第十四章

DNA、RNA和

蛋白質(zhì)的生物合成目前一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)復(fù)制—以原來(lái)的DNA分子為模板，合成出相同分子的過程。轉(zhuǎn)錄—在DNA分子上合成出與其核苷酸順序相對(duì)應(yīng)的RNA的過程。翻譯—在RNA的控制下，根據(jù)核酸鏈上每三個(gè)核苷酸決定一個(gè)氨基酸的三聯(lián)體密碼規(guī)則，合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)肽鏈的過程。目前二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.1DNA的復(fù)制1953年，Watson和Crick在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了半保留復(fù)制假說(shuō)：DNA在復(fù)制過程中，首先堿基之間的氫鍵破裂，使兩條鏈解旋并分開，然后以堿基互補(bǔ)的方式，以每條單鏈為模板，按單鏈DNA的核苷酸順序合成子鏈。在此過程中，每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。14.1.1DNA的復(fù)制方式—半保留復(fù)制目前三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)Radioisotopelabelin（放射性同位素標(biāo)記）anddensitygradient（密度梯度離心）centrifugationclearlydistinguishesreplicationsofsemiconservativefromconservative.目前四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.1.2參與DNA復(fù)制的酶類和蛋白質(zhì)因子1.DNA聚合酶（DNA-polymerase）DNA聚合酶能催化四種脫氧核糖核苷三磷酸合成DNA單鏈DNA為模板具有3`-OH末端的低聚多核苷酸為引物Mg2+或Mn2+四種脫氧核苷三磷酸為底物ArthurKornberg阿瑟·科恩伯格目前五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)①原核細(xì)胞的DNA聚合酶DNA聚合酶I（polI）—Kornberg酶

polI是一個(gè)多功能酶DNA聚合酶活力：使DNA鏈沿5`-3`方向延伸；目前六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ）DNA聚合酶活力；3`-5`核酸外切酶活力DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ）DNA聚合酶活力；3`-5`核酸外切酶活力；5`-3`核酸外切酶活力polⅢ目前七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)大腸桿菌中DNA聚合酶的性質(zhì)比較polIpolⅡpolIII功能DNA聚合酶5`-3`外切酶3`-5`外切酶++++-++（+）+分子量109000120000140000酶分子數(shù)/細(xì)胞40010010-20轉(zhuǎn)化率10.0550主要功能復(fù)制、修復(fù)修復(fù)復(fù)制目前八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)②真核細(xì)胞的DNA聚合酶αβγδ分子量120000-22000045000160000122000分布細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核酶活力80%10-15%2-15%10-25%核酸外切酶活力無(wú)無(wú)無(wú)3`-5`主要功能復(fù)制修復(fù)復(fù)制（線粒體）？目前九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)6.連接酶（ligase）催化雙鏈DNA中單鏈缺口部分的3`-OH和它臨近的DNA片段的5`-磷酸基形成3`，5`-磷酸二酯鍵，將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)。連接反應(yīng)需要能量（NAD+orATP）。目前十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)DNA復(fù)制體目前十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.1.3DNA的半不連續(xù)復(fù)制岡崎提出DNA的不連續(xù)復(fù)制模型：3`-5`走向的DNA實(shí)際上是由許多5`-3`方向合成的DNA片段連接起來(lái)的。Overalldirectionofprogenychaingrowthatareplicatingfork:onein5’3’andtheotherin3’5’direction.Bothdaughterstrandsatthereplicationforkaresynthesizedin5’-3’direction,butone(theleadingstrand)issynthesizedcontinuouslyandtheother(thelaggingstrand)discontinuously(synthesizedinitiallyasOkazakifragments).前導(dǎo)鏈后隨鏈岡崎片段目前十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)OnlyoneRNAprimerisneededforsynthesizingtheleadingstrand.RNAprimersarerepeatedlyformedbytheprimaseonthelaggingstrand.2.DNA片段的合成和鏈的延伸目前十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)1.引物酶識(shí)別復(fù)制起點(diǎn)，引導(dǎo)解螺旋酶到正確位點(diǎn)2.解螺旋酶解開雙螺旋引發(fā)酶解螺旋酶聚合酶修復(fù)酶松弛酶單鏈結(jié)合蛋白連接酶DNA的復(fù)制過程目前十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)3.DNA聚合酶合成新的DNA鏈4.按堿基互補(bǔ)原理合成DNA鏈5.四種脫氧核苷三磷酸為底物6.釋放焦磷酸目前十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)7-12.DNA片段的合成和鏈的延伸目前十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)13.連接酶14.單鏈結(jié)合蛋白15.松弛酶16.DNA的復(fù)制目前十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.5.1原核生物與真核生物

DNA復(fù)制的特點(diǎn)比較1.復(fù)制的起點(diǎn)和單位復(fù)制單位：復(fù)制子，生物體內(nèi)能獨(dú)立行使復(fù)制功能，進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制的DNA單位。①原核生物由一個(gè)復(fù)制子組成雙向復(fù)制大腸桿菌，θ結(jié)構(gòu)ori目前十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)大腸桿菌：θ結(jié)構(gòu)

單相復(fù)制噬菌體Φ×174—滾環(huán)復(fù)制目前十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)②真核生物線形雙鏈DNA，含有多個(gè)復(fù)制子；雙向復(fù)制。復(fù)制子2.復(fù)制速度3.真核生物的DNA在全部復(fù)制完成之前，起點(diǎn)不再重新開始復(fù)制；原核生物中，起點(diǎn)可連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制目前二十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.1.6在RNA指導(dǎo)下的DNA的合成1970年Temin等在致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了一種特殊的DNA聚合酶，該酶以RNA為模板，根據(jù)堿基配對(duì)原則，按照RNA的核苷酸順序(其中U與A配對(duì))合成DNA。這一過程與一般遺傳信息流轉(zhuǎn)錄的方向相反，故稱為反轉(zhuǎn)錄。反轉(zhuǎn)錄酶是一種多功能酶：RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力；核糖核酸酶H的活力：

DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)反轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.2RNA的生物合成

14.2.1轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄（transcription）——DNA分子中的遺傳信息轉(zhuǎn)移到RNA分子中的過程。目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.2.1.1RNA聚合酶（RNApolymerase）RNA聚合酶有以下特點(diǎn)：以DNA為模板，也稱為依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）四種核苷三磷酸為底物需要Mg2+或Mn2+離子RNA鏈的延長(zhǎng)方向是5’→3’的連續(xù)合成遵循DNA與RNA之間的堿基配對(duì)原則不需要引物。RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以沒有校正功能。目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)1.細(xì)菌RNA聚合酶α：與DNA模板結(jié)合，識(shí)別堿基β：

催化形成磷酸二酯鍵β`：與DNA模板結(jié)合σ：識(shí)別起始點(diǎn)全酶：α

2

β

β’σ

核心酶：α

2β

β’目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)2.真核細(xì)胞RNA聚合酶類型分布催化轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)鵝膏蕈堿的敏感性IIIIII核仁核質(zhì)核質(zhì)rRNA前體HnRNA（mRNA前體）5SrRNA、tRNA前體不敏感低濃度抑制較高濃度抑制目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.2.1.2轉(zhuǎn)錄過程不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：在DNA的兩條多核苷酸鏈中只有其中一條鏈作為模板，這條鏈叫做模板鏈（templatestrand），又叫做無(wú)意義鏈。DNA雙鏈中另一條不做為模板的鏈叫做編碼鏈，又叫做有意義鏈。可分為三個(gè)階段：合成的起始、鏈的延長(zhǎng)和合成的終止1.RNA合成的起始啟動(dòng)子（promoter）：RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)①原核生物的啟動(dòng)子-10序列（Pribnow框）：-TATAAT-RNA聚合酶牢固結(jié)合的位點(diǎn)，稱為結(jié)合位點(diǎn)。-35序列（Sextama框）：-TTGACA-RNA聚合酶初始結(jié)合的位點(diǎn)，稱為識(shí)別位點(diǎn)。目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)②真核生物的啟動(dòng)子TATA框（Hogness框）-25~-30左右的序列：TATAA（T）AA（T）決定起始點(diǎn)的選擇CAAT框-75附近：GGC（T）CAATCT控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)2.鏈的延長(zhǎng)目前三十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)3.RNA合成的終止終止子（terminator）：提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列。富含G-C多個(gè)U目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)依賴ρ因子的終止子不依賴ρ因子的終止子目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)RNA的合成過程目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.2.1.3RNA的轉(zhuǎn)錄后加工1.rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工真核生物甲基化剪切原核生物目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)TheprocessingoftheprimarytRNAtranscriptsincluderemovalofthe5`and3`ends,additionoftheCCAsequenceatthe3`end,modificationofmanybases,andsplicingofintrons(ineukaryoticcells).

2.tRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工剪切核苷修飾接-CCA剪切目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)3.mRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工A5`capisaddedtoeukaryoticmRNAsBeforetranscriptionends目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)Apoly(A)tailisusuallyaddedatthe3`endofanmRNAmoleculeviaaprocessingstep.目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)hnRNA（核內(nèi)不均一RNA）的剪接內(nèi)含子外顯子目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)mRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯?逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制中心法則目前四十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.3蛋白質(zhì)的生物合成目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.3.1RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用1.mRNA的功能mRNA帶有由DNA轉(zhuǎn)錄來(lái)的遺傳信息，是蛋白質(zhì)合成的模板。遺傳密碼（geneticcodes）遺傳密碼：指mRNA中堿基序列和蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的相互關(guān)系。1961年，Brenner和Crick證明：三個(gè)相鄰的核苷酸代表一種氨基酸，該三核苷酸序列稱為密碼子（codon），或三聯(lián)密碼（tripletcode）目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)密碼子的重要性質(zhì)密碼子不重疊；密碼子的簡(jiǎn)并性；密碼的通用性；密碼子間無(wú)間隔遺傳密碼終止密碼子UAA、UGA、UAG同義密碼子（簡(jiǎn)并密碼子）起始密碼子AUG、GUG目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)2.tRNA的功能tRNA起運(yùn)輸氨基酸的作用反密碼子（anticodon）：tRNA識(shí)別mRNA上的密碼子的機(jī)構(gòu)，可根據(jù)堿基配對(duì)規(guī)律識(shí)別相應(yīng)的密碼子。目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)3.rRNA與核糖體

rRNA與多種蛋白質(zhì)組成核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的加工廠。目前四十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)Rolesofthe3typesofRNAsintranslationA位點(diǎn)（氨?；稽c(diǎn)）P位點(diǎn)（肽?；稽c(diǎn)）目前四十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)目前四十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)14.3.2蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)的合成需要近200種生物大分子參與，由ATP、GTP提供能量。蛋白質(zhì)生物合成方向：由多肽鏈的氨基端開始，向羧基端方向逐步延伸。合成過程分為：氨基酸的活化與轉(zhuǎn)移——準(zhǔn)備階段肽鏈合成的起始肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的終止目前四十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)1.氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)AA+tRNA+ATP↓氨酰-tRNA+AMP+PPi細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行氨酰-tRNA合成酶氨?；佘账屺O↓↘AMPtRNA氨酰-tRNA目前四十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)2.肽鏈合成的起始mRNA上的起始密碼子多為：AUG（決定Met的密碼子）攜帶Met的tRNA有兩種：甲硫氨酸t(yī)RNAm：tRNAmMet甲硫氨酸t(yī)RNAf：tRNAfMet甲酰甲硫氨酰tRNAf甲酰FH4甲酰基轉(zhuǎn)移酶蛋白質(zhì)生物合成：原核細(xì)胞以fMet-tRNAf為起點(diǎn)；真核細(xì)胞以Met-tRNAm為起點(diǎn)目前五十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)mRNA-30S-IF3復(fù)合物↓30S起始復(fù)合物（30S-mRNA-fMet-tRNAf-GTP-IF1-IF2）↓70S起始復(fù)合物（70S-mRNA-fMet-tRNAf）目前五十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十二點(diǎn)3肽鏈的延長(zhǎng)核糖體中進(jìn)行延長(zhǎng)因子：EF-TuEF