(2)--生物合成
分子生物学讲义-8RNA的生物合成2
分子生物学Molecular Biology赵青天津科技大学生物工程学院Email: zhao_qing@前情回顾3. RNA的生物合成Transcription3.4 启动子和转录起始3.5 RNA转录的后加工3.6 RNA的编辑、再编码和化学修饰启动子（promoter ）是指RNA 聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA 序列（它含有RNA 聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列）。
3.4 启动子和转录起始原核生物真核生物转录起点是指与新生RNA 链第一个核苷酸相对应DNA 链上的碱基（以数字+1表示）。
3.4 启动子和转录起始原核生物真核生物聚合酶在此处与DNA结合成稳定的复合物，解开双链形成开放型起始结构。
聚合酶起始识别区，与σ因子相互作用。
TATA区---是转录精确地起始。
CAAT区和GC区---控制转录起始的频率，基本不参加起始位点的确定。
启动子预测软件有CpGPlot、CpGPrediction、Promoter 2.0、 Promotorscan等。
3.5 RNA转录的后加工原核生物RNA转录后的加工rRNA和tRNA在转录完成后，加工方式可分为3类：（1）rRNA及tRNA分子由某些新生RNA链的裂解形成。
（2）在tRNA链末端加上核苷酸（CCA）3’5’（3）碱基的修饰rRNA的碱基会被甲基化（如m C）。
tRNA分子中均含有稀有碱基，它们是由tRNA前体中的常见核苷酸经酶促修饰而成。
原核生物与真核生物mRNASD序列5’上游非编码区3’下游非编码区真核生物RNA 转录后的加工mRNA 的转录后加工： 1.加帽2.加尾3.剪接 磷酸酶 甲基化酶m 7GTP核酸外切酶RNA 末端腺苷酸转移酶RNA的剪接位点&方式I类自我剪接II类自我剪接剪接体催化的剪接5’剪接位点：内含子的5’末端3’剪接位点：内含子的3’末端分支点：位于3’剪接位点上游20－50个核苷酸之间，通常是A。
第十一章 糖类代谢--王镜岩《生物化学》第三版笔记(完美打印版)
反应放能，在生理条件下不可逆（K大于300）。由己糖激酶或葡萄糖激酶催化，需要Mg2+或Mn2+。己糖激酶可作用于D-葡萄糖、果糖和甘露糖，是糖酵解过程中的第一个调节酶，受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。有三种同工酶。葡萄糖激酶存在于肝脏中，只作用于葡萄糖，不受6-磷酸葡萄糖的别构抑制肌肉的己糖激酶Km=0.1mM，肝脏的葡萄糖激酶Km=10mM，平时细胞中的葡萄糖浓度时5mM，只有进后葡萄糖激酶才活跃，合成糖原，降低血糖浓度，葡萄糖激酶是诱导酶，胰岛素可诱导它的合成。6-磷酸葡萄糖也可由糖原合成，由糖原磷酸化酶催化，生成1-磷酸葡萄糖，在磷酸葡萄糖变位酶的催化下生成6-磷酸葡萄糖。此途径少消耗1个ATP。6-磷酸葡萄糖由葡萄糖6-磷酸酶催化水解，此酶存在于肝脏和肾脏中，肌肉中没有。
三、能量变化
C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+=2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H++2H2O
有氧时2个NADH经呼吸链可产生6个ATP，共产生8个ATP；无氧时生成乳酸，只有2个ATP。在骨骼肌和脑组织中，NADH进入线粒体要经过甘油磷酸穿梭系统，在细胞质中由3-磷酸甘油脱氢酶催化，将磷酸二羟丙酮还原生成3-磷酸甘油，进入线粒体后再氧化生成磷酸二羟丙酮，返回细胞质。因为其辅酶是FAD，所以生成FADH2，只产生2个ATP。这样其还原当量（2H++2e）被带入线粒体，生成FADH2，进入呼吸链，结果共生成6个ATP。
二、糖的消化和吸收
（一）消化
淀粉是动物的主要糖类来源，直链淀粉由300-400个葡萄糖构成，支链淀粉由上千个葡萄糖构成，每24-30个残基中有一个分支。糖类只有消化成单糖以后才能被吸收。
第十一章-2 RNA的生物合成
1、RNA聚合酶(又称转录酶) 原核生物大肠杆菌中只有一种RNA聚合酶，
它能催化细胞中三种RNA的合成，相对分子量为 40-50万，含有两个α、β、β‘和σ五个亚基，没有σ 亚基的酶称为核心酶(core enzyme)。
σ亚基的功能∶帮助核心酶识别转录起始位点。 核心酶的功能∶是催化聚合反应。
没有σ亚基的核心酶只能使正在合成的RNA链 延长，但不具起始合成RNA的能力。
除RNA聚合酶外，还有其他蛋白因子参与RNA 的转录过程。
2、转录过程(以原核生物为例)
转录过程可分为起始、延伸、终止三个阶段。
(1) 转录起始∶ RNA的转录是从DNA模板上特定部位开始的
，这个特定部位叫做启动子(promotor或称启动 基因)。
RNA聚合酶识别启动子，并与之结合，开始 转录一段DNA序列。
转录开始时，RNA聚合酶的σ因子识别启动 子特殊碱基序列，导致RNA聚合酶全酶与启动 子特定部位紧密结合，并局部打开DNA双螺旋， 第一个核苷三磷酸底物插入转录起始部位，与模 板配对结合使转录开始。
(2) RNA链的延伸
模板上转录起始的第一个核苷酸一般是 嘧啶核苷酸，故RNA上的第一个核苷酸是嘌呤核 苷酸。
当新生的RNA链延伸到10-20个核苷酸后，σ亚基从 全酶上脱落，核心酶继续催化链的延伸。
由于终止子结构不同，终止有两种不同的机制∶ ①不需终止蛋白ρ因子帮助的终止； ②需要ρ因子帮助的终止。
不需终止蛋白ρ因子帮助的终止∶
其终止子的二重对称结构中富含G、C，之后有寡聚 A序列。由于二重对称结构转录生成的RNA链有自身互 补性，能形成发夹结构。发夹结构的RNA被迫从模板上 脱落，促使RNA聚合酶构象变化。模板的寡聚A序列转 录产生的寡聚U可能提供一种信号，使RNA聚合酶脱离 模板，并释放RNA链。一条RNA链的转录即告终止。
化学成分与生物合成途径的关系
6、萜类和挥发油：单萜，倍半萜，二萜，二倍半萜；挥发油。 8、三萜类化合物：四环三萜，五环三萜。 7、甾体类化合物：强心苷，甾体皂苷，C21载体，植物甾醇，
胆汁酸，昆虫变态激素等。 9、生物碱：来源鸟氨酸，赖氨酸，苯丙氨酸/酪氨酸，色氨酸，
组氨酸，邻氨基苯甲酸，萜类，甾体的生物碱等。 10、苷类化合物：氧苷、氮苷、硫苷、碳酐。 11、其他成分：脂肪酸，有机含硫化合物，氨基酸、多肽、蛋白
OH 蒽酚
glc O O O H
HH
COOH COOH
glc O O O H
（三）苯丙素类化合物
苯丙素类是指基本母核具有一个或几个C6-C3单元 的天然有机化合物类群。
狭义苯丙素类化合物是指简单苯丙素类、香豆素类、 木脂素类。
广义苯丙素类化合物包括简单苯丙素类、香豆素类、 木脂素和木质素类、黄酮类，甚至缩合鞣质等多数天然 芳香族化合物。
HO
O
O
OH
O 高异黄酮
HO
O
OH O
Hale Waihona Puke OHOH O 3′, 8″-双 芹 菜 素 型 双 黄 酮
HO
O
OH O
HO
O
O OH O
双苯醚型双黄酮
OH
OH
O 二氢查耳酮
（五）萜类化合物和挥发油
萜类化合物是一类由甲戊二羟酸（MVA）衍生而 成，基本碳架多具有2个或2个以上异戊二烯单位（C5单 位）结构特征的化合物。
3、多聚糖：又称多糖，是由10个以上的单糖分子通过苷键聚合而成，分子量较大，一般由几百个甚至几万个单糖分子组成
对苯醌 邻苯醌 醌脂类肪酸在类乙乙酸酰-丙辅二酶酸A为途起径始中物，质由，多丙酮二环酸合单生酰成辅各酶种A醌起类O延化伸合碳物链或的聚作酮用类。化合物。
RNA的生物合成2
RNA转录的一般特点
1. 转录的选择性（编码区、个别基 因）, 在时间和空间上的严格调控（转录组 学）。复制:源自忠实,全部RNA转录的一般特点
2. 起始点、终止点（转录单位，是一个或多 个基因）转录的起始由启动子(promotor) 控制。
3. RNA聚合酶：负责转录的RNA聚合酶不需 要引物，可以在称作启动子的特定起始位 点从头合成RNA。 RNA聚合酶无校正功能。
4. 转录方向： 从细菌到人类，RNA聚 合酶本质上均催化同一种反应，即在一定的 模板(DNA或RNA)指导下，以4种核苷三磷 酸为原料，按碱基配对规律，从5'→3'合成 RNA链。
5. 模板链，非模板链
基因转录时，两条互补的DNA链有一条作 为RNA合成的模板，称作模板链(template strand)、负链(negative strand)或反义链(antisense strand)，
地结合成为核心酶(core enzyme)。当σ因子与 核心酶结合成全酶时，即能起始转录，当σ因 子从转录起始复合物中释放后，核心酶沿DNA 模板移动并延伸RNA链。
σ因子的主要作用是特异性地识别转录的 起始位点启动子。
螃蟹的大钳
热水生菌(Thermus aquaticus, Taq)RNA pol晶体结 构的带状图解，b为其空间结构的示意图。
E.coli在 0C时需13秒钟才能加上一个 核苷酸，但在37C每秒就可加上40个核苷 酸。利用这个差别以14C来标记U，在0C培 养E.coli，提取这种正在伸长的mRNA分子， 发现14C标记首先出现在伸长的3' 端，因此 可以证明合成是延着5'→ 3' 方向进行的。
全酶(holoenzyme)亚基组成为α2ββ‘σ。σ因 子易于从全酶上解离，其他的亚基则比较牢固
《合成生物学》课件 (2)
通过生物工艺制造的人造肉可以 为环境保护作出贡献。
总结和回顾
合成生物学是集生物学、工程学、计算机技术于一体的先进交叉学科。 它旨在构造或修改有功能的生物体，解决人类面临的问题。
2
人机融合体
开发新的介面技术，构建可以与人类和机器互动的生物体。
3
基因编辑的技术和应用
开发更有效可靠的基因编辑技术，为医学和农业等实际应用提供支撑。合成生物学的实际应用案例
燃料生产
通过利用光合作用从藻类中提取 油脂，来制造可再生生物燃料。
废物处理
合成肉制造
将合成生物学技术应用于处理废 物池和化粪池中的废水中的有害 细菌，从而降低污染物质的浓度。
医疗领域
为研究新药和新疗法打下基础， 将合成生物学应用于细胞修复、 基因疗法和癌症治疗等方面。
合成生物学 vs. 传统生物学
技术手段
合成生物学通过构建或修改 已有的生物系统来完成所需 任务；而传统生物学则通过 研究和掌握自然界中的生物 系统来深入探索生命。
目标
合成生物学的主要目标是制 造具有特定功能的生物体； 而传统生物学则是探讨理解 生物体本身、其功能、过程 和演化。
思维方式
合成生物学是一种交叉学科， 需要跨学科思维和生物学、 工程学和计算机科学的深入 结合；而传统生物学则相对 更依赖纯粹的生物学思维。
研究方法和技术
• CRISPR • PCR • 基因合成 • 基因编辑
未来的发展方向
1
突破多维空间的生命体尺度
通过新技术和方法来探索和构建由多种生物体构成的多维空间生命体。
合成生物学介绍
合成生物学是一门新兴的科学领域，将生物学、工程学及计算机科学结合， 以合成人工DNA为基础，致力于开发人造有用生物体。合成生物学已经有了 很多成功的实现，比如人工合成病毒等。
2-2 生物转化
第二节生物转化一、生物转化的概念外来化合物在体内经过一系列化学变化并形成其衍生物以及分解产物的过程称为生物转化，或称为代谢转化。
所形成的衍生物即代谢物。
外来化合物经过生物转化，有的可以达到解毒，毒性减低。
但有的可使其毒性增强，甚至可产生致畸、致癌效应。
所以，不应把代谢转化只看作解毒过程，而是代谢过程对外来化合物的毒性有二重性。
二、生物转化的反应类型(一) 氧化氧化可分为由微粒体混合功能氧化酶催化和非微粒体混合功能氧化酶催化的两种氧化反应。
微粒体是内质网在细胞匀浆过程中形成的碎片，并非独立的细胞器。
内质网可分为粗面和滑面二种，因而所形成的微粒体也有粗面和滑面两种，但都含有混合功能氧化酶，后者活力更强。
1.微粒体混合功能氧化酶(micrososmal mixed function oxidase, MFO)，又称为混合功能氧化酶或微粒体单加氧酶，可简称为单氧酶。
在这一过程中还需要NADPH提供电子，使细胞色素P-450还原，并与底物形成复合物，才能完成这一反应过程。
混合功能氧化酶是细胞内质网膜上的一个酶系，组成较为复杂，现在已经知道的主要有细胞色素P-450氧化酶，也称为细胞色素P-450依赖性单加氧酶，还有还原型辅酶Ⅱ－细胞色素P-450还原酶。
此外，还含有微粒体FDA－单加氧酶，此酶特点是不含有细胞色素P-450，而含有黄素腺嘌呤二核苷酸，代替细胞色素P-450参与单加氧酶反应。
在FAD单加氧酶催化的外来化合物氧化过程中，同样需要NADPH和氧分子。
许多外来化合物都可经混合功能氧化酶催化，加氧形成各种羟化物。
羟化物将进一步分解，形成各种产物，因此氧化反应可能有下列各种类型：(1)脂肪族羟化：亦称脂肪族氧化，是脂肪族化合物侧链(R)末端倒数第一个或第二个碳原子发生氧化，并形成羟基。
(2) 芳香族羟化：芳香环上的氢被氧化，例如苯可形成苯酚，苯胺可形成对氨基酚或邻氨基酚。
在微粒体混合功能氧化酶活力测定中，可利用这一反应，即以苯胺为底物经MFO羟化后，形成对氨基酚，测定其含量，用以表示苯胺羟化酶活力。
合成生物的通俗理解
合成生物的通俗理解一、什么是合成生物1. 定义合成生物可以简单理解为通过人工设计和构建生物系统的一门学科或技术。
就像是搭积木一样，科学家们利用生物学的知识和技术手段，把生物的各个部分（如基因、蛋白质等）按照自己的想法重新组合起来，创造出具有新功能或者改进功能的生物或者生物系统。
例如，在自然界中，微生物可能具有分解某些物质的能力，但分解速度比较慢或者只能分解特定的物质。
科学家通过合成生物学的方法，对微生物的基因进行改造，让它能够快速分解更多种类的污染物，从而用于环境治理。
2. 与传统生物学的区别传统生物学更多的是对自然界中已经存在的生物进行观察、描述和研究其运行规律。
比如生物学家会研究植物是如何进行光合作用的，动物是如何进行繁殖的等。
而合成生物学则是主动地去构建生物体系。
它不仅仅满足于知道生物是如何工作的，还想要按照人类的需求去创造生物。
就好比传统生物学是研究自然存在的汽车是怎么运行的，而合成生物学则是要自己设计并组装一辆具有特殊功能的汽车。
二、合成生物的主要操作对象和工具1. 基因层面基因是合成生物最重要的操作对象之一。
科学家可以对基因进行编辑、合成和重组。
基因编辑技术，如CRISPR Cas9，就像是一把非常精准的剪刀。
它可以在生物的基因组（也就是生物的基因蓝图）上找到特定的位置，然后对基因进行切割、添加或者修改。
例如，科学家想要让一种植物能够抵抗某种害虫，就可以利用CRISPR Cas9技术，把能够产生抗虫蛋白的基因插入到植物的基因组中。
基因合成则是根据人们的设计，从头合成基因。
这就好比按照自己的设计图来制造一个新的零件。
通过化学合成的方法，可以制造出自然界中可能不存在或者很难获取的基因。
基因重组是把不同来源的基因组合在一起。
比如从一种细菌中提取一个能够产生特殊酶的基因，再从另一种生物中提取一个能够控制基因表达的调控元件，然后将它们组合到一个新的生物体系中，创造出一个既能产生特殊酶又能按照特定方式调控这个酶产生的新生物。
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1. 单选题
（1）下面哪类成分属于二次代谢产物（ ）。
A 蛋白质
B 糖类
C 二萜类
D 核酸
[答案]C
（2）生物合成途径为甲戊二羟酸途径的化合物为（ ）。
A. 生物碱
B. 香豆素
C. 甾体皂苷
D. 二氢黄酮
[答案] C
2. 判断题
（1）蒽酮类化合物的生物合成途径为乙酸-丙二酸途径。
（ ）[答案] √
（2）生物碱类的生物合成途径属于莽草酸途径。
（ ）
[答案]×
（3）倍半萜类化合物的生物合成途径为乙酸‒丙二酸途径。
（ ）[答案]×
（4）香豆素属于一次代谢产物。
（ ）
[答案]×
3. 填空题
（1）由甲戊二羟酸途径形成的化合物类别有 、 。
[答案] 甾体类、萜类
（2）由乙酸‒丙二酸途径形成的化合物类别有 、 、 。
[答案] 脂肪酸类、酚类、蒽酮类
4. 简答题
（1）简述天然产物生物合成的几个主要途径。
[答案] 乙酸‒丙二酸途径（AA-MA途径）：脂肪酸类、酚类、芳聚酮类化合物均由此途径合成而来。
甲戊二羟酸途径（MV A途径）：萜类和甾体类化合物由上述途径合成而来。
莽草酸途径：芳香氨基酸类、苯甲酸类（C6-C1）和苯乙酸类（C6-C2）化合物由莽草酸途径合成，并且通过此途径进一步修饰可以合成得到木脂素类、苯丙素类和香豆素类等C6-C3单位的化合物。
氨基酸途径：天然产物中的生物碱类成分均由此途径生成。
复合途径：乙酸‒丙二酸‒莽草酸途径；乙酸‒丙二酸‒甲戊二羟酸途径；氨基酸‒甲戊二羟酸途径；氨基酸‒乙酸‒丙二酸途径；氨基酸‒莽草酸途径。