不能透过真核细胞膜，故只能对原核细胞的翻译过程发生抑制。氯霉素能与原核生物的核糖体大亚基结合，抑制转肽酶活性而阻断翻译的延长过程。链霉素和卡那霉素能与原核生物核糖体小亚基结合，改变其构象，引起读码错误，使毒素类的细菌蛋白失活。结核杆菌敏感嘌呤霉素结构与酪氨酸-tRNA相似，从而取代一些氨基酰-tRNA进入翻译进入翻译中的核糖体的A位。对原核和真核都有作用放线菌酮抑制核糖体转肽酶只对真核生物有特异性作用用于科研白喉毒素白喉杆菌产生对真核生物有剧毒的毒素蛋白质共价修饰EF-2，生成EF-2的腺苷二磷酸核糖衍生物，使EF-2失活。抗生素对翻译的抑制作用四环素族氯霉素放线菌酮嘌呤霉素链霉素和卡那霉素

小结翻译中的三种RNA:mRNA、tRNA、rRNA对RNA的讨论共有三次1.结构上2.生物合成3.功能上翻译的三个过程:1.起始：IF、eIF2.延长：EF3.终止：RF、RR

相关的三个三核苷酸代谢嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸分解嘧啶核苷酸合成嘧啶核苷酸分解核苷酸的生物功能作为核酸合成的原料体内能量的利用形式参与代谢和生理调节组成辅酶活化中间代谢物核酸的消化第一节嘌呤核苷酸合成代谢一、利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及

CO2等为原料，称为从头合成途径。二、利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，合成嘌呤核苷酸，称为补救合成。嘌呤核苷酸的从头合成先合成次黄嘌呤核苷酸(IMP)IMP再转化变成腺嘌呤核苷酸(AMP)与鸟嘌呤核苷酸(GMP)。天冬氨酸甲酰基谷氨酰胺甲酰基IMP的合成PRPP合成酶磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶1-氨基-5’-磷酸核苷甘氨酸甲酰FH4谷氨酰胺特点嘌呤碱的合成一开始就沿着合成核苷酸的途径进行，即在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤核苷酸，而不是首先单独合成嘌呤碱后再与磷酸核糖结合的。这是嘌呤核苷酸从头合成的一个重要特点。肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠粘膜和胸腺。AMP和GMP的合成

腺苷酸代琥珀酸合成酶IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶GMP合成酶Asp，GTPATPATP和GTP的合成在激酶的作用下，以ATP为磷酸供给AMPADPATPGMPGDPGTP从头合成的调节PRPP酰胺转移酶的变构嘌呤核苷酸的补救合成腺嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖转移酶生理意义：可以节省从头合成时能量和一些氨基酸的消耗；体内某些组织器官，不能从头合成嘌呤核苷酸，因此对这些组织器官来说，补救合成途径具有更重要的意义。嘌呤核苷酸的相互转变酶脱氧核苷酸的生成dNDP+ATPdNTP+ADP核糖核苷酸还原酶嘌呤核苷酸的抗代谢抑制物嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。它们主要以竞争性抑制或“以假乱真”等方式干扰或阻断嘌呤核苷酸的合成代谢，从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成。嘌呤的类似物：6-巯基嘌呤(6MP)、6-巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤。氨基酸类似物：氮杂丝氨酸及6-重氮-5-氧正亮氨酸，结构与谷氨酰胺类似。第二节嘌呤核苷酸的分解代谢类似于食物中核苷酸的消化过程。1.核苷酸在核苷酸酶的作用下水解成核苷2.核苷磷酸解成自由的碱基及1-磷酸核糖。3.1-磷酸核糖转变成5-磷酸核糖，成为PRPP的原料。4.嘌呤碱既可以参加补救合成，也可以分解产生尿酸。嘌呤代谢与临床尿酸盐晶体可导致关节炎、尿路结石及肾病。痛风病可能与嘌呤核苷酸代谢缺陷有关，临床上用别嘌呤醇治疗。第三节嘧啶核苷酸的合成代谢从头合成原料：

谷氨酰胺、

CO2、天冬氨酸。补救合成嘧啶核苷酸的从头合成谷氨酰胺＋HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP＋Pi氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨基甲酰基转移酶氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶乳清酸乳清酸乳清酸核苷酸尿嘧啶核苷酸脱羧酶磷酸核糖转移酶CTP、dCDP、TMP的合成CTP合成酶UDPdUDPdUMPTMPTMP合成酶CTPCDPdCDPdCMP脱氨基N5,N10-CH2-FH4UMP嘧啶核苷酸的补救合成

嘧啶＋PRPP

一磷酸嘧啶核苷＋PPi

尿嘧啶核苷＋ATPUMP＋ADP

嘧啶磷酸核糖转移酶

尿苷激酶嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物：5-氟尿嘧啶氨基酸类似物、叶酸类似物嘧啶核苷酸的分解代谢通过核苷酸酶及核苷磷酸化酶的作用，分别除去磷酸及核糖和嘧啶胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶。尿嘧啶还原成二氢尿嘧啶，并水解开环。最终生成NH3、CO2及

-丙氨酸。胸腺嘧啶降解成

-氨基异丁酸。嘧啶碱的代谢主要在肝中进行。产物易溶于水。

核酸的结构与

功能

NucleicAcidstructureandFunction

什么是核酸?核酸是遗传信息物质核酸的结构与功能DNA(deoxyribonucleicacid)

RNA(ribonucleicacid)nucleicacidDNA（deoxyribonucleicacid)RNA(ribonucleicacid)核酸研究的历史1869年，瑞士科学家Miescher在外科绷带上得到一种含磷酸很高的酸性化合物。因存在于核中，故命名为“核质”(nuclein)。1889年，Altmann制备了不含蛋白质的核酸制品，首先使用了核酸(nucleic

acid)这个名称。核酸研究的历史1928－1932年，确立了核酸在生命现象中的地位。1944年，转化作用的发现，证实：

核酸

遗传物质

1953年，Waston和Crick建立了双螺旋模型，这是核酸发展史上的重要里程碑。核酸研究的历史早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一种成分，后逐步证明核酸中含有戊糖，磷酸和碱基，是一种线状聚合物。DNAisthecarrierofgeneticinformation核苷酸的结构

左边是电脑模型，右边是简化的表示法酯键糖苷键RiboseandDeoxyribose

第一节

核酸的化学

组成第一节核酸的化学组成

碱基水解完全水解核酸单核苷酸戊糖

磷酸核酸的化学组成Nucleicacid

nucleotide

phosphate+

nucleoside

base+pentose

purine、pyrimidineDNARNAdeoxyribonucleotideribonucleotidedeoxyribonucleosideribonucleosidedeoxyriboseriboseThestructureofbase嘌呤嘧碇核酸中的碱基是含氮杂环化合物：

碱基的互变异构酮式－烯醇

C=OC-OHNN氨基－亚氨基

C-NH2C=NH2+

+HNHN受介质pH影响

碱基的共轭双键260nm波长的紫外吸收强。核酸测定的基础。RiboseandDeoxyribosepentose核苷是碱基与戊糖以糖苷键相连接形成的化合物：核苷核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键相连接分别构成核苷酸或脱氧核苷酸按组成分类：含有1个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸（NMP），如CMP含有2个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸（NDP），如GDP含有3个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸（NTP），如ATP核苷酸核苷酸许多单核苷酸在体内具有许多重要的生理功能

ATP是体内能量的直接来源和利用形式。

腺苷酸是NAD＋、FAD、辅酶A等的组成成分。

cAMP与cGMP是细胞内信号转导过程中重要的调节因子。核苷酸的连接方式AdenosineADPATPAMP

第二节

核酸的一级结构核苷酸的连接(连接酶)DNA的一级结构是通过3’,5’-磷酸二酯键构成一个没有分支的线性大分子，其两个末端分别是5’-末端（游离磷酸基）和3’-末端（游离羟基）。是指DNA分子中核苷酸的排列顺序。由于脱氧核苷酸之间的差别仅是其碱基的不同，所以DNA分子碱基的排列顺序就代表了核苷酸的排列顺序。DNA的一级结构5’3’DNA的

一级结构核酸的书写方法5’：左侧（上）3’：右侧（下）AUGGC和AGUGC的碱基组成相同，但表示二段不同的核酸序列。

第三节

DNA的空间结构与功能Chargaff规则腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等，即：A=T，G=C不同生物种属的DNA,其碱基组成不同同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。提示：A与T，G与C之间可能以互补的方式存在。DNA的双螺旋结构

DNA的双螺旋结构DNA分子由两条脱氧核糖核酸作骨架的双链组成，以右手螺旋方式盘旋糖－磷酸骨架均位于外侧，碱基在内侧碱基平面之间距离为0.34nm。螺旋一周为10碱基对，螺距为3.4nm。双螺旋的两条链是反方向平行的。碱基配对：G=CA=T。稳定力：互补碱基之间的氢键疏水性堆积力-碱基堆积力B型-DNADNA的三级结构原核生物和真核生物线粒体、叶绿体中的DNA是共价封闭的环状双螺旋，再形成超螺旋。环状双螺旋超螺旋DNA的三级结构真核生物中DNA的三级结构与蛋白质有关。和DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两个分子形成八聚体，被两圈140-145碱基对的DNA所围绕。形成核小体。H1位于核小体之间的连接区，组成串珠状结构。DNA的三级结构核小体

DNA的功能基因：就是DNA大分子的一个片段，有复制、转录等主要功能，是生物遗传繁殖的物质基础。DNA的功能：作为生物遗传信息复制的模版和基因转录的模版。一个生物体的全部基因序列称为基因组。

DNA功能是储存遗传信息，保证每一种生物机体合成它们独特的蛋白质和RNA，使机体按一定时间和空间顺序来合成细胞成分。

DNAisthestorehouse,orcellularlibrarythatcontainstheinformationrequiredtobuildacellororganism.

生物体内DNA的大小

第四节

RNA的空间结构

与功能结构：RNA由一条多核苷酸链组成，经卷曲盘绕可形成局部双螺旋二级结构和三级结构RNA的结构和功能参与hnRNA的剪接转运snRNA小核RNA成熟mRNA的前体hnRNA不均一核RNA转运氨基酸mttRNAtRNA转运RNA蛋白质合成的模板mtmRNAmRNA信使RNA核蛋白体的组成成分mtrRNArRNA核蛋白体RNA功能线粒体细胞核与胞液动物细胞内主要RNA的分布与功能蛋白质合成的场所一、信使RNA（mRNA）传递DNA遗传信息的RNA称为信使RNA（mRNA）。细胞核内初合成的mRNA前体是不均一核RNA（hnRNA），经剪接生成成熟的mRNA。去掉内含子（intron）转录后产物，留下外显子（extron）转录后产物，重新连在一起。mRNA的结构特点：⑴．大多数真核mRNA的5’-端在转录后均加上一个帽子结构。mRNA的帽子结构可保护mRNA免受核酸酶从5’端的降解作用，并在翻译起始中起重要作用。⑵．绝大多数真核mRNA的3’-端有200多个腺苷酸残基的尾巴（PolyA），其作用在于增加mRNA的稳定性和维持其翻译活动。m7GpppGmRNA的功能

mRNA的功能是把核内DNA的碱基顺序（即遗传信息）按照碱基互补原则，抄录并转移到细胞质，决定蛋白质合成过程中的氨基酸排列顺序。mRNA通过三个核苷酸联成的密码子编码氨基酸。二、转运RNA（tRNA）tRNA的结构特点：tRNA分子中含有较多的稀有碱基：DHU、ψ和mG、mA等所有的tRNA均是线性多核苷酸链，局部片断由于碱基互补而形成局部双螺旋区，而非互补区则形成环状结构。整个tRNA的二级结构呈现三叶草结构tRNA中的3个环分别是DHU环、TψC环和反密码环tRNA的三级结构呈现倒L型，一端为氨基酸臂，另一端为反密码子tRNA的功能其功能是携带蛋白质合成所需的氨基酸，并按mRNA上的密码顺序“对号入座”地将其转运到mRNA分子上。tRNA的三叶草结构tRNA的三级结构tRNA的三级结构均呈倒L字母形，其3’末端含CAA-OH的氨基酸臂位于一端，反密码环位于另一端。tRNA的三级结构的稳定力是核苷酸之间的各种氢键。三、核蛋白体RNA(rRNA)rRNA与蛋白质结合形成的核蛋白是细胞内蛋白质合成的场所。rRNA分子大小不均一，真核细胞的rRNA有4种，其沉降系数分别为28S、58S、5S和18S。大约与70种蛋白质结合而存在于的核蛋白体的大小亚基中rRNA的二级结构为茎环样结构。

四、核酶(ribozyme)

rRNA前体的自我剪接是由内含子催化的，其本质是RNA。具有酶的催化活力的RNA就称为核酶，核酶的发现改变了酶都是蛋白质的传统概念。第五节

核酸的理化性质及其应用核酸的一般性质核酸分子通常表现为较强的酸性。由于DNA分子细长，其在溶液中的粘度很高；RNA分子比DNA短，在溶液中的粘度低于DNA。

核酸的紫外线吸收核酸分子中的碱基都含有共轭双键，在260nm波长处有最大紫外光吸收。蛋白质在280nm波长处有最大吸收，所以可利用溶液260nm和280nm处吸收光度（A）的比值来估计核酸的纯度。DNA的理化性质及其应用变性复性增色效应减色效应解链温度杂交探针DNA的理化性质及其应用变性复性增色效应减色效应解链温度杂交探针核酸的变性与复性（一）变性DNA变性是指在某些因素的作用下，维系DNA双螺旋的次级键发生断裂，双螺旋DNA分子被解开成单链的过程。引起DNA变性的因素有加热和化学物质的作用。变性可使其粘度下降和紫外吸收值的改变等。2．增色效应和解链温度（Tm）。3．G＋C含量越高，Tm值越大；A＋T含量越高，Tm越值小。（二）复性1．解开的两条链重新缔合形成双螺旋，称为DNA的复性或退火。2．退火温度：比Tm低25℃。变性和复性双链分开和重新形成双链这样的过程称为变性和复性。破坏氢键形成的因素都可能使DNA变性，如过量的酸、碱或加热。变性与复性增色效应和减色效应OD260:单核苷酸>单链DNA>双链DNADNA变性时，溶液的OD260增高，称为增色效应。在解链曲线中的中点称为中点解链温度，或解链温度(Tm)。变性和复性是可逆的，热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，故复性也称为退火(annealing)杂交杂交：不同的DNA链放在同一溶液中作变性处理，或把单链DNA和RNA放在一起，局部的碱基配对，就可以形成局部双链。这一过程称为杂交。杂交的应用。

核酸分子杂交是根据两条核酸单链在一定条件下可按碱基互补原则退火形成双链的原理，用已知的单链核苷酸片段作为探针检测样本中是否存在与其互补的同源核酸序列的方法。

常用的核酸分子杂交方法：

Southern

印迹杂交、Northern

印迹杂交斑点杂交、狭缝杂交原位杂交（菌落原位杂交、细胞原位杂交、 组织片原位杂交）夹心杂交探针探针：在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究和诊断的新技术称为探针技术。单链的核苷酸聚合体标记后，就可以称为探针。探针探针技术：在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究和诊断的新技术。探针(probe)：经同位素标记的具有特定碱基序列的单链核苷酸聚合体。探针可用于：基因诊断、致病基因的定位、Southernblotting、Northernblotting、原位杂交、DNA芯片技术等临床实践和科研。第六节核酸酶

限制性内切酶的应用AluI….AGCT…..….AGCT...…..TCGA…..….TCGA...

BamHI…GGATCC…...GGATTC......CCTAGG……CCTAGG...

小结DNA的组成与结构及性质一级：碱基序列二级：双螺旋结构三级：核小体、超螺旋等RNA的组成与结构

mRNA：遗传密码及其性质

tRNA：三叶草、倒L型结构、反密码子

rRNA：大、小亚基组装而成DNA与RNA的区别

基因表达调控RegulationofGeneExpression

通常情况下，真核生物细胞只有2-15%的基因处于有转录活性的状态。表达调控是研究不同的环境和条件以及各种因素如何令基因表达或不表达，而且按一定的时间、空间有次序高效地运作。调控水平：转录、转录后、翻译、翻译后

调控：细胞代谢的调控（细胞生存、适应内环境）基因表达的调控（生命延续、适应大环境）多水平的调控、多途径的调控调控特点：复杂、多变、灵敏、准确第一节、原核生物的操纵子调控模式操纵子：几个相关基因排列在一起，转录出一个mRNA，翻译出多种具相关功能的蛋白质，完成一个功能。有一个调控成分。是原核生物的转录单位。

第一节、原核生物的操纵子调控模式一、酶的诱导（enzymeinduction）二、操纵子（operon）的结构与功能三、乳糖操纵子（Lacoperon）与色氨酸操纵子（Trpoperon）四、

cAMP对转录的调控五、原核生物转录的整体调控模式induceraddedinducerremoved酶蛋白合成量细胞孵育时间一、诱导现象由底物导致利用该底物的酶的合成增加。一、诱导现象葡萄糖乳糖

无半乳糖苷酶乳糖葡萄糖+半乳糖一、诱导现象酶的诱导是生物进化中的一种合理、经济地利用有限资源的本能。酶的诱导是低等生物的普遍现象。1961年，JacobandMonod提出了操纵子学说。酶诱导的本质：代谢物对催化本身代谢的酶的合成量调节。二、操纵子的结构与功能

操纵子阻遏物基因上游启动子操纵基因一组结构基因

R(i)POSinhibitorpromotoroperatorstructuralgenegene二、操纵子的结构与功能启动子是结合RNA聚合酶的DNA序列强：-35TTGACA、-10TATAAT弱：-35区共有序列-10Pribnow不一致一般：基因工程选用强启动子，或杂交融合生成新启动子二、操纵子的结构与功能Lacoperon的启动子Plac的-10Trpoperon的启动子Ptrp的-35PtacPtac-17二、操纵子的结构与功能操纵基因是结合阻遏物的部位，位于启动子和结构基因之间，可与启动子部分重叠。是RNA聚合酶是否能通过的开关。无阻遏物时，O区开放让酶通过并转录下游的结构基因有阻遏物时酶就不能通过二、操纵子的结构与功能阻遏物基因：产生阻遏物，位于离操纵子较远的上游区。负调控：起调控作用的蛋白质分子抑制转录关闭的基因由代谢底物开放（诱导）-----阻遏物失活开放的基因由代谢底物关闭（阻遏）-----阻遏物激活二、操纵子的结构与功能操纵子：结构基因、上游启动子(P)和操纵基因(O)组成。P和O合称调控区可诱导和可阻遏的操纵子LacTrp三、乳糖操纵子和色氨酸操纵子乳糖操纵子操纵子的三个结构基因为-半乳糖苷酶、-半乳糖苷通透酶和-半乳糖苷乙酰转移酶。在无乳糖时，阻遏蛋白与O区结合，阻止RNA聚合酶的转录在有乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合后，改变了阻遏蛋白的结构，使其不能与O区结合。(1kb)(155000)

DDRPDDRP色氨酸操纵子色氨酸操纵子有5个结构基因D、E基因：共产生邻氨基苯甲酸合成酶C基因：产物是吲哚甘油磷酸合成酶B、A基因：共同产物是色氨酸合成酶这些基因一起转录翻译后可进行色氨酸的合成。色氨酸合成仅限细菌。色氨酸操纵子调控方式（-）（+）乳糖和色氨酸操纵子的共同点以负调控方式为主：蛋白质分子（阻遏物）对受调控的区域起抑制作用。由低分子物质（底物或产物）影响蛋白质对DNA的结合。结果：既满足细胞生长需求，又不无谓浪费。乳糖和色氨酸操纵子的不同点乳糖操纵子色氨酸操纵子

阻遏物阻遏物R基因R基因阻遏物阻遏物代谢物基因开放基因关闭四、cAMP对转录的调控在乳糖和葡萄糖都存在时，哪种糖被优先利用？

四、cAMP对转录的调控乳糖操纵子的启动子属于弱启动子正调控方式CAP：catabolitegeneactivatorprotein分解代谢基因活化蛋白，受cAMP激活cAMP-CAP复合物：结合于DNA上游的CAP位点，促进分解代谢基因表达CAP位点：位于PO上游，属正调控位点四、cAMP对转录的调控培养基中有葡萄糖时：葡萄糖代谢引起细胞内cAMP水平下降，乳糖操纵子基因关闭。培养基中葡萄糖不足时：cAMP水平升高，cAMP-CAP复合物生成，cAMP使CAP变构，而与CAP位点结合，促进乳糖操纵子基因的转录，以便细胞利用乳糖。四、cAMP对转录的调控1阿拉伯糖操纵子B、A、D：编码三种酶，共催化阿拉伯糖的代谢。C：R1（阻遏蛋白），变构后成R2。起始区：initiator（I）R1和R2在变构前后，分别执行负和正调控功能。诱导物可以使抑制蛋白在R1和R2两种构象之间转变。阿拉伯糖操纵子五、原核生物转录的整体调控模式调节子：regulon操纵子是基因表达的基本单元，成群操纵子所组成的高一级的调控网络称为调节子调节原理：内、外环境的变化通过传感器使膜内产生信号，这种信号可同时作用于多个操纵子，或激活或抑制，从而达到群体协调的目的。调节子模式SOS修复系统的调节子DNA损伤和复制受阻是刺激因子和信号。LexA蛋白是一系列操纵子的阻遏物。

recA基因转录产物RecA蛋白可水解LexA蛋白。LexA阻遏recA基因，RecA蛋白可水解LexA蛋白，二者之间的平衡移动，使细胞在应急时可迅速启动大量基因的转录。SOS修复系统的调节子第二节、真核生物的基因转录调控真核生物的基因转录调控更为复杂：总量大：30亿bp，10万基因分散在各染色体上，23对染色体：定位大量的内含子：比结构基因多十数倍大量的重复序列：重复次数可达几千~百万次更多的蛋白质参与基因的多态性：不同的地域、人种、个体一、人类基因的研究基因组：DNA双螺旋天书人类基因组即将全部破译，一本书已通读一遍，但阅读理解的任务还刚开始。一、人类基因的研究人类基因组计划：（HGP）

humangenomicproject

对人类基因组大约30亿核苷酸对的全序列测定。在完成结构分析过程中，对基因的功能，包括其表达调控，作进一步研究，以便彻底了解生命的奥秘。HGP的内容建立人类基因组高分辨率的遗传图谱完成全部人类染色体的各种物理图谱及选择某些模型生物的DNA物理图谱。人类DNA和模型生物的DNA全部序列的测定。建立收集、储存、分类和分析所有有关资料和数据的工作系统。创建完成以上目标所需的新技术、新方法。二、基因转录调控元件分子辨认：molecularrecognition探讨DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质之间的辨认与结合的机制，以及与调控的关系。二、基因转录调控元件TATAbox：-30区CAATbox启动子GCbox上游活化序列：（USA）upstreamactivatorsequence应答元件与可诱导因子：-200bp八聚体TATAbox：免疫球蛋白增强子的特点增强子：enhancer它是在远距离影响启动的转录调控元件，必须被蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的功能。增强子影响启动子，但没有严格的专一性。增强子作用无方向性。二、基因转录调控元件顺式作用元件：真核生物结构基因上游的调控区，有特定的相似或一致性的序列。反式作用因子：和顺式作用元件相结合或间接影响其作用的蛋白质因子。真核生物RNApolII转录的基因RNA聚合酶II的转录因子转录前起始复合物TFIID是唯一与DNA特异位点即TATA盒结合的转录因子。TATA和TFIID、TFIIA、TFIIB、RNApolII、TFIIF和TFIIE形成转录前起始复合物(PIC)。反式作用因子性质同一DNA序列可被不同蛋白质识别，同一蛋白质因子也可与多种不同DNA序列结合。DNA与蛋白质的结合少数是直接结合，多数是蛋白质-蛋白质相互作用后再影响DNA。蛋白质-蛋白质或