第二章酶生物合成的基本理论

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转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
三、RNA链合成的终止
1、模板DNA分子上每一个基因或每一个 操纵子都含有一个终止信号-终止子。
2、有些RNA链合成的终止还需要终止因 子（termination factor）- ρ因子的帮助。
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的生化反应。 （4）sRNA：各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作
用。 （5） mRNA：携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的RNA。 （6） rRNA：是细胞中含量最多的RNA，约占RNA总量的82%。
rRNA单独存在时不执行其功能，它与多种蛋白质结合成核糖体， 作为蛋白质生物合成的“装配机”。
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转录过程的特点
转录的不对称性：在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有 一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。（反义链， 有义链）
反义链 antisense strand（无意义链，负链）：在RNA的转 录中，用作模板的DNA链称为反义链。
有义链 coding strand（编码链，正链）：在RNA的转录中， 不作为模板的DNA链称为有义链。
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第一篇 酶的生产
1 第二章 酶生物合成的基本理论 2 第三章 酶的生物合成法生产 3 第四章 酶的提取与分离纯化
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第二章 酶生物合成的基本理论
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引言
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RNA的生物合成
3 蛋白质的生物合成
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酶生物合成的调节
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2、进位:氨酰-tRNA进入核糖体上的A位（受位）; 3、转肽:形成肽键，在转肽酶作用下,给位与受位结合; 4、移位:核蛋白体向3’端移动一个密码子的位置，
空出受位，不断地进位、转肽、移位，使肽 链延长。
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转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
二、RNA链的延伸
1、从起始阶段到延伸阶段，RNA聚合酶 分子的构象发生变化。
2、RNA链的延伸沿着5’至3’的方向进行。 延伸的速率大约为50 nt/s.
3、RNA聚合酶不具有外切核酸酶的活性， 无校对功能，RNA生物合成的差错率为 10-4-10-5，比DNA复制的差错率10-9-10-10 大的多。
第一篇 酶的生产
酶的生产（enzyme production）是通过各种方法获 得所需酶的技术过程。
提取分离法 微生物细胞发酵产酶 酶的生产方法 生物合成法 植物细胞培养产酶
化学合成法 动物细胞培养产酶
提取分离法是最早采用且沿用至今的方法，生物合 成法是20世纪50年代以来酶生产的主要方法，而化学 合成法至今仍然停留在实验室阶段。
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二、蛋白质的生物合成
大肠杆菌
氨基酸的活化
肽链合成的起始 肽链的延伸 肽链合成的终止与释放
在核糖体上 合成多肽
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（一） 氨基酸活化生成氨酰-tRNA
氨酰-tRNA
合成酶
AA+ tRNA+ ATP
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转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
（四）核苷修饰反应
成熟的tRNA分子中含有许多修饰核苷。 这些修饰核苷是在tRNA加工过程中，通过 各种酶的作用而生成的。
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第二节 蛋白质的生物合成——翻译
定义
以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖 核蛋白体上通过各种tRNA、酶和辅助因子的作 用，合成多肽链的过程。
存在位置
核仁
相对分子量
550
催化反应的产物 rRNA
不均一rRNA聚 合酶
核仁
小分子rRNA聚 合酶
核质
600 mRNA
600
tRNA，5S rRNA
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转录过程
起始位点的识别 recognition 转录起始 initiation 链的延伸 elongation 转录终止 termination 转录后加工 modification
1、30s亚基与起始因子IF3结合； 2、30s亚基与mRNA结合，形成30S-IF3-mRNA复合物； 3、fMet-tRNAF与起始因子IF2以及GPT结合，生成fMet-
tRNAF-IF2-GPT； 4、在起始因子IF1的参与下， 30S-IF3-mRNA与fMet-tRNA-
IF2-GTP结合生成30s起始复合物。在此复合物中， fMettRNAF上的密码子正好与mRNA的起始密码子（AUG）结合。 5、50S亚基与30S起始复合物结合，形成70S核糖体。 fMettRNAF位于70S核糖体的“P”位（肽酰基位），而它的“A” 位（氨酰基位）是空位。
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酪
5’ 酪氨酰- tRNA
AUG
பைடு நூலகம்
反密码
GUU UAC ACA
5’
3’ mRNA
密码(codon)与反密码(anticodon)的 碱基配对
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4、核糖体
核糖体（或称核糖核蛋白体）由蛋白质和rRNA组成。 是存在于细胞质内的微小颗粒。
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2、遗传密码
mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组成的三联体代表某 种氨基酸或其它信息，称为密码子或三联密码。
四种核苷酸编成三联体可形成43个即64个密码子。其中： 一个起始密码: AUG 三个终止密码: UAA UGA UAG 多数氨基酸拥有: 2-4个密码
第一节 RNA的生物合成——转录
以DNA为模板，以核苷三磷酸为底物，在RNA聚合酶 （转录酶）的作用下，生成RNA分子的过程。
中心法则
Reverse transcription
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中心法则
Replication 复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下， 生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。
原核生物：核心酶，全酶（核心酶 + σ因子）。 真核生物：RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶
Ⅲ，都属于寡聚酶，酶的亚基数目为4～10个，亚基 种类有4～6种。
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真核生物的RNA聚合酶
聚合酶种类
RNA聚合酶Ⅰ RNA聚合酶Ⅱ RNA聚合酶Ⅲ
别名
rRNA聚合酶
翻译
mRNA
蛋白质
各种信息
各种蛋白质
（核苷酸排列顺序） （氨基酸排列顺序）
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蛋白质合成的几个要素
1、mRNA——模板
mRNA是带有DNA遗传信息指导蛋白质合成的直接 模板。
以mRNA为模板，合成一定结构的多肽链的过程(翻 译)，就是将mRNA分子中的核苷酸排列顺序转变成 蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。
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不同的RNA具有不同的生物学功能
（1）双链RNA：在某些RNA病毒中，作为遗传信息的载体。 （2）tRNA: 在蛋白质的生物合成过程中，tRNA作为氨基酸载体，并
由其上的反密码子识别mRNA分子上的密码子； （3）催化活性RNA：属于核酸类酶，在一定条件下，可以催化有关
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mRNA
小亚基
P位
A位
5’AUG ACA 3’
fMet-tRNAF
GTP
fMet
fMet
大亚基
UAC
UAC
5’AUG ACA 3’GDP+Pi 5’ AUG ACA 3’
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肽链合成的起始阶段
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（三）肽链的延伸
1、延伸因子EF-T与氨酰-tRNA以及GTP结合生成复 合物。
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转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
一、转录的起始
1、全酶的形成：核心酶与ơ因子结合成为全酶。 2、酶与模板结合：全酶与模板DNA结合生成不稳
定的复合物，全酶可沿着模板DNA移动，寻找识 别位点。 3、酶与启动子结合：全酶与模板DNA的启动子结 合生成酶与启动子的复合物。 4、模板DNA局部变性：DNA的双螺旋部分解链。 5、转录开始：全酶移至转录起始位点，生成稳定的 酶-DNA复合物，按照碱基互补原则结合进一个核 苷三磷酸，转录正式开始， ơ因子释放出来。
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The ribosome composition of prokaryotic and eukaryotic cell
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5、其他因子和酶
其他辅助因子 工具酶
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一、遗传密码
（一）遗传密码的概念
转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
四、RNA前体的加工
经过转录获得的产物并非成熟的RNA分子， 而是RNA前体。
（一）剪切反应：是指从RNA前体的末端切 去一定大小的RNA片段，而得到成熟的RNA分 子的加工过程。
（二）剪接反应：是指将RNA前体的间插序 列除去，并把两端的外显子连接起来，形成成熟 RNA分子的加工过程。
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3、转运RNA (tRNA)
tRNA是氨基酸的转运工具，携带活化的氨基酸到核蛋白体。 tRNA有特异性，至少有20种以上。每种tRNA的反密码环顶
端均由三个核苷酸组成的反密码，能与mRNA上相应的密码 互补结合。
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5’ 3’
反意义链
有意义链
5’
3’ T C GAG TAC
AGCTCATG
CGAGUAC
RNA聚合酶
3’
5’ RNA
PPi
UTP
GTP
ATP
CTP TTP
RNA在DNA模板上的生物合成
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转录过程的特点
转录所需酶：依赖DNA的RNA聚合酶又称为转录酶，是以 DNA为模板的一类RNA聚合酶。
（二）遗传密码的特点
1、遗传密码的简并性：一种氨基酸具有一 个以上的密码子的现象称为简并性。
2、遗传密码的通用性：不管在体内还是体 外，不管是何种生物，遗传密码子都是通 用的。
3、密码子和反密码子的相互作用
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三联体密码
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转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
（三）末端连接反应：末端连接反应是指在 RNA分子的3’末端或5’末端连接上特定的寡核苷酸， 而形成成熟的RNA。
1、在tRNA的3’末端加上CCA-OH 2、在mRNA的5’末端形成‘帽子’结构。 3、在mRNA的3’-末端连接poly A尾巴。 4、在tRNA的5’末端加上甲基鸟苷酸。
Transcription 转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将 其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的 RNA的过程。
Translation 翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的 密码解读成蛋白质的氨基酸顺序的过程。
Reverse translation 逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的 作用下，生成DNA的过程。
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RNA合成过程
起始
双链DNA 局部解开
启动子（ promotoRrN) A聚合酶


终止子 (terminator)
磷酸二酯
键形成

离开 延长阶段
解链区到达 基因终点
终止阶段
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55
5 5
5
3
3 3 5

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RNA
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酶的生物合成（enzyme biosynthesis）是通 过细胞的生命活动合成各种酶的过程。
细胞内酶的生物合成要经过一系列的步骤， 需要诸多因素的参与，在复制、转录、翻译、 加工和组装过程中，这些因素都对酶的生物 合成起到调节控制作用。
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AA-tRNA+AMP+PPi
对于真核生物，肽链合成时的第一个氨基酸是甲硫氨酸 （Met），起始tRNA是Met-tRNAMet。而对于E.coli而言， 肽链合成时的第一个氨基酸都是甲酰甲硫氨酸（fMet)，起 始tRNA是fMet-tRNAF 。
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（二）肽链合成的起始