生物化学讲义第九章基因信息的传递fykl.docx

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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第九章 基因因信息的的传递F 【目的和和要求】l 1. 掌掌握DNNA的复复制的定定义及特特征。l 2熟悉悉参与DDNA复复制的酶酶及DNNA复制制过程。l 3掌握握引发DNNA损伤伤的因素素和损伤伤的类型型及修复复。l 4掌握握逆转录录的定义义，转录录的定义义及特点点。l 5熟悉悉转录的的过程和和转录后后的加工工。l 6掌握握参与蛋蛋白质生生物合成成的物质质及遗传传密码的的定义及及特点。l 7掌握握；，熟悉悉蛋白质质生物合合成的过过程l 8. 了了解蛋白白

2、质生物物合成与与医学的的关系l 【本章重重难点】l 1. DDNA复复制的定定义、特特征及过过程。l 2转录录的定义义、特点点及过程程，转录录后的加加工。l 3遗传传密码的的定义、特特点及三三类RNNA在蛋蛋白质生生物合成成中作用用。l 4蛋白白质生物物合成的的过程。学习内容容第一节 DNAA的生物物合成第二节 RNAA的的生生物合成成第三节 蛋白质质的生物物合成第一节 DNAA的生物物合成一、DNNA的复复制：以亲代代DNAA为模板板合成子子代DNNA，将将遗传信信息准确确地复制制到子代代DNAA分子上上的过程程。遗传中心心法则：1DNNA复制制的特征征（1）半半保留复复制（22）半不不连续

3、复复制（3）有有特定的的起始点点（4）双双向复制制2参与与DNAA复制的的物质（1）模模板：DDNA的的两股链链。（2）底底物：四四种dNNTP（即即dATTP、ddTTPP、dCCTP、ddGTPP）。（3）引引物：RRNA.。（4）DDNA聚聚合酶：真核生生物有五五种：DDNA聚聚合酶、；原核生物物的DNNA聚合合酶有：poll、pool、pool三类。 原原核生物物DNAA聚合酶酶性质和和功能比比较 ppol poll poll分子量 10090000 12000000 44000000533聚合作作用 355核酸外外切酶作作用 533核酸外外切酶作作用 主要功能能 校读读、填补补空隙

4、？ 复复制酶切除引物物（5）引引物酶：一种RRNA聚聚合酶。能能以DNNA为模模板，识识别DNNA复制制的起始始点，催催化一段段引物RRNA的的合成。引引物以氢氢键与模模板结合合。（6）解解链和解解旋酶类类：拓扑异异构酶：有内切切酶、连连接酶功功能，分分为酶、酶。酶又称称蛋白 可切切开一股股链，不不需消耗耗ATPP。 酶酶又称旋旋转酶 在消消耗ATTP的作作用下，可可切断双双链，且且分开双双链。解链酶酶解开一一个碱基基对，消消耗2个个分子AATP。作作用在复复制叉处处，可沿沿模板随随复制叉叉伸展（553）而移移动。单链结结合蛋白白（SSSB） 稳定解解开的单单链DNNA，阻阻止复性性和保护护单

5、链部部分不被被核酸酶酶水解。（7）DDNA连连接酶催催化以氢氢键结合合于模板板DNAA的两个个DNAA片段通通过磷酸酸二酯键键连接起起来。在在DNAA复制、修修复和基基因工程程中起作作用。参加DNNA复制制酶的主主要作用用作 用 分 子 量（万万）引物酶 合成成RNAA引物 6解链酶 解开开DNAA双链 66.5SSB 稳定已已解开的的单链 7.44拓扑酶克服解解链中的的打结缠缠绕 400拓扑转型型 拓扑酶切断DDNA中中的一股股链，在在解旋中中不致打打 结，又可可封闭切切口，使使DNAA变为松松弛态。pol真正的的复制酶酶 555pol填补引引物遗留留空隙 110.99DNA连连接酶 连连接

6、5P和和3OHH末端 77.43复制制的过程程（1）复复制的起起始拓扑异异构酶将将正超螺螺旋转变变为负超超螺旋；解链酶酶消耗AATP将将氢键打打断把DDNA由由双链变变为单链链。SSBB与单链链DNAA结合，起起稳定单单链避免免核酸酶酶水解的的作用。引物酶酶以解开开的DNNA单链链为模板板，以ddNTPP为原料料，按553方向催催化引物物RNAA的生成成（十几几个数数十个核核苷酸链链等）。随随从链不不连续，需需多次合合成引物物。（2）复复制的延延长在引物物RNAA上延长长DNAA链 在在DNAApoll催化下下，以四四种dNNTP为为原料、按按碱基配配对的原原则、在在引物33-OOH端开开始，

7、沿沿53方方向逐个个加入脱脱氧核苷苷酸，使使DNAA链得以以延长。复制的的不连续续性 模板板DNAA 的两两股单链链：一条条链的方方向与解解链方向向相同，子子链DNNA可沿53方向连连续合成成，这条条链称前前导链；而另一一条链与与解链方方向相反反，不能能顺着解解链方向向连续延延长，必必须等待待模板链链解出足足够长度度，复制制才能开开始并延延长，这这些不连连续的片片断称冈冈崎片断断，这条条链称随随从链。（3）复复制的终终止在DDNA合合成的片片段内，由由DNAA聚合酶酶I外切切酶活性性切除RRNA引引物，致致使各片片段之间间形成空空隙，然然后由DDNA聚聚合酶II的聚合合酶活性性催化填填补空隙隙

8、，最后后由DNNA连接接酶将这这些片段段再连接接起来，成成为一条条长链。二、 DNA的的损伤与与修复1引发发DNAA损伤的的因素：（1） 紫外线的的照射（2） 碱基和核核苷酸的的类似物物的作用用（3）抗抗菌素及及其类似似物的作作用2基因因突变的的后果及及类型（3） 后果：致致死；功功能缺失失；改变变基因型型；进化化（4） 类型：点点突变；复突变变3损伤伤的修复复 （1）光光修复（22）切除除修复（33）重组组修复（44）SOOS修复复 其中中切除修修复是人人体细胞胞内DNNA的主主要修复复机制。三、 逆转录1概念念：逆转转录又称称为反转录，是是RNAA指导下下的DNNA合成成作用，即即以RNN

9、A为模模板，由由dNTPP聚合生生成DNNA的作作用，遗遗传信息息的流动动呈逆方方向进行行，所以以称逆转转录作用用。在致致癌的RRNA病病毒中，有有逆转录录酶的存存在。2逆转转录酶有有三种作作用：RRNA指指导的DDNA合合成反应应；RNNA的水水解反应应；DNNA指导导的DNNA合成成。3逆转转录过程程：以病毒毒基因RRNA为为模板，在在反转录录酶的作作用下，先先合成一一条与模模板RNNA互补补的DNNA单链链，产物物与模板板形成DDNA-RNAA杂交分分子。然然后，以以新合成成的DNNA单链链为模板板，合成成另一条条互补的的DNAA链，形形成双链链DNAA分子，方方向53。反转转录合成成的

10、DNNA分子子，一旦旦整合到到宿主染染色体基基因组中中，可导导致宿主主细胞癌癌变。 端粒酶类类似于逆逆转录酶酶：由RRNA和和蛋白质质组成，该该酶利用用自身RRNA为为模板，催催化染色色体DNNA端区区的合成成，防止止染色体体缩短。4逆转转录病毒毒：是一一类RNNA病毒毒，因含含逆转录录酶而得得名。人人类免疫疫缺陷病病毒（HHIV）也也是一种种逆转录录病毒，因因它的感感染导致致艾滋病病。第二节 RNAA的生物物合成一、 不对称转转录1转录录的模板板（1）转转录的不不对称性性：11DNAA分子双双链上只只有一股股可以转转录。可可转录生生成RNNA的一一个链称称模板链链；相对对的一股股不能转转录生

11、成成RNAA的链称称编码链链。22不同基基因的模模板链可可在DNNA分子子的不同同链上。（2）酶酶与模板板的结合合 在在原核生生物，多多数转录录起始区区有5TAATAAATPuu序列，因因富含AAT，解解链温度度低，编编码链与与模板链链易分离离，有利利于RNNA聚合合酶发挥挥作用2RNNA聚合合酶（1）原原核生物物RNAA聚合酶酶 有有全酶（2）和核心酶（2）两种形式。亚基决决定转录录的特异异性，亚基与与转录全全过程有有关，亚基结结合DNNA模板板上，辨认转转录起始始点，活活细胞的的转录起起始需要要全酶，但但至转录录延长阶阶段，仅仅需要核核心酶。受受抗结核核菌药物物利福平平或利福福霉素的的特异

12、性性抑制。（2）真真核生物物RNAA聚合酶酶 有有三种分分别是：、。RNNA聚合合酶的转录录产物是是45SSrRNNS,RRNA聚聚合酶转录产产物是hhnRNNA，RRNA聚聚合酶转录产产物是55SrRRNA、ttRNAA、snnRNAA。鹅膏膏覃碱是是真核生生物RNNA聚合合酶的特特异性抑抑制剂。3转录录的特点点（1）不不对称性性（2）连连续性（33）单向向性（44）有特特定的起起始和终终止位点点二、 转录的过过程RNA转转录过程程可分为为三个阶阶段：起起始、延延长和终终止。1起始始：因因子辨认认DNAA的启始始点，全全酶与启启动子结结合， DNAA双链分分子局部部发生构构象变化化和结构构松

13、散，解解开100200个碱基基对形成成转录空空泡。以以四种三三磷酸核核苷为原原料（NNTP），按按碱基互互补原则则，首先先生成四四磷酸二二核苷(ppppGpNN-OHH)。RRNA聚聚合酶（全全酶）DNAAppppGppN-OHH结构称称为转录录起始复复合物。亚基从复合物脱落，RNA聚合酶构象改变，形成核心酶，与模板结合松弛，按35方向沿DNA模板链向前移动，并以四种NTP为原料，按5-3方向合成RNA链。2延伸伸：酶DDNARNAA复合物物称转录录复合物物。由于于模板的的DNAA双链比比新合成成的DNNA-RRNA杂杂化双链链结构稳稳定，故故DNAA双螺旋旋的力把把RNAA排斥在在外，仅仅保

14、留较较短的新新合成RRNA链链与DNNA模板板链互补补结合，从从5端开始始的大部部分RNNA链则则伸展出出转录空空泡外，转转录后的的DNAA随即重重新成为为双螺旋旋。3终止止：当核核心酶移移动到DDNA模模板的转转录终止止部位时时，转录录终止。转转录终止止的机理理有两种种机制。一一是，在在原核细细胞中有有一种因子，它它可识别别并结合合转录终终止信号号，使核核心酶停停止移动动，导RRNA聚聚合反应应停止；二是，转转录终止止部位有有特殊的的碱基序序列，即即一段GGC富集集区、随随后是一一段ATT富集区区。在GGC富集集区内组组成一段段反向重重复序列列，转录录至此生生成的RRNA在在相应序序列中形形

15、成了发发卡结构构，使RRNA poll脱离模模板而终终止转录录。三、 转录后的的加工转录后生生成的是是RNAA前体，即即未成熟熟RNAA。RNNA前体体不具有有生物学学活性，还还需要在在酶的作作用下加加工后才才能成为为有活性性的成熟熟的RNNA。RRNA加加工部位位主要在在细胞内内及少数数在胞浆浆中进行行。各种种RNAA的加工工过程有有自己的的特点，但但加工的的类型主主要有以以下几种种：剪剪切和剪剪接；末端端添加核核苷酸；化学学修饰；RNNA编辑辑1mRRNA前前体的加加工： 剪接接：去除除内含子子部分，再再将外显显子部分分连接起起来。5末末端加“帽帽”，甲甲基三磷磷酸双鸟鸟苷（mmGpppp

16、mG）。3末端加加尾：mmRNAA前体分分子3末端在在多聚AA聚合酶酶的催化化下，由由ATPP聚合形形成多聚聚A尾。化学修修饰：mmRNAA中含有有少量稀稀有碱基基是经转转录后化化学修饰饰形成的的（如碱碱基被甲甲化）。RNAA编辑：某些mmRNAA转录后后还需插插入、删除和和取代某些些核苷酸酸残基，才才具有翻翻译功能能，并改改变了原原有DNNA模板板上的遗遗传信息息。2tRRNA前前体的加加工：ttRNAA前体在在酶的作作用下，先先切除55与33末端端多余的核苷苷酸，再再去除内内含子进进行剪接接；其33末端端加-CCCA以以及碱基基的化学学修饰，如如某些碱碱基的甲甲基化；U加氢氢还原为为DHU

17、U。3rRRNA前前体的加加工：染染色体DDNA中中rRNAA基因为为多拷贝贝，这些些rRNAA基因纵纵向串联联并重复复排列。重重复单位位之间由由非转录录的间隔隔区将其其分开。某某些间隔隔区的转转录产物物为tRNAA。原核核生物rrRNAA的前体体30SS，在RRNasse及及核酸酶酶的作用用下，切切除间隔隔区序列列，产生生成熟的的16SS、233S、55SrRNAA及成熟熟的tRNAA；166SrRNAA上某些些碱基被被甲基化化。真核核生物的的5SrrRNAA自成体体系进行行加工，但但加工甚甚少；445S rRNAA前体包包括588S、228S和和18SSrRNAA，455SrRNAA在核酸

18、酸酶的几几次剪切切下产生生相应成成熟的几几种rRNAA分子；并在加加工过程程中使分分子进行行广泛地地甲基化化。第三节 蛋白质质的生物物合成一、 参与蛋白白质生物物合成的的物质1 合成原料料：200种氨基基酸；2 酶及蛋白白因子（1）氨氨基酰ttRNAA合成酶酶（2）转转肽酶（3）蛋蛋白因子子：起始始因子（IIF）；延长因因子（EEF）；释放因因子（RRF）3 RNA（1） mRNAA：mRRNA分分子中，每每三个相相连的核核苷酸决决定一个个氨基酸酸，三个个核苷酸酸组成的的三联体体称为一一个“遗传密密码”。 起始密码码（AUUG），终终止密码码（UAAG、UUAA、UUGA）。 遗传密码码的特性

19、性：连续续性；简简并性；方向性性；通用用性；摆摆动性（2） tRNAA：以氨氨基酰ttRNAA的形式式活化氨氨基酸；通过其其反密码码子与mmRNAA密码子子的对应应结合来来确定氨氨基酸的的转运位位置（3） rRNAA：与多多种蛋白白质共同同构成核核糖体；核糖体体是多肽肽链合成成的场所所；参加加蛋白质质生物合合成的各各种成分分，最终终均需结结合在核核糖体上上，再将将氨基酸酸按特定定的顺序序聚合成成多肽链链4 供能物质质及无机机离子：合成过过程中需需ATPP或GTTP提供供能源，并并需Mgg+、KK+二、 蛋白质生生物合成成的过程程翻译译1氨基基酸的活活化与转转运rRNA参与构成核蛋白体，核蛋白体

20、是蛋白质合成的场所。核蛋白体包括大、小两个亚基，小亚基可与mRNA结合，大亚基有给位P位、受位A位和排出位E位，可接受氨基酰-tRNA转运进入。：氨氨基酸与与相应ttRNAA在氨基基酰-ttRNAA合成酶酶的催化化下，生生成氨基基酰-ttRNAA，再转转运到核核蛋白体体大亚基基的给位位和受位位。2“核核糖体循循环”：肽链链合成的的起始、延延长和终终止过程程（1）起起始阶段段：在起起始因子子的作用用下，mmRNAA、核蛋蛋白体小小亚基、甲甲硫氨酰酰-tRRNA和和核蛋白白体大亚亚基形成成起始复复合体。（2）延延长阶段段：氨基基酰-ttRNAA按照mmRNAA的密码码子序列列把相应应的氨基基酸转运

21、运到核蛋蛋白体中中，在延延长因子子、GTTP、MMg2+和K+的参与与下，“进位-成肽-转位”连续进进行，氨氨基酸通通过肽键键结合形形成多肽肽。（3）终终止阶段段：合成成到mRRNA终终止密码码时，释释放因子子辨认终终止密码码进入受受位，促促进肽链链C端与与tRNNA3-羟基基酯键的的水解，释释放出多多肽链，mmRNAA也从核核蛋白体体释放出出来。三、翻译译后的加加工1. 多数多肽肽链合成成后需经经过一定定的加工工、修饰饰，才能能转变成成具有特特定生物物学功能能的蛋白白质2. 加工修饰饰的方法法：切除除N端起起始的氨氨基酸； 形成成二硫键键；肽段段的水解解；氨基基酸侧链链的修饰饰；辅基基的结合

22、合及亚基基的聚合合等。四、蛋白白质生物物合成与与医学：分子病病；抗生生素对蛋蛋白质生生物合成成的影响响【小结要要点】一、DNNA的复复制1 DNA复复制的定定义及特特征2 参与DNNA复制制的物质质及过程程（起始始、延长长、终止止）二、 DNA的的损伤与与修复：引发损损伤的因因素、损损伤的类类型及修修复三、 逆转录四、 转录1转录录的定义义及特点点2转录录的模板板，RNNA聚合合酶，转转录的过过程（起起始、延延长、终终止）3 转录后mmRNAA、tRRNA和和rRNNA的加加工五、 蛋白质的的生物合合成1参与与蛋白质质生物合合成的物物质：遗遗传密码码的定义义及特点点三类RNNA在蛋蛋白质生生物

23、合成成中作用用2蛋白白质生物物合成的的过程翻译译：核糖糖体循环环3翻译译后的加加工【教学思思考】1学生生普遍反反映生物物化学抽抽象难懂懂，所以以在讲授授过程中中应尽量量采取简简单明了了的方法法，多与与实践挂挂钩，多多引入例例证，让让学生容容易接受受。2在本本章节的的讲授讨讨论中，通通过启迪迪诱导，归归纳分析析，引入入分类和和命名，起起到了事事半功倍倍的效果果，学生生反应掌掌握得均均较理想想。【思考题题】1讨论论DNAA复制的的主要步步骤及其其特点。2何谓谓逆转录录？RNNA病毒毒致癌的的分子过过程。3讨论论参与RRNA转转录的成成分及它它们在RRNA合合成中的的作用。4以mmRNAA为例，说说明转录录的加工工过程。5讨论论核苷酸酸在体内内的主要要生理功功能。6.复制制与转录录过程的的异同点点。7简述述三类RNNA在蛋蛋白质合合成过程程中的作作用。8简述述蛋白质质合成的的基本过过程。13