第十講 核酸的合成與蛋白質的生合成

1、第十講 核苷酸代謝、核酸合成、蛋白質合成及基因表達調控v 第一節(jié)第一節(jié) 核苷酸代謝核苷酸代謝v 第二節(jié)第二節(jié) DNADNA的生物合成的生物合成v 第三節(jié)第三節(jié) RNARNA的生物合成的生物合成v 第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成v 第五節(jié)第五節(jié) 基因表達調控基因表達調控第一節(jié)第一節(jié) 核苷酸代謝核苷酸代謝一、核酸的消化與吸收一、核酸的消化與吸收二、核苷酸的合成代謝二、核苷酸的合成代謝1 1、從頭合成途徑、從頭合成途徑2 2、補救途徑、補救途徑三、核苷酸的分解代謝三、核苷酸的分解代謝一、核酸的消化與吸收一、核酸的消化與吸收食物核蛋白食物核蛋白蛋白質蛋白質核酸核酸（RNARNA及及DN

2、ADNA）胃酸胃酸單核苷酸單核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、腸核苷酸酶胰、腸核苷酸酶堿基堿基戊糖戊糖核苷酶核苷酶二、核苷酸的合成代謝二、核苷酸的合成代謝嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質為原料，經氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸的途徑。過一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸的途徑。 肝肝是體內是體內從頭合成嘌呤從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次核苷酸的主要器官，其次是是小腸小腸和和胸腺胸腺，而，而腦、骨髓腦、骨髓則無法進行此合成途徑。則無法進行此合成途徑。1、

3、嘌呤核苷酸的從頭合成、嘌呤核苷酸的從頭合成定義定義合成部位合成部位2 2、嘧啶核苷酸的從頭合成、嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細胞胞液主要是肝細胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質為原料，經基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘧啶核苷酸的途徑。過一系列酶促反應，合成嘧啶核苷酸的途徑。 定義定義合成部位合成部位 利用體內游離的嘌呤利用體內游離的嘌呤( (嘧啶嘧啶) )或嘌呤（嘧啶）核或嘌呤（嘧啶）核苷，經過簡單的反應，合成嘌呤核苷酸的過程，稱苷，經過簡單的反應，合成嘌呤核苷酸的過程，稱

4、為補救合成（或重新利用）途徑。為補救合成（或重新利用）途徑。3 3、嘌呤（嘧啶）核苷酸的補救合成途徑、嘌呤（嘧啶）核苷酸的補救合成途徑定義定義補救合成的生理意義補救合成的生理意義補救合成節(jié)省從頭合成時的能量和一些氨基補救合成節(jié)省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。酸的消耗。體內某些組織器官，如腦、骨髓等只能進行體內某些組織器官，如腦、骨髓等只能進行補救合成。補救合成。三、核苷酸的分解代謝三、核苷酸的分解代謝v 組織細胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸酶的作用下水解為核苷。組織細胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸酶的作用下水解為核苷。核苷經核苷磷酸化酶催化，磷酸解生成核苷經核苷磷酸化酶催化，磷酸解生成1-1

5、-磷酸核糖和嘌呤堿。磷酸核糖和嘌呤堿。1-1-磷酸核糖轉變成為磷酸核糖轉變成為5-5-磷酸核糖，進入磷酸戊糖途徑。磷酸核糖，進入磷酸戊糖途徑。v 而嘌呤堿進一步代謝，最終氧化生成尿酸隨尿排出而嘌呤堿進一步代謝，最終氧化生成尿酸隨尿排出核苷核苷酸酸核苷核苷核苷酸核苷酸酶酶PiPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶堿基堿基1- 1-磷酸核糖磷酸核糖嘌呤核苷酸的分解代謝嘌呤核苷酸的分解代謝v 人體內的嘌呤的分解主要在肝、小腸及腎臟中進行。人體內的嘌呤的分解主要在肝、小腸及腎臟中進行。正常人血中尿酸較低，約為正常人血中尿酸較低，約為0.12-0.36mmol/L。當血。當血漿中尿酸高于漿中尿酸高于0.48mmo

6、l/L，尿酸鹽晶體沉積于關節(jié)、，尿酸鹽晶體沉積于關節(jié)、軟組織、軟骨及腎等處，導致關節(jié)炎、尿路結石、腎軟組織、軟骨及腎等處，導致關節(jié)炎、尿路結石、腎疾病，稱痛風癥，進食高嘌呤或惡性腫瘤等均可使尿疾病，稱痛風癥，進食高嘌呤或惡性腫瘤等均可使尿酸含量升高酸含量升高第二節(jié) DNA的生物合成v DNADNA是遺傳信息的儲存者和攜帶者。是遺傳信息的儲存者和攜帶者。v 遺傳信息在遺傳信息在DNADNA中以密碼（堿基排列順序）的形式儲存，中以密碼（堿基排列順序）的形式儲存，表現為特定的核苷酸排列順序。表現為特定的核苷酸排列順序。v 自我復制：自我復制：即即DNADNA可以以自身為模板來合成新的可以以自身為模板

7、來合成新的DNADNA分子，分子，把遺傳信息一代代傳遞下去，從而保證子代和親代在遺傳把遺傳信息一代代傳遞下去，從而保證子代和親代在遺傳上的一致性。上的一致性。第二節(jié) DNA的生物合成v 一、復制一、復制v 二、端粒二、端粒DNADNA的合成的合成v 三、三、DNADNA的逆轉錄的逆轉錄v 四、四、DNADNA突變（突變（DNADNA損傷）和基因多態(tài)性損傷）和基因多態(tài)性一、復制v 復制：復制：遺傳信息以堿基排列順序的方式儲存在遺傳信息以堿基排列順序的方式儲存在DNA分子中，分子中，以親代以親代DNA為模板合成子代為模板合成子代DNA時，即將遺傳信息準確時，即將遺傳信息準確地復制到子代地復制到子代

8、DNA分子上，這一過程稱為復制。分子上，這一過程稱為復制。v 在細胞分裂的過程中，通過在細胞分裂的過程中，通過DNADNA復制把親代細胞所含的遺復制把親代細胞所含的遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞，從而保證子代與親代傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞，從而保證子代與親代在遺傳上的一致性。在遺傳上的一致性。v DNADNA復制方法：復制方法：半保留復制（是半保留復制（是DNADNA特有的生物合成方法）特有的生物合成方法）（一）DNA的半保留復制v 復制依據：復制依據：DNADNA復制時，親代復制時，親代DNADNA的雙螺旋先行解旋和分開，的雙螺旋先行解旋和分開，然后以每條鏈為模板，按照然后以每條鏈為

9、模板，按照堿基配對原則堿基配對原則，在這兩條鏈上，在這兩條鏈上各形成一條互補鏈，這樣便形成了兩個新的子代各形成一條互補鏈，這樣便形成了兩個新的子代DNADNA分子。分子。v 半保留復制：半保留復制：DNADNA在復制時首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩在復制時首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNADNA鏈，這樣新合成的子代鏈，這樣新合成的子代DNADNA分子中一條鏈來自親代分子中一條鏈來自親代DNADNA，另一條鏈是新合成的，這種復制方式為半保留復制。另一條鏈是新合成的，這種復制方式為半保留復制。 v 發(fā)生部

10、位：發(fā)生部位：細胞核、線粒體、葉綠體。細胞核、線粒體、葉綠體。v 參與參與DNADNA復制的酶：復制的酶：DNADNA聚合酶、引物酶、聚合酶、引物酶、DNADNA連接酶。連接酶。DNA的半保留復制DNA的半連續(xù)復制（二）DNA的復制過程v 復制的過程復制的過程v 1.1.復制的起始復制的起始 v 2.RNA2.RNA引物的合成引物的合成v 3.DNA3.DNA鏈的合成鏈的合成 v 4.4.復制的終止復制的終止1.復制起始v 復制起始點：復制起始點：DNADNA的復制都是從某一特定位置開始的，這的復制都是從某一特定位置開始的，這一位置叫復制起始點。該區(qū)域一般富含一位置叫復制起始點。該區(qū)域一般富含

11、A A、T T兩種堿基。兩種堿基。v 復制眼：復制眼：由能識別起始點的單鏈結合蛋白與復制起始點相由能識別起始點的單鏈結合蛋白與復制起始點相結合，然后結合，然后DNADNA雙鏈被解開所形成的雙鏈被解開所形成的“眼眼”狀結構。狀結構。v 復制叉：復制叉：在復制眼的兩端出現的兩個叉狀生長點。在復制眼的兩端出現的兩個叉狀生長點。v 雙向復制：雙向復制：即原核生物從一個固定的起始點上開始，向兩即原核生物從一個固定的起始點上開始，向兩個相反方向進行復制。個相反方向進行復制。v 區(qū)別：區(qū)別：原核生物復制起始點只有一個，真核生物復制起始原核生物復制起始點只有一個，真核生物復制起始點有多個。點有多個。復制起始2

12、.RNA引物的合成v 引物：引物：在每一個復制起始點，在每一個復制起始點，DNADNA的合成必須要一段的合成必須要一段RNARNA作作為引物，即以親代為引物，即以親代DNADNA的單鏈為模板，在引物酶（的單鏈為模板，在引物酶（RNARNA聚合聚合酶）的催化下，合成一段含有酶）的催化下，合成一段含有5050100100個核苷酸的個核苷酸的RNARNA短鏈，短鏈，方向為方向為5353，與親代，與親代DNADNA單鏈成逆向平行。單鏈成逆向平行。3.DNA鏈的合成v 連續(xù)復制連續(xù)復制:v 不連續(xù)復制不連續(xù)復制:v 岡崎片段：岡崎片段：在以在以5353鏈為模板時，在鏈為模板時，在DNADNA聚合酶催化聚

13、合酶催化下所合成的不連續(xù)的下所合成的不連續(xù)的DNADNA小片段小片段( (長度約長度約1000-20001000-2000個核苷個核苷酸酸) )，這些片段根據發(fā)現者命名為岡崎片段。，這些片段根據發(fā)現者命名為岡崎片段。v 前導鏈：前導鏈：在以在以3535鏈為模板時，新生的鏈為模板時，新生的DNADNA以以5353方向連續(xù)合成，這條新生方向連續(xù)合成，這條新生DNADNA鏈稱為前導鏈。鏈稱為前導鏈。v 后隨鏈：后隨鏈：在以在以5353鏈為模板時，新生的鏈為模板時，新生的DNADNA以以3535方向不連續(xù)合成，這條新生方向不連續(xù)合成，這條新生DNADNA鏈稱為后隨鏈鏈稱為后隨鏈（滯后鏈）。（滯后鏈）。

14、DNA的不連續(xù)復制4.復制終止v DNADNA鏈的中斷：鏈的中斷：當新形成的岡崎片段延長至一定長度，其上當新形成的岡崎片段延長至一定長度，其上的的RNARNA引物在核酸酶的催化下，先后被水解切除掉。引物在核酸酶的催化下，先后被水解切除掉。v DNADNA鏈的連接：鏈的連接：引物脫落后所留下的缺口，在引物脫落后所留下的缺口，在DNADNA聚合酶催化聚合酶催化下，用脫氧核苷酸配對填補上，再由下，用脫氧核苷酸配對填補上，再由DNADNA連接酶催化，把各連接酶催化，把各短片段連接起來，并修復摻入短片段連接起來，并修復摻入DNADNA鏈的錯配堿基。鏈的錯配堿基。v 這樣以兩條親代這樣以兩條親代DNADN

15、A鏈為模板，各自形成了一條新的鏈為模板，各自形成了一條新的DNADNA互補互補鏈，構成了兩個鏈，構成了兩個DNADNA雙螺旋分子，每個分子中一條鏈來自親雙螺旋分子，每個分子中一條鏈來自親代代DNADNA，另一條鏈則是新合成的。，另一條鏈則是新合成的。端粒是短的多重復的非轉錄序列（端粒是短的多重復的非轉錄序列（TTAGGGTTAGGG）及一些結合蛋）及一些結合蛋白組成特殊結構，除了提供非轉錄白組成特殊結構，除了提供非轉錄DNADNA的緩沖物外，它還能的緩沖物外，它還能保護染色體末端免于融合和退化，在染色體定位、復制、保護染色體末端免于融合和退化，在染色體定位、復制、保護和控制細胞生長及壽命方面具

16、有重要作用，并與細胞保護和控制細胞生長及壽命方面具有重要作用，并與細胞凋亡、細胞轉化和永生化密切相關。凋亡、細胞轉化和永生化密切相關。當當細胞分裂細胞分裂一次，每條染色體的端粒就會逐次變短一些，一次，每條染色體的端粒就會逐次變短一些，構成端粒的一部分構成端粒的一部分基因基因約約5050200200個個核苷酸核苷酸會因多次細胞分會因多次細胞分裂而不能達到完全復制（丟失），以至細胞終止其功能不裂而不能達到完全復制（丟失），以至細胞終止其功能不再分裂。因此，嚴重縮短的端粒是細胞老化的信號。在某再分裂。因此，嚴重縮短的端粒是細胞老化的信號。在某些需要無限復制循環(huán)的細胞中，端粒的長度在每次細胞分些需要無

17、限復制循環(huán)的細胞中，端粒的長度在每次細胞分裂后被能合成端粒的特殊性裂后被能合成端粒的特殊性DNADNA聚合酶聚合酶- -端粒酶所保留。端粒酶所保留。端粒端粒端粒端粒酶酶端粒端粒酶酶五百歐元測壽命五百歐元測壽命 “生命長度生命長度”起爭議起爭議端粒的長度是生物學年齡的一個完美的顯示器，對其進行測試可以在一定程對其進行測試可以在一定程度上預知一個人的壽命，但由此也會引發(fā)包括倫理學爭議在內的一系列問題。度上預知一個人的壽命，但由此也會引發(fā)包括倫理學爭議在內的一系列問題。1.1.逆向轉錄逆向轉錄2.2.逆轉錄酶：逆轉錄酶：催化逆轉錄反應的酶。催化逆轉錄反應的酶。3.3.病毒逆轉錄的過程：病毒逆轉錄的過

18、程： 以病毒以病毒RNARNA為模板，在逆轉錄酶和為模板，在逆轉錄酶和tRNAtRNA引物的作用下，引物的作用下，合成合成RNA-DNARNA-DNA雜合鏈，隨后以新合成的雜合鏈，隨后以新合成的DNADNA鏈為模板形成鏈為模板形成DNA-DNADNA-DNA雙鏈，同時降解釋放出雙鏈，同時降解釋放出RNARNA鏈；鏈； 新合成的新合成的DNADNA雙鏈轉入細胞核內，進入宿主細胞，并隨雙鏈轉入細胞核內，進入宿主細胞，并隨寄主寄主DNADNA一起復制傳遞至子代細胞。一起復制傳遞至子代細胞。 以以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA，這與通常轉錄過程中遺傳這與通常轉錄過程中遺傳信息從信息從DN

19、ADNA到到RNARNA的方向相的方向相反，故稱為逆轉錄作用。反，故稱為逆轉錄作用。v 突變突變：DNADNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導致分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導致DNADNA的復制以及后來的轉錄和翻譯產物隨之發(fā)生變化，表現出異常的復制以及后來的轉錄和翻譯產物隨之發(fā)生變化，表現出異常的遺傳特性，稱為的遺傳特性，稱為DNADNA的突變。的突變。v 突變的方式：突變的方式： 1.1.堿基置換突變：堿基置換突變：由一個錯誤的堿基對替代一個正確的堿基對的由一個錯誤的堿基對替代一個正確的堿基對的突變叫堿基置換突變。突變叫堿基置換突變。 2.2.插入突變：插入突變

20、：基因中插入一個或幾個堿基對，會使基因中插入一個或幾個堿基對，會使DNADNA的閱讀框架的閱讀框架（讀碼框）發(fā)生改變，導致插入之后的所有密碼子都跟著發(fā)生變（讀碼框）發(fā)生改變，導致插入之后的所有密碼子都跟著發(fā)生變化，結果產生一種異常的多肽鏈?；?，結果產生一種異常的多肽鏈。 3.3.缺失突變：缺失突變：基因中缺失一個或幾個堿基對，會使基因中缺失一個或幾個堿基對，會使DNADNA的閱讀框架的閱讀框架（讀碼框）發(fā)生改變，導致缺失部位之后的所有密碼子都跟著發(fā)（讀碼框）發(fā)生改變，導致缺失部位之后的所有密碼子都跟著發(fā)生變化，結果產生一種異常的多肽鏈。生變化，結果產生一種異常的多肽鏈。 DNA突變的類型 -T

21、-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉換轉換 -T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入插入A -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失T野生型基因野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換顛換堿基對的置換堿基對的置換移碼突變移碼突變v自發(fā)突變：自發(fā)突變：在自然條

22、件下發(fā)生的，由生物體內固在自然條件下發(fā)生的，由生物體內固有的誘變劑引發(fā)的突變叫自發(fā)突變。有的誘變劑引發(fā)的突變叫自發(fā)突變。v誘發(fā)突變：誘發(fā)突變：由人工利用物理因素或化學藥劑誘發(fā)由人工利用物理因素或化學藥劑誘發(fā)的突變叫誘發(fā)突變。的突變叫誘發(fā)突變。 v誘變劑：誘變劑：凡能提高突變率的任何理化因子都可稱凡能提高突變率的任何理化因子都可稱為誘變劑。為誘變劑。v常見的誘變劑：常見的誘變劑：堿基類似物、亞硝酸、羥胺、紫堿基類似物、亞硝酸、羥胺、紫外線、外線、 X X 射線、射線、射線、熱處理等，還有一些射線、熱處理等，還有一些來自于其他微生物的來自于其他微生物的 DNA DNA 片段、轉座子等生物因片段、轉

23、座子等生物因子等都可誘發(fā)突變。子等都可誘發(fā)突變。五、DNA的損傷與修復v DNADNA分子的損傷：分子的損傷：由于復制差錯或某些理化因子，如紫外線、由于復制差錯或某些理化因子，如紫外線、電離輻射和化學誘變劑等，引起生物突變和致死的作用，造電離輻射和化學誘變劑等，引起生物突變和致死的作用，造成成DNADNA分子結構和功能的破壞，稱為分子結構和功能的破壞，稱為DNADNA分子的損傷。分子的損傷。v 紫外線對紫外線對DNADNA分子損傷機理分子損傷機理：紫外線主要作用在紫外線主要作用在DNADNA上上, ,因為因為用波長用波長260nm260nm紫外線照射細菌時紫外線照射細菌時, ,殺菌率和誘變率都

24、有最強殺菌率和誘變率都有最強, ,而這個波長正是而這個波長正是DNADNA的吸收峰。紫外線照射后使同一鏈上的的吸收峰。紫外線照射后使同一鏈上的兩個鄰接嘧啶核苷酸的共價聯結兩個鄰接嘧啶核苷酸的共價聯結, ,形成胸嘧啶二聚體（形成胸嘧啶二聚體（TTTT）、）、胞嘧啶二聚體腺胞嘧啶二聚體腺(CC(CC）以及胞嘧啶和胸嘧啶二聚體（）以及胞嘧啶和胸嘧啶二聚體（CTCT）。）。這些嘧啶二聚體使雙螺的兩鏈的鍵減弱，使這些嘧啶二聚體使雙螺的兩鏈的鍵減弱，使DNADNA結構局部變結構局部變形，嚴重影響照射后形，嚴重影響照射后DNADNA的復制和轉錄。的復制和轉錄。 DNA損傷修復的途徑v （1 1）光修復：）光

25、修復：在損傷部位就地修復；在損傷部位就地修復；v （2 2）切除修復：）切除修復：取代損傷部位；取代損傷部位；v （3 3）重組修復：）重組修復：越過損傷部位而進行修復。越過損傷部位而進行修復。光修復v 細菌經紫外線照射后，細胞內的光復合酶與紫外線照射所形細菌經紫外線照射后，細胞內的光復合酶與紫外線照射所形成的嘧啶二聚體結合，形成酶和成的嘧啶二聚體結合，形成酶和DNA DNA 的復合物，但不能解開的復合物，但不能解開二聚體。二聚體。v 修復機理：修復機理：這時用可見光照射，使光復活酶激活，并利用可這時用可見光照射，使光復活酶激活，并利用可見光提供的能量，使二聚體解開成為單體，同時酶從復合物見光

26、提供的能量，使二聚體解開成為單體，同時酶從復合物中釋放出來，使中釋放出來，使DNADNA恢復正常。恢復正常。v 局限性：局限性：是一種高度專一的修復形式，只分解由于是一種高度專一的修復形式，只分解由于UVUV照射而照射而形成的嘧啶二聚體。形成的嘧啶二聚體。切除修復（暗修復）v 這是一種比較普遍的修復機制，該修復過程具有更重要的這是一種比較普遍的修復機制，該修復過程具有更重要的意義，它并不表示修復過程只在黑暗中進行，而只是說，意義，它并不表示修復過程只在黑暗中進行，而只是說，光不起任何作用。光不起任何作用。v 切除修復：切除修復：即在一系列酶的作用下，將即在一系列酶的作用下，將DNADNA分子中

27、受損傷分子中受損傷的含的含 有二聚體的有二聚體的DNA DNA 部分切除掉，然后通過新的核苷酸部分切除掉，然后通過新的核苷酸鏈的再合成切去的部分，所以又叫做切除修復鏈的再合成切去的部分，所以又叫做切除修復 。v 切除修復方式切除修復方式：一是先補后切，一是先切后補。：一是先補后切，一是先切后補。重組修復（復制后修復）v 重組修復：重組修復：受損傷的受損傷的DNADNA在進行復制時，跳過損傷部位，在進行復制時，跳過損傷部位，在子代在子代DNADNA鏈與損傷相對應部位出現缺口。通過分子間重鏈與損傷相對應部位出現缺口。通過分子間重組，從完整的母鏈上將相應的堿基順序片段移至子鏈的缺組，從完整的母鏈上將

28、相應的堿基順序片段移至子鏈的缺口處，然后再用口處，然后再用DNADNA聚合酶和連接酶作用修復母鏈的空缺，聚合酶和連接酶作用修復母鏈的空缺，此過程即重組修復。此過程即重組修復。第三節(jié) RNA的生物合成v 一、一、RNARNA的轉錄的轉錄v 二、轉錄后加工二、轉錄后加工v 三、三、RNARNA的復制的復制一、RNA的轉錄v 轉錄：轉錄：在生物細胞內以在生物細胞內以DNADNA為模板合成與為模板合成與DNADNA某段核苷酸順序某段核苷酸順序相對應的相對應的RNARNA分子，將遺傳信息傳遞到分子，將遺傳信息傳遞到RNARNA分子的過程，稱為分子的過程，稱為轉錄。轉錄。v 轉錄的不對稱性：轉錄的不對稱性

29、：在轉錄過程中，在轉錄過程中，DNADNA的二條鏈中僅有一條的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉錄的模板，這稱為轉錄的不對稱性。鏈可作為轉錄的模板，這稱為轉錄的不對稱性。v 模板鏈：模板鏈：在轉錄過程中，在轉錄過程中，DNADNA的二條鏈中用作模板的鏈稱為的二條鏈中用作模板的鏈稱為模板鏈或反意義鏈。模板鏈或反意義鏈。v 編碼鏈：編碼鏈：模板鏈互補的另一條鏈稱為編碼鏈或有意義鏈。模板鏈互補的另一條鏈稱為編碼鏈或有意義鏈。v 轉錄方向：轉錄方向：即即RNARNA延伸方向延伸方向5353v 轉錄部位：轉錄部位： 原核生物原核生物在含有在含有DNADNA的擬核區(qū)的擬核區(qū) 真核生物真核生物在細胞核（在細胞核（m

30、RNAmRNA和和tRNAtRNA在核質中，在核質中，rRNArRNA在核仁中在核仁中) )v 編碼鏈編碼鏈5-CCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTTTGAACAAAA-3 5-CCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTTTGAACAAAA-3 v 模板鏈模板鏈3-GGTCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAAACTTGTTTT-53-GGTCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAAACTTGTTTT-5v RNARNA鏈鏈 5-CCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUUUUUUOH35-CCAGCCCGCCUAAUGAGCGG

31、GCUUUUUUUUOH3RNA的轉錄過程v 1.1.轉錄的起動轉錄的起動v 2.RNA2.RNA鏈的延長鏈的延長v 3.3.轉錄的終止轉錄的終止1.轉錄的起動v 與與DNADNA合成的區(qū)別之一：合成的區(qū)別之一：RNARNA的合成不需要引物。的合成不需要引物。v 轉錄起始點的識別：轉錄起始點的識別：全酶中的全酶中的亞基會選擇正確的起點，亞基會選擇正確的起點，RNARNA聚合酶先與聚合酶先與DNADNA模板上的特殊啟動子部位結合，使模板上的特殊啟動子部位結合，使DNADNA雙雙鏈打開。鏈打開。v 三元起始復合物：三元起始復合物：第一個核苷三磷酸結合到轉錄起始位點，第一個核苷三磷酸結合到轉錄起始位

32、點，便形成了啟動子、全酶和核苷三磷酸復合物稱為三元起始復便形成了啟動子、全酶和核苷三磷酸復合物稱為三元起始復合物，第一個核苷酸摻入的位置稱為轉錄起始點。這時合物，第一個核苷酸摻入的位置稱為轉錄起始點。這時亞亞基被釋放脫離核心酶?；会尫琶撾x核心酶。v 磷酸二酯鍵形成：磷酸二酯鍵形成：第二個核苷酸進入，連接到第一個核苷酸第二個核苷酸進入，連接到第一個核苷酸的的33羥基上，形成了第一個羥基上，形成了第一個3 35 5- -磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。2.RNA鏈的延長v 從起始到延伸的轉變過程，核心酶與從起始到延伸的轉變過程，核心酶與DNADNA的結合松弛，核的結合松弛，核心酶可沿模板移動，并按模板序

33、列選擇下一個核苷酸，將心酶可沿模板移動，并按模板序列選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的核苷三磷酸加到生長的RNARNA鏈的鏈的3-OH3-OH端，催化形成磷酸端，催化形成磷酸二酯鍵。二酯鍵。v 轉錄延伸方向：轉錄延伸方向：沿沿DNADNA模板鏈的模板鏈的3535方向按堿基配對方向按堿基配對原則向原則向5353方向延長。方向延長。 v 原料：原料：ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTP4UTP4種三磷酸核苷酸種三磷酸核苷酸3.轉錄的終止v 終止子：終止子：在在DNADNA分子上具有使分子上具有使RNARNA聚合酶停止合成聚合酶停止合成RNARNA和釋和釋放放RNARNA鏈的特殊堿

34、基順序稱為終止子。鏈的特殊堿基順序稱為終止子。v 這些終止信號有的能被這些終止信號有的能被RNARNA聚合酶自身識別，而有的則需聚合酶自身識別，而有的則需要有要有因子的幫助。因子的幫助。 v 因子：因子：一個分子量很大的四聚體蛋白質，它能與一個分子量很大的四聚體蛋白質，它能與RNARNA聚聚合酶結合但不是酶的組分。它的合酶結合但不是酶的組分。它的作用作用是識別終止信號并阻是識別終止信號并阻止止RNARNA聚合酶向前移動，于是轉錄終止，并釋放出已轉錄聚合酶向前移動，于是轉錄終止，并釋放出已轉錄完成的完成的RNARNA鏈。鏈。 二、轉錄后加工 v 轉錄后加工：轉錄后加工：在轉錄中新合成的在轉錄中新

35、合成的RNARNA往往是較大的前體分子，往往是較大的前體分子，需要經過進一步的加工修飾，才轉變?yōu)榫哂猩飳W活性的、需要經過進一步的加工修飾，才轉變?yōu)榫哂猩飳W活性的、成熟的成熟的RNARNA分子，這一過程稱為轉錄后加工。分子，這一過程稱為轉錄后加工。 rRNA前體的加工v 1.1.剪切作用：剪切作用：需核酸酶參與。需核酸酶參與。v 2.2.甲基化修飾：甲基化修飾：修飾在堿基上。修飾在堿基上。v 3.3.自我剪接：自我剪接：一種核酶的作用。一種核酶的作用。tRNA前體的加工v 1.1.切除多余的核苷酸：切除多余的核苷酸：RNase RNase 切除切除5 5 端和端和33端多余的端多余的核苷酸；

36、核苷酸；v 2. 32. 3末端加末端加-CCA-CCA：在核苷酸基轉移酶催化下完成在核苷酸基轉移酶催化下完成33末末端添加端添加CCACCA。v 3.3.修飾修飾: : 修飾包括甲基化修飾包括甲基化, ,脫氨基脫氨基, ,還原反應等。還原反應等。mRNA前體的加工v 原核生物原核生物mRNAmRNA前體的加工：前體的加工：原核生物轉錄生成的初級轉錄本原核生物轉錄生成的初級轉錄本mRNAmRNA不需經過不需經過復雜的加工就表現有活性。復雜的加工就表現有活性。 v 真核生物真核生物mRNAmRNA前體的加工：前體的加工：要經過較復雜的過程，包括要經過較復雜的過程，包括 55末端加帽：在甲基轉移酶

37、作用下，由腺苷蛋氨酸末端加帽：在甲基轉移酶作用下，由腺苷蛋氨酸(SAM)(SAM)提供甲基，在鳥提供甲基，在鳥嘌呤的嘌呤的N-7N-7上甲基化，然后在連接于鳥苷酸的第一個（或第二個）核苷酸上甲基化，然后在連接于鳥苷酸的第一個（或第二個）核苷酸2 2OHOH上又進行甲基化，最后成為上又進行甲基化，最后成為m7GpppNmpm7GpppNmp，這就是帽子生成。，這就是帽子生成。 33端加尾：是先要在端加尾：是先要在mRNAmRNA前體的前體的33末端末端11113030核苷酸處有一段核苷酸處有一段AAUAAAAUAA保保守序列，核酸內切酶催化切除多余的核苷酸。隨后，在多聚守序列，核酸內切酶催化切除

38、多余的核苷酸。隨后，在多聚A A聚合酶催化下，聚合酶催化下，發(fā)生聚合反應形成了發(fā)生聚合反應形成了33末端多聚末端多聚A A尾。尾。 剪接作用：在核酸內切酶作用下剪切掉內含子；然后在連接酶作用下，將剪接作用：在核酸內切酶作用下剪切掉內含子；然后在連接酶作用下，將外顯子各部分連接起來，成為成熟的外顯子各部分連接起來，成為成熟的mRNAmRNA。 核苷酸編輯：即在轉錄產物中插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，生成具核苷酸編輯：即在轉錄產物中插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，生成具有正確翻譯功能的模板，有正確翻譯功能的模板， 甲基化修飾。甲基化修飾。三、RNA的復制v RNARNA的復制：的復制：RNARN

39、A病毒的遺傳信息全部儲存在病毒的遺傳信息全部儲存在RNARNA分子中，分子中， 它能通過復制合成與其自身相同的分子，這種以它能通過復制合成與其自身相同的分子，這種以RNARNA作為作為模板復制模板復制RNARNA分子的過程稱為分子的過程稱為RNARNA的復制。的復制。v 噬菌體噬菌體RNARNA的復制：的復制：v RNARNA病毒的繁殖方式：病毒的繁殖方式：v 一是以病毒一是以病毒RNARNA直接作為復制的模板；直接作為復制的模板；v 二是以病毒二是以病毒RNARNA為逆轉錄為為逆轉錄為DNADNA，然后從，然后從DNADNA轉錄出病毒轉錄出病毒RNARNA。比較轉錄和復制的異同點 v 相同點

40、：相同點：都以都以DNADNA為模板；遵循堿基互補配對原則。為模板；遵循堿基互補配對原則。 不同點：不同點： 1.1.模板不同：模板不同：轉錄以轉錄以DNADNA單鏈為模版而復制以雙鏈為模板單鏈為模版而復制以雙鏈為模板 2.2.底物不同：底物不同：復制是復制是dATPdATP、dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP轉錄，轉錄，ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP 3.3.引物不同：引物不同：轉錄無引物；復制以一段特異的轉錄無引物；復制以一段特異的RNARNA為引物為引物 4.4.酶體系不同：酶體系不同：轉錄用的是轉錄用的是RNARNA聚合酶，復制用的是聚合酶，復

41、制用的是DNADNA聚合酶、聚合酶、引物酶和引物酶和DNADNA連接酶。連接酶。5.5.堿基配對不完全一樣：堿基配對不完全一樣：轉錄中轉錄中A A對對U U，而復制中，而復制中A A對對T T第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成一、參與蛋白質生物合成的主要物質一、參與蛋白質生物合成的主要物質二、蛋白質的合成過程二、蛋白質的合成過程 蛋白質的生物合成過程就是將蛋白質的生物合成過程就是將mRNA分子中分子中由由堿基序列堿基序列組成的遺傳信息，通過組成的遺傳信息，通過遺傳密碼遺傳密碼破譯的破譯的方式轉變成為蛋白質中的方式轉變成為蛋白質中的氨基酸排列順序氨基酸排列順序，因而稱，因而稱為翻譯（

42、為翻譯（translation)。l 20種氨基酸作為原料種氨基酸作為原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、無機離子、無機離子l 三種三種RNA mRNA rRNA tRNA一、參與蛋白質生物合成的主要物質一、參與蛋白質生物合成的主要物質1、mRNA是指導蛋白質合成的直接模版是指導蛋白質合成的直接模版2、tRNA既是氨基酸的轉運工具又是讀碼器既是氨基酸的轉運工具又是讀碼器3、核糖體是合成蛋白質的機器、核糖體是合成蛋白質的機器二、蛋白質的合成過程二、蛋白質的合成過程翻譯起始翻譯起始翻譯延長翻譯延長翻譯終止翻譯終止一、概述一、概述二、真核生物基因表達調控二、真

43、核生物基因表達調控第五節(jié) 基因表達調控56一、概一、概 述述1、基因表達：、基因表達：指基因經過轉錄、翻譯等一系列復雜過程，產生具指基因經過轉錄、翻譯等一系列復雜過程，產生具有特異生物學功能的蛋白質分子或有特異生物學功能的蛋白質分子或RNA產物的過程。產物的過程。中心法則中心法則57v 在不同時期和不同條件下基因表達的開啟或關閉以及基在不同時期和不同條件下基因表達的開啟或關閉以及基因活性的增加或減弱等，是受到調節(jié)的。因活性的增加或減弱等，是受到調節(jié)的。v 不論是真核還是原核生物都有基因表達調控機制。指揮不論是真核還是原核生物都有基因表達調控機制。指揮基因調控的信號基因調控的信號 原核生物：營養(yǎng)

44、狀況、環(huán)境因素。原核生物：營養(yǎng)狀況、環(huán)境因素。 真核生物：激素水平、發(fā)育階段。真核生物：激素水平、發(fā)育階段。v 基因表達調控的時間性和空間性基因表達調控的時間性和空間性2、基因表達的調控、基因表達的調控581）順式作用元件）順式作用元件 與相關基因處于同一與相關基因處于同一DNA分子上，能起調控作用的分子上，能起調控作用的DNA序列序列，一般不轉錄任何產物。，一般不轉錄任何產物。 如：啟動子、增強子、終止子、衰減子等如：啟動子、增強子、終止子、衰減子等2）反式作用因子）反式作用因子 一個基因的產物（如蛋白質或一個基因的產物（如蛋白質或RNA）如對另一個基因的）如對另一個基因的表達具有調控作用，

45、則被稱為反式作用因子。表達具有調控作用，則被稱為反式作用因子。3、基因表達調控的元件和作用方式、基因表達調控的元件和作用方式593）調控方式）調控方式v順式調控和反式調控順式調控和反式調控v正調控和負調控正調控和負調控 負調控：調節(jié)蛋白是阻遏蛋白負調控：調節(jié)蛋白是阻遏蛋白 無調節(jié)蛋白時，基因是表達的，加入調節(jié)蛋白，基因活性被關閉。無調節(jié)蛋白時，基因是表達的，加入調節(jié)蛋白，基因活性被關閉。 正調控：調節(jié)蛋白是激活蛋白正調控：調節(jié)蛋白是激活蛋白 無調節(jié)蛋白時，基因是關閉的，加入調節(jié)蛋白，基因活性被開啟。無調節(jié)蛋白時，基因是關閉的，加入調節(jié)蛋白，基因活性被開啟。 604、原核生物和真核生物的基因表達調控策略、原核生物和真核生物的基因表達調控策略v原核生物的基因調控原核生物的基因調控 取決于環(huán)境因素及細胞對環(huán)境條件的適應取決于環(huán)境因素及細胞對環(huán)境條件的適應 在在DNA、轉錄和翻譯三個水平上進行、轉錄和翻譯三個水平上進行 操縱子操縱子原核生物轉錄調控的主要方式原核生物轉錄調控的主要方式n真核生物的基因調控真核生物的基因調控n比原核生物復雜得多（多細胞生物）比原核生物復雜得多（多細胞生物）n基因表達調控貫穿于基因表達調控貫穿于DNA到有功能蛋白質的全過程到有功能蛋白質