生物化学第14章翻译
生物化学第十四章物质代谢调节
难点：
酶的诱导和阻遏的调节机制
第一节 物质代谢的调节类型特点
一. 神经系统的调节作用
在中区神经的控制下，通过神经递质对效应器发生 直接影响；或者改变某些激素的分泌，再通过各种激 素的相互协调，对整个代谢进行综合调 节。
特点：
短而快 具整体性 直接调 节代谢的作用 多数通过激素发挥作用
二. 激素水平的调节
第五节细胞水平的诱导与阻遏调节机制
一、构成酶与适应酶
根据酶的合成对环境影响的反应不同:
1.构成酶/组成酶
2.适应酶 诱导酶 阻遏酶
二、酶合成的诱导机制---乳糖操纵子
(一）阻遏蛋白的负调控
1. 关闭(无乳糖)
调节基因 操纵 启动子 基因 lacZ lacY
lacA
mRNA
蛋白质 阻遏蛋白 (有活性) Z: -半乳糖苷酶 Y: -半乳糖苷透过酶
通过改变生物体细胞代谢物的浓度,也可以改变某些 酶的活性或含量从而影响代谢反应的速度。
具组织特异性和效应特异性 缓慢而持久 特点： 局部性调 节部分代谢 由神经系统控制分泌
三. 细胞水平的调节
通过代谢物的浓度的改变,来调 节某些酶促反应的速度。 又称酶水平的调节 酶的活性 特点： 酶的数量
细胞水平的调节类型：
3.沉寂子（silencer）
最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的 转录和重排中证实沉寂子的作用的存在。 作用特点： 负调控顺式元件 可不受序列方向的影响 距离发挥作用 并可对异源基因的表达起作用
如： UAS（upstream acticity sequence） CAATbox（－70～－80） GC BOX（－80～－110）
(放大效应)
激素与受体结合 激活腺苷酸环化酶
生物化学名词解释
第一章蛋白质的结构与功能●等电点(isoelectric point, pI)：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。
此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点●肽键 (peptide bond)：是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的化学键。
●肽：是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
●肽单元 (peptide unit):参与肽键的6个原子Cα1、C、O、N、H、Cα2位于同一平面，Cα1和Cα2在平面上所处的位置为反式 (trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元。
●α-螺旋(α-helix)：在α-螺旋结构中，多肽链的主链围绕中心轴做有规律的螺旋式上升，螺旋的走向为顺时针方向，所谓右手螺旋。
氨基酸侧链伸向螺旋外侧。
每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm。
α-螺旋的每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键，以稳固α-螺旋结构。
●β-折叠（β-sheet）：是肽链相当伸展的结构，肽平面之间折叠成锯齿状；氢键是稳定β-折叠的主要化学键；两段肽链可以是平行的，也可以是反向平行的。
●结构域 (domain)：分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域。
●协同效应 (cooperativity)：一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。
●蛋白质的变性 (denaturation)：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。
●蛋白质的一级结构(primary structure)：蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。
●模体(motif)：二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为模体。
生物化学-DNA复制、转录、翻译
4、解链、解旋酶类
DNA解链酶
解开DNA双链 每个bp消耗2个ATP
与单链DNA结合,维持单
单DNA结合蛋 白(SSB）
链状态 (“镇纸”)
使其不受核酸酶水解，保 持完整性。
4、DNA拓扑异构酶
改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。
拓扑异构酶Ⅰ 转轴酶
切断DNA双螺旋中的一 股，张力下降后封闭。
拓扑异构酶Ⅱ 旋转酶
切断DNA双链，使另一 双链经过此缺口，再封闭。
5、引发体
RNA引物的合成和复制的起始必需。
蛋白质 DnaA蛋白
结合到DNA双链复制起始部位
DnaB蛋白 引物酶
解链酶的作用 合成RNA引物
6、DNA连接酶
催化二段DNA链之间3’,5’ 磷酸二酯键的形
DNA互补链取代杂交链中的RNA，恢复双 螺旋结构。
5’
RNA链的延长
合成方向
3’
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体
原核生物转录过程中的羽毛状现象
3、终止
RNA聚合酶到达终止位点，聚合反应停止。
分类： 依赖ρ因子（终止子）的转录终止 非依赖ρ因子的转录终止
释放RNA分子
RNA聚合 酶
遗传信息的传递
—DNA、RNA、蛋白质的生物合成
中心法则
复制
转录
翻译
复制 DNA
RNA
蛋白质
逆转录
第一节 DNA的生物合成 — DNA的复制
-概念： 以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA分子的 过程。
-时期： 有丝分裂间期、减数第一次分裂间期
-场所： 细胞核(主要)、叶绿体、线粒体 -碱基互补配对原则： A＝T G≡C
生化中英对照单词
Chapter 14 Protein Biosynthesis
第十四章 蛋白质的生物合成
Antibiotics 抗生素 Cap-site binding protein 帽子结合蛋白 Chloromycetin 氯霉素 Diphtheria toxin 白喉毒素 Eukaryote 真核生物 Genetic code 遗传密码 Insulin 胰岛素 Interferon 干扰素 Molecular chaperone 分子伴侣 Parathyroid hormone 甲状旁腺激素 Streptomycin 链霉素 Translational initiation complex 翻译起始复合物 Transpeptidase 转肽酶
丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶
Chapter 12 DNA Biosynthesis 第十二章 DNA生物合成
Bidirectional replication 双向复制 Endonuclease 内切核酸酶 Exonuclease 外切核酸酶 Gene expression 基因表达 Polymerases 聚合酶类 Primase 引发酶 Primosome 引发体 Proliferating cell nuclear antigen 增殖细胞核抗原 Recombination repairing 重组修复 Replicon 复制子 Reverse transcriptase 逆转录酶 Semiconservative replication 半保留复制 Single stranded DNA binding protein 单链DNA结合蛋白 Telomerase 端粒酶 Telomere 端粒 DNA topoisomerase DNA拓扑异构酶
Chapter 1 Nucleic Acid 第一章 核酸
生物化学试题及答案(14
生物化学试题及答案〔14〕第十四章基因重组与基因工程[测试题]一、名词解释：1.基因工程〔geneticengineering〕。
2.接合作用(conjugation)。
3.转化作用(transforation)。
4.转导作用(transduction)。
5.转座(transposition)。
6.转座子(transposons)。
7.同源重组(homologousrecombination)。
8.全然重组(generalrecombination)。
9.DNA克隆〔DNAcloning〕。
10.复制子(replicon)。
11.限制性核酸内切酶(restrictionendonuclease)。
12.回文结构〔palindrome〕。
13.配伍末端〔compatibleend〕。
14.目的DNA〔targetDNA〕。
15.互补DNA(complementaryDNA；cDNA)。
16.克隆载体(cloningvector)。
17.表达载体(expressionvector)。
18.质粒(plasmid)。
19.α—互补(alphacomplementation)。
20.基因组DNA文库(genomicDNAlibrary)。
21.标志补救(markerrescue)。
22.转染〔transfection〕。
23.基因组DNA〔genomicDNA〕。
24.感受态细胞〔competentcell〕。
25.聚合酶链反响(polymerasechainreaction)。
26.cDNA文库(cDNAlibrary)。
27.保守性转座(conservativetransposition)。
28.复制性转座(duplicativetransposition)。
29.溶菌生长途径(lysispathway)。
30.溶源生长途径(lysogenicpathway)。
二、填空题：31.自然界的常见基因转移方式有____、____、____、____。
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
生物化学英译汉
protein蛋白质peptide bond 肽键conformation 空间构象peptide unit 肽单元motif 模体zinc finger 锌指domain 结构域molecular chaperon 分子伴侣denaturation 变性complementary base pairs 碱基互补配对phosphodiester bond 磷酸二酯键anneal 退火hybridization 核酸分子杂交hyperchromic effect 增色效应nucleosome 核小体ribosome 核糖体melting temperature,Tm 解链温度ribozyme 核酶restriction endonuclease 限制性核酸内切酶enzyme 酶allosteric regulation 变构调节covalent modification 共价修饰isoenzyme同工酶proenzyme 酶原vitamin 维生素reversible inhibition 可逆性抑制作用competitive inhibition 竞争性抑制glycolysis 糖酵解aerobic oxidation 有氧氧化substrate-level phosphorylation 底物水平磷酸化TCA cycle 三羧酸循环gluconeogenesis 糖异生glucagon 胰高血糖素glycogen synthase 糖原合酶glycoprotein糖蛋白apolipoprotein 载脂蛋白fat mobilization 脂肪动员essential fatty acid必需脂肪酸phospholipid磷脂ketone bodies 酮体LPL 脂蛋白脂肪酶lipoprotein脂蛋白reverse cholesterol transport，RCT 胆固醇逆向转运biological oxidation 生物氧化oxidative respiratory chain氧化呼吸oxidative phosphorylation 氧化磷酸化nitrogen balance 氮平衡putrefaction 腐败作用SAM S-腺苷甲硫氨酸urea cycle 尿素循环one carbon unit 一碳单位de novo synthesis 从头合成途径uric acid 尿酸biotransformation 生物转化bile pigment 胆色素semi-conservative replication 半保留复制replication fork 复制叉Okazaki fragment 冈崎片段telomere 端粒reverse transcription 逆转录transcription 转录template strand 模板链split gene 断裂基因exon 外显子intron 内含子promoter 启动子splicing 剪接translation 翻译open reading frame 开放阅读框signal peptide 信号肽codon 密码子frameshift mutation 框移突变operon 操纵子housekeeping gene 管家基因enhancer 增强子genome 基因组recombinant DNA 重组DNA expression vector 表达载体plasmid 质粒polymerase chain reaction，PCR 聚合酶链反应autophosphorylation 自我磷酸化receptor 受体second messenger 第二信使adenylate cyclase，AC 腺苷酸环化酶protein tyrosine kinase，PTK 蛋白酪氨酸激酶oncogene 癌基因。
(完整)生物化学名词解释
生物化学名词解释第一章蛋白质的结构与功能1。
肽键：一分子氨基酸的氨基和另一分子氨基酸的羧基通过脱去水分子后所形成的酰胺键称为肽键。
2. 等电点：在某一pH溶液中，氨基酸或蛋白质解离成阳离子和阴离子的趋势或程度相等，成为兼性离子,成点中性，此时溶液的pH称为该氨基酸或蛋白质的等电点。
3. 模体：在蛋白质分子中，由两个或两个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近,形成一个特殊的空间构象,并发挥特殊的功能，称为模体。
4. 结构域:分子量较大的蛋白质三级结构常可分割成多个结构紧密的区域，并行使特定的功能，这些区域被称为结构域.5。
亚基:在蛋白质四级结构中每条肽链所形成的完整三级结构。
6. 肽单元:在多肽分子中，参与肽键的4个原子及其两侧的碳原子位于同一个平面内，称为肽单元。
7. 蛋白质变性:在某些理化因素影响下,蛋白质的空间构象破坏，从而改变蛋白质的理化性质和生物学活性，称之为蛋白质变性。
第二章核酸的结构与功能1。
DNA变性：在某些理化因素作用下，DNA分子稳定的双螺旋空间构象破环,双链解链变成两条单链，但其一级结构仍完整的现象称DNA变性.2。
Tm：即溶解温度，或解链温度,是指核酸在加热变性时，紫外吸收值达到最大值50%时的温度.在Tm时,核酸分子50％的双螺旋结构被破坏。
3. 增色效应：核酸加热变性时，由于大量碱基暴露,使260nm处紫外吸收增加的现象，称之为增色效应.4. HnRNA：核内不均一RNA。
在细胞核内合成的mRNA初级产物比成熟的mRNA分子大得多，称为核内不均一RNA。
hnRNA在细胞核内存在时间极短,经过剪切成为成熟的mRNA，并依靠特殊的机制转移到细胞质中.5。
核酶：也称为催化性RNA，一些RNA具有催化能力，可以催化自我拼接等反应，这种具有催化作用的RNA分子叫做核酶。
6. 核酸分子杂交：不同来源但具有互补序列的核酸分子按碱基互补配对原则，在适宜条件下形成杂化双链，这种现象称核酸分子杂交.第三章酶1. 酶：由活细胞产生的具有催化功能的一类特殊的蛋白质。
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第二步反应：酶找相应的tRNA
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰tRNA合成酶的活性是绝对
专一性的，酶同时对氨基酸和tRNA 高度特异地识别。
氨基酰tRNA合成酶有20种，分别特异
Met f fMet-tRNAi
大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化
CH3 S 转甲酰基酶 CH2 N10-CHO-FH4 CH2 O H2N CH COO tRNAfMet H-C-HN CH3 S CH2 CH2 CH COO tRNAfMet
真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化
20/56
合成原料：20种有遗传密码的氨基酸
能源：
ATP主要参与氨基酸的活化； GTP提供翻译起始、延长、终止阶段 所需能量
参与的蛋白质因子、酶及酶的辅助因子：
如起始阶段的起始因子、延长阶段的延 长因子、终止阶段的释放因子，转肽酶、
氨基酰-tRNA合成酶。
一、翻译模板mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
3. 蛋白质的靶向输送
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括
三种RNA
–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
从mRNA 5端起始密码子AUG到3 端终止密码子之间的核苷酸序列，各个 三联体密码连续排列编码一个蛋白质多 肽链，称为开放阅读框架(open reading
frame, ORF)。
遗传密码的特点
1. 方向性
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二、肽链合成延长
指根据 mRNA 密码序列的指导， 次序添加氨基酸从 N 端向 C 端延伸肽 链，直到合成终止的过程。
肽链延长在核蛋白体上连续性循环式 进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸。 每次循环包括以下三步：
– 进位(entrance) – 成肽(peptide bond formation) – 转位(translocation)
IF-UG
3' IF-1
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
（二）真核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离； 起始氨基酰-tRNA结合；
mRNA在核蛋白体小亚基就位；
核蛋白体大亚基结合。
12/56
不同细胞核蛋白体的组成
原核生物 核蛋 白体
S rRNA 70S 小亚基 30S 大亚基 50S
真核生物 核蛋 白体
80S 小亚基 40S 大亚基 60S 28S-rRNA 5S-rRNA 5.8SrRNA rpL 49种
16SrRNA rpS 21 种
5S-rRNA 23S-rRNA
rpL 36种
密码子—tRNA反密码子—氨基酸是对号入座。
如：密码子GGU--携带反密码子ACC的tRNA--Gly
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氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
第一步反应：酶找相应的氨基酸
IF-3
促进大小亚基分离，提高P位 对结合起始tRNA敏感性
真核生物起始因子（eIF）的生物功能：
eIF-2：促进起始Met-tRNAi 与40S小亚基结合 eIF-2B：鸟苷酸交换因子（GEF），将eIF-2上的GDP交换 成GTP eIF-3：最先与40S小亚基结合，促进大小亚基分离 eIF-4A：eIF-4F复合物成分，有解旋酶活性，有利用 mRNA扫描 eIF-4B：结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUG eIF-4E：eIF-4F复合物成分，结合mRNA的5´端帽子结构 eIF-4G：eIF-4F复合物成分，连接eIF-4E、eIF-3和PABP 等组分 eIF-5：水解GTP， 促进各种起始因子从核糖体释放，进而 结合大亚基 eIF -6：促进核蛋白体分离成大小亚基
通过碱基互补与 mRNA 上的遗传密码
反向配对结合，但反密码与密码间不 严格遵守常见的碱基配对规律，称为 摆动配对。
摆动配对
U
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U
G
A
C
mRNA密码子 U, C, A A, G U, C U 第3位碱基
G
二、核蛋白体是多肽链合成的装置
组成、结构与功能特点： 1. 结构复杂而精密 由数种rRNA（占60%左右） 及数十种蛋白质组成。 2. rRNA起着主导的作用，蛋白质 协助维持rRNA的功能区域。
3. 简并性(degeneracy)
4. 通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。
• 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
• 密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
5. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的 tRNA 的反密码需要
第二节
蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis
翻译过程从阅读框架的 5´-AUG 开始，
按 mRNA 模板三联体密码的顺序延长肽
链，多肽链的合成是从 N端向C端，直至
终止密码出现。
整个翻译过程可分为 ：
翻译的起始(initiation) 翻译的延长(elongation)
5 PPP 3
蛋白质 真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
蛋白质
非编码序列 核蛋白体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子
mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5至3方向，由AUG开 始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一 个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号， 称为三联体密码(triplet coden)。 起始密码(initiation coden): AUG
当mRNA上的终止密码子处在A位时，释放 因子(RF)识别这种信号, 进入终止阶段. RF-1：UAA，UAG RF-2：UAA，UGA RF-3：具有GTP酶活性，可结合并水解 1分子GTP，促进RF-1或RF-2与 核蛋白体结合。 真核生物的释放因子：eRF-1和eRF-3 eRF-1：识别三种终止密码
18SrRNA rpS 33 种
蛋白 质
原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:
P位：肽酰位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)
三、tRNA是蛋白质合成的搬运工具
氨基酸臂
反密码环
tRNA的功能： 1. 搬运氨基酸； 2. 活化氨基酸； 3. 在密码子与对应氨基酸之间起接合体 (adaptor) 的作用。
5端
3端
2. 连续性(commaless)
编码蛋白质氨基酸序列的 各个三联体密码连续阅读，密
码间既无间断也无交叉。
• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱 基发生插入或缺失，可能导致框移突 变(frameshift mutation)。
3. 简并性(degeneracy)
除Met、Trp外，其余氨基酸均由2个 以上密码子编码。 同义密码子 但每一个密码子仅对应一个氨基酸。 不同物种对密码子有“偏爱性”。
Met
（一）原核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合；
起始氨基酰-tRNA的结合； 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-3
IF-1
2. mRNA在小亚基定位结合
5'
A U G
3' IF-1
IF-3
S-D序列
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
延伸过程所需蛋白因子称为延长因子
(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)
EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
肽链合成的延长因子
原核延长因 子 EF-Tu EF-Ts 生物功能 对应真核延长 因子 EF-1-α EF-1-βγ
结合GTP，携带氨基酰-tRNA进入A位 GTP交换蛋白，使EF-Tu上的GDP交换 成GTP 单体G蛋白，具有GTPase活性，水解 GTP,发挥转位酶作用，促进肽酰tRNA由A位前移到P位
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起始tRNA就位 大小亚基结合
真核生物与原核生物翻译起始的不同点：
1. 起始Met-tRNAiMet不需甲酰化； 2. eIF种类多；
3. 小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与 mRNA结合；
4. mRNA与40s亚基的结合依靠帽子结合蛋白 侧复合物与mRNA帽子结构的识别结合。 5. ATP和GTP供能。
EFG
EF-2
（一）进位
又称注册(registration)
指根据mRNA下
一组遗传密码指导，