核酸与蛋白质的生物合成
核酸控制蛋白质的生物合成[1]
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核酸控制蛋白质的生物合成摘要除了RNA病毒之外，DNA几乎是所有生物遗传信息的载体[1]。
遗传信息贮存在DNA核苷碱基序列当中，通过DNA半保留复制，将遗传信息由亲代准确地传递至子代。
再以DNA为模板，根据碱基互补配对的原理转录成RNA(mRNA、tRNA、rRNA)，将DNA中的遗传信息传递到RNA分子中，最终以mRNA为模板，根据密码与反密码互补配对的原理，将mRNA中的核苷酸排列顺序翻译成多肽链上的氨基酸排列顺序。
多肽链经盘绕、折叠成为具有特定构象，并表现出特定的生物学功能的蛋白质，使子代表现出与亲代相同或相似的生物性状。
关键词核酸; 复制; 转录; 翻译; 蛋白质Summary : Besides RNA virus, DNA is nearly the carriers of all biological hereditary information. Hereditary information store , among DNA nucleoside base array , keeps and duplicates through half DNA, transmit hereditary information to the subgeneration accuratly by the parental generation. And then regard DNA as the template , duplicate into RNA(mRNA, tRNA, rRNA) according to the complementary principle that mates of base, transmit hereditary information in DNA to RNA of the member , regard mRNA as the template finally, according to the password with against the complementary principle that mates of the password, arrange nucleotide of mRNA order amino acid to translate into poly- chain arrange the order. Poly- chain twine , fold , become , have particular conformation , demonstrate particular biological protein of function, make sub representatives dimple similar biological properties the same as parental generation.Keyword: Nuclear acid ; Duplicate; Duplicate; Translation ; Protein自然界中的生物多种多样，其遗传物质主要是DNA。
核酸与蛋白质生物合成
蛋白质降解：通
4 过降解不需要的 蛋白质来控制蛋 白质的合成
核酸与蛋白质的相互作用在生物体内的作用
01 基因表达调控：核酸通过与蛋白质相互作用， 调控基因的表达和蛋白质的合成。
02 蛋白质合成：核酸作为遗传信息载体，指导蛋白 质的合成，蛋能，包括遗传 信息的传递和 表达
4
遗传信息的传 递和表达是一 个复杂的过程， 涉及多种生物 大分子和细胞 器的相互作用
蛋白质的合成调控
转录调控：通过
1 调节基因的转录 水平来控制蛋白 质的合成
翻译调控：通过
2 调节mRNA的翻 译过程来控制蛋 白质的合成
蛋白质修饰：通 过修饰蛋白质来
如磷酸化、糖基化等
3
蛋白质折叠与修饰的调控：细 胞内各种信号通路对蛋白质折
叠与修饰的调控
4
蛋白质折叠与修饰的异常：蛋 白质折叠与修饰异常可能导致
疾病，如阿尔茨海默病等
核酸与蛋白质的相互作用
遗传信息的传递
1
DNA是遗传信 息的载体，通 过碱基配对原 则进行信息传 递
2
RNA在蛋白质 合成过程中， 作为mRNA、 tRNA和rRNA 参与遗传信息 的传递
03 信号传导：核酸与蛋白质相互作用，参与信号传 导过程，调控细胞的生长、分化和凋亡。
04 生物代谢：核酸与蛋白质相互作用，参与生物代 谢过程，维持生物体的正常生理功能。
谢谢
核酸与蛋白质生物合 成
演讲人
目录
01. 核酸的合成 02. 蛋白质的合成 03. 核酸与蛋白质的相互作用
核酸的合成
DNA的复制
复制过程：DNA 双链解旋，互补 碱基配对，形成 新的DNA链
核酸和蛋白质的生物合成
（一）DNA聚合酶(DNA polymerases) 作用：以单链DNA为模板，以dNTP为原料， 合成完整DNA分子 催化合成DNA的四个条件 模板(template)：解开的DNA单链 引物(primer)：RNA片段 合成方向：新链5’ →3’方向 底物：dNTP（Mg2+为辅助因子）
细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技
术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。
• DNA是自身复制的模
板
• DNA通过转录作用将
遗传信息传递给中间 物质RNA • RNA通过翻译作用将 遗传信息表达成蛋白 质
第二节 DNA的生物合成
以DNA聚合酶I为代表说明三个酶的特性
• DNA聚合酶I是一个模板指导酶
– 需要打开的DNA单链作为模板才能合成子链 – 底物必须是dNTP，并且只有当所有4种脱氧 核苷三磷酸以及DNA模板存在时，才能实现 DNA的合成
• DNA聚合酶Ⅰ 需要引物
– DNA聚合酶Ⅰ只能将脱氧核苷酸加于已存在的 DNA或RNA链的3’-羟基上，缺少则不能合成。即 需要一个有游离的3’-羟基作为“引物”才能合成 DNA子链 – 在有3‘-羟基引物存在时，脱氧核苷5’-三磷酸中α 磷原子与3’-羟基结合，形成磷酸二酯键，放出一 个焦磷酸（PPi）。焦磷酸水解驱动了聚合反应。 可见这是一个耗能反应，每合成一个核苷酸消耗2 分子ATP – 聚合反应是延着5’→3’方向进行
第十章 核酸和蛋白质的生物合成
第一节 中心法则 第二节 DNA的生物合成 第三节 RNA的生物合成 第四节 蛋白质的生物合成
第一节 中心法则
中心法则（central dogma）概念
核酸与蛋白质的合成与调控过程
核酸与蛋白质的合成与调控过程核酸与蛋白质是生命体内最基本的分子组成部分，它们的合成与调控过程在维持生命活动中起着重要的作用。
本文将从核酸和蛋白质的合成过程、调控机制以及其在生命中的功能等方面展开讨论。
一、核酸的合成与调控过程核酸是生命体内的遗传物质，包括DNA和RNA两种类型。
DNA是遗传信息的存储介质，而RNA则在基因表达过程中起着重要的作用。
核酸的合成过程主要分为两个阶段：复制和转录。
复制是指DNA分子在细胞分裂过程中的复制，确保细胞遗传信息的传递。
转录是指DNA通过RNA聚合酶酶的作用，将DNA的信息转录成RNA分子。
在转录过程中，RNA聚合酶在DNA 模板上滑动，合成出与DNA模板互补的RNA链。
核酸的合成过程受到多种因素的调控。
其中，转录的调控是最为重要的一环。
细胞通过转录因子的结合来调控基因的表达。
转录因子是一类能够与DNA特定序列结合的蛋白质，它们可以促进或抑制RNA聚合酶的结合，从而调节基因的转录水平。
二、蛋白质的合成与调控过程蛋白质是生命体内的功能分子，参与了几乎所有的生命过程。
蛋白质的合成过程主要包括转录和翻译两个阶段。
转录是指DNA通过RNA聚合酶的作用，将DNA的信息转录成mRNA分子。
在这个过程中，RNA聚合酶在DNA模板上合成出与DNA模板互补的mRNA链。
转录过程中的调控主要通过转录因子的作用来实现。
翻译是指mRNA通过核糖体的作用，将mRNA上的信息转化为氨基酸序列，合成出相应的蛋白质。
翻译过程中的调控主要通过启动子和终止子的序列来实现。
启动子是指位于mRNA的起始位置上的特定序列，它能够吸引核糖体的结合，从而启动翻译过程。
终止子是指位于mRNA的终止位置上的特定序列，它能够使核糖体停止翻译，从而终止蛋白质的合成。
蛋白质的合成过程受到多种因素的调控。
其中，转录和翻译的调控是最为重要的。
转录调控主要通过转录因子的结合来实现，而翻译调控主要通过启动子和终止子的序列来实现。
简述蛋白质在核酸生物合成中的作用。
简述蛋白质在核酸生物合成中的作用。
蛋白质在核酸生物合成中发挥着至关重要的作用。
首先，许多蛋白质是核酸合成的直接参与者。
例如，DNA聚合酶是DNA复制过程中的关键酶，它负责将单个脱氧核苷酸添加到正在生长的DNA链上。
此外，RNA聚合酶是RNA转录过程中的关键酶，它负责催化RNA链的合成。
这些酶不仅加速了反应速度，还确保了核酸合成的准确性和保真度。
其次，蛋白质还参与核酸结构的形成和稳定性。
例如，组蛋白是染色质的重要组成部分，它与DNA紧密结合，维持其结构并影响基因的表达。
此外，蛋白质可以与核酸结合形成复合物，如核糖体和剪接体，这些复合物对于RNA的合成和加工是必不可少的。
此外，一些蛋白质可以调节核酸的合成。
它们作为转录因子或翻译因子，可以与核酸结合并改变其结构或功能。
例如，一些转录因子可以与特定的DNA序列结合，调控特定基因的表达。
最后，蛋白质还参与核酸的降解和修复。
例如，核酸外切酶可以识别并切除错误的核酸碱基，而DNA修复酶则可以修复DNA损伤。
综上所述，蛋白质在核酸生物合成中发挥着至关重要的作用，从合成、结构、调节到降解和修复，蛋白质都扮演着不可或缺的角色。
核酸及蛋白质的生物合成
第十一章核酸及蛋白质的生物合成1. DNA的生物合成：以亲代DNA双链为模板按碱基配对原则合成出与亲代链相同的两个DNA双链。
1）半保留复制：DNA复制时以亲代DNA两条链为模板指导合成与其互补的DNA链，在子代DNA 中，一条链来于亲代DNA，另一条链是新合成的。
Cl加入大肠杆菌的培养基中培养12①同位素实验：Meselson 和Stahl将同位素15N标记的15NH4代，使大肠杆菌的DNA都带上15N的标记，然后将该大肠杆菌转入14N的普通培养基中培养后，分离子一代、子二代、子三代、子四代DNA，进行氯化铯密度梯度离心，实验证明DNA的半保留复制。
②意义：表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。
2）DNA复制的起点和方向：能独立复制的单位叫复制子，每个复制子都含有控制复制起始的起始点。
原核生物的染色体只有一个复制子；真核生物DNA有多个复制子。
双链DNA解开形成两条单链，分别作模板进行复制，此结构为复制叉。
大多数生物的DNA复制是双向、对称的。
3）半不连续复制：DNA复制时，两条链都能作为模板同时合成两条新的互补链，一条连续复制，另一条则不连续。
领头链是不间断延长的，随从链则生成一个个冈崎片段后连接成一条。
①前导链/领头链：两条链均按5’→3’方向合成，一条链3’末端的方向朝复制叉前进的方向，可连续合成；②滞后链/随从链：另一条5’末端朝着复制叉前进的方向，不连续合成。
4）DNA复制的酶系四种脱氧三磷酸核苷酸DNA pol/DDDP催化dNTP聚合到核酸链①5’→3’聚合活性②核酸外切酶活性5）DNA聚合酶：原核生物DNA polⅠ——聚合作用5´→3´外切酶活性：切除引物、切除突变的片段；3’→5’外切酶活性：校对功能。
引物酶：一种特殊的RNA聚合酶；在DNA复制开始时,在5´–端(5´3´方向）合成一小段RNA引物，确定起始部位、引导复制开始。
核酸与蛋白质生物合成
2. DNA 连接酶： 催化DNA双链中缺口处3’-OH与5’-P 之间的磷酸二酯键的形成，从而将两个DNA片段连接 起来。
能量：动物细胞和噬菌体：ATP； P E coli 等细菌：NAD+
G C P P
C G OH P
A T P
T A P
DNA ligase ATP or NAD, Mg++ P
(In 1957)
Meselson and Stahl
DNA Replication is semiconservative Each DNA strand serves as template for the synthesis of a new strand, producing two new DNA molecules, each with one new strand and one old strand. This is semiconservative replication
5’
O HO P OH
O O P OH
O OH
5
A
O
1 3 2
O P O CH2
4
H
OH
OH
O HO P OH
O O P OH
O OH
5
C
O
1 3 2
O P O CH2
4
H
OH
OH
2. 延伸阶段：
3. 终止阶段： DNA模板含有终止转录的部位，称 为终止序列（终止信号），E coli 含有两类终止子。
• PCR反应条件 95℃ 72℃ • PCR过程 • PCR的特点
PCR的基本原理
Taq
• PCR反应条件 72℃ 50℃ 95℃ Taq PCR过程 • • PCR的特点
蛋白质和核酸的异同点
蛋白质和核酸的异同点引言蛋白质和核酸是生物体内两类重要的大分子，它们在维持生命活动方面具有重要作用。
本文将从不同角度比较蛋白质和核酸的异同点，包括化学结构、功能、合成方式等方面。
化学结构蛋白质和核酸在化学结构上存在明显差异。
蛋白质蛋白质是由氨基酸组成的长链聚合物。
氨基酸通过肽键连接起来形成多肽链，多肽链进一步通过各种非共价键和共价键形成复杂的空间结构。
蛋白质的主要结构包括原生结构（氨基酸序列）、二级结构（α-螺旋、β-折叠等）、三级结构（空间折叠）、四级结构（多个聚合物相互作用形成复合物）。
核酸核酸也是由单体组成的长链聚合物，但单体单位不同于氨基酸。
核酸由核苷酸单元组成，每个核苷酸由一个五碳糖（核糖或脱氧核糖）、一个碱基和一个磷酸基团组成。
核苷酸通过磷酸二酯键连接起来形成单链核酸，双链核酸由两条互补的单链通过氢键相互配对而形成。
功能蛋白质和核酸在生物体内承担不同的功能。
蛋白质蛋白质是细胞内最重要的功能分子之一，具有多种功能。
首先，蛋白质作为酶参与催化生物体内化学反应，促进代谢过程的进行。
其次，蛋白质作为结构分子，在细胞内提供支撑和稳定性。
此外，蛋白质还参与信号传导、免疫应答、运输分子等多种生物学过程。
核酸核酸主要作为遗传物质存在于细胞内，承载着遗传信息的传递和存储。
DNA是一种双链核酸，在细胞中存储着生物体的遗传信息，并通过转录和翻译过程将这些信息转化为功能性蛋白质。
RNA则在转录和翻译过程中起到中介作用，将DNA上的遗传信息转录成RNA分子，再通过翻译过程合成蛋白质。
合成方式蛋白质和核酸的合成方式也存在差异。
蛋白质蛋白质的合成过程称为蛋白质合成或蛋白质生物合成。
该过程包括转录和翻译两个主要步骤。
首先，DNA模板上的基因序列通过转录过程被转录成mRNA分子。
然后，mRNA分子通过翻译过程被翻译成氨基酸序列，最终形成具有特定功能和结构的蛋白质。
核酸核酸的合成过程称为核酸生物合成或DNA复制。
该过程发生在细胞有丝分裂或无丝分裂中。
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以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为底物，即dATP，dGTP，dCTP， dTTP。
2、模板template
DNA复制是模板依赖性的，必须要以亲代DNA链作
为模板。亲代DNA的两股链解开后，可分别作为模
板进行复制。
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10
3、RNA引物 primer
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3
第一节 DNA的复制与修复
一、DNA复制的特点
1、半保留复制
DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相 同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代 DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semi-conservative replication)。
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原核生物DNA聚合酶
pol Ⅰ
5'→3'聚合酶活性
+
5'→3'外切酶活性
+
3'→5'外切酶活性
+
生理功能
去除引物,填补缺口
修复损伤
校正错误
pol Ⅱ
+ +
未知
完整版课件ppt
pol Ⅲ + +
DNA 复制 校正错误
13
真核生物DNA聚合酶
在真核生物中，目前发现的DNA聚合酶有五种，分别 命名为DNA聚合酶α(polα)、DNA聚合酶β(polβ)、 DNA聚合酶γ(polγ)、DNA聚合酶δ(polδ)、DNA聚 合酶ε(polε)。
第十一章 核酸与蛋白质的生物合成
Biosynthesis of Nucleic Acid and Protein
DNA的复制与修复
DNA的复制 DNA的修复
RNA的转录与加工
RNA的转录 RNA的加工
蛋白质的生物合成
蛋白质合成的分子基础
蛋白质的翻译
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DNA的反转录
1
中心法则
DNA是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大分子， 是遗传信息的携带者。生物体的遗传信息就贮存在 DNA的四种脱氧核糖核酸的排列顺序中。
polI为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为 两个片段，大片段称为Klenow片段，具有5‘→3’聚合 酶活性和3‘→5’外切酶的活性，小片段具有5‘→3’外 切酶活性。
polⅢ由十种亚基组成，其中α亚基具有5'→3'聚合酶活性， 因而具有复制DNA的功完能整版；课件而pptε亚基具有3'→5'外切酶的12 活 性，因而与DNA复制的校正功能有关。
其中，参与染色体DNA复制和修复的是polδ（延长 前导链和后随链）和polε（延长后随链），参与线粒 体DNA复制和修复的是polγ，polα与引物的合成有 关， polβ与DNA损伤修复、校读和填补缺口有关。
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14
2）DNA复制的保真性
为了保证遗传的稳定，DNA的复制必须具有高保真 性。DNA复制时的保真性主要与下列因素有关：
4
2、有一定的复制起点origin
DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定 核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点（复制子）。在原核 生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。
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5
3、需要引物primer
参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3’端自由 羟基（3’-OH）的RNA作为引物，才能开始聚合子代 DNA链。
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5、半不连续复制
由于DNA聚合酶只能以5’→3’方向聚合子代DNA链，即模 板DNA链的方向必须为3’→5’。因此，分别以两条亲代 DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。
以3‘→5’方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本 上是连续进行的，其子代链的聚合方向为5‘→3’，这一条链 被称为前导链(leading strand)。而以5‘→3’方向的亲代 DNA链为模板的子代链在复制时则是不连续的，其链的聚合 方向也是5‘→3’，这条链被称为后随链(lagging strand)。
在DNA复制中需要许多个RNA引物，它们由引发体合成。
引发体(primosome)由引发前体与引物酶（primase） 组装而成。
引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核 生物中，引发前体至少由六种蛋白因子构成。分别与引 物的预合成和复制起始点识别有关。
引物酶本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶，该酶以
RNA引物的大小，在原核生物中通常为50～100个核苷酸， 而在真核生物中约为10个核苷酸。RNA引物的碱基顺序， 与其模板DNA的碱基顺序相配对。
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6
4、双向复制与复制叉
DNA复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制。 但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。
DNA复制时，局部双链解开形成两条单链，这种叉状结构 称为复制叉。
中心法则：DNA通过复制将遗传信息由传递给mRNA，
再传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。
DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中
心法则。
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2
反中心法则
在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。因此， 在这些生物体中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将 遗传信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信息传 递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这 种遗传信息的流向就称为反中心法则。
DNA为模板，合成一段RNA短链引物(primer)，以提供
自由的3'-OH，使子代完D整N版课A件链ppt 能够开始聚合。
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4、DNA聚合酶polymerase
1） DNA聚合酶的种类和生理功能
DNA聚合酶催化DNA链的延伸，即DNA聚合反应。
在原核生物如大肠杆菌中，目前发现的DNA聚合酶有三种， 分别命名为DNA聚合酶Ⅰ(polⅠ)、DNA聚合酶Ⅱ(polⅡ)、 DNA聚合酶Ⅲ(polⅢ)，这三种酶都具有多种酶活性。参 与DNA复制的主要是polⅢ和polⅠ。
由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此后随链的合 成也是一段一段的。DNA在复制时，由后随链所形成的一些 子代DNA短链称为冈崎片段。冈崎片段的大小，在原核生物 中约为1000～2000个核完苷整酸版课，件pp而t 在真核生物中约为200个8核
完整版课件ppt
9
二、参与DNA复制的分子
1、底物