第八章 核酸和蛋白質(zhì)的生物合成50

第八章核酸和蛋白質(zhì)的生物合成YOURLOGO化學(xué)實驗、公開課、教師說課、教學(xué)培訓(xùn)PPT模板知識目標(biāo)?掌握基本概念：中心法則、遺傳密碼、半保留復(fù)制,

轉(zhuǎn)錄等?掌握RNA在蛋白質(zhì)合成中的功能。?了解參與DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)生物合成的酶．?理解蛋白質(zhì)合成的幾個過程。第一節(jié)DNA的生物合成一、半保留復(fù)制DNA的生物合成主要是以復(fù)制的方式進行的。所謂復(fù)制，就是以親代DNA分子為模板，按照堿基配對原則，形成與親代DNA分子完全相同的兩個子代DNA分子的過程。(一)DNA半保留復(fù)制的含義一、半保留復(fù)制DNA的生物合成主要是以復(fù)制的方式進行的。所謂復(fù)制，就是以親代DNA分子為模板，按照堿基配對原則，形成與親代DNA分子完全相同的兩個子代DNA分子的過程。（二）參與DNA復(fù)制的酶類1.DNA聚合酶一、半保留復(fù)制（二）參與DNA復(fù)制的酶類2.引物酶由于DNA聚合酶不能自己從頭合成DNA鏈，在DNA復(fù)制過程中需要先合成一小段RNA片段作為引物，這種短RNA引物片段一般由十幾個至數(shù)十個核苷酸構(gòu)成。一、半保留復(fù)制（二）參與DNA復(fù)制的酶類3.DNA連接連接酶是在DNA合成中催化相鄰的DNA片段形成3‘,5’－磷酸二酯而相連的酶，此酶催化需要ATP供能。一、半保留復(fù)制（二）參與DNA復(fù)制的酶類4.拓撲異構(gòu)酶、解鏈酶5.其他參與復(fù)制的因子一、半保留復(fù)制（三）DNA復(fù)制的過程復(fù)制的起始DNA的復(fù)制有固定的起始位點，稱為復(fù)制原點。一、半保留復(fù)制（三）DNA復(fù)制的過程3.RNA引物的水解DNA片段合成至一定長度后，鏈中的RNA引物即被核酸酶消解而切掉。此時出現(xiàn)的缺口由DNA片段的繼續(xù)延長而填補。一、半保留復(fù)制（三）DNA復(fù)制的過程4.完整DNA分子的形成隨從鏈中相鄰的兩個DNA片段在DNA連接酶的作用下形成3`，5‘一磷酸酯鍵連接起來形成長鏈，并與其對應(yīng)的模板DNA鏈干起生成子代雙螺旋DNA，即完整的DNA分子。一、半保留復(fù)制（四）DNA復(fù)制的高保真性復(fù)制按照堿基配對規(guī)律進行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。二、DNA的損傷與修復(fù)DNA的復(fù)制可能發(fā)生自發(fā)突變，引起生物體的變異。除此之外，某些理化因素或病毒也常能引起DNA分子的突變，如電離輻射、紫外線、化學(xué)誘變劑、致癌病毒等。三、DNA的突變根據(jù)發(fā)生突變的堿基變化，可分為以下兩種方式。堿基對的置換是指由于堿基對的置換或者一個或多個堿基的增加或減少而引起的突變：分為點突變、堿基插入和堿基缺失。2.移碼突變是指由堿基的缺失或插入造成閱讀框架的改變。見圖8.40第二節(jié)RNA的生物合成一.RNA的轉(zhuǎn)錄以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是生物界RNA合成的主要方式，是遺傳信息由DNA向RNA傳遞的過程。一.RNA的轉(zhuǎn)錄（二）DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶真核和原核細胞內(nèi)都存在有DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶.1.RNA聚合酶的特點2.生物RNA聚合酶3.真核生物RNA聚合酶一.RNA的轉(zhuǎn)錄（三）RNA轉(zhuǎn)錄的過程RNA轉(zhuǎn)錄的主要過程可分為識別與起始飛,延長、終止3個階段。一.RNA的轉(zhuǎn)錄（四）RNA轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾轉(zhuǎn)錄的RNA通常是不成熟的無功能的RNA前體分子，因此，轉(zhuǎn)錄后常需要進行加工修飾，使之成為成熟的有活性的RNA分子，這一過程也稱為RNA的成熟過程。各種RNA轉(zhuǎn)錄后加工修飾過程各有其特點。1.mRNA的加工修飾一.RNA的轉(zhuǎn)錄（四）RNA轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾2.rRNA加工修飾原核生物rRNA轉(zhuǎn)錄后加工，包括以下幾方面：①rRNA被大腸桿菌核酸酶剪切成一定長度的rRNA分子。②rRNA在修飾酶催化下進行堿基修飾。③rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體的大、小亞基。一.RNA的轉(zhuǎn)錄（四）RNA轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾3.tRNA加工修飾tRNA的加工成熟過程較為復(fù)雜，包括剪接修飾、核苷酸修飾與3＇末端連接－CCA結(jié)構(gòu)修飾等。二、RNA的復(fù)制以DNA為模板合成RNA是生物界RNA合成的主要方式，但某些病毒、噬菌體的遺傳信息貯存在RNA分子中，當(dāng)它們進入宿主細胞后，會產(chǎn)生一種特殊的RNA復(fù)制酶，這種酶稱為RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶。在病毒RNA指導(dǎo)下合成新的RNA，稱為RNA的復(fù)制。第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成一、蛋白質(zhì)合成的“中心法則”在子代細胞的生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA,再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代RNA相似的遺傳特征，這種生物遺傳信息的傳飛者遞規(guī)律稱為“中心法則”（圖8.5）。二、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

（一）mRNA在蛋白質(zhì)合成申的主要功能遺傳密碼的概念mRNA以它分子中的核苷酸排列順序攜帶從DNA傳遞來的遺傳信息，作為蛋白質(zhì)生物合成的模板，決定蛋白質(zhì)分子中的氨基酸排列順序?？茖W(xué)家們設(shè)計了十分出色的遺傳學(xué)和生物化學(xué)實驗，于1966年編排出了遺傳密碼表（表8.2）。二、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

2.遺傳密碼的特征遺傳密碼的特征可歸納為以下幾點。(1）起始密碼與終止密碼：(2）密碼子的連續(xù)性(3）密碼的簡并性：(4）密碼的通用性：(5）密碼的擺動性：二、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

（二）tRNA在蛋白質(zhì)合成中的主要功能tRNA在蛋白質(zhì)生物合成過程中起關(guān)鍵作用。mRNA攜帶的遺傳信息被翻譯成蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)，但是mRNA分子與氨基酸分子之間并無直接的對應(yīng)關(guān)系。二、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

（三〉核糖核蛋白的主要功能rRNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。核糖體可分為兩類：一類附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要參與白蛋白、膜島素等分泌性蛋白質(zhì)的合成；另一類游離于胞漿，主要參與細胞固有蛋白質(zhì)的合成。三、蛋白質(zhì)合成的過程（一）氨基酸的活化氨基酸活化是指使氨基酸的羧基與tRNA3‘末端核糖上的2’或3－羧基形成酯鍵，從而生成氨基酰－tRNA的過程。三、蛋白質(zhì)合成的過程（二）肽鏈合成的起始原核生物蛋白的合成的起始是由Mrna,核糖體的30S亞基和甲酰甲硫銨酰-tRNA結(jié)合.三、蛋白質(zhì)合成的過程（三）肽鏈延伸1.氨基酰-tRNA進入A位三、蛋白質(zhì)合成的過程（三）肽鏈延伸2.肽鍵的形成當(dāng)氨基酰－tRNA占據(jù)A位后，原來結(jié)合在P位fMet-tRNAr便將其活化的甲酰甲硫氨酸部分轉(zhuǎn)移到A位的氨基因先一tRNA的氨基上，以氨酰鍵（肽鍵）連接起來形成二肽?；籺RNA。三、蛋白質(zhì)合成的過程（三）肽鏈延伸3.移位移位是指核糖體沿mRNA(5＇→3＇）做相對移動。每次移動的距離為一個密碼子的位置。三、蛋白質(zhì)合成的過程（四）合成終止當(dāng)mRNA的終止密碼子（UAA、UGA或UAG）進入核糖體的A位時，由于它們不為任何氨基酸編碼所以也不為任何氨基酰－tRNA所識別因而沒氨基酰－tRNA進入A位與之結(jié)合。四、翻譯后的加工新合成膚鏈多數(shù)是沒有生物活性的，必須經(jīng)過加工過程才能成為有生物活性的蛋白質(zhì)分子。加工的方式有以下幾種。(1）在細菌蛋白質(zhì)中的起始氨基酸上的甲?；擅摷柞Ｃ复呋獾簦袝r還要由氨肽酶從N端切去一個或幾個氨基酸。(2）通過兩個半脫氨酸上的－SH脫氫而形成二硫鍵。(3）某些氨基側(cè)鏈需要修飾，如糖蛋白中絲氨酸、天冬氨酸和蘇氨酸的側(cè)鏈上連接多糖等。(4）有些膚鏈要蛋白酶的水解才能成為功能性蛋白質(zhì)分子，如膜島素原變成胰島素等。五、基因表達的調(diào)控操縱子模式是原核生物基因表達調(diào)控的重要方式。所謂操縱子是指原核生物基因的一個表達調(diào)控序列，它包括參與同一代謝途徑的幾個酶的基因，編碼在一起形成的一個特殊轉(zhuǎn)錄單位（統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)基因）和在結(jié)構(gòu)基因前面的調(diào)節(jié)基因、操縱基因及其他一些調(diào)控序列。這是一個典型的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控模式（圖8.10）。五、基因表達的調(diào)控（一)乳糖操縱子乳糖操縱子這是研究得最清楚的一種是典型的誘導(dǎo)型操縱子。人們很早就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大腸桿菌在葡萄糖培養(yǎng)基中生長時，它不能代謝乳糖。五、基因表達的調(diào)控（二）阿拉伯操縱子這是一個利用同一調(diào)節(jié)蛋白的不同結(jié)構(gòu)形式活化和抑制操縱子的調(diào)控方式。阿拉伯糖操縱子除結(jié)構(gòu)基因外，也包括調(diào)節(jié)基因、操縱基因和啟動子。五、基因表達的調(diào)控（三)色氨酸操縱子色氨酸操縱子是由操縱基因（O）、啟動基因（P）與為合成色氨酸的5個酶（E、D,C,B,A）編碼的結(jié)構(gòu)基因組成。當(dāng)色氨酸水平很低時，色氨酸－阻遏物復(fù)合體解體，阻遏消除，轉(zhuǎn)錄被開放，合成色氨酸（圖8.13）。拓展與應(yīng)用生物工程技術(shù)簡介一、基因工程基因工程（geneticengineering）又稱基因拼接技術(shù)和DND重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來源的基因按預(yù)先的設(shè)計在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)人活細胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種的一種技術(shù)。拓展與應(yīng)用生物工程技術(shù)簡介一、基因工程1.DNA重組技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)(1）目的基因：(2）載體：(3）工具酶:拓展與應(yīng)用生物工程技術(shù)簡介一、基因工程2.DNA重組技術(shù)的一般操作步驟,一個典型的DNA重組包括五個步驟。(1）目的基因的獲取(2)DNA分子的體外重組:(3)DNA重組體的導(dǎo)人：(4）受體細胞的篩選(5）基因表達：拓展與應(yīng)用生物工程技術(shù)簡介繁育優(yōu)良品種目前，人工授精、胚胎移植等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)。精液和胚胎的液氮超低溫（-196℃）保存技術(shù)的綜合使用，使優(yōu)良公畜、禽的交配數(shù)與交配范圍大為擴展，并且突破了動物交配的季節(jié)限制。拓展與應(yīng)用生物工程技術(shù)簡介2.臨床醫(yī)學(xué)與藥物自1975年英國劍橋大學(xué)的科學(xué)家利用動物細胞融合技術(shù)首次獲得單克隆抗體以來許多人類無能為力的病毒性疾病遇到了克星。拓展與應(yīng)用生物工程技術(shù)簡介三、發(fā)酵工程。現(xiàn)代的發(fā)酵工程，又叫微生物工程。它是指采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定的功能為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程。拓展與應(yīng)用生物工程技術(shù)簡介四、酶工程酶工程是指利用酶細胞或細胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應(yīng)裝置和通過一定的工藝手段生產(chǎn)出人類所需要產(chǎn)品的技術(shù)。它是酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新技術(shù)。酶工程可以分為