第四章生物信息传递下
现代分子生物学课件-第四章
tRNA上所运载的氨基酸必须靠近 位于核糖体大亚基上的多肽合成位 点，而tRNA上的反密码子必须与小 亚基上的mRNA相配对，所以分子中 两个不同的功能基团是最大限度分 离的。
4. 2. 2 tRNA的功能
转录过程是信息从一种核酸分子 （DNA）转移到另一种结构上极为相 似的核酸分子（RNA）的过程，信息 转移靠的是碱基配对。
C
酸
（Thr，T （Asn，N （Ser，
（Ile，I
）
）
S）
）
异亮氨
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
A
酸
（Thr，T （Lys，K （Arg，
（Ile，I
）
）
R）
）
甲硫氨
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
G
酸
（Thr，T （Lys，K （Arg，
（Met，
）
）
R）
M）
缬氨酸
丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
U
（Val， （Ala，A （Asn，N （Gly，
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺 精氨酸
A
（Leu， （Pro，P （Gln，Q （Arg，
L）
）
）
R）
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺 精氨酸
G
（Leu， （Pro，P （Gln，Q （Arg，
L）
）
）
R）
异亮氨
苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
U
酸
（Thr，T （Asn，N （Ser，
（Ile，I
）
）
S）
）
A
异亮氨
苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
V）
）
）
G）
生物必修一第四章知识点总结
生物必修一第四章知识点总结第四章生物的遗传与变异1. 遗传物质：DNA是生物遗传的基础，它携带了生物个体遗传信息。
2. DNA的结构：DNA是由核苷酸组成，核苷酸由糖、磷酸和碱基组成。
碱基包括腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。
3. DNA的复制：DNA分子可以通过复制遗传信息传递给下一代。
复制过程是DNA解旋、互补复制和连接复制三个步骤的循环进行。
4. DNA的RNA转录：RNA是DNA的一条复制品，经过转录后产生的RNA称为信使RNA(mRNA)，它可以携带DNA信息到细胞质中，指导蛋白质的合成。
5. 蛋白质的合成：蛋白质由氨基酸组成，通过mRNA的指导，由核糖体在细胞质中合成。
蛋白质合成分为翻译和修饰两个过程。
6. 基因的表达调控：生物体内的基因可以在特定条件下被“开启”或“关闭”，从而控制基因的表达和蛋白质的合成。
7. 生物的遗传变异：遗传变异是生物进化和适应环境的基础。
遗传变异包括基因突变、染色体畸变和基因重组等。
8. 突变和突变率：突变是指遗传物质发生的突发性、不可逆转的基因变化。
突变率是指突变发生的频率。
9. 基因重组：基因重组是交换染色体上物种导致的遗传性状变化。
基因重组包括随机重组和非随机重组。
10. 染色体畸变：染色体畸变是指染色体结构发生异常的变化，包括染色体数目异常和染色体结构异常两种。
11. 遗传性状的分离和组合：生物的表型能够通过性状的分离和组合来体现不同基因的遗传。
12. 自交和杂交：自交是指同一个物种内不同个体之间进行交配，杂交是指不同物种之间进行交配。
13. 孟德尔的遗传规律：孟德尔通过对豌豆杂交的实验，揭示了基因的分离和组合规律，形成了遗传学的基础。
14. 基因型和表型：基因型是指个体所携带的基因的组合，表型是指基因型在外部表现出来的性状。
这些知识点是第四章的核心内容，通过对这些内容的学习，可以了解生物的遗传规律和遗传变异的原因，以及基因表达和遗传性状的相关机制。
生物医学概论生化第4章基因信息的传递和表达
5 3
串联重复序列 反向重复序列
3 5
· · · TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA
58
66
166
174
201
209
237
245
E. coli复制起始点 oriC
目录
引发体和引物
Dna B、 Dna C Dna A 5 3
引物 酶
进行解链，进行的是单点起始双向复制。
复制中的放射自显影图象
目录
3. 半不连续复制
3
前导链 (leading strand)
5 3
解链方向
后随链 (lagging strand)
5
目录
顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的， 这股链称为前导链(leading strand) 。
另一股链因为复制的方 A C T G G
T C C A T G A C G G T G A C C
C C A C T G G
G G T G A C C
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
+
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
氢键，使DNA双链解开成为两条单链。
单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding
protein, SSB) ——在复制中维持模板处于单链状
态并保护单链的完整。
目录
复制起始点附近区域的DNA双链解开成为两条单链。
SSB
解链方向 解螺旋酶
目录
DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链
第四章：mRNA到蛋白质
起始因子： 原核生物有三种起始因子 • IF-1：促进IF-2及IF-3的活性。 • IF-2：使fMet-tRNAfMet有选择地与30S结合。 • IF-3: 促进mRNA与30S结合及保持30S亚基稳
定性的作用。
真核生物的起始因子大概有10种 • eIF-4 (CBP)：帽子结合蛋白，识别帽子结构。 • eIF-1、eIF-2、eIF-3：与40S小亚基结合
Helix-Turn-Helix motif
Helix-loop-helix motif
Zinc Finger motif
Leucine zipper dimer bound to DNA
蛋白质结合位点
p53
p53 is a nuclear phosphoprotein which acts as a
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)。
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)。
5、蛋白质合成，起始密码子是（ AUG ）， 起始tRNA上的反密码子是（ CAU ）。
6、 DNA的合成方向（ 5‘→3’ ），RNA的 转录方向（ 5‘→3’ ），蛋白质合成方向 ( N端→C端 )。
7、肽链合成的终止因子又称为 （ 释放因子 ），能识别并结合到 （ 终止密码子 ）上。
三、选择题
8、“同工tRNA”是：( C
)
(A)识别同义mRNA密码子(具有第三碱基简并性)
分子生物学第四章生物信息的传递下
实验5: 多聚三核苷酸为模板时也可能只合 成2种多肽：
5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’ 或5’…UAG UAG UAG UAG UAG…3’ 或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共 培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且 可溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的 产物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程 的酶称为氨基酰合成酶。
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、 UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应 液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的 AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖 体或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这 样可把已结合与未结合的AA-tRNA分开。
受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和 3’端末配对的3-4个碱基所组成（CCA），最 后一个碱基—OH可以被氨酰化。
TφC臂是根据3个核苷酸命名的，其φ表示拟 尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。
反密码子臂是根据位于套索中央的三联Fra bibliotek密 码子命名的。
D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil） 命名的。
由于第二种读码方式产生的密码子UAG是 终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生 GUA（Val）或AGU（Ser）。
实验6: 以随机多聚物指导多肽合成。
第四章蛋白质的翻译
摆动假说:
在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三 对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而使某些tRNA可以识别1个 以上的密码子;
如果有几个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不同的 密码子都对应于各自独立的tRNA。原核有30-45种tRNA，真核有50种 tRNA。 I： Inosine is formed by deamination of adenosine after tRNA synthesis
本章讲授内容： 4.1 遗传密码-----三联子 4.2 tRNA的结构、功能及种类 4.3 核糖体的结构及功能 4.4 蛋白质合成的生物学机制 4.5 蛋白质的运转机制
基因的表达过程：
蛋白质的生物合成是一个比DNA复制和转录更为复杂的过程
基本概念 翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，
第二步，氨酰基转移到tRNA 3’末端腺苷残基上，与其2’或3’羟基结合。 E-AA-AMP + tRNA→AA-tRNA + E + AMP
4.3 核糖体
核糖体像一个能沿mRNA模板移动 的工厂，执行着蛋白质合成的功能。 它是由几十种蛋白质和几种核糖体 RNA组成的亚细胞颗粒。
5
翻译时从起始密码子AUG开始，沿着mRNA的5′→3′的方向连续 阅 读密码子，直至终止密码子为止，生成一条具有特定氨基酸序列 的多肽链 。
新生的多肽链中氨基酸的组成和排列顺序决定于其DNA碱基组成 及其顺序。因此，作为基因产物的蛋白质最终是受基因控制的。
4.1.1 三联子密码及其破译
遗传密码的破译—确定代表每种氨基酸的具体遗传密码。蛋白质 的氨基酸序列是由mRNA的核苷酸序列决定的，所以，要知道它们 之间的关系就要弄清核苷酸和氨基酸数目的对应关系。
分子生物学名词解释
名词解释第一章绪论1 分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐明蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸之间的互作及其基因表达调控机理的学科。
2 DNA重组技术是将不同DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。
3 功能基因组学又往往被称为后基因组学，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质得研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。
第二章染色体与DNA1组蛋白是染色体的结构蛋白，其与DNA组成核小体。
2 C值：一种生物单倍体基因组DNA的总量。
3 DNA的一级结构即是指四种核苷酸的连接及排列顺序，表示该DNA分子的化学构成。
4DNA二级结构是指两条多核苷酸链反相平行盘绕所生成的双螺旋盘绕结构。
5DNA的高级结构指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构。
6核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。
八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体的外面。
每个核小体只有一个H1。
7DNA的半保留复制是DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的。
8复制时，双链DNA要解开成两股链进行，使复制起点呈叉状，被称为复制叉。
9复制子为生物体DNA的复制单位。
10错配 (mismatch)：DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)11缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。
12插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。
13框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。
分子生物学4 生物信息的传递(下)——从RNA到蛋白质
第四章生物信息的传递（下）从——从mRNA到蛋白质第四节蛋白质合成的生物学机制五、蛋白质前体的加工新生的多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰才能变为有功能的蛋白质。
1. N端fMet或Met的切除细菌新合成的肽链第一个氨基酸残基是什么？（甲酰甲硫氨酸）。
真核生物新合成的肽链第一个氨基酸残基是什么？（甲硫氨酸）。
细菌蛋白质N端的甲酰基能被脱甲酰化酶水解，不管是原核生物还是真核生物N端的甲硫氨酸往往在多肽链合成完毕之前就被切除。
有些新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功能的蛋白质。
有些动物病毒如脊髓灰质炎病毒的mRNA可翻译成很长的多肽链，含多种病毒蛋白，经过蛋白酶在特定位置上水解后得到几个有功能的蛋白质分子。
2. 二硫键的形成mRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都含有二硫键，这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。
3. 特定氨基酸的修饰（1）氨基酸侧链的修饰包括磷酸化、糖基化、甲基化、乙酰化、羟基化和羧基化。
A、磷酸化：主要由多种蛋白激酶催化，发生在丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等氨基酸的侧链。
B、糖基化：大多数糖基化是由内质网中的糖基化酶催化的。
C、甲基化：蛋白质的甲基化是由N-甲基转移酶催化的，该酶主要存在于细胞质基质中。
甲基化包括发生在Arg（精氨酸）、His（组氨酸）和Gln（谷氨酰胺）的侧链的N-甲基化以及Glu（谷氨酸）和Asp（天冬氨酸）侧基的O-甲基化。
D、乙酰化：N-乙酰转移酶催化多肽链的N端乙酰化。
发生在赖氨酸侧链上的ε-NH2.（2）蛋白质N-糖基化修饰糖蛋白主要是通过蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基出现的。
在内质网膜内侧的脂肪酸长链被磷酸化后加上由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖、葡萄糖组成的低聚糖链。
在糖基化过程中，先切去信号肽，再由低聚糖转移酶催化将N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖、葡萄糖组成的低聚糖链转移到肽链N-端的天冬氨酸残基上。
Membrance（膜）oligosacchary I transferase（低聚糖转移酶）Dolichol phosphate（磷酸脂多萜醇）N-Acetylglucosamine（N-乙酰葡萄糖胺）Mannose（甘露糖）Glucose（葡萄糖）Asn（天冬氨酸）（3）蛋白质N-糖基化的主要场所是内质网4. 切除新生肽链中非功能片段（1）前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图新合成的胰岛素前体是前胰岛素原，必须先切去信号肽变成胰岛素原，再切去B-肽，才变成有活性的胰岛素。
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图4-12 翻译起始复合物的形成。
1.
原
第一步，30S小亚基与翻译起始因
核 生
子IF-1，IF-3结合，通过SD序列与
物
mRNA模板相结合。
翻
第二步，fMet-tRNAfMet在IF-2的协
译
同下进入小亚基的P位，tRNA上的
的
反密码子与mRNA上的起始密码子
起
始
配对。
第三步，带有tRNA、mRNA、三个
第四章生物信息传递下
真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet 相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S 大亚基结合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起 始复合物。
起始复合物的生成除了GTP外，还需要Mg2+、 NH4+及3个起始因子（IF-1、IF-2、IF-3）。
第四章生物信息传递下
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
第四章生物信息传递下
原核生物中，起始氨基酸是： 甲酰甲硫氨酸 起始AA-tRNA是： fMet-tRNAfMet
存在tRNAMet和tRNAfMet
Met+tRNAfMet+ATP→ Met-tRNAfMet+AMP+PPi N10-甲酰四氢叶酸+Met-tRNAfMet→四氢叶酸+ fMet-tRNAfMet
第四章生物信息传递下
SD序列（Shine-Dalgarno sequence)
存在于原核生物起始密码子AUG上游7～ 12个核苷酸处的一种4～7个核苷酸的保 守片段，它与16S rRNA 3’端反向互补， 所以可将mRNA的AUG起始密码子置于 核糖体的适当位置以便起始翻译作用。 根据首次识别其功能意义的科学家命名。
第四章生物信息传递下
三种起始因子
IF-1
辅助IF-3 70S起始复合物生成后促进IF-2释放
IF-2
有GTP酶活性 特异识别fmet-tRNAfmet
形成fmet-tRNAfmet- IF-2-GTP
是30S起始复合物与50S亚基连接所 必须
IF-3
促进30S小亚基结合mRNA 终止时：促使核糖体解离
第四章生物信息传递下
表4-12 蛋白质合成个阶段的主要成分简表
阶段
必需组分
1．氨基酸的活化 2. 肽链的起始
3．肽链的延伸 4 ．肽链的终止 5．折叠和加工
20种氨基酸 20种氨基酰-tRNA合成酶 20种或更多的tRNA ATP，Mg2+
mRNA N-甲酰甲硫氨酰-tRNA mRNA上的起始密码子（AUG） 核糖体小亚基 核糖体大亚基 GTP，Mg2+ 起始因子（IF-1，IF-2，IF-3）
第四章生物信息传递下
图4-14细菌mRNA分子上往往存在一个与 16SrRNA3’末端相互补的SD序列。
第四章生物信息传递下
细菌核糖体上一般存在三个与氨基酰tRNA结合的位点，即A位点（aminoacyl site），P位点（peptidyl sit）和E位点 （Exit site）。只有fMet-tRNAfMet能与第 一个P位点相结合，其它所有tRNA都必 须通过A位点到达P位点，再由E位点离 开核糖体。
第四章生物信息传递下
2.真核生物翻译的起始
真核生物蛋白质生物合成的起始基本与 原核生物相同，只不过其核糖体较大， 有较多的起始因子，mRNA具有 m7GpppNp帽子结构，Met-tRNAMet不甲 酰化，mRNA分子5’端的“帽子”和3’端 的多聚A都参与形成翻译起始复合物（图 4-14）。
功能核糖体（起始复合物） AA-tRNA 伸长因子 GTP，Mg2+ 肽基转移酶
ATP mRNA上的终止密码子 释放因子（RF-1，RF-2，RF-3）
参第与四起章始生氨物基信酸息的传切递除下、修饰等加工过程的酶
4.4.1 氨基酸的活化
氨基酸在进行合成多肽链之前,必须在氨酰tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸—— AA-tRNA。
位点
入
EF-G 结合 移位
位点
核糖体的活性位点 组分 S1、S18、S21；及 S3、S4、S5、 S1216SrRNA3′末端区域 L2、L27及 L14、L18、L24、L33 16S和 23SrRNA3′附近区域 L1、L5、L7/L12、L20、L30、L33 16S 和 23SrRNA（16S 的 1400 区） 23SrRNA是重要的 L5、L18、L25复合体 L2、L3、L4、L15、L1623SrRNA 是重要的
真核生物中，起始氨基酸是： 甲硫氨酸 起始AA-tRNA是： Met-tRNAMet
存在tRNAiMet和tRNAeMet
第四章生物信息传递下
4.4.2 翻译的起始 蛋白质合成的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ始是指在模板mRNA编码
区5’端形成核糖体-mRNA-起始tRNA复合 物并将甲酰甲硫氨酸放入核糖体P位点。 原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板 相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与 50S大亚基结合
翻译起始因子的小亚基复合物与
50S大亚基结合，释放翻译起始因
子。 第四章生物信息传递下
30S亚基具有专一性的识别和选择mRNA起 始位点的性质，IF-3协助该亚基完成这种选 择。
Shine及Dalgarno等证明几乎所有原核生物 mRNA上都有一个5’-AGGAGGU-3’序列， 这个富嘌呤区与30S亚基上16S rRNA 3’末端 的富嘧啶区5’-GAUCACCUCCUUA-3’相互 补。
第四章 生物信息的传递(下)
——翻译（从mRNA-蛋白 质）
第四章生物信息传递下
表
活性位点
功能
mRNA结合 结合 mRNA 和 IF
位点
因子
P 位点
结合 fMet-tRNA和
肽基-tRNA
A 位点
结合氨酰基-tRNA
E 位点
结合脱酰 tRNA
肽酰基转移 将肽链转移到氨基
酶
酰-tRNA上
EF-Tu 结合 氨基酰-tRNA 的进
L7/L12
GTP酶需要
第四章生物信息传递下
L7、L12
4.4 蛋白质合成的生物学机制
已证明核酸是生命体内最基本的物质，因为蛋白质 的合成和结构最终都取决于核酸，但蛋白质仍是生 物活性物质中最重要的大分子组分，生物有机体的 遗传学特性仍然要通过蛋白质来得到表达。
蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、 伸长、终止。