生物化學(xué) 課件 第11章 基因信息的傳遞與表達(dá)

第十一章基因信息的傳遞與表達(dá)具有遺傳效應(yīng)的DNA或者RNA序列稱為基因（gene）?；蚓幋a的生物活性產(chǎn)物包括RNA和蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要執(zhí)行者。

轉(zhuǎn)錄

翻譯

復(fù)制DNARNA蛋白質(zhì)

逆轉(zhuǎn)錄

中心法則(thecentraldogma)第一節(jié)DNA的生物合成(復(fù)制)

DNA的生物合成復(fù)制(replication)：是以親代DNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則將遺傳信息傳遞給子代DNA的過程。復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄

復(fù)制親代DNA子代DNA一、DNA的復(fù)制復(fù)制的基本特征參與DNA復(fù)制的主要物質(zhì)DNA復(fù)制的基本過程半保留復(fù)制

高保真性雙向復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制（一）復(fù)制的基本特征1半保留性DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全重新合成。兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的概念DNA復(fù)制的三種可能方式DNA半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)

按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。半保留復(fù)制的意義遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。

DNA復(fù)制的高保真性是指子代DNA與親代DNA堿基序列保持一致。這是生物物種的生物特征得以傳承并保持相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。DNA復(fù)制可以保持高保真性的機(jī)制在于：①堿基配對(duì)規(guī)律機(jī)制。②防錯(cuò)機(jī)制。③糾錯(cuò)機(jī)制。遺傳的保守性是相對(duì)的，變異才是絕對(duì)的，沒有變異就沒有生物的進(jìn)化。2

高保真性原核生物：?

基因組是環(huán)狀DNA

?

只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。3雙向性

復(fù)制時(shí)雙鏈打開，分開成兩股，各自作為模板，子鏈沿模板延長(zhǎng)所形成的Y字形的結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉(replicationfork)。

在原核生物雙向復(fù)制中，DNA被描述為眼睛狀。為說明方便而做的圖為

形。ori復(fù)制中的放射自顯影圖象

oriC復(fù)制起點(diǎn)真核生物：

?染色體DNA有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。

?兩個(gè)起始點(diǎn)之間的DNA片段稱為復(fù)制子(replicon)。

?復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。真核生物多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉3′5′5′解鏈方向隨從鏈(laggingstrand)3

5

3

5

3′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)3′5′岡崎片段(Okazakifragments)新鏈合成的方向只有一個(gè)3

5

4半不連續(xù)性順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。岡崎片段：

?

1968年日本生化學(xué)者岡崎用電鏡及放射自顯影技術(shù)，觀察到DNA復(fù)制中出現(xiàn)一些不連續(xù)的片段，將這些不連續(xù)的片段稱為岡崎片段。

?

原核生物:1000~2000個(gè)核苷酸

?

真核生物:100~200個(gè)核苷酸（二）參與DNA復(fù)制的主要物質(zhì)模板:解開成單鏈的DNA母鏈底物:dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)引物:提供3'-OH末端的寡核苷酸聚合酶:

依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-pol)其他酶和蛋白質(zhì)因子:拓?fù)洚悩?gòu)酶、解螺旋酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白、引物酶、連接酶1．模板與底物DNA的合成有嚴(yán)格的模板依賴性，需以解開的DNA單鏈為模板，指導(dǎo)4種脫氧磷酸核糖核苷(dNTP)嚴(yán)格按照堿基配對(duì)的原則逐一合成新鏈。DNA合成時(shí)的原料(底物)包括四種脫氧三磷酸核糖核苷，即dATP、dGTP、dCTP和dTTP。每聚合1分子核苷酸需水解掉1分子的焦磷酸，其合成為耗能過程。(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

2.引物由于DNA聚合酶的5’→3’聚合酶活性不能催化將游離的dNTP直接進(jìn)行聚合以延伸子代鏈，因此第一個(gè)dNTP需添加到已有的寡核苷酸（RNA)的3’-OH末端上，然后再繼續(xù)延長(zhǎng)，這一寡核苷酸被稱為引物(primer)。3.酶類及蛋白因子

（1）解鏈酶(helicase)解鏈酶可以和單鏈DNA結(jié)合，并且利用ATP分解產(chǎn)生的能量沿著前導(dǎo)鏈模板3‘→5’方向移動(dòng)，催化DNA雙螺旋解開成單鏈。解鏈酶解鏈消耗ATP，每解開一對(duì)堿基，需要消耗2分子ATP。DnaBDnaC解鏈方向（2）單鏈DNA結(jié)合蛋白（singlestrandbindingproteins，SSB）單鏈DNA結(jié)合蛋白又稱DNA結(jié)合蛋白（DNAbindingprotein，DBP），與解開的DNA單鏈緊密結(jié)合，維持單鏈狀態(tài)，以利于模板作用的發(fā)揮。與復(fù)制過程中產(chǎn)生的新的DNA單鏈結(jié)合，以保護(hù)新生DNA單鏈不被核酸酶水解。另外單鏈結(jié)合蛋白能夠不斷的結(jié)合、脫離，可重復(fù)使用。（3）引物酶引物酶是一種RNA聚合酶，但與催化轉(zhuǎn)錄過程的RNA聚合酶不同。復(fù)制起始時(shí)，在模板的復(fù)制起始部位，引物酶催化RNA引物合成。RNA引物為DNA復(fù)制提供3′-OH末端。（4）拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase，Topo)所謂拓?fù)湫再|(zhì)是指物體或圖像作彈性移動(dòng)而又保持物體不變的性質(zhì)。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。（主要）作用機(jī)制

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ的作用拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的作用（5）DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：

5

3

的聚合活性核酸外切酶活性

聚合反應(yīng)的特點(diǎn)以單鏈DNA為模板以dNTP為原料引物提供3'-OH聚合方向?yàn)?'→3'遵守堿基互補(bǔ)規(guī)律

3

5

外切酶活性

（糾錯(cuò)）

5

3

外切酶活性能切除引物和突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。

核酸外切酶活性

表11-1E.coli中三種DNA聚合酶

DNApolⅠDNApolⅡDNApolⅢ分子量（KD）1091202505′→3′外切酶活性+--3′→5′外切酶活性+++5′→3′聚合酶活性+++主要功能校讀、填補(bǔ)空隙參與損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)復(fù)制，校讀表11-2真核生物DNA聚合酶DNA聚合酶αβγδε分子量（KD）16.54.014.012.525.5細(xì)胞定位胞核胞核線粒體胞核胞核3’→5′外切酶活性-++++3’→5′聚合酶活性+++++主要功能引物合成DNA損傷修復(fù)線粒體DNA復(fù)制DNA復(fù)制，錯(cuò)配修復(fù)校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口（6）DNA連接酶連接DNA鏈3

-OH末端和相鄰DNA鏈5

-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。（三）DNA復(fù)制的基本過程起始（replication）延長(zhǎng)（elongation）終止（termination）1.起始階段（1）復(fù)制叉的形成（2）引發(fā)體的形成（3）引物的生成動(dòng)畫：DNA復(fù)制的起始2.延長(zhǎng)階段在復(fù)制叉處進(jìn)行，由DNA聚合酶催化方向：5′3′隨從鏈上新合成的不連續(xù)的DNA片段稱為岡崎片段。3.終止階段在DNA子鏈形成后，當(dāng)模板上出現(xiàn)DNA復(fù)制的終止序列，終止序列能結(jié)合多種參與復(fù)制終止的蛋白因子，使復(fù)制終止，形成兩個(gè)完整的子代DNA分子。核酸酶將前導(dǎo)鏈的RNA引物和隨后鏈中各岡崎片段的RNA引物水解，空隙填補(bǔ)由DNA-polⅠ催化dNTP聚合，填補(bǔ)至足夠長(zhǎng)度后，相鄰的3′-OH和5′-P的缺口由DNA連接酶連接，完成基因組DNA復(fù)制過程。二、DNA的突變與修復(fù)(一)引發(fā)DNA突變的因素1.物理因素紫外線(Uv)、電離輻射2.化學(xué)因素化學(xué)誘變劑、致癌劑3.自發(fā)因素DNA復(fù)制錯(cuò)誤、不明原因的堿基損傷4.生物因素逆轉(zhuǎn)錄病毒。(二)基因突變的后果及類型基因突變的后果①致死②致?、鄹淖兓蛐廷苓M(jìn)化基因突變的類型1.錯(cuò)配：只有1個(gè)堿基發(fā)生改變。DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變。發(fā)生在同型堿基之間稱為轉(zhuǎn)換。發(fā)生在異型堿基之間稱為顛換。2.插入：DNA分子中插入原來沒有的一個(gè)核苷酸或一段DNA片段，DNA分子結(jié)構(gòu)破壞。3.缺失：DNA分子中一個(gè)核苷酸或者一段DNA片段丟失。4.移碼：插入或缺失的核苷酸數(shù)目不是三的倍數(shù)，導(dǎo)致三聯(lián)體密碼閱讀移位，導(dǎo)致DNA序列信息的徹底改變，也稱為框移突變。移碼突變所造成的DNA損傷一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于點(diǎn)突變。5.重排：DNA分子內(nèi)較大片段的交換，又稱稱為重組。(三)DNA損傷的修復(fù)細(xì)胞內(nèi)具有一系列發(fā)揮DNA損傷修復(fù)作用的酶系統(tǒng)，這些酶可以除去DNA分子上的損傷，修復(fù)DNA的正常結(jié)構(gòu)。直接修復(fù)切除修復(fù)重組修復(fù)1.直接修復(fù)（光修復(fù)）可見光(300-600nm)可激活細(xì)胞內(nèi)的光復(fù)活酶，該酶能特異地識(shí)別共價(jià)交聯(lián)的嘧啶二聚體，斷裂兩嘧啶環(huán)間形成的共價(jià)鍵，使二聚體解聚，恢復(fù)DNA原來的結(jié)構(gòu)2.切除修復(fù)切除修復(fù)是細(xì)胞內(nèi)最重要的修復(fù)機(jī)制，其過程包括損傷的DNA片段識(shí)別、切除、填補(bǔ)空隙和連接。堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)堿基錯(cuò)配修復(fù)核苷酸切除修復(fù)3．重組修復(fù)見于DNA分子損傷面較大，還來不及修復(fù)完善就進(jìn)行復(fù)制的情況。復(fù)制時(shí)，親代鏈的損傷部位不能作為模板指導(dǎo)子代鏈的合成，造成子代鏈上出現(xiàn)缺口，這可以通過重組作用，將另一條正常親代鏈相應(yīng)的部位填補(bǔ)到該缺口，而正常親代鏈上又出現(xiàn)了缺口，但因有正常子代鏈作為模板，可在DNA聚合酶I和DNA連接酶的作用下，使之完全復(fù)原4.誘導(dǎo)修復(fù)許多能造成DNA損傷或抑制復(fù)制的處理均能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱為應(yīng)急反應(yīng)（SOSresponse），也稱SOS修復(fù)。三、逆轉(zhuǎn)錄（一）逆轉(zhuǎn)錄的概念和酶概念：在某些病毒中，以其RNA為模板合成DNA，由于該信息流動(dòng)方向(RNA→DNA)與轉(zhuǎn)錄過程(DNA→RNA)相反，故稱為逆轉(zhuǎn)錄或反轉(zhuǎn)錄。酶：逆轉(zhuǎn)錄酶是逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA編碼的多功能酶。（二）逆轉(zhuǎn)錄基本過程（三）逆轉(zhuǎn)錄的意義1.進(jìn)一步補(bǔ)充和完善了分子生物學(xué)中心法則。2.拓寬了病毒致癌理論，從逆轉(zhuǎn)錄RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了癌基因。3.在基因工程中，應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶以獲得目的基因。第十一章基因信息的傳遞與表達(dá)第二節(jié)RNA的生物合成(轉(zhuǎn)錄)轉(zhuǎn)錄（transcription）生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄和復(fù)制有許多相似之處：①模板均為DNA②聚合酶均需依賴DNA③均遵循堿基配對(duì)原則④聚合過程每次都只延長(zhǎng)一個(gè)核苷酸⑤核苷酸之間連接鍵均是3′，5′-磷酸二酯鍵⑥鏈的延長(zhǎng)方向均從5′→3′項(xiàng)目DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄合成模板DNA兩條鏈均作模板DNA一條鏈作模板合成原料dNTP（N=A,G,C,T）NTP（N=A,G,C,U）主要酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代雙鏈DNA分子mRNA、tRNA、rRNA等堿基配對(duì)A-T、G-CA-U、T-A、G-C引物需要不需要DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別一、轉(zhuǎn)錄體系原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（RNApolymerase,RNA-pol）其他蛋白質(zhì)因子

(一)轉(zhuǎn)錄模板

能轉(zhuǎn)錄出RNA的DNA區(qū)段編碼鏈模板鏈(templatestrand)編碼鏈(codingstrand)模板鏈

雙鏈DNA分子中能作為模板轉(zhuǎn)錄出RNA的那條鏈，稱為模板鏈。又叫有意義鏈（sensestrand）或Watson鏈。另一條互補(bǔ)鏈稱為編碼鏈，又叫反義鏈（antisensestrand）或Crick鏈。

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的堿基序列，除了T變U外，其余與編碼鏈相同。

不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄

(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈可轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。

(二)RNA聚合酶（DDRP）

1.

原核生物的RNA聚合酶

E.coli的RNA聚合酶是由五種亞基組成的六聚體（

2

）

亞單位分子量功能α36512決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄β150618與轉(zhuǎn)錄的全過程有關(guān)β′155613結(jié)合DNA模板σ70263辯認(rèn)起始點(diǎn)大腸桿菌中的RNA聚合酶組成（三）轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)1.不對(duì)稱性2.連續(xù)性RNA3.單向性RNA4.有特定的起始和終止位點(diǎn)二、轉(zhuǎn)錄過程

分為三個(gè)階段： 起始(initiation)

延長(zhǎng)(elongation)

終止(termination)原核生物的轉(zhuǎn)錄過程（一）轉(zhuǎn)錄起始

1.RNA聚合酶結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。

2.DNA雙鏈解開，以一條鏈為模板，合成第一個(gè)磷酸二酯鍵。2.DNA雙鏈解開。1.RNA聚合酶全酶(

2)與模板結(jié)合。3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+PPi轉(zhuǎn)錄起始過程

RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi

轉(zhuǎn)錄泡（transcriptionbubble）：

在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過程中，由局部打開的DNA雙鏈、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者結(jié)合在一起的復(fù)合體，為空泡狀結(jié)構(gòu)，又稱轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象

(三)轉(zhuǎn)錄終止

RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。

分類：不依賴ρ(Rho)因子的轉(zhuǎn)錄終止依賴ρ(Rho)因子的轉(zhuǎn)錄終止

1.不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

在DNA分子上有終止轉(zhuǎn)錄的特殊堿基順序稱為終止子（terminators），為連續(xù)的A-T區(qū)域和上游的富含G-C的回文結(jié)構(gòu)。該部位轉(zhuǎn)錄出的RNA產(chǎn)物可形成特殊的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以阻止RNA聚合酶繼續(xù)沿DNA模板向前移動(dòng)，而終止轉(zhuǎn)錄。

2.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止有些RNA的轉(zhuǎn)錄終止需依賴ρ因子的參與。主要是協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別新生RNA鏈上的終止信號(hào)，以停止轉(zhuǎn)錄，故又稱終止因子(terminationfacor)。ρ因子是Rho基因編碼產(chǎn)生的由6個(gè)亞基所組成的蛋白質(zhì)類終止因子只有在多聚體狀態(tài)下才能發(fā)揮作用具有RNA-DNA雙螺旋解旋酶和ATP酶活性三、轉(zhuǎn)錄后加工對(duì)新轉(zhuǎn)錄合成的DNA分子或前體進(jìn)行各種化學(xué)修飾、添加、剪切、剪接、編輯等反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)變成為具有特定生物學(xué)功能的成熟RNA的過程，該過程稱轉(zhuǎn)錄后加工或轉(zhuǎn)錄后修飾。（一）mRNA轉(zhuǎn)錄后加工（二）tRNA轉(zhuǎn)錄后加工（三）rRNA轉(zhuǎn)錄后加工（一）mRNA轉(zhuǎn)錄后加工1.5

端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppNm—)。2.3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)。7－甲基鳥苷三磷酸帽子結(jié)構(gòu)多聚A尾結(jié)構(gòu)OOCH2OOH+NHNNOH2NNCH3OOHH2CO-OPOOPO-OP鳥嘌呤OO-OPOOAAA-OH3/3.hnRNA中段序列的剪接斷裂基因：真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因(splitgene)。外顯子：斷裂基因中具有表達(dá)活性的編碼序列稱為外顯子(exon)內(nèi)含子：斷裂基因中沒有表達(dá)活性的間隔序列稱為內(nèi)含子(intron)。在酶的作用下切除hnRNA中內(nèi)含子、拼接外顯子，使之成為具有指導(dǎo)翻譯功能的模板，該過程稱為hnRNA的剪接。剪接過程中分子中的內(nèi)含子先彎成套索狀，稱為套索RNA(lariatRNA)，從而使各外顯子相互接近。接著，由特異的RNA酶切斷內(nèi)含子與外顯子之間的磷酸二酯鍵，再使編碼區(qū)相互連接生成成熟的mRNA。4.RNA的編輯（RNAediting）

指在mRNA水平上改變遺傳信息的過程。是某些RNA，特別是mRNA前體的一種加工方式，如插入、刪除或替換一些核苷酸殘基（包括U→C，A→U；U的插入或缺失、多個(gè)G或C的插入等）。經(jīng)過編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板DNA的變化，使得一個(gè)基因序列可能產(chǎn)生幾種不同的蛋白質(zhì)，這可能是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的、更經(jīng)濟(jì)有效地?cái)U(kuò)展原有遺傳信息的機(jī)制。（二）tRNA轉(zhuǎn)錄后加工1.剪接在RNA酶的催化下，tRNA前體的5′-端及相當(dāng)于反密碼環(huán)的區(qū)域各被切去一定長(zhǎng)度的多核苷酸鏈，然后由連接酶催化拼接。2.加上CCA-OH的3’-末端在核苷酸轉(zhuǎn)移酶的催化下，以CTP、ATP為供體，在RNA前體的3’-末端加上CCA-0H結(jié)構(gòu)，使tRNA具有攜帶氨基酸的能力。3.堿基修飾①tRNA前體經(jīng)甲基化某些嘌呤生成甲基嘌呤(A→Am或G→Gm)②經(jīng)還原反應(yīng)使尿嘧啶還原為二氫尿嘧啶(DHU)③經(jīng)核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)使尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)變?yōu)榧倌蜞奏ず塑?Ψ)④經(jīng)脫氨反應(yīng)使腺苷酸(A)生成為次黃嘌呤核苷(?)。（三）rRNA轉(zhuǎn)錄后加工剪切堿基修飾第十一章基因信息的傳遞與表達(dá)第三節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)翻譯（Translation）：mRNA以分子中4種核苷酸編碼的遺傳信息指導(dǎo)蛋白質(zhì)多肽鏈合成的過程?；虮磉_(dá)（Geneexpression）：基因通過轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程合成具有生物功能活性的蛋白質(zhì)的過程。一、蛋白質(zhì)生物合成體系原料：20種編碼氨基酸RNAmRNAtRNArRNA有關(guān)的酶和某些蛋白質(zhì)因子無機(jī)離子及能源物質(zhì)ATP、GTP（一）原料20種編碼氨基酸(二）三種RNA1.mRNA

作用：mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板。密碼子：mRNA分子上從5′至3′的方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)特定的氨基酸(或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào))，稱為三聯(lián)體密碼，即遺傳密碼，也稱密碼子（codon）。起始密碼：AUG不僅代表甲硫氨酸（蛋氨酸），同時(shí)還代表蛋白質(zhì)生物合成的起始終止密碼：UAA、UAG、UGA三種密碼是蛋白質(zhì)生物合成的三個(gè)終止信號(hào)。遺傳密碼表

密碼子的第一個(gè)字母密碼子的第二個(gè)字母遺傳密碼的特點(diǎn)：（1）方向性（2）連續(xù)性（3）簡(jiǎn)并性（4）通用性（5）擺動(dòng)性（1）方向性密碼子及組成密碼子的各核苷酸在mRNA序列中的排列具有方向性，翻譯時(shí)的閱讀方向只能是5ˊ→3ˊ。這種方向性決定了蛋白質(zhì)的生物合成時(shí)多肽鏈從N端到C端的氨基酸順序。（2）連續(xù)性mRNA序列上的各個(gè)密碼子及密碼子的各核苷酸是連續(xù)排列的，密碼子及密碼子的各個(gè)核苷酸之間沒有間隔，每個(gè)核苷酸只讀一次，不重疊閱讀，直至遇到終止密碼為止。（3）簡(jiǎn)并性一種氨基酸可具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的密碼子為其編碼。（4）通用性生物界的所有生物，幾乎都通用這一套密碼表。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。但在1979年發(fā)現(xiàn)線粒體的遺傳密碼與通用密碼表有區(qū)別，1980年又發(fā)現(xiàn)不同生物的線粒體密碼也不盡相同。可見遺傳密碼并非絕對(duì)通用。（5）擺動(dòng)性tRNA上反密碼子的第1位核苷酸上的堿基與mRNA密碼子的第3位核苷酸上的堿基配對(duì)時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，這種并不嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)規(guī)律的現(xiàn)象稱為擺動(dòng)性。密碼子與反密碼子的擺動(dòng)配對(duì)關(guān)系反密碼的第一位堿基IUGAC密碼的第三位堿基U、C、AA、GU、CUG擺動(dòng)配對(duì)U2.tRNA

作用：tRNA是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的工具。兩個(gè)關(guān)鍵部位：

3′端-CCA-OH：與特定的氨基酸結(jié)合，在氨基酰-tRNA合成酶的作用下，生成氨基酰-tRNA。反密碼：通過堿基互補(bǔ)配對(duì)原則與mRNA上的密碼配對(duì)結(jié)合，達(dá)到相互識(shí)別的目的。密碼子與反密碼的配對(duì)

3.rRNA

作用：蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所

（三）參與蛋白質(zhì)生物合成的重要酶類氨基酰-tRNA合成酶轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)位酶（四）輔助因子

起始因子：IF-1：防止tRNA過早地結(jié)合到A位。IF-2：促進(jìn)fMet-tRNAfMet（原核生物起始tRNA攜帶N-甲酰甲硫氨酸）結(jié)合到小亞基。IF-3：結(jié)合小亞基，防止它過早地與大亞基結(jié)合，并提高P位對(duì)fMet-tRNAfMet的專一性。2.延伸因子：EF-Tu:促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入核糖體的“A位”，結(jié)合并分解GTP。EF-Ts:調(diào)節(jié)亞基。EF-G:催化tRNA的移位和多肽延伸的每個(gè)循環(huán)后期mRNA從核糖體上掉下來。3.釋放因子：RF-1：能識(shí)別終止密碼子UAA和UAG，并誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶為酯酶活性，使肽鏈從核糖體上釋放出來。RF-2：能識(shí)別終止密碼子UAA和UGA，并誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶為酯酶活性，使肽鏈從核糖體上釋放出來。RF-3：當(dāng)終止蛋白質(zhì)合成時(shí)，它使得因子RF-1和RF-2從核糖體上釋放。二、蛋白質(zhì)生物合成的基本過程（一）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)（二）肽鏈合成的起始（三）肽鏈合成的延長(zhǎng)（四）肽鏈合成的終止（一）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)分散在胞液中的各種氨基酸化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，需要活化并由tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)至核糖體才能參與蛋白質(zhì)的生物合成。由氨基酸的α-羧基與tRNA的3’-羥基形成酯鍵。（二）肽鏈合成的起始核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核蛋白體大亞基結(jié)合。IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核蛋白體大亞基結(jié)合IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi（三）肽鏈合成的延長(zhǎng)指按照mRNA密碼序列的指導(dǎo)，依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。肽鏈的延長(zhǎng)是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，分為以下三步：進(jìn)位成肽轉(zhuǎn)位

1.進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP2.轉(zhuǎn)肽在轉(zhuǎn)肽酶催化下，形成肽鍵的過程。

3.移位在Mg2+、EF-G和GTP參與下，核糖體沿模板mRNA的5′→3′方向移動(dòng)一個(gè)遺傳密碼的距離，于是A位上的二肽酰-tRNA從A位移到P位，A位空出，下一個(gè)氨基酰-tRNA通過堿基互補(bǔ)配對(duì)再次進(jìn)入A位。

fMetAUG5'3'fMetTuGTP進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽

每進(jìn)行一次核糖體循環(huán)（進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位），可形成一個(gè)肽鍵，肽鏈中就增加一個(gè)氨基酸殘基。如此反復(fù)進(jìn)行，肽鏈就會(huì)按mRNA密碼順序不斷延長(zhǎng)。

（四）肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

原核肽鏈合成終止過程

UAG5'3'RFCOO-蛋白質(zhì)生物合成是一個(gè)耗能過程。若從氨基酸活化算起，肽鏈每增加一個(gè)氨基酸單位就要消耗4個(gè)高能磷酯鍵。

活化消耗2個(gè)高能磷酸鍵（ATP水解成為AMP），進(jìn)位和移位各消耗1個(gè)GTP。臨床上，對(duì)于蛋白質(zhì)合成旺盛的人如嬰幼兒和恢復(fù)期的病人，應(yīng)供給足夠的能量，才有利于體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成。三、翻譯后的加工修飾新生肽鏈的折疊肽鏈N端的修飾個(gè)別氨基酸的修飾多肽鏈的水解修飾亞基的聚合輔基連接疏水脂鏈的共價(jià)連接1.新生肽鏈的折疊新合成的多肽鏈經(jīng)過折疊形成一定的空間結(jié)構(gòu)才能有生物學(xué)活性。肽鏈的折疊是在折疊酶(foldase)或分子伴侶(molecularchaperone)的參與下完成。分子伴侶是一個(gè)結(jié)構(gòu)上互不相同的蛋白質(zhì)家族，它們能識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)蛋白質(zhì)正確折疊。折疊酶包括蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶和肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶。蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶可促進(jìn)天然二硫鍵的形成。肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換，使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確的折疊。2.肽鏈N端的修飾

在蛋白質(zhì)合成的起始階段，由于mRNA起始密碼的指導(dǎo)，肽鏈N端氨基酸總是甲?；募琢虬彼?，但天然蛋白質(zhì)N端很少以甲硫氨酸為第一位氨基酸。因此，通過細(xì)胞內(nèi)脫甲?；富虬被拿傅淖饔茫谐齆端甲?；⒓琢虬彼峄蛟贜端附加序列。3.個(gè)別氨基酸的修飾某些蛋白質(zhì)肽鏈中存在共價(jià)修飾的氨基酸殘基，是肽鏈合成后特異加工產(chǎn)生的，蛋白質(zhì)的正常生物學(xué)功能依賴于這些翻譯后修飾。例如，某些氨基酸殘基上發(fā)生磷酸化、羥