1、第第9 9章章 核酸代谢和蛋白质的核酸代谢和蛋白质的生物合成生物合成导言 俗语说“种瓜得瓜，种豆得豆”，其中蕴含着在生物界中普遍存在的遗传规律；而“世界上没有完全相同的两片叶子”却又预示了遗传现象的复杂性和可变性。对于生物体而言，贮存遗传信息的物质就是核酸，它是记载生物体的演变、种属特征及一切生命活动规律的图书馆。本章书除了阐述核苷酸的基本代谢外，还将从复制、转录及翻译等几个方面分别阐述与遗传信息传递有关的重要理论知识。第1节 核酸代谢嘌呤环的元素来源Asp Mg2+GTP NAD+H2ONADH+Gln Mg2+ATP Glu IMP分别转变为AMP和GMP腺嘌呤+PRPP AMP+PPi
2、次黄嘌呤+PRPP IMP+PPi 鸟嘌呤+PRPP GMP+PPi 腺嘌呤核苷+ATP AMP+ADP 嘧啶环的元素来源嘧啶环的元素来源UMP分别转变为CTP和TMP N5，N10CH2FH4 FH2 Gln嘧啶碱+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPiNADPHNADP+H2O遗传信息传递中心法则遗传信息传递中心法则子代子代DNA分子中，一条链来自亲代，另一条链是新合成的。分子中，一条链来自亲代，另一条链是新合成的。亲代亲代DNA子代子代DNA复制复制来自亲代来自亲代DNA新合成链新合成链原核生物三种DNA聚合酶及其作用DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶5 5
3、33 聚合作用聚合作用有有有有有有3 3 55 核酸外切酶活核酸外切酶活性性有有有有有有5 5 33 核酸外切酶活核酸外切酶活性性有有无无无无功能功能校读校读损伤后修复损伤后修复目前尚不完目前尚不完全清楚全清楚复制过程中的复制过程中的主要催化酶主要催化酶作用作用拓扑异构酶拓扑异构酶松解、理顺松解、理顺DNADNA超螺旋。超螺旋。解螺旋酶解螺旋酶解开解开DNADNA双链之间的氢键，形成单链双链之间的氢键，形成单链DNADNA模板。模板。引物酶引物酶以单链以单链DNADNA为模板，合成为模板，合成RNARNA引物，以引物，以提供提供3 3 OHOH。DNA连接酶连接酶DNA复制终止阶段，催化复制终
4、止阶段，催化DNA分子上分子上的片段缺口之间形成磷酸二酯键。的片段缺口之间形成磷酸二酯键。参与DNA复制的其它酶及作用一方面：解开的单链DNA会被水解；另一方面：解开的单链DNA很容易再次聚合形成双螺旋形式。DNA复制过程复制过程起始阶段起始阶段延长阶段延长阶段终止阶段终止阶段起始阶段起始阶段 拓扑异构酶参与拓扑异构酶参与松解松解DNA超螺旋，超螺旋，在复制的整个过在复制的整个过程中都发挥作用。程中都发挥作用。解螺旋酶解螺旋酶：解开：解开DNA双双链间的氢键，形成单链链间的氢键，形成单链DNA模板。模板。SSB：维持、保护单：维持、保护单链链DNA模板。模板。引物酶引物酶：催化：催化合成合成R
5、NA引物。引物。延长阶段延长阶段 A G C T T A G C A A G C C A T C G G A C G G T A G C C T T C G A A 冈崎片段：冈崎片段：在随从链的合成之前，先合成的一在随从链的合成之前，先合成的一些不连续的些不连续的DNA短片段。短片段。DNA复制的特点：复制的特点：半保留复制、半不连续复制。半保留复制、半不连续复制。终止阶段终止阶段蛋白质因子辨认、结蛋白质因子辨认、结合及切除损伤区段。合及切除损伤区段。DNApol以以dNTP为原料，填补空隙。为原料，填补空隙。重组修复基本过程重组修复基本过程5 3 3 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码
6、链模板链模板链模板链模板链编码链编码链DNA 核心酶核心酶全酶全酶转录起始转录起始3 5 TTGACATATAAT 35 10 +1DNA复制与RNA转录的区别复制转录模板单链DNA模板单链DNA模板原料dNTP（N：A、G、C、T）NTP（N：A、G、C、U）聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶引物需要合成一段RNA引物不需要引物碱基配对A与T、G与CA与U、A与T、G与C产物DNA分子三种RNA特征半保留复制不对称转录第2节 蛋白质的生物合成5 5 端端第一位第一位核苷酸核苷酸第二位核苷酸第二位核苷酸3 3 端端第三位第三位核苷酸核苷酸U UC CA AG GU U苯丙氨酸苯丙氨酸UUUUUU丝
7、氨酸丝氨酸UCUUCU酪氨酸酪氨酸UAUUAU半胱氨酸半胱氨酸UGUUGUU U苯丙氨酸苯丙氨酸UUCUUC丝氨酸丝氨酸UCCUCC酪氨酸酪氨酸UACUAC半胱氨酸半胱氨酸UGCUGCC C亮氨酸亮氨酸UUAUUA丝氨酸丝氨酸UCAUCA终止密码终止密码UAAUAA终止密码终止密码UGAUGAA A亮氨酸亮氨酸UUGUUG丝氨酸丝氨酸UCGUCG终止密码终止密码UAGUAG色氨酸色氨酸UGGUGGG GC C亮氨酸亮氨酸CUUCUU脯氨酸脯氨酸CCUCCU组氨酸组氨酸CAUCAU精氨酸精氨酸CGUCGUU U亮氨酸亮氨酸CUCCUC脯氨酸脯氨酸CCCCCC组氨酸组氨酸CACCAC精氨酸精氨酸C
8、GCCGCC C亮氨酸亮氨酸CUACUA脯氨酸脯氨酸CCACCA谷氨酸谷氨酸CAACAA精氨酸精氨酸CGACGAA A亮氨酸亮氨酸CUGCUG脯氨酸脯氨酸CCGCCG谷氨酸谷氨酸CAGCAG精氨酸精氨酸CGGCGGG GA A异亮氨酸异亮氨酸AUUAUU苏氨酸苏氨酸ACUACU天冬氨酸天冬氨酸AAUAAU丝氨酸丝氨酸AGUAGUU U异亮氨酸异亮氨酸AUCAUC苏氨酸苏氨酸ACCACC天冬酰胺天冬酰胺AACAAC丝氨酸丝氨酸AGCAGCC C异亮氨酸异亮氨酸AUAAUA苏氨酸苏氨酸ACAACA赖氨酸赖氨酸AAAAAA精氨酸精氨酸AGAAGAA A甲硫氨酸甲硫氨酸AUGAUG苏氨酸苏氨酸ACGA
9、CG赖氨酸赖氨酸AAGAAG精氨酸精氨酸AGGAGGG GG G缬氨酸缬氨酸GUUGUU丙氨酸丙氨酸GCUGCU天冬氨酸天冬氨酸GAUGAU甘氨酸甘氨酸GGUGGUU U缬氨酸缬氨酸GUCGUC丙氨酸丙氨酸GCCGCC天冬氨酸天冬氨酸GACGAC甘氨酸甘氨酸GGCGGCC C缬氨酸缬氨酸GUAGUA丙氨酸丙氨酸GCAGCA谷氨酸谷氨酸GAAGAA甘氨酸甘氨酸GGAGGAA A缬氨酸缬氨酸GUGGUG丙氨酸丙氨酸GCGGCG谷氨酸谷氨酸GAGGAG甘氨酸甘氨酸GGGGGGG G遗传密码表 3 模板模板mRNA5 A U G C C A U C U G G C A U C-C U C U A AM
10、et Pro Ser Gly Ile-Met Pro Ser Gly Ile-Leu Leu 终止密码终止密码N C蛋白质多肽链蛋白质多肽链密码子阅读方向密码子阅读方向 肽链合成方向肽链合成方向mRNA上的遗传密码指导合成蛋白质多肽链 氨基酸+ATP+tRNA氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酰tRNA合成酶 氨基酸的氨基酸的a-羧基羧基 酯键酯键tRNA3 CCAOHU C A5 3 mRNA A C UC C ASer3 5 1 2 33 2 1反密码子与密码子之间的配对反密码子与密码子之间的配对P位位A位位E位位小亚基小亚基大亚基大亚基原核生物核糖体结构模式原核生物核糖体结构模式 核糖体
11、大小亚基分离，模板mRNA与小亚基结合起始因子起始因子AUGmRNA小亚基小亚基大亚基大亚基AUGP A起始因子起始因子AUGmRNA小亚基小亚基大亚基大亚基AUGP AfMetIF-2GTPfMettRNAfMet P AAUGIF-2GTPfMettRNA携带起始密码对应的蛋氨酰进入P位P AAUGfMetIF-2GTPGDP起始因子起始因子AUGP AfMetE形成翻译起始复合物AUGP AfMetE AATuGTPTu GDPAUGP AfMetE AA氨基酰氨基酰tRNA翻译延长：注册AUGP AfMetE AAAUGP AE AAfMet肽键肽键甲酰化甲酰化fMet氨基酸氨基酸转肽
12、酶转肽酶翻译延长：成肽P AE AAfMetAUGP AE AAfMetAUGA位空出位空出待下一个氨基酰待下一个氨基酰tRNA进入进入模板模板mRNA链上链上下一个密码子进入下一个密码子进入A位位转位酶转位酶GTPGDP翻译延长：转位多肽链多肽链A位出现终止密码位出现终止密码释放因子释放因子RF识别结合识别结合起始因子起始因子IFUAAP AEtRNA小亚基小亚基大亚基大亚基mRNA 翻译终止过程N缬缬1 组组2 亮亮2 苏苏4 脯脯5 谷谷6 谷谷7 赖赖8 丝丝9 丙丙10.天冬天冬100.C 3.CTC.5 5.GAG.3 正常成人血红蛋白链及其基因N缬缬1 组组2 亮亮2 苏苏4 脯脯5 缬缬6 谷谷7 赖赖8 丝丝9 丙丙10.天冬天冬100.C 3.CAC.5 5.GUG.3 镰刀状红细胞性贫血病人小结
