第八章RNA的生物合成(轉錄)許昌衛生學校第八章RNA的生物合成(轉錄)許昌衛生學校1本章內容第一節轉錄的酶和模板第二節轉錄過程第三節真核生物的轉錄后修飾本章內容第一節轉錄的酶和模板2轉錄生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉錄RNADNA

轉錄轉錄RNADNA3復制和轉錄的區別復制和轉錄的區別4參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP5第一節模板和酶轉錄:以DNA為模板，在依賴于DNA的RNA多聚酶催化下合成與模板互補的mRNA鏈的過程。轉錄是基因實現表達的第一步。一、轉錄模板轉錄的不對稱性就是指以雙鏈DNA中的一條鏈作為模板進行轉錄，從而將遺傳信息由DNA傳遞給RNA。能轉錄出RNA的DNA區段稱為結構基因。第一節模板和酶轉錄:以DNA為模板，在依賴于6能夠轉錄RNA的那條DNA鏈稱為模板鏈，也稱作有意義鏈。與模板鏈互補的另一條DNA鏈稱為編碼鏈，也稱為反義鏈。

5’5’3’3’5’模板鏈編碼鏈5’能夠轉錄RNA的那條DNA鏈稱為模板鏈，也稱作有意義鏈。575335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向85′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯模板鏈、編碼鏈與轉錄及翻譯的關系5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c9轉錄的連續性：RNA轉錄合成時，以DNA作為模板，在RNA聚合酶的催化下，連續合成一段RNA鏈，各條RNA鏈之間無需再進行連接。轉錄的單向性：RNA轉錄合成時，只能向一個方向進行聚合，所依賴的模板DNA鏈的方向為3'→5'，而RNA鏈的合成方向為5'→3'。

轉錄的連續性：RNA轉錄合成時，以DNA作為模板，在RNA聚10二、參與轉錄合成的酶和蛋白因子參與RNA轉錄合成的物質原料：NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）。模板：單鏈DNA。酶：RNA聚合酶（DDRP，RNA-pol）。其他蛋白質因子：如轉錄因子、終止因子等。二、參與轉錄合成的酶和蛋白因子參與RNA轉錄合成的物質11RNA聚合酶（DDRP）這是一種不同于引物酶的依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）。該酶在單鏈DNA模板以及四種核糖核苷酸存在的條件下，不需要引物，即可從5'→3'聚合RNA。

RNA聚合酶（DDRP）12原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個亞基構成，即2'。亞基與轉錄起始點的識別有關，在轉錄合成開始后被釋放；余下的部分（2'）被稱為核心酶，與RNA鏈的聚合有關。

原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個亞基構成，即2'。13真核細胞的RNA聚合酶有三種：分別是RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ。RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ分別負責合成rRNA和mRNA，RNA聚合酶Ⅲ則催化轉錄生成5srRNA和tRNA。真核細胞的RNA聚合酶有三種：分別是RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚14第二節轉錄過程RNA的轉錄過程大體可分為起始、延長和終止三個階段。轉錄全過程均需RNA聚合酶催化，原核生物轉錄起始需要核心酶加上σ因子即全酶參與。延長過程是核心酶催化下的核苷酸聚合。р（Rho）因子參與轉錄的終止。第二節轉錄過程RNA的轉錄過程大體可分為起始、延長和終15一．起始階段首先由RNA聚合酶的σ因子辨認DNA的啟動子部位，并帶動RNA聚合酶的全酶與啟動子結合，形成復合物，同時使DNA分子的局部構象改變，結構松馳，解開一段RNA雙鏈（約10幾個堿基對），暴露出DNA模板鏈。在DNA模板鏈轉錄起點堿基的引導下，第一個核糖核苷酸進入相應的位置，配對結合。轉錄起點的堿基多為T或C，因此第一個結合的NTP多為ATP或GTP。一．起始階段首先由RNA聚合酶的σ因子辨認DNA的啟動子16二．延長階段RNA鏈的延長是由核心酶催化的。當第一個核糖核苷酸結合后，σ因子便從全酶中脫落下來。并與另一個核心酶結合成RNA聚合酶全酶，起始另一次轉錄。脫落的σ因子可以反復使用。失去σ因子的核心酶發生構象改變，與DNA模板的結合變得較為松馳，可以沿DNA模板鏈的下游方向（即3′→5′的方向）滑動。在核心酶的催化下，4種核糖核苷酸（NTP）按照模板鏈堿基排列順序的指引依次進入，按照U-A,A-T,C-G的堿基配對原則逐個地加到前一個核糖核苷酸的3′-OH上，并形成磷酸二酯鍵。隨著核心酶不斷沿模板鏈方向滑動，DNA雙螺旋逐漸解開暴露模板鏈，RNA鏈沿5′→3′方向逐漸延長。此時，已合成的RNA鏈從5′-端逐漸與模板鏈分離，而模板鏈與編碼鏈重新結合形成雙螺旋(圖)。二．延長階段RNA鏈的延長是由核心酶催化的。當第一個核糖17第八章RNA的生物合成(轉錄)課件18三．終止階段當核心酶滑行到DNA模板鏈的終止部位即停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來，就是轉錄終止。原核生物轉錄終止有兩種類型：一種是依賴ρ因子終止的轉錄，ρ因子能與轉錄產物RNA結合，使RNA聚合酶停頓。ρ因子還有ATP酶活性和解螺旋酶活性，它能利用ATP水解釋放的能量，使RNA鏈從模板DNA鏈上拆開，并從轉錄復合物中釋放出來。另一種是不依賴ρ因子終止的轉錄。在DNA模板鏈上靠近終止處有些特殊堿基序列，即較豐富的A-T配對區或G-C配對區，是轉錄終止信號。當核心酶遇到終止信號后，RNA轉錄產物就形成特殊的發夾樣結構，阻止核心酶的滑動，RNA鏈的延長便終止。轉錄終止后，核心酶也從DNA模板鏈上脫落下來，與ρ因子重新結合為全酶進行下一次的轉錄。這樣合成的RNA是初級轉錄物，即RNA前體。如前所述，某些抗生素如利福霉素和利福平能抑制細菌RNA聚合酶，因而能抑制細菌RNA的合成。三．終止階段當核心酶滑行到DNA模板鏈的終止部位即停頓下19第三節轉錄后的加工和修飾

真核細胞中轉錄生成的RNA是初級轉錄產物，均需經過一定程度的加工才具有活性。原核細胞由于沒有細胞核，其結構基因是連續的核苷酸序列，轉錄后產生的RNA很少需要加工處理（tRNA例外）就轉運到核蛋白體上參與蛋白質的合成。新生的無活性的RNA轉變為有活性的RNA的過程，稱為RNA的成熟（轉錄后的加工），包括鏈的斷裂、拼接和化學修飾等。第三節轉錄后的加工和修飾真核細胞中轉錄生成的RNA是初級20一、mRNA的轉錄后加工真核生物mRNA轉錄后，需進行5′-端和3′-端的修飾以及對hnRNA進行剪接。（一）．首尾修飾指在mRNA的5′-端加“帽”，3′-端加“尾”。5′-端加“帽”是在核內進行的，在hnRNA的5′-末端加上一個m7GpppG“帽”結構，其功能與蛋白質生物合成的起始有關。mRNA3′-末端接上一段約30～200個polyA,該結構稱為“尾”，其功能是引導mRNA由細胞核向細胞質轉移。一、mRNA的轉錄后加工21（二）．mRNA的剪接

真核細胞的mRNA前體稱核內不均一RNA(hnRNA)，它是由斷裂基因轉錄的，包含有內含子和外顯子的區段，所以其分子量比成熟的mRNA大幾倍，甚至數十倍。剪接就是把hnRNA中的內含子除去，把外顯子拚接起來，成為具有翻譯功能的模板—mRNA。（二）．mRNA的剪接22二、tRNA的轉錄后加工

1、切除多余的核苷酸.

2、剪切內含子：核酸內切酶切除內含子,連接酶進行連接。

3、修飾與3'末端加-CCA:修飾包括甲基化,脫氨基,還原反應等，在核苷酸基轉移酶催化下完成3'末端添加CCA。二、tRNA的轉錄后加工

23第九章蛋白質的生物合成（翻譯）【目的與要求】

1、掌握翻譯及蛋白質合成體系中的基本概念，如密碼子、簡并性等。

2、掌握蛋白質合成體系的組成及mRNA、tRNA和核蛋白體的作用原理。

3、復述蛋白質合成的過程。

4、解釋分子病的概念，并舉例說明。蛋白質的生物合成過程，就是將DNA傳遞給mRNA的遺傳信息，再具體轉譯為蛋白質中氨基酸排列順序的過程，這一過程被稱為翻譯。第九章蛋白質的生物合成（翻譯）【目的與要求】

24第一節參與蛋白質生物合成的物質一、合成原料：蛋白質生物合成的原料是氨基酸。氨基酸在mRNA的指引下逐一聚合。聚合過程中，氨基酸需由tRNA攜帶。蛋白質合成的全過程是在由rRNA和蛋白質所組成的核蛋白體大分子上進行的。也就是說，蛋白質的生物合成，是需要mRNA為模板、tRNA為運載體、核蛋白體為裝配場所共同協調完成的。此外，翻譯過程還需眾多的蛋白質因子和酶的參與。第一節參與蛋白質生物合成的物質一、合成原料：蛋白質生物25二、RNA（一）mRNAmRNA是翻譯的直接模板。在mRNA分子中，核苷酸的排列順序包含有多肽鏈中氨基酸的排列順序。mRNA通過其模板作用傳遞DNA的遺傳信息，即引導蛋白質多肽鏈的合成。作為指導蛋白質生物合成的模板，mRNA中每三個相鄰的核苷酸組成三聯體，代表一個氨基酸的信息，此三聯體就稱為密碼。遺傳密碼共有64種，其中：二、RNA26起始密碼:AUG終止密碼:UAA，UAG，UGA起始密碼:AUG27

密碼子的第二位

密碼子的第一位(5′端

UCAG密碼子的第三位(3′）端

UUUU

UUC苯丙UUA

UUG亮UCU

UCCUCA

UCG絲UAU

UAC酪UAA

StoUAG

opUGU

UGC半UGA

Stop

UGG色U

C

A

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CUG亮CCU

CCC

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CCG脯CAU

CAC組CAA

CAG谷CGU

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CGA

CGG精U

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G

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AUA異AUG蛋ACU

ACC

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ACG蘇AAU

AAC天AAA

AAG賴AGU

AGC絲AGA

AGG精U

C

A

G

GGUU

GUC

GUA

GUG纈GCU

GCC

GCA

GCG丙GAU

GAC天GAA

GAG谷GGU

GGC

GGA

GGG甘U

C

A

G

密碼子的第二位28遺傳密碼具有以下特點：1.通用性蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。2.連續性指編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。3.簡并性同一氨基酸存在多個不同的遺傳密碼的現象稱為遺傳密碼的簡并性。遺傳密碼的簡并性在保持遺傳穩定性上具有重要意義。遺傳密碼具有以下特點：294.擺動性：轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反平行配對結合，但反密碼與密碼之間常常不嚴格遵守堿基配對規律，稱為擺動配對。（二）tRNA：tRNA是轉運氨基酸的工具所有tRNA的二級結構均是三葉草形，其氨基酸臂的3′-CCA-OH是氨基酸的結合位點，反密碼環頂端的反密碼子與mRNA上的密碼子配對結合。tRNA攜帶的氨基酸，是由mRNA上三聯體密碼決定的，因此，tRNA可將氨基酸準確地帶到指定的位置。4.擺動性：轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補30氨基酸臂反密碼環tRNA氨基酸臂反密碼環tRNA31（三）rRNA與蛋白質構成核蛋白體是蛋白質合成的場所rRNA是一類分子量不等的非均一性RNA，它們與多種蛋白質互相鑲嵌，結合成為顯微鏡下可見的核蛋白體顆粒，是氨基酸聚合成肽鏈的場所。核蛋白體由大、小亞基構成。大亞基有轉肽酶活性和兩個tRNA結合部位，一個是結合肽酰-tRNA的部位（P位），另一個是結合氨基酰-tRNA的部位（A位）。小亞基有結合模板mRNA的功能，在大小亞基之間有容納mRNA的部位，核蛋白體能沿著mRNA5′→3′方向閱讀遺傳密碼。（三）rRNA與蛋白質構成核蛋白體是蛋白質合成的場所rR32三個與tRNA結合的位點：⑴A位：又稱受位或氨?；?，可與新進入的氨基酰tRNA結合；由大、小亞基成分構成。⑵P位：又稱給位或肽?；?，可與延伸中的肽?；鵷RNA結合；由大、小亞基成分構成。⑶E位：又稱排出位，空載tRNA脫離核蛋白體前的結合位點；主要由大亞基成分構成。核蛋白體大、小亞基的功能三個與tRNA結合的位點：核蛋白體大、小亞基的功能33原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式A位：氨基酰位P位：肽酰位E位：排出位原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式A位：氨基酰位P位：肽酰位34三、酶類和蛋白因子（一）氨基酰-tRNA合成酶氨基酸的活化與攜帶反應由氨基酰tRNA合成酶催化。特定的tRNA與相應的氨基酸結合，生成氨基酰tRNA，從而由tRNA攜帶活化的氨基酸參與蛋白質的生物合成。每種氨基酸都有其特異的氨基酰-tRNA合成酶；該酶具有絕對專一性，對其tRNA和氨基酸兩種底物能進行高度特異性地識別。三、酶類和蛋白因子35（二）轉肽酶該酶實際上是核蛋白體大亞基上的蛋白質，能催化大亞基P位上的肽酰-tRNA的肽酰基轉移到A位上氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基與氨基結合形成肽鍵，延長肽鏈。（三）其它因子和供能物質1.蛋白因子⑴起始因子（IF）與多肽鏈合成起始有關的蛋白因子稱為起始因子。作用主要是促進核蛋白體小亞基與起始tRNA及模板mRNA結合。（二）轉肽酶該酶實際上是核蛋白體大亞基上的蛋白質，能催化36⑵延長因子（EF）與多肽鏈合成的延伸過程有關的蛋白因子稱為延長因子。EF的作用主要促使氨基酰tRNA進入核蛋白的受體，并可促進移位過程。⑶釋放因子（RF）與多肽鏈合成終止并使之從核蛋白體上釋放相關的蛋白因子稱為釋放因子。⑵延長因子（EF）與多肽鏈合成的延伸過程有關的蛋白因子稱為延37RF的生物學功能主要有：識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。誘導轉肽酶改變為酯酶活性，相當于催化肽?；D移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。RF的生物學功能主要有：38多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質，并需Mg2+、K+參與。氨基酸活化時需消耗2分子高能磷酸鍵，肽鍵形成時又消耗2分子高能磷酸鍵，故縮合一分子氨基酸殘基需消耗4分子高能磷酸鍵。

2.供能物質和無機離子多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質，并需Mg2+、K39第二節蛋白質生物合成的過程蛋白質生物合成過程包括三大步驟：①氨基酸的活化與搬運；②活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；③多肽鏈合成后的加工修飾。本節主要介紹活化氨基酸在核蛋白體上的縮合過程，這一過程包括多肽鏈合成的起始、延長和終止三個階段。第二節蛋白質生物合成的過程蛋白質生物合成過程包括三大步驟：40一、氨基酸的活化與轉運在蛋白質分子中，氨基酸借其氨基與羧基互相連接，形成肽鍵。但氨基與羧基的反應性不強，必須經過活化才能彼此相連。如前所述，在氨基酰-tRNA合成酶的催化下，氨基酸與tRNA結合成為氨基酰-tRNA的過程叫做氨基酸的活化。以氨基酰-tRNA形式存在的活化氨基酸即可投入氨基酸縮合成肽的過程。氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶一、氨基酸的活化與轉運氨基酸+tRNA氨基酰-tRNA41二、肽鏈的合成（一）肽鏈合成的起始.1.核蛋白體大、小亞基分離：IF-1和IF-3與小亞基結合，促進核蛋白體大、小亞基拆離，為新一輪合成作準備。二、肽鏈的合成422．mRNA與核蛋白體的小亞基結合原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸順序組成，稱為S-D序列（核蛋白體結合位點，RBS）。而原核16SrRNA存在一段富含嘧啶的序列，二者之間可通過堿基配對，使mRNA與核蛋白體小亞基結合。

IF-3IF-1AUG5'3'2．mRNA與核蛋白體的小亞基結合IF-3IF-1AUG5'43IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結合到小亞基IF-3IF-1AUG5'3'起始fMet-tRNAimet以及IF2-GTP一起，識別結合小亞基P位，并對應模板mRNA的起始密碼AUG。IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNA44IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4.核蛋白體大亞基結合，起始復合體形成：AUG5'3'

IF2結合的GTP被水解，三種IF脫離，50S大亞基與30S小亞基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAifMet構成起始復合體。IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4.核蛋白體大45第八章RNA的生物合成(轉錄)課件46（二）肽鏈的延長起始復合物形成后，隨即對mRNA上的遺傳密碼進行連續地翻譯，即各種氨基酰-tRNA按照mRNA上三聯體密碼子的順序依次進入核蛋白體上，使肽鏈延長。翻譯過程的肽鏈延長也稱為核蛋白體循環，每次循環可分為進位（注冊）、成肽和轉位三個步驟。每循環一次，肽鏈延長一個氨基酸，如此不斷重復，直到肽鏈合成終止。這一過程需要肽鏈延長因子（EF）、GTP、Mg2＋和K＋的參與。（二）肽鏈的延長471.進位：又稱注冊，指根據mRNA上遺傳密碼的指引，進入核蛋白體大亞基的A位。在起始復合物中，大亞基上對應于mRNA的第二位密碼子的A位是空著的。起始復合物形成后，由mRNA上的第二位密碼子決定的氨基酰-tRNA進入A位，并通過其反密碼子與密碼子互補結合。此步驟需GTP，Mg2+，和EF-T參與。1.進位：又稱注冊，指根據mRNA上遺傳密碼的指引，進入核482．轉肽在大亞基上的轉肽酶的催化下，P位上的fmet-tRNAfmet中甲酰甲硫氨酸的?；D移到A位，與A位上的氨基酰-tRNA的氨基結合成第一個肽鍵，這樣就在A位上形成一個二肽酰-tRNA，P位上的tRNA隨之從大亞基上脫落下來。此時P位成為空位。成肽過程需要Mg2＋和K＋的參與。2．轉肽在大亞基上的轉肽酶的催化下，P位上的fmet-t493．轉位上述二肽形成之后，在轉位酶催化下，并在EF-G和Mg2＋的共同參與以及GTP供能的情況下，核蛋白體向mRNA的3′端方向移動相當于一個密碼子的距離，此時A位上的二肽酰-tRNA移至P位，A位留空，而mRNA上的第三個密碼子與空著的A位相對應。至此，第一循環完成，又回復到循環開始時的狀態，所不同的是，此時P位上由循環開始時的fmet-tRNAfmet變成了二肽酰-tRNA。接著，第三號氨基酸就按第三個密碼子的指引進入A位注冊，開始下一輪循環，形成三肽酰-tRNA。同樣地，按進位-成肽-轉位循環一次，就在肽鏈上增加一個氨基酸殘基?？梢?，核蛋白體閱讀mRNA密碼子是從5′向3′方向進行的，而肽鏈的合成是從N-端向C-端方向進行的。蛋白質多肽鏈合成的速度很快，據估算，每秒鐘可翻譯約40個密碼子，即每秒鐘可以使肽鏈延長40個左右氨基酸殘基。3．轉位上述二肽形成之后，在轉位酶催化下，并在EF-G和50進位轉位成肽核蛋白體循環的反應過程進位轉位成肽核蛋白體循環的反應過程51（三）翻譯的終止

翻譯的終止包括：終止密碼的辨認，肽鏈從tRNA上水解釋出，mRNA脫離核蛋白體，大小亞基解聚。當肽鏈延長直到A位出現終止密碼（UAA、UAG、UGA），無氨基酰-tRNA與之對應，此時，釋放因子（RF）能識別終止密碼，進入A位。RF與大亞基的結合，可誘導轉肽酶變構，激活轉肽酶，使P位上的多肽鏈從tRNA上分離；然后由GTP供能，使tRNA、RF和mRNA均從核蛋白體上脫落下來；在IF的作用下，核蛋白體解聚成大、小亞基。解聚后的大、小亞基又可重新進入翻譯過程，循環使用。狹義上，核蛋白體循環指翻譯延長，廣義上則包括整個翻譯過程。（三）翻譯的終止 52多肽鏈合成的終止過程多肽鏈合成的終止過程53多肽鏈合成終止演示UAG5'3'RFCOO-多肽鏈合成終止演示UAG5'3'RFCOO-54三、蛋白質合成后加工和輸送從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經過不同的翻譯后復雜加工過程才轉變為天然構象的功能蛋白。（一）N-端加工去除N末端蛋氨酸殘基三、蛋白質合成后加工和輸送55四、蛋白質合成與醫學的關系（一）、分子病

因DNA分子基因的缺陷,使某種蛋白質分子一級結構的氨基酸序列發生改變導致的遺傳病，稱為分子病。

例：鐮刀形紅細胞貧血。病因：編碼血紅蛋白b鏈的基因，其DNA上的T被A代替，導致b鏈氨基端第6位的谷氨酸被纈氨酸代替。四、蛋白質合成與醫學的關系56（二）、蛋白質合成的抑制劑

蛋白質生物合成自復制、轉錄和翻譯的不同過程均有抑制劑能加以阻斷。抑制劑包括抗菌素和毒素等。

1.抗生素

四環素族：（土霉素等）

[作用]:抑制氨基酰-tRNA與原核細胞的小亞基結合,此類抗生素不易進入哺乳動物細胞。

氯霉素：（紅霉素）

[作用]與原核細胞的大亞基結合,對真核線立體合成有阻斷作用。（二）、蛋白質合成的抑制劑57抗生素抑制蛋白質生物合成的原理抗生素抑制蛋白質生物合成的原理582.干擾素

病毒感染宿主后，細胞產生一類蛋白因子，它抑制病毒的繁殖保護宿主。

[作用原理]：當雙鏈RNA病毒存在時,干擾素使病毒蛋白質合成受抑制，使病毒無法繁殖。

[作用機制]：

1、當雙鏈RNA病毒存在時，干擾素活化一種蛋白激酶,激酶使啟動因子eIF2磷酸化而失活，從而抑制蛋白合成。

2、干擾素間接活化一種核酸內切酶，此酶使病毒mRNA降解,從而阻斷蛋白質合成。

2.干擾素

病毒感染宿主后，細胞產生一類蛋白因子，它59第十章分子生物學常用技術

和人類基因組計劃第十章分子生物學常用技術

和人類基因組計劃60第八章RNA的生物合成(轉錄)許昌衛生學校第八章RNA的生物合成(轉錄)許昌衛生學校61本章內容第一節轉錄的酶和模板第二節轉錄過程第三節真核生物的轉錄后修飾本章內容第一節轉錄的酶和模板62轉錄生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉錄RNADNA

轉錄轉錄RNADNA63復制和轉錄的區別復制和轉錄的區別64參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP65第一節模板和酶轉錄:以DNA為模板，在依賴于DNA的RNA多聚酶催化下合成與模板互補的mRNA鏈的過程。轉錄是基因實現表達的第一步。一、轉錄模板轉錄的不對稱性就是指以雙鏈DNA中的一條鏈作為模板進行轉錄，從而將遺傳信息由DNA傳遞給RNA。能轉錄出RNA的DNA區段稱為結構基因。第一節模板和酶轉錄:以DNA為模板，在依賴于66能夠轉錄RNA的那條DNA鏈稱為模板鏈，也稱作有意義鏈。與模板鏈互補的另一條DNA鏈稱為編碼鏈，也稱為反義鏈。

5’5’3’3’5’模板鏈編碼鏈5’能夠轉錄RNA的那條DNA鏈稱為模板鏈，也稱作有意義鏈。5675335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向685′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯模板鏈、編碼鏈與轉錄及翻譯的關系5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c69轉錄的連續性：RNA轉錄合成時，以DNA作為模板，在RNA聚合酶的催化下，連續合成一段RNA鏈，各條RNA鏈之間無需再進行連接。轉錄的單向性：RNA轉錄合成時，只能向一個方向進行聚合，所依賴的模板DNA鏈的方向為3'→5'，而RNA鏈的合成方向為5'→3'。

轉錄的連續性：RNA轉錄合成時，以DNA作為模板，在RNA聚70二、參與轉錄合成的酶和蛋白因子參與RNA轉錄合成的物質原料：NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）。模板：單鏈DNA。酶：RNA聚合酶（DDRP，RNA-pol）。其他蛋白質因子：如轉錄因子、終止因子等。二、參與轉錄合成的酶和蛋白因子參與RNA轉錄合成的物質71RNA聚合酶（DDRP）這是一種不同于引物酶的依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）。該酶在單鏈DNA模板以及四種核糖核苷酸存在的條件下，不需要引物，即可從5'→3'聚合RNA。

RNA聚合酶（DDRP）72原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個亞基構成，即2'。亞基與轉錄起始點的識別有關，在轉錄合成開始后被釋放；余下的部分（2'）被稱為核心酶，與RNA鏈的聚合有關。

原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個亞基構成，即2'。73真核細胞的RNA聚合酶有三種：分別是RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ。RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ分別負責合成rRNA和mRNA，RNA聚合酶Ⅲ則催化轉錄生成5srRNA和tRNA。真核細胞的RNA聚合酶有三種：分別是RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚74第二節轉錄過程RNA的轉錄過程大體可分為起始、延長和終止三個階段。轉錄全過程均需RNA聚合酶催化，原核生物轉錄起始需要核心酶加上σ因子即全酶參與。延長過程是核心酶催化下的核苷酸聚合。р（Rho）因子參與轉錄的終止。第二節轉錄過程RNA的轉錄過程大體可分為起始、延長和終75一．起始階段首先由RNA聚合酶的σ因子辨認DNA的啟動子部位，并帶動RNA聚合酶的全酶與啟動子結合，形成復合物，同時使DNA分子的局部構象改變，結構松馳，解開一段RNA雙鏈（約10幾個堿基對），暴露出DNA模板鏈。在DNA模板鏈轉錄起點堿基的引導下，第一個核糖核苷酸進入相應的位置，配對結合。轉錄起點的堿基多為T或C，因此第一個結合的NTP多為ATP或GTP。一．起始階段首先由RNA聚合酶的σ因子辨認DNA的啟動子76二．延長階段RNA鏈的延長是由核心酶催化的。當第一個核糖核苷酸結合后，σ因子便從全酶中脫落下來。并與另一個核心酶結合成RNA聚合酶全酶，起始另一次轉錄。脫落的σ因子可以反復使用。失去σ因子的核心酶發生構象改變，與DNA模板的結合變得較為松馳，可以沿DNA模板鏈的下游方向（即3′→5′的方向）滑動。在核心酶的催化下，4種核糖核苷酸（NTP）按照模板鏈堿基排列順序的指引依次進入，按照U-A,A-T,C-G的堿基配對原則逐個地加到前一個核糖核苷酸的3′-OH上，并形成磷酸二酯鍵。隨著核心酶不斷沿模板鏈方向滑動，DNA雙螺旋逐漸解開暴露模板鏈，RNA鏈沿5′→3′方向逐漸延長。此時，已合成的RNA鏈從5′-端逐漸與模板鏈分離，而模板鏈與編碼鏈重新結合形成雙螺旋(圖)。二．延長階段RNA鏈的延長是由核心酶催化的。當第一個核糖77第八章RNA的生物合成(轉錄)課件78三．終止階段當核心酶滑行到DNA模板鏈的終止部位即停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來，就是轉錄終止。原核生物轉錄終止有兩種類型：一種是依賴ρ因子終止的轉錄，ρ因子能與轉錄產物RNA結合，使RNA聚合酶停頓。ρ因子還有ATP酶活性和解螺旋酶活性，它能利用ATP水解釋放的能量，使RNA鏈從模板DNA鏈上拆開，并從轉錄復合物中釋放出來。另一種是不依賴ρ因子終止的轉錄。在DNA模板鏈上靠近終止處有些特殊堿基序列，即較豐富的A-T配對區或G-C配對區，是轉錄終止信號。當核心酶遇到終止信號后，RNA轉錄產物就形成特殊的發夾樣結構，阻止核心酶的滑動，RNA鏈的延長便終止。轉錄終止后，核心酶也從DNA模板鏈上脫落下來，與ρ因子重新結合為全酶進行下一次的轉錄。這樣合成的RNA是初級轉錄物，即RNA前體。如前所述，某些抗生素如利福霉素和利福平能抑制細菌RNA聚合酶，因而能抑制細菌RNA的合成。三．終止階段當核心酶滑行到DNA模板鏈的終止部位即停頓下79第三節轉錄后的加工和修飾

真核細胞中轉錄生成的RNA是初級轉錄產物，均需經過一定程度的加工才具有活性。原核細胞由于沒有細胞核，其結構基因是連續的核苷酸序列，轉錄后產生的RNA很少需要加工處理（tRNA例外）就轉運到核蛋白體上參與蛋白質的合成。新生的無活性的RNA轉變為有活性的RNA的過程，稱為RNA的成熟（轉錄后的加工），包括鏈的斷裂、拼接和化學修飾等。第三節轉錄后的加工和修飾真核細胞中轉錄生成的RNA是初級80一、mRNA的轉錄后加工真核生物mRNA轉錄后，需進行5′-端和3′-端的修飾以及對hnRNA進行剪接。（一）．首尾修飾指在mRNA的5′-端加“帽”，3′-端加“尾”。5′-端加“帽”是在核內進行的，在hnRNA的5′-末端加上一個m7GpppG“帽”結構，其功能與蛋白質生物合成的起始有關。mRNA3′-末端接上一段約30～200個polyA,該結構稱為“尾”，其功能是引導mRNA由細胞核向細胞質轉移。一、mRNA的轉錄后加工81（二）．mRNA的剪接

真核細胞的mRNA前體稱核內不均一RNA(hnRNA)，它是由斷裂基因轉錄的，包含有內含子和外顯子的區段，所以其分子量比成熟的mRNA大幾倍，甚至數十倍。剪接就是把hnRNA中的內含子除去，把外顯子拚接起來，成為具有翻譯功能的模板—mRNA。（二）．mRNA的剪接82二、tRNA的轉錄后加工

1、切除多余的核苷酸.

2、剪切內含子：核酸內切酶切除內含子,連接酶進行連接。

3、修飾與3'末端加-CCA:修飾包括甲基化,脫氨基,還原反應等，在核苷酸基轉移酶催化下完成3'末端添加CCA。二、tRNA的轉錄后加工

83第九章蛋白質的生物合成（翻譯）【目的與要求】

1、掌握翻譯及蛋白質合成體系中的基本概念，如密碼子、簡并性等。

2、掌握蛋白質合成體系的組成及mRNA、tRNA和核蛋白體的作用原理。

3、復述蛋白質合成的過程。

4、解釋分子病的概念，并舉例說明。蛋白質的生物合成過程，就是將DNA傳遞給mRNA的遺傳信息，再具體轉譯為蛋白質中氨基酸排列順序的過程，這一過程被稱為翻譯。第九章蛋白質的生物合成（翻譯）【目的與要求】

84第一節參與蛋白質生物合成的物質一、合成原料：蛋白質生物合成的原料是氨基酸。氨基酸在mRNA的指引下逐一聚合。聚合過程中，氨基酸需由tRNA攜帶。蛋白質合成的全過程是在由rRNA和蛋白質所組成的核蛋白體大分子上進行的。也就是說，蛋白質的生物合成，是需要mRNA為模板、tRNA為運載體、核蛋白體為裝配場所共同協調完成的。此外，翻譯過程還需眾多的蛋白質因子和酶的參與。第一節參與蛋白質生物合成的物質一、合成原料：蛋白質生物85二、RNA（一）mRNAmRNA是翻譯的直接模板。在mRNA分子中，核苷酸的排列順序包含有多肽鏈中氨基酸的排列順序。mRNA通過其模板作用傳遞DNA的遺傳信息，即引導蛋白質多肽鏈的合成。作為指導蛋白質生物合成的模板，mRNA中每三個相鄰的核苷酸組成三聯體，代表一個氨基酸的信息，此三聯體就稱為密碼。遺傳密碼共有64種，其中：二、RNA86起始密碼:AUG終止密碼:UAA，UAG，UGA起始密碼:AUG87

密碼子的第二位

密碼子的第一位(5′端

UCAG密碼子的第三位(3′）端

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UUC苯丙UUA

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G

密碼子的第二位88遺傳密碼具有以下特點：1.通用性蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。2.連續性指編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。3.簡并性同一氨基酸存在多個不同的遺傳密碼的現象稱為遺傳密碼的簡并性。遺傳密碼的簡并性在保持遺傳穩定性上具有重要意義。遺傳密碼具有以下特點：894.擺動性：轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反平行配對結合，但反密碼與密碼之間常常不嚴格遵守堿基配對規律，稱為擺動配對。（二）tRNA：tRNA是轉運氨基酸的工具所有tRNA的二級結構均是三葉草形，其氨基酸臂的3′-CCA-OH是氨基酸的結合位點，反密碼環頂端的反密碼子與mRNA上的密碼子配對結合。tRNA攜帶的氨基酸，是由mRNA上三聯體密碼決定的，因此，tRNA可將氨基酸準確地帶到指定的位置。4.擺動性：轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補90氨基酸臂反密碼環tRNA氨基酸臂反密碼環tRNA91（三）rRNA與蛋白質構成核蛋白體是蛋白質合成的場所rRNA是一類分子量不等的非均一性RNA，它們與多種蛋白質互相鑲嵌，結合成為顯微鏡下可見的核蛋白體顆粒，是氨基酸聚合成肽鏈的場所。核蛋白體由大、小亞基構成。大亞基有轉肽酶活性和兩個tRNA結合部位，一個是結合肽酰-tRNA的部位（P位），另一個是結合氨基酰-tRNA的部位（A位）。小亞基有結合模板mRNA的功能，在大小亞基之間有容納mRNA的部位，核蛋白體能沿著mRNA5′→3′方向閱讀遺傳密碼。（三）rRNA與蛋白質構成核蛋白體是蛋白質合成的場所rR92三個與tRNA結合的位點：⑴A位：又稱受位或氨酰基位，可與新進入的氨基酰tRNA結合；由大、小亞基成分構成。⑵P位：又稱給位或肽?；唬膳c延伸中的肽?；鵷RNA結合；由大、小亞基成分構成。⑶E位：又稱排出位，空載tRNA脫離核蛋白體前的結合位點；主要由大亞基成分構成。核蛋白體大、小亞基的功能三個與tRNA結合的位點：核蛋白體大、小亞基的功能93原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式A位：氨基酰位P位：肽酰位E位：排出位原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式A位：氨基酰位P位：肽酰位94三、酶類和蛋白因子（一）氨基酰-tRNA合成酶氨基酸的活化與攜帶反應由氨基酰tRNA合成酶催化。特定的tRNA與相應的氨基酸結合，生成氨基酰tRNA，從而由tRNA攜帶活化的氨基酸參與蛋白質的生物合成。每種氨基酸都有其特異的氨基酰-tRNA合成酶；該酶具有絕對專一性，對其tRNA和氨基酸兩種底物能進行高度特異性地識別。三、酶類和蛋白因子95（二）轉肽酶該酶實際上是核蛋白體大亞基上的蛋白質，能催化大亞基P位上的肽酰-tRNA的肽酰基轉移到A位上氨基酰-tRNA的氨基上，使?；c氨基結合形成肽鍵，延長肽鏈。（三）其它因子和供能物質1.蛋白因子⑴起始因子（IF）與多肽鏈合成起始有關的蛋白因子稱為起始因子。作用主要是促進核蛋白體小亞基與起始tRNA及模板mRNA結合。（二）轉肽酶該酶實際上是核蛋白體大亞基上的蛋白質，能催化96⑵延長因子（EF）與多肽鏈合成的延伸過程有關的蛋白因子稱為延長因子。EF的作用主要促使氨基酰tRNA進入核蛋白的受體，并可促進移位過程。⑶釋放因子（RF）與多肽鏈合成終止并使之從核蛋白體上釋放相關的蛋白因子稱為釋放因子。⑵延長因子（EF）與多肽鏈合成的延伸過程有關的蛋白因子稱為延97RF的生物學功能主要有：識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。誘導轉肽酶改變為酯酶活性，相當于催化肽酰基轉移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。RF的生物學功能主要有：98多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質，并需Mg2+、K+參與。氨基酸活化時需消耗2分子高能磷酸鍵，肽鍵形成時又消耗2分子高能磷酸鍵，故縮合一分子氨基酸殘基需消耗4分子高能磷酸鍵。

2.供能物質和無機離子多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質，并需Mg2+、K99第二節蛋白質生物合成的過程蛋白質生物合成過程包括三大步驟：①氨基酸的活化與搬運；②活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；③多肽鏈合成后的加工修飾。本節主要介紹活化氨基酸在核蛋白體上的縮合過程，這一過程包括多肽鏈合成的起始、延長和終止三個階段。第二節蛋白質生物合成的過程蛋白質生物合成過程包括三大步驟：100一、氨基酸的活化與轉運在蛋白質分子中，氨基酸借其氨基與羧基互相連接，形成肽鍵。但氨基與羧基的反應性不強，必須經過活化才能彼此相連。如前所述，在氨基酰-tRNA合成酶的催化下，氨基酸與tRNA結合成為氨基酰-tRNA的過程叫做氨基酸的活化。以氨基酰-tRNA形式存在的活化氨基酸即可投入氨基酸縮合成肽的過程。氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶一、氨基酸的活化與轉運氨基酸+tRNA氨基酰-tRNA101二、肽鏈的合成（一）肽鏈合成的起始.1.核蛋白體大、小亞基分離：IF-1和IF-3與小亞基結合，促進核蛋白體大、小亞基拆離，為新一輪合成作準備。二、肽鏈的合成1022．mRNA與核蛋白體的小亞基結合原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸順序組成，稱為S-D序列（核蛋白體結合位點，RBS）。而原核16SrRNA存在一段富含嘧啶的序列，二者之間可通過堿基配對，使mRNA與核蛋白體小亞基結合。

IF-3IF-1AUG5'3'2．mRNA與核蛋白體的小亞基結合IF-3IF-1AUG5'103IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結合到小亞基IF-3IF-1AUG5'3'起始fMet-tRNAimet以及IF2-GTP一起，識別結合小亞基P位，并對應模板mRNA的起始密碼AUG。IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNA104IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4.核蛋白體大亞基結合，起始復合體形成：AUG5'3'

IF2結合的GTP被水解，三種IF脫離，50S大亞基與30S小亞基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAifMet構成起始復合體。IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4.核蛋白體大105第八章RNA的生物合成(轉錄)課件106（二）肽鏈的延長起始復合物形成后，隨即對mRNA上的遺傳密碼進行連續地翻譯，即各種氨基酰-tRNA按照mRNA上三聯體密碼子的順序依次進入核蛋白體上，使肽鏈延長。翻譯過程的肽鏈延長也稱為核蛋白體循環，每次循環可分為進位（注冊）、成肽和轉位三個步驟。每循環一次，肽鏈延長一個氨基酸，如此不斷重復，直到肽鏈合成終止。這一過程需要肽鏈延長因子（EF）、GTP、Mg2＋和K＋的參與。（二）肽鏈的延長1071.進位：又稱注冊，指根據mRNA上遺傳密碼的指引，進入核蛋白體大亞基的A位。在