1、 第十二章第十二章 核酸与核苷酸代谢核酸与核苷酸代谢 第一节第一节 核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收 第二节第二节 核酸的分解代谢核酸的分解代谢 第三节第三节 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及DNA）胃酸胃酸单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶碱基碱基戊糖戊糖磷酸化酶、核苷酶磷酸化酶、核苷酶 人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。 食物的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。食物的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。 作为核酸合成的原料；作为核酸合成的原料
2、； 体内能量的利用形式；体内能量的利用形式； 参与代谢和生理调节。参与代谢和生理调节。一、核酸的水解一、核酸的水解二、单核苷酸的分解二、单核苷酸的分解三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解四、嘧啶的分解四、嘧啶的分解NNNHNOH2NR5 PGMPNNNNNH2R5 PAMP嘌呤碱的最终嘌呤碱的最终代谢产物代谢产物AMPGMP（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）（黄嘌呤）NNNNOHHHOOH尿酸尿酸痛痛风风症症HN=O=ONR 5PNNH2=NRPCMPOHN=O=ONdR5PCH3UMPdTMP5胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOH
3、-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸H2N-CH2-CH-COOHCH3-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O一、核糖的来源和一、核糖的来源和PRPP的生成的生成二二 、嘌呤核苷酸的合成、嘌呤核苷酸的合成三、嘧啶核苷酸三、嘧啶核苷酸 的合成的合成四、脱氧核糖核苷酸的合成四、脱氧核糖核苷酸的合成R-5-PAMPATPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P 从头合成途径从头合成途径 2. 补救合成途径补救合成途径定义：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等定义：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌
4、呤核苷酸的途径。呤核苷酸的途径。 合成部位：合成部位： 几乎所有生物体都能合成嘌呤碱，肝脏是体内几乎所有生物体都能合成嘌呤碱，肝脏是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官。脑和脊髓从头合成嘌呤核苷酸的主要器官。脑和脊髓无法进行此合成途径。无法进行此合成途径。从头合成途径从头合成途径从头合成途径的特点：从头合成途径的特点：参与从头合成途径的酶均在胞液中参与从头合成途径的酶均在胞液中以磷酸戊糖途径中合成的以磷酸戊糖途径中合成的5-磷酸核糖（磷酸核糖（5-PR）为原料，）为原料，经经11步反应生成次黄嘌呤核苷酸（步反应生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。）。在合成在合成IMP的过程中，由氨基酸，的过程中，由氨基
5、酸，CO2，一碳单位逐步提，一碳单位逐步提供元素或基团，在供元素或基团，在5-磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基的合磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基的合从从IMP出发再合成出发再合成AMP和和GMP。 嘌呤的元素来源嘌呤的元素来源 用同位素标记化合物进行的研究证用同位素标记化合物进行的研究证明，生物体内能利用明，生物体内能利用谷氨酰胺，天谷氨酰胺，天冬氨酸、甘氨酸、一碳单位和冬氨酸、甘氨酸、一碳单位和CO2为元素来源合成嘌呤碱基。为元素来源合成嘌呤碱基。过程：过程：IMP的合成的合成AMP和和GMP的生成的生成R-5-PATPADPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P在谷氨酰胺，甘氨酸，一在谷氨酰胺，甘
6、氨酸，一碳单位，二氧化碳及天冬碳单位，二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶IMP的合成过程的合成过程AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶2. 嘌呤核苷酸的补救合成途径嘌呤核苷酸的补救合成途径 定义：利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过定义：利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过 简简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸，称为补救合成单的反应过程，合成嘌呤核苷酸，称为补救合成（或重新利用）途径。（或重新利用）途径。 参与补救合成的酶：参与补救合成
7、的酶： 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase,APRT) ， 次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺嘌呤腺嘌呤 + PRPPAMP + PPiAPRT腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP鸟嘌呤鸟嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi次黄嘌呤次黄嘌呤 + PRPPIMP+ PPiHGPRT 节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。节省从头合成时的能量和一些氨
8、基酸的消耗。 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。1. 从头合成途径从头合成途径2. 补救合成途径补救合成途径 三、嘧啶核苷酸的合成三、嘧啶核苷酸的合成合成部位：合成部位：主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液定义：利用谷氨酰氨、二氧化碳、天冬氨酸和定义：利用谷氨酰氨、二氧化碳、天冬氨酸和磷酸核糖为原料，经过一系列酶促反应，磷酸核糖为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的过程。合成嘧啶核苷酸的过程。嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源CCCNCN氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸合成过程合成过程尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成
9、谷氨酰氨谷氨酰氨 +HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+PiH2N-C-O-P-OH=OO=O-+ 谷氨酸谷氨酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰氨谷氨酰氨无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别的区别CTP的合成的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰氨谷氨酰氨ATP谷氨酸谷氨酸ADP+P
10、iNNH2=ONR5PPPCTPR5PHN=O=ONUMP嘧啶嘧啶+ PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷+ PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP+ADP 核核糖糖核核苷苷酸酸还还原原酶酶 激激酶酶 C CT TP P C CD DP P d dC CD DP P d dC CT TP P H H2 2O O P Pi i N NA AD DP PH H+ +H H+ + N NA AD DP P+ + +H H2 2O O A AT TP P A AD DP P H H2 2O O P Pi i d dC CM MP P H H2 2O
11、O 脱脱氨氨酶酶 N NH H3 3 d dU UM MP P N N5 5, ,N N1 10 0- -C CH H2 2- -F FH H4 4 胸胸苷苷酸酸合合成成酶酶 F FH H4 4 d dT TM MP P d dT TD DP P d dT TT TP P 第十四章第十四章 DNADNA的复制与修复的复制与修复 第第三篇三篇 遗传信息的传递遗传信息的传递复制复制DNARNA转录逆转录翻 译蛋白质中心法则中心法则Reverse transcription基本概念：基本概念： 半保留复制半保留复制 DNA在复制时，以亲代在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，的每一股作模板，合成完全
12、相同的两个双链子代合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代，每个子代DNA中都含有一股亲代中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为链，这种现象称为DNA的半保留复制的半保留复制。 亲代亲代(第一代第一代)第二代第二代第三代第三代第四代第四代规律：亲代规律：亲代DNA分子经分子经 n 次复制后，所合成的次复制后，所合成的DNA分子中：分子中：DNA分子数，含亲代母链的分子数，含亲代母链的DNA分分子数，不含亲代母链的子数，不含亲代母链的DNA分子数依次为：分子数依次为：2n，2，2n-2， DNADNA复制是一个复杂的过程，需要起始复制是一个复杂的过程，需要起始位点识别蛋白、拓扑异构酶、解链酶、
13、单位点识别蛋白、拓扑异构酶、解链酶、单链结合蛋白、链结合蛋白、 DNA DNA聚合酶聚合酶、连接酶等。、连接酶等。（1 1）种类和生理功能：）种类和生理功能： 在原核生物中，目前发现的在原核生物中，目前发现的DNADNA聚合酶有三种，聚合酶有三种，分别命名为分别命名为DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），），DNADNA聚合聚合酶酶（pol pol ），），DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），），这三这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与DNADNA复制的主要是复制的主要是pol pol 和和pol pol 。 5533 pol
14、pol 为单一肽链的大为单一肽链的大分子蛋白质分子蛋白质, ,可被特异可被特异的蛋白酶水解为两个片的蛋白酶水解为两个片段，具有段，具有5353聚合酶聚合酶活性和活性和3535外切酶的外切酶的活性活性。 原核生物中的三种原核生物中的三种DNADNA聚合酶聚合酶 p po ol l p po ol l p po ol l 5 5 3 3 聚聚合合酶酶活活性性 + + + + + + 5 5 3 3 外外切切酶酶活活性性 + + - - - - 3 3 5 5 外外切切酶酶活活性性 + + + + + + 生生理理功功能能 去去除除引引物物, ,填填补补缺缺口口 未未知知 D DN NA A 复复制
15、制 修修复复损损伤伤 校校正正错错误误 校校正正错错误误 在真核生物中，目前发现的在真核生物中，目前发现的DNADNA聚合酶有五种，分别聚合酶有五种，分别命名为命名为DNADNA聚合酶聚合酶 （pol pol ），），DNADNA聚合酶聚合酶 （pol pol ），），DNADNA聚合酶聚合酶 （pol pol ），），DNADNA聚合酶聚合酶 （pol pol ），），DNADNA聚合酶聚合酶 （pol pol ）。）。 其中，其中，参与染色体参与染色体DNADNA复制的是复制的是pol pol （延长随从链）（延长随从链）和和pol pol （延长领头链），参与线粒体（延长领头链），参与线
16、粒体DNADNA复制的是复制的是pol pol ，polpol与与DNADNA损伤修复、校读和填补缺口有关损伤修复、校读和填补缺口有关，pol pol 只在只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。其他聚合酶无活性时才发挥作用。 1.1.复制的起始复制的起始 DNA DNA复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的起始阶段，由下列两步构成。 (1) (1) 引发体组装：引发体组装： 由蛋白因子（如由蛋白因子（如dnaBdnaB等）识别复制起始点，并与其等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。 (2) (2) 预引发：预引发： 解旋解链，形成
17、复制叉：解旋解链，形成复制叉： 由拓扑异构酶和解链酶由拓扑异构酶和解链酶作用，使作用，使DNADNA的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链间氢键断裂，形成两条单链DNADNA。单链。单链DNADNA结合结合蛋白（蛋白（SSBSSB）结合在两条单链）结合在两条单链DNADNA上，形成复制上，形成复制叉。叉。复复制制叉叉（3 3）引发：）引发： 在引物酶的催化下，以在引物酶的催化下，以DNADNA为模板，合成一段短为模板，合成一段短的的RNARNA片段，从而获得片段，从而获得3 3端自由羟基（端自由羟基（3-OH3-OH）。）。 （1 1）聚合子代）聚
18、合子代DNADNA： 由由DNADNA聚合酶催化，以聚合酶催化，以3535方向的亲代方向的亲代DNADNA链为模板，链为模板，从从5353方向聚合子代方向聚合子代DNADNA链。在原核生物中，参与链。在原核生物中，参与DNADNA复制延长的是复制延长的是DNADNA聚合酶聚合酶；而在真核生物中，是；而在真核生物中，是DNADNA聚合酶聚合酶( (延长随从链延长随从链) )和和 （延长领头链）（延长领头链）。（2 2）引发体移动：）引发体移动： 引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，随从链重新合成随从链重新合成RNARNA引物，继
19、续进行链的延长。引物，继续进行链的延长。 （1 1）去除引物，填补缺口：）去除引物，填补缺口： 在原核生物中，由在原核生物中，由DNADNA聚合酶聚合酶来水解去除来水解去除RNARNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNADNA，直，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中，到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中，RNARNA引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，而引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，而冈崎片段仍由冈崎片段仍由DNADNA聚合酶来延长。聚合酶来延长。 （2 2）连接冈崎片段：）连接冈崎片段： 在在DNADNA连接酶的催化下，形成
20、最后一个磷酸酯键，连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的将冈崎片段连接起来，形成完整的DNADNA长链。长链。 DNA损伤的原因及后果损伤的原因及后果电离辐射电离辐射可可见见光光氧自氧自由基由基H+烷化剂烷化剂复制错误复制错误核苷类似物核苷类似物mCDNADNA损伤后分子的最终改变损伤后分子的最终改变 点突变点突变 缺失缺失 插入插入 重排重排 DNA断裂断裂DNADNA损伤的后果损伤的后果信号传导异常信号传导异常老化老化肿瘤肿瘤疾病疾病异常增生和代谢异常增生和代谢生理功能紊乱生理功能紊乱细胞死亡细胞死亡细胞增殖减少细胞增殖减少基因表达异常基因表达异常基因组不稳定
21、基因组不稳定 直接修复方式直接修复方式 切除修复方式切除修复方式 丢失碱基和去碱基部位的修复丢失碱基和去碱基部位的修复 甲基化指导的不配对修复甲基化指导的不配对修复 在在 DNA 5-P 端和端和 3-OH端未受损害的情况端未受损害的情况下，连接酶能够直接修复下，连接酶能够直接修复DNA的断裂口。的断裂口。（1 1）DNADNA紫外线损伤的光复合酶直接修复紫外线损伤的光复合酶直接修复（2 2） 烷基化碱基的直接修复烷基化碱基的直接修复在在 大肠杆菌中的大肠杆菌中的Ada酶，可修复甲基化的碱基和酶，可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。甲基化的磷酸二酯键。 即在一系列酶的作用下，即在一系列酶的
22、作用下，将将DNA分子中受损伤的分子中受损伤的部分切除掉，并以完整部分切除掉，并以完整的那一段为模板，合成的那一段为模板，合成出切去的部分，从而使出切去的部分，从而使DNA恢复正常。恢复正常。4. 4. 甲基化指导的不配对修复甲基化指导的不配对修复校正活性所漏校的碱基校正活性所漏校的碱基, 使复制的保真性提高使复制的保真性提高102103倍倍错配修复系统错配修复系统 (MRS，Mismatch Repair System)DNApol (= 10-8)经第二次校正经第二次校正= 10-11Mis-paired basesDNA复制复制不很不很严严格，新合成的格，新合成的DNA容易造成容易造成错
23、误产错误产生突生突变变。核苷酸切除修复核苷酸切除修复 ( (基因组修复基因组修复) )治疗：治疗：避免紫外线照射避免紫外线照射 避免肿瘤致病因子避免肿瘤致病因子对症治疗对症治疗 线粒体的氧化损伤线粒体的氧化损伤: 单链断裂、双链断裂、碱基修饰、单链断裂、双链断裂、碱基修饰、 DNA交联、烷化损伤交联、烷化损伤线粒体的损伤修复：碱基切除修复、错配修复线粒体的损伤修复：碱基切除修复、错配修复 DNA携带的遗传信息（基因）传递给携带的遗传信息（基因）传递给RNA分子的过程称转录分子的过程称转录（transcription ）。）。 RNA合成有两种方式：一是合成有两种方式：一是DNA指导的指导的RN
24、A合成，此为生物合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是体内的主要合成方式。另一种是RNA指导的指导的RNA合成，此种合成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是RNA前体（前体（RNA precursor），需经加工过程（），需经加工过程（processing）方具有生物学活）方具有生物学活性。性。1. 底物底物 四种核糖核苷酸，即四种核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP，UTP。2. 模板模板 以一段单链以一段单链DNA作为模板。作为模板。 ACGACGUU模板模板DNA5 3 5 3 新合成新合成RNA3、RNA聚合酶聚合酶原核生物中的原核生物
25、中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即聚合酶全酶由五个亚基构成，即2。亚基与转录起始点的识别有关亚基与转录起始点的识别有关，而在转录合成开始后被释放，而在转录合成开始后被释放，余下的部分（余下的部分（2）被称为核心酶）被称为核心酶，与与RNA链的聚合有关链的聚合有关。 （1） 原核细胞的原核细胞的RNA聚合酶聚合酶 核心酶核心酶(2 )起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应转录的特异性转录的特异性全酶全酶( ) 种种类类 亚亚细细胞胞定定位位 对对-鹅鹅膏膏蕈蕈碱碱敏敏感感性性 功功能能 RNA pol 核核仁仁 不不敏敏感感 合合成成 rRNA
26、 前前体体 RNA pol 核核基基质质 极极敏敏感感 合合成成 HnRNA RNA pol 核核基基质质 敏敏感感 合合成成 tRNA 前前体体 snRNA 及及 5S rRNA （2） 真核细胞的真核细胞的RNA聚合酶聚合酶 4. 终止因子终止因子 蛋白蛋白：这是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为：这是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为50kd。该蛋白因子能识别终止信号，并能与。该蛋白因子能识别终止信号，并能与RNA紧密结合，导致紧密结合，导致RNA的释放。的释放。 5. 激活因子激活因子 目前已知激活因子为降解产物基因激活蛋白目前已知激活因子为降解产物基因激活蛋白（CAP），又称为），又
27、称为cAMP受体蛋白（受体蛋白（CRP）。是）。是一种二聚体蛋白质，亚基分子量为一种二聚体蛋白质，亚基分子量为23kd。该蛋白。该蛋白与与cAMP结合后，刺激结合后，刺激RNA聚合酶与起始部位结聚合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。合，从而起始转录过程。 1. 识别识别 原核生物原核生物RNA聚合酶中的聚合酶中的因子识别转录起始点，并促因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。使核心酶结合形成全酶复合物。 被辨认的区段就是位于转录起始点被辨认的区段就是位于转录起始点-35区的区的TTGACA序列。序列。 酶与该区结合后，即滑动至酶与该区结合后，即滑动至-10区的区的TATAAT序列
28、序列（Pribnow盒）盒） ，并启动转录。，并启动转录。 位于基因上游，与位于基因上游，与RNA聚合酶识别、聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些结合并起始转录有关的一些DNA顺顺序称为序称为启动子启动子（promoter)。 真核生物的转录起始区上游也存在一段富含真核生物的转录起始区上游也存在一段富含TA的顺序，被称为的顺序，被称为Hogness盒或盒或TATA盒。盒。 除此之外，在真核生物中还可见到其他带共性除此之外，在真核生物中还可见到其他带共性的序列，如的序列，如CAAT盒及盒及GC盒等。盒等。 2. 起始起始 RNA聚合酶全酶促使局部双链解开，并催化聚合酶全酶促使局部双链解开，并催化
29、ATP或或GTP与另外一个三磷酸核苷聚合，形成与另外一个三磷酸核苷聚合，形成第一个第一个3,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。 3. 延长延长 因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移链移动，按照碱基互补原则，不断聚合动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。 3 5 RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位 4. 终止终止 提供转录停止信号的提供转录停止信号的DNADNA序列称为终止子序列称为终止子( termter)( termter)。协助。协助
30、RNARNA聚合酶聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子 (termination (termination factor)factor)。有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使。有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使RNARNA聚合酶聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读得以越过终止子继续转录，这称为通读(readthrough)(readthrough)，这类引起抗，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子终止作用的蛋白质称为抗终止因子(antitermination)(antitermination)。 RNA转录合成
31、的终止机制有两种：转录合成的终止机制有两种： 1依赖依赖因子的终止因子的终止 2不依赖不依赖因子的终止因子的终止A. 不依赖于不依赖于Rho（ ）的终止子的终止子B. 依赖于依赖于Rho（ ）的）的终止子终止子富含富含G-C系列系列U1. mRNA的转录后加工的转录后加工(1) 加帽加帽(adding cap): 7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸（甲基鸟嘌呤核苷三磷酸（mGPPPG) ，称为帽子结构。称为帽子结构。(2)加尾加尾 (adding tail)： polyA。(3) 剪接剪接（splicing)(4) 修饰修饰：如由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理。：如由甲基化酶催化，对某些碱基进行
32、甲基化处理。 SummaryofRNAprocessingineukaryotesusing -globingeneasanexample主要有以下几种加工方式：主要有以下几种加工方式：(1) (1) 切断。切断。(2) (2) 剪接。剪接。(3) (3) 化学修饰。化学修饰。甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列： 5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。
33、b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀有碱基如、修饰：形成稀有碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 加工加工DNA核核核糖体核糖体新生蛋白质新生蛋白质真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前体前体转运转运加工加工mRNAmRNA 真核生物中转录与复制在不同的区域真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相
34、同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同 基因的遗传信息在转录基因的遗传信息在转录过程中从过程中从DNA转移到转移到mRNA，再由，再由mRNA将将这种遗传信息表达为蛋这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。程叫做翻译。 蛋白质的合成体系包括：蛋白质的合成体系包括：20种氨基酸种氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白、核蛋白体体RNA、酶和因子、酶和因子, 以及无机离子、以及无机离子、ATP 、GTP 等。等。 其中其中mRNA、tRNA、核蛋白体、核蛋白体RNA在蛋白质的合成中起着不同的在蛋白质的合成中起着不同的作用。作用。 合成方向：
35、合成方向：NC端。端。 ThethreerolesofRNAinproteinsynthesis. Messenger RNA (mRNA) is translated into protein by the joint action of transfer RNA (tRNA) and the ribosome, which is composed of numerous proteins and two major ribosomal RNA (rRNA) molecules. mRNA携带着携带着DNA的遗传信息，是的遗传信息，是指导蛋白质生物合成的模板。指导蛋白质生物合成的模板。 二、
36、二、RNA在蛋白质生物合成中的作用在蛋白质生物合成中的作用mRNA mRNA中每三个相邻的碱基组成三联体，代表一个氨基酸中每三个相邻的碱基组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为的信息，此三联体就称为密码子密码子(coden)。四种碱基可组成。四种碱基可组成64种不同的密码。种不同的密码。遗传密码表遗传密码表遗传密码的基本特点：遗传密码的基本特点： 密码的连续性密码的连续性 密码的简并性密码的简并性 终止密码与起始密码：起始密码：终止密码与起始密码：起始密码：AUG； 终止密码：终止密码：UAA、UAG、UGA。密码的通用性（但在线粒体或叶绿体中特殊）密码的通用性（但在线粒体或叶绿体中
37、特殊）方向性：解读方向为方向性：解读方向为5 3。 结合氨基酸：一种氨基酸有几种结合氨基酸：一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要携带，结合需要ATP供能供能,氨基酸结合在氨基酸结合在tRNA3-CCA的位置。的位置。 反密码子对密码的识别：通常也是根据碱基互补原则，即反密码子对密码的识别：通常也是根据碱基互补原则，即AU，GC配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第一个核苷酸为一个核苷酸为，则可与，则可与A、U或或C配对，如为配对，如为U，则可与，则可与A或
38、或G配对，这种配对称为不稳定配对。配对，这种配对称为不稳定配对。 核蛋白体的基本功能：结合核蛋白体的基本功能：结合mRNA，在，在mRNA上选择适当上选择适当的区域开始翻译密码子（的区域开始翻译密码子（mRNA）和反密码子（）和反密码子（tRNA）的）的正确配对肽键的形成。正确配对肽键的形成。 存在：核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，存在：核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙的内质网。原核中，与形成粗糙的内质网。原核中，与mRNA形成串状形成串状多核蛋多核蛋白体。白体。The general structure of ribosomes in prokaryotes
39、and eukaryotes. 合成过程分四个阶段：合成过程分四个阶段：氨基酸的活化与搬运氨基酸的活化与搬运肽链合成的起始肽链合成的起始肽链的延长肽链的延长肽链的终止肽链的终止后三步均在核蛋白体上进行，且是一循环机制。因此，后三步均在核蛋白体上进行，且是一循环机制。因此，核蛋白体上多肽链的合成过程也称为核蛋白体循环。核蛋白体上多肽链的合成过程也称为核蛋白体循环。 氨基酸的活化以及活化氨基酸与氨基酸的活化以及活化氨基酸与tRNA的结合，均由氨基的结合，均由氨基酰酰-tRNA合成酶催化完成。合成酶催化完成。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶The amino acid is attached to
40、 the 3OH of the ribose of the 3 terminal A (in the CCA)(proofreading)(proofreading)Amino acids are coupled to tRNAs through ester linkages to either the 2 - or the 3 -hydroxyl group of the 3 -adenosine residue. A linkage to the 3 -hydroxyl group is shown. 氨基酸氨基酸 + ATP + tRNA + H2O 氨基酰氨基酰-tRNA + AMP
41、+ 2Pi氨基酰氨基酰-tRNA的合成的合成 每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA 合成酶。它既合成酶。它既催化氨基酸与催化氨基酸与 ATP 的作用的作用, 也催化氨基酰基转移到也催化氨基酰基转移到 tRNA。 氨基酰氨基酰-tRNA 合成酶具有高度的专一性。合成酶具有高度的专一性。 每一种氨基酰每一种氨基酰-tRNA 合成酶只能识别一种相应的合成酶只能识别一种相应的 tRNA。 tRNA 分子能接受相应的氨基酸分子能接受相应的氨基酸, 决定于它特有的碱基顺序决定于它特有的碱基顺序, 而而这种碱基顺序能够被氨基酰这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA 合成
42、酶所识别。合成酶所识别。原核细胞中甲酰蛋氨酸原核细胞中甲酰蛋氨酸-tRNA的形成的形成 .肽链的起始：需要起始因子肽链的起始：需要起始因子(IF)参与作用。参与作用。（）（） 30S起动复合物的形成：起动复合物的形成：30S小亚基与小亚基与mRNA的起动部位，起动的起动部位，起动tRNA（fmet-tRNAfmet），和），和GTP结合，形成复合体。结合，形成复合体。（）（）70S起动前复合体的形成：起动前复合体的形成：IF3从从30S起起动复合体上脱落，动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结大亚基与复合体结合，形成合，形成70S起动前复合体。起动前复合体。 （）（） 70S起动复合体的形成：
43、起动复合体的形成：GTP被水解，被水解，IF1和和IF2从复合物上脱落。此时，从复合物上脱落。此时，tRNAfmet的反密码的反密码UAC与与mRNA上的起动上的起动密码密码AUG互补结合，互补结合，tRNAfmet结合在核蛋结合在核蛋白的给位（白的给位（P位）。位）。 （1）进位：与）进位：与mRNA下一个密码相对应的氨基酰下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体的进入核蛋白体的受位。此步骤需受位。此步骤需GTP，Mg2+，和，和EF参与。参与。核糖体移动方向P位点A位点 2 2成肽：在转肽酶的催化下，将给位上的成肽：在转肽酶的催化下，将给位上的tRNAtRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰
44、基转移到所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰受位上的氨基酰tRNAtRNA上，与其上，与其-氨基缩合形氨基缩合形成肽键。此步骤需成肽键。此步骤需MgMg2+2+，K K+ +。给位上已失去。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的蛋氨酰基或肽酰基的tRNAtRNA从核蛋白上脱落。从核蛋白上脱落。 3 3转位：核蛋白体向转位：核蛋白体向mRNAmRNA的的3- 3- 端滑动相当于端滑动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基一个密码的距离，同时使肽酰基tRNAtRNA从受体从受体移到给位。此步骤需移到给位。此步骤需EFEF（EFGEFG）、）、GTPGTP和和MgMg2+2+参与。此时，核蛋白体的受
45、位留空，与下参与。此时，核蛋白体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰一个密码相对应的氨基酰tRNAtRNA即可再进入，即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。重复以上循环过程，使多肽链不断延长。 核蛋白体沿核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。长，直到终止信号进入受位。 1识别：识别：RF识别终止密码，进入核蛋白体识别终止密码，进入核蛋白体的受位。的受位。 2水解：水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链使转肽酶变为水解酶，多肽链与与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。之间的酯键被水解，多肽链释放。 3解离：通过水解解离：通过水解GTP
46、，使核蛋白体与，使核蛋白体与mRNA分离，分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。离为大、小亚基。 （三）真核细胞蛋白质合成（三）真核细胞蛋白质合成l . 参与翻译的起始因子较多：已发现的真核起始因子有近参与翻译的起始因子较多：已发现的真核起始因子有近9种种（eukaryote Initiation factor,eIF） eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（结合蛋白复合物（CBPC）;l 2. 核蛋白体较大：为核蛋白体较大：为80S，由，由60S的大亚基和的大亚基和40S的小亚基组成；的小亚基组成；l 3. 起始起始
47、tRNA为为MettRNA；l 4. 形成起始复合物的机制不同；结合在形成起始复合物的机制不同；结合在mRNA 5端端AUG上游的帽子结构上游的帽子结构; l 5. 肽链延长因子为肽链延长因子为EF1和和EF2。线粒体、叶绿体内蛋白质的合成类似于原核细胞。线粒体、叶绿体内蛋白质的合成类似于原核细胞。 肽链合成方向肽链合成方向N C（同位素证明）；（同位素证明）； 以以mRNA的的5-3方向阅读遗传密码；方向阅读遗传密码； 该合成过程是一个耗能过程；该合成过程是一个耗能过程； 肽链的起始需要肽链的起始需要5ATP，延长时只需，延长时只需4ATP，合成一个，合成一个n肽所需能量肽所需能量4n1 A
48、TP，原核生物中，肽链的终止不，原核生物中，肽链的终止不需需GTP，则合成，则合成n肽所需能量肽所需能量3n1。 e. e.亚胺环己酮（放线菌酮）亚胺环己酮（放线菌酮） （）（） 1、比较、比较DNA复制与复制与RNA转录的异同。转录的异同。 2、比较、比较DNA聚合酶与聚合酶与RNA聚合酶催化作用的异同。聚合酶催化作用的异同。3、DNA复制的高度准确性是通过什么来实现的？复制的高度准确性是通过什么来实现的？4、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？名词解释名词解释中心法则中心法则 半保留复制半保留复制 转录转录 反转录翻译反转录翻译有义链有义链 反义链内含子外显子反义链内含子外显子 冈崎片段冈崎片段
