DNA、RNA和蛋白质的生物合成

复制的半不连续性
岗崎片段
随从链复制时必须等 待模板链解开足够长度时， 才能从5′→3′合成引物后 开始复制。延伸时，又要 等待下一段暴露出足够长 的模板，才能再次合成引 物而延长。
参与DNA复制的酶类和蛋白质
复制是酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种物质的共同参与：
底物： dNTP（ dATP、dGTP、dCTP、dTTP） 酶：DNA聚合酶 模板：解开成单链的DNA母链 引物：RNA，提供 3’-OH末端 其它酶和蛋白质因子：解螺旋酶、单链结合蛋白、 拓扑异构酶、引物酶、DNA连接酶等
翻译—在RNA的控制下，根据核酸链上每三个核 苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出 具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。
DNA的复制
DNA的复制方式—半保留复制
1953年，Watson和Crick在DNA双螺旋 结构的基础上提出了半保留复制假说：
DNA在复制过程中，首先碱基之间的氢 键破裂，使两条链解旋并分开，然后以 碱基互补的方式，以每条单链为 模板， 按单链DNA的核苷酸顺序合成子链。在 此过程中，每个子代分子的一条链来自 亲代DNA，另一条链是新合成的，这种 复制方式称为半保留复制。
4.肽链合成的终止
1. RF与终止密码辨认结合 2. 肽链与tRNA分离 3. tRNA、mRNA及RF从核蛋白体脱落
55''??
n n-1
UU AA AA
RRFF On H n-1
33'' 5'?
RR
3'
RF
OH
蛋白质合成后的靶向输运
蛋白质靶向运输（ protein targeting）:蛋白质合成后需定
遗传密码
2. tRNA的功能
tRNA起运输氨基酸的作用
反密码子（anticodon）： tRNA识别mRNA上 的密码子的机构，可根据碱基配对规律识别相应 的密码子。
3.rRNA与核糖体
rRNA与多种蛋白质组成核糖体， 核糖体是蛋白质合成的加工厂。
蛋白质生物合成过程
蛋白质的合成需要近300种生物大分子参与，由 ATP、GTP提供能量。
半保留复制的实验证据
1958年M.Meselson和F.Stahl Radioisotope labelin（放 射性同位素标记）and density gradient（密度梯度 离心）centrifugation clearlydistinguishes replications of semiconservative from conservative.
向地转运到其执行功能的目标地点。靶向输送是对分泌性蛋白 质而言。
分泌性蛋白质（ secretory proteins ）：穿过合成所在的
细胞到其它组织细胞去的蛋白质，可统称为分泌性蛋白质。例 如各种肽类激素、各种血浆蛋白、凝血因子、抗体等。
蛋白质生物合成的抑制剂
链霉素和卡那霉素 四环素
1.四环素能与原核
需要延长因子(EF)： 原核：EF-T(EF-Tu，EF-Ts)、EF-G 真核：EF-1、EF-2
（一）进位
氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引， 在GTP和EF-T的协助下，进入核蛋白体 的A位。
AUG 5'?
3'
fM 2
（二）成肽
转肽酶催化肽键的形成。
55'?'?
AA UU G
33''
fOMH 2 fM
甲酰甲硫氨酰－tRNA的合成
甲酰FH4
甲酰基转移酶
甲酰甲硫 氨酰tRNAf
原核生物起始复合物的生成 mRNA-30S-IF3－IF1复合物
↓ 30S起始复合物 （30S-mRNA-fMet-tRNAf-GTP-IF1-IF2）
↓ 70S起始复合物 （70S-mRNA-fMet-tRNAf ）
真核生物翻译起始的特点
（三）转位
tRNA脱落的同时，核蛋白体向mRNA的 3´-端移动一个密码子的距离。由EF-G中的 转位酶催化，此步骤需1个GTP。
5'?
5A'?U G A U G
3' 3'
2OH 2
OH
fM fM
3
进位、成肽、转位重复进行，肽链则不
断延长。
在肽链延长过程中，除第一个肽键形成
时, P位上是fMet-tRNA外，以后P位上总是肽 酰-tRNA, A位总是新进位的氨基酰-tRNA，这 就是P位和A位名称的由来。P位是转出肽酰基， 又叫“给位”，A位是接受肽酰基，叫“受 位”。
蛋白质生物合成方向：由多肽链的氨基端开始， 向羧基端方向逐步延伸。
合成过程分为：
氨基酸的活化与转移——准备阶段 肽链合成的起始 肽链的延长 肽链的终止
1.氨基酸的活化与转移
氨酰-tRNA合成酶
tRNA携带并转运氨基酸，氨基
酸的结合位点是tRNA3’-末端的CCA-OH。氨基酸和tRNA在氨酰tRNA合成酶的催化下合成氨基酰tRNA。
氨酰基腺苷酸
tRNA
∣ ↓↘AMP
氨酰-tRNA合成酶具有绝对专 一性，对氨基酸、tRNA两种底物 都能高度特异性地识别。
氨酰-tRNA
2. 肽链合成的起始
mRNA上的起始密码子多为：AUG 少数为：GUG
原核细胞以fMet- tRNAf为起点； 真核细胞以Met- tRNA为起点
SD序列：细菌mRNA翻译起始密码AUG的上游8~13个核苷酸之前有4~9个核 苷酸 组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，称之为SD序列。该 序列与30s小亚基上16srRNA 3’-端富含嘧啶序列结合，稳固了mRNA与小亚 基的结合。因此又称为核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS）。
1. 核蛋白体是80S (40S + 60S) 2. 起始因子种类多 3. 起始tRNA的Met不需甲酰化 4. 帽子结合蛋白(CBP)促使mRNA与核蛋
白体小亚基结合 5. 起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，
然后再结合mRNA
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3.肽链的延长
又称核蛋白体循环 (ribosomal cycle)， 每次循环包括： 进位(entrance) 成肽(peptide bond formation) 移位(translocation)
反转录酶是一种多功 能酶： RNA指导的DNA聚 合酶活力；
核糖核酸酶H的 活力：
DNA指导的DNA 聚合酶活力
RNA 模板 DNA-RNA 杂化双链 单链 DNA 双链 DNA
反转录的生物学意义
补充丰富了中心法则
解释了致癌病毒引起 癌细胞产生的机制
RNA的生物合成
转录
转录（transcription）——DNA分子中的遗传 信息转移到RNA分子中的过程。
DNA 的 复 制 过 程
引
解
物
螺
酶
旋
酶
聚
修
拓
单
连
合
复
扑
链
接
酶
酶
异
结
酶
构
合
酶
蛋
白
1. 引物酶识别复制起点， 引导解螺旋酶到正确位点
2. 解螺旋酶解开双螺旋
3. DNA聚合酶合成新的DNA链
5. 四种脱氧核苷三磷酸为底物
4. 按碱基互补原理合成DNA链
6. 释放焦磷酸
7-12. DNA片段的合成和链的延伸
13. 连接酶
14. 单链结合蛋白
15. 拓扑异构酶
16. DNA的复制
逆转录
1970年Temin等在致癌RNA病毒中发现了一种特殊的DNA聚 合酶，该酶以RNA为模板，根据碱基配对原则，按照RNA的 核苷酸顺序(其中U与A配对)合成DNA。这一过程与一般遗传 信息流转录的方向相反，故称为反转录。
三联密码（triplet code）：三个相邻的核 苷酸代表一种氨基酸，该三核苷酸序列称 为密码子（codon）。
终止密码子
UAA、UGA、UAG
起始密码子
AUG、GUG
密码子的重要性质
密码子间无间隔 密码子不重叠； 密码子的简并性； 密码子的摆动性； 密码的通用性； 防错系统
DNA、RNA和 蛋白质的生物合成
吴菲菲 2014.11.29
转录
复制 DNA 反转录
1958年Crick将生物 遗传信息的这种传递 方式称为中心法则
RNA 复制
蛋白质 翻译
复制—以原来的DNA分子为模板，合成出相同分 子的过程。
转录—在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对 应的RNA的过程。
转录过程
不对称转录：在DNA的两条多核苷酸链中只有其中一 条链作为模板，这条链叫做模板链（template strand）。 DNA双链中另一条不做为模板的链叫做编 码链。
RNA的复制
在某些不含DNA，只含RNA的病毒和噬菌体中，其 RNA既是遗传信息载体，又是信使，在感染寄主时， 本身要复制。
以RNA为模板合成RNA ，由RNA复制酶催化，以RNA 为模板，四种核苷三磷酸为底物，也需要Mg2+或 Mn2+
蛋白质的生物合成
RNA在蛋白质生物合成中的作用
1.mRNA的功能
mRNA带有由DNA转录来的遗传信息，是蛋 白质合成的模板。
2.遗传密码（genetic codes）
遗传密码：指mRNA中碱基序列和蛋白质中 氨基酸序列之间的相互关系。
细胞核糖体上的30S
亚基结合，阻断氨
5'?
3'
酰tRNA结合到A位。
2.氯霉素能与原核
P 位 A位
细胞70S核糖体结合，
抑制肽基转移酶所 起的反应。
氯霉素
嘌呤霉素
3.链霉素、卡那霉素能与原核细胞核糖体上的30S亚基结合， 导致tRNA的反密码子错读。
4.嘌呤酶素能与核糖体的A位结合，妨碍氨酰tRNA结合到A位。