酶的生物合成与发酵生产
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反意义链:指导转录作用的一条DNA链 有意义链:无转录功能的一条DNA链.
教学ppt
4
5’ 3’
反意义链
有意义链
5’ 3’ T C GAG TAC
AGCTCATG
RNA聚合酶
CGAGUAC 3’
5’ RNA
PPi
UTP
GTP
ATP
CTP UTP
RNA在DNA模板上的生物合成
教学ppt
5
RNA的转录过程(三步)
3.大小亚基结合
教学ppt
16
mRNA
给位
小亚基 蛋
受位
5’AUG ACA 3’
蛋氨酰tRNA
GTP
蛋
大亚基
UAC
UAC
5’AUG ACA 3’GDP+Pi 5’AUG ACA 3’
肽链合成的起始阶段
教学ppt
17
肽链合成的延伸阶段
1.进位:氨基酰-tRNA进入受位; 2.转肽:形成肽键,在转肽酶作用下,给位与
定义 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。 .
教学ppt
3
转录模板
模板链（template strand） 反意义链(antisense strand)
启动子（promotor)
3´
5´ DNA
终止子(terminator)
5´ 3´
编码链 (coding strand) 有意义链(sense strand)
第二章 酶的生物合成与发酵生产
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 植物细胞发酵产酶
化学合成法 动物细胞发酵产酶
教学ppt
1
第一节 酶生物合成及调节
一、酶的生物合成
遗传信息传递的中心法则
转
录
复制
传
递
DNA
转录 给
R N
逆转录
A
RNA ，
再
翻译
蛋白质
复制 由
R
N
教学ppt
2
（一）RNA的生物合成--转录(transcription)
教学ppt
14
在核糖体上合成多肽（三阶段）
1、起始阶段 2、延伸阶段 3、终止阶段
教学ppt
15
肽链合成的起始阶段
1.mRNA与小亚基结合：形成30S-mRNA-IF3复合物 2.AUG与蛋氨酰-tRNA结合：
30S-mRNA-IF3 fMet-tRNA-IF2-GTP
IF1 30S起始复合物
fMet-tRNA正好位于mRNA的起始密码子上（AUG）。
启动子（ promotoRrN) A聚合酶
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
55
5 5
5
3 3 3
5 RNA
终止子 (terminator)
3
RNA链的延伸图解
模板链（反义链）
复链
有义链
解链
新生RNA 5´
3´
RNA-DNA杂交螺旋
聚合酶的移动方向
延长部位
（二）蛋白质的生物合成--翻译(translation)
定义 以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖 体上通过各种tRNA、酶和辅助因子的作用，合 成多肽链的过程。
教学ppt
10
酪
5’
酪氨酰- tRNA
AUG
反密码
GUU UAC ACA
5’
3wenku.baidu.com mRNA
密码与反密码的碱基配对
教学ppt
11
给位
(P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
1.起始 2.延长 3.终止
教学ppt
6
原核生物的RNA聚合酶(DDRP)
E. coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的五聚体 （ 2 ）
起始因子
σ
全 酶 （ holoenzym e）
核 心 酶 （ core enzym e）
β'σ α α
β
β'
α α
β
教学ppt
7
RNA合成过程
起始
双链DNA 局部解开
只有cAMP-CRP复合物结合到启动子的位点上，
RNA聚合酶才能结合到其在启动子的位点上，酶的合
调节基因常位于调控区的上游。
教学ppt
26
启动基因（promotor gene）（启动子）：
有两个位点：
（1）RNA聚合酶的结合位点
（2）cAMP-CAP的结合位点。
CAP：分解代谢产物基因活化蛋白（catabolite
gene activator protein），又称环腺苷酸受体蛋白
(cAMP receptor protein，CRP）。
终
终
UAC 5’AUG UAA 3’
教学ppt
21
教学ppt
22
二、酶生物合成的调节
定义：通过调节酶合成的量来控制微生物
代谢速度的调节机制，是在基因转录水平上 进行的。
意义：通过阻止酶的过量合成，节约生物
合成的原料和能量。
教学ppt
23
（一）基因调控理论 Jacob and Monod的操纵子学说（operon theory）
受位结合;
3.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。
教学ppt
18
苏 蛋
蛋苏
UGU
UAC
5’AUG ACA 3’ GTP GDP+Pi
起始复合体
蛋 苏
UAC UGU 5’AUG ACA GUU 3’
进位 Mg+
蛋
K+
苏
UGU
5’AUG ACA GUU 3’ GDP+Pi
（+） 转录
翻译
mRNA
阻遏蛋白
诱导剂
教学ppt
翻译 蛋白质
25
调节基因(regulator gene)：
可产生一种组成型调节蛋白 (regulatory protein) （一种变构蛋白）， 通过与效应物(effector) （包括诱导物和辅 阻遏物）的特异结合而发生变构作用，从而 改变它与操纵基因的结合力。
操纵子——基因表达的协同单位
操纵子
结构基因（编码蛋白质, structural gene, S）
控制部位
操纵基因（operator gene, O） 启动子（promotor gene, P）
基因操纵子调节系统示意图
调节基因 转录
操纵子
控制区
信息区
启动基因 操纵基因 RNA聚合酶
结构基因 DNA
（-）
小亚基
3’
教学ppt
12
蛋白质的合成过程
（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
教学ppt
13
氨基酸的活化与转运
反应式：
氨酰-tRNA合成酶
AA + tRNA + ATP
氨酰-tRNA+AMP+PPi
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）。
移位
UAC UGU
GTP 5’AUG ACA GUU 3’
转肽
教学ppt
19
肽链合成的终止阶段
1.出现终止密码并与终止因子结合; 2.肽键水解,多肽释放; 3.tRNA,mRNA,大小亚基解离.
教学ppt
20
终
UAC 5’AUG UAA 3’
肽链
终
UAC 5’AUG UAA 3’
5’
3’ UAC
教学ppt
4
5’ 3’
反意义链
有意义链
5’ 3’ T C GAG TAC
AGCTCATG
RNA聚合酶
CGAGUAC 3’
5’ RNA
PPi
UTP
GTP
ATP
CTP UTP
RNA在DNA模板上的生物合成
教学ppt
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RNA的转录过程(三步)
3.大小亚基结合
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16
mRNA
给位
小亚基 蛋
受位
5’AUG ACA 3’
蛋氨酰tRNA
GTP
蛋
大亚基
UAC
UAC
5’AUG ACA 3’GDP+Pi 5’AUG ACA 3’
肽链合成的起始阶段
教学ppt
17
肽链合成的延伸阶段
1.进位:氨基酰-tRNA进入受位; 2.转肽:形成肽键,在转肽酶作用下,给位与
定义 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。 .
教学ppt
3
转录模板
模板链（template strand） 反意义链(antisense strand)
启动子（promotor)
3´
5´ DNA
终止子(terminator)
5´ 3´
编码链 (coding strand) 有意义链(sense strand)
第二章 酶的生物合成与发酵生产
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 植物细胞发酵产酶
化学合成法 动物细胞发酵产酶
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1
第一节 酶生物合成及调节
一、酶的生物合成
遗传信息传递的中心法则
转
录
复制
传
递
DNA
转录 给
R N
逆转录
A
RNA ，
再
翻译
蛋白质
复制 由
R
N
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2
（一）RNA的生物合成--转录(transcription)
教学ppt
14
在核糖体上合成多肽（三阶段）
1、起始阶段 2、延伸阶段 3、终止阶段
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15
肽链合成的起始阶段
1.mRNA与小亚基结合：形成30S-mRNA-IF3复合物 2.AUG与蛋氨酰-tRNA结合：
30S-mRNA-IF3 fMet-tRNA-IF2-GTP
IF1 30S起始复合物
fMet-tRNA正好位于mRNA的起始密码子上（AUG）。
启动子（ promotoRrN) A聚合酶
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
55
5 5
5
3 3 3
5 RNA
终止子 (terminator)
3
RNA链的延伸图解
模板链（反义链）
复链
有义链
解链
新生RNA 5´
3´
RNA-DNA杂交螺旋
聚合酶的移动方向
延长部位
（二）蛋白质的生物合成--翻译(translation)
定义 以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖 体上通过各种tRNA、酶和辅助因子的作用，合 成多肽链的过程。
教学ppt
10
酪
5’
酪氨酰- tRNA
AUG
反密码
GUU UAC ACA
5’
3wenku.baidu.com mRNA
密码与反密码的碱基配对
教学ppt
11
给位
(P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
1.起始 2.延长 3.终止
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6
原核生物的RNA聚合酶(DDRP)
E. coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的五聚体 （ 2 ）
起始因子
σ
全 酶 （ holoenzym e）
核 心 酶 （ core enzym e）
β'σ α α
β
β'
α α
β
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7
RNA合成过程
起始
双链DNA 局部解开
只有cAMP-CRP复合物结合到启动子的位点上，
RNA聚合酶才能结合到其在启动子的位点上，酶的合
调节基因常位于调控区的上游。
教学ppt
26
启动基因（promotor gene）（启动子）：
有两个位点：
（1）RNA聚合酶的结合位点
（2）cAMP-CAP的结合位点。
CAP：分解代谢产物基因活化蛋白（catabolite
gene activator protein），又称环腺苷酸受体蛋白
(cAMP receptor protein，CRP）。
终
终
UAC 5’AUG UAA 3’
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21
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22
二、酶生物合成的调节
定义：通过调节酶合成的量来控制微生物
代谢速度的调节机制，是在基因转录水平上 进行的。
意义：通过阻止酶的过量合成，节约生物
合成的原料和能量。
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23
（一）基因调控理论 Jacob and Monod的操纵子学说（operon theory）
受位结合;
3.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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苏 蛋
蛋苏
UGU
UAC
5’AUG ACA 3’ GTP GDP+Pi
起始复合体
蛋 苏
UAC UGU 5’AUG ACA GUU 3’
进位 Mg+
蛋
K+
苏
UGU
5’AUG ACA GUU 3’ GDP+Pi
（+） 转录
翻译
mRNA
阻遏蛋白
诱导剂
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翻译 蛋白质
25
调节基因(regulator gene)：
可产生一种组成型调节蛋白 (regulatory protein) （一种变构蛋白）， 通过与效应物(effector) （包括诱导物和辅 阻遏物）的特异结合而发生变构作用，从而 改变它与操纵基因的结合力。
操纵子——基因表达的协同单位
操纵子
结构基因（编码蛋白质, structural gene, S）
控制部位
操纵基因（operator gene, O） 启动子（promotor gene, P）
基因操纵子调节系统示意图
调节基因 转录
操纵子
控制区
信息区
启动基因 操纵基因 RNA聚合酶
结构基因 DNA
（-）
小亚基
3’
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12
蛋白质的合成过程
（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
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13
氨基酸的活化与转运
反应式：
氨酰-tRNA合成酶
AA + tRNA + ATP
氨酰-tRNA+AMP+PPi
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）。
移位
UAC UGU
GTP 5’AUG ACA GUU 3’
转肽
教学ppt
19
肽链合成的终止阶段
1.出现终止密码并与终止因子结合; 2.肽键水解,多肽释放; 3.tRNA,mRNA,大小亚基解离.
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20
终
UAC 5’AUG UAA 3’
肽链
终
UAC 5’AUG UAA 3’
5’
3’ UAC