作业四

1

作业四

描述致癌剂会导致 怎样的损伤 损伤之描述致癌剂会导致DNA怎样的损伤，损伤之后如何修复

致癌剂会导致DNA烷基化DNA甲基化可通过甲基转移酶直接修复DNA甲基化可通过甲基转移酶直接修复

皮肤被紫外线晒伤后DNA如何损伤，怎样修复复

UV照射下，相邻的胸腺嘧啶形成环丁烷胸腺嘧啶二体及4 6环化物二体及4-6环化物DNA光解酶可以将它们直接还原成单体

以修复以修复

作业四

2

作业四

什么是转座子？分为哪几类转座子是在染色体DNA上可自主复制和移动的转座子是在染色体DNA上可自主复制和移动的基本单位

分为插入序列和复合型转座子

作业五

3

作业五

大肠杆菌RNA聚合酶有哪些组成部分？各个亚基作用如何？个亚基作用如何？

分为 2α、β、β’、ω和σ

α亚基负责核心酶组装

β和β’是催化中心β和β’是催化中心

σ识别启动子

作业五

4

作业五

简述σ因子的作用增加酶对启动子的亲和力 降低其对非专一位增加酶对启动子的亲和力，降低其对非专一位点的亲和力

什么是Pribnow box？起什么作用？P ib b 是启动子上的 段RNA聚合酶的紧Pribnow box是启动子上的一段RNA聚合酶的紧密结合点，由五个核苷酸组成

又名TATA box

是 因子的结合位点 在模板识别中起作用是σ因子的结合位点，在模板识别中起作用

没有交作业的同学

5

没有交作业的同学

生物技术班15112001 （4） 15112002 （4 5）15112001�（4）、15112002�（4、5）、15112003�（4）、15112037�（4、5）

生物医学工程15101026 （2 3） 15101027 （4 5）15101026�（2、3）、15101027�（4、5）、15101033�（2-5）、15101036�（2）、15101037�（1、2、4、5）、

15101028 （2 4） 02092004 （2-5）15101028�（2、4）、02092004�（2-5）

分子生物学分子生物学

第四章 生物信息的传递（下）第四章 生物信息的传递（下）——从RNA到蛋白质

夏玉琼

2012-09-18

中心法则

7

中心法则

http://jpkc.szpt.edu.cn/2007/swhx/Resource_content.asp?id=1619

DNA RNA 蛋白质

8

DNA�→�mRNA�→�蛋白质

DNA的复制解旋→引发→复制→终止解旋→引发→复制→终止

mRNA的转录模板识别→转录起始→转录延伸→转录终止

蛋白质的合成翻译的起始→肽链的延伸→肽链的终止及释放翻译的起始→肽链的延伸→肽链的终止及释放

亲水的天然氨基酸

9

亲水的天然氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸

酸性氨基酸精氨酸 赖氨酸 组氨酸

天冬氨酸 谷氨酸中性氨基酸

天冬酰胺 谷酰胺 酪氨酸

丝氨酸 苏氨酸

疏水的天然氨基酸

10

疏水的天然氨基酸

缬氨酸

丙氨酸 异亮氨酸亮氨酸

缬氨酸

色氨酸苯丙氨酸半胱氨酸甲硫氨酸

脯氨酸

目录

11

目录

4.1�遗传密码——三联子

4 2 tRNA4.2�tRNA

4.3 核糖体4.3�核糖体

4.4�蛋白质合成的生物学机制

4.5�蛋白质转运机制

4 1 1 联子密码及其破译

12

4.1.1�三联子密码及其破译

为什么是“三”联子密码理论预测理论预测4种核苷酸 20种天然氨基酸

实验证明插入或删除一个碱基 会改变最终的全部氨基酸序列插入或删除 个碱基，会改变最终的全部氨基酸序列

同时插入和删除实验，除突变密码子所对应的氨基酸，其它氨基酸序列都不变其它氨基酸序列都不变

同时删除三个碱基，翻译产生少了一个氨基酸

的蛋白质

4 1 1 联子密码及其破译

13

4.1.1�三联子密码及其破译

三联子密码的破译 ：以均聚物 随机共聚物和特定序列的共聚物为以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板合成多肽

核糖体结合技术

联子密码破译方法

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三联子密码破译方法一

均聚物 poly�U,�poly�A,�poly�CUUU 苯丙氨酸 AAA赖氨酸 CCC脯氨酸UUU�苯丙氨酸 AAA赖氨酸 CCC脯氨酸

含A和C的随机二元共聚物CCC�CCA�CAC�ACC�CAA�ACA�AAC�AAA

冬 胺 组氨酸 脯氨酸 谷氨 胺 苏氨酸 赖氨天冬酰胺 组氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 苏氨酸 赖氨酸

联子密码破译方法

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三联子密码破译方法一

Poly�UGUGU�GUG�UGU�半胱氨酸 缬氨酸

P l UUCPoly�UUCUUC�UUC 或 UCU�UCU 或 CUU�CUU苯丙氨酸 丝氨酸 亮氨酸

poly GUApoly�GUAGUA�GUA 或 UAG�UAG 或 AGU�AGU缬氨酸 终止密码 丝氨酸

联子密码破译方法 核糖体结合法

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三联子密码破译方法二：核糖体结合法氨酰tRNA 核糖体

•模板

核糖体

硝酸纤维素滤膜

三核苷酸和所有tRNA 核糖体不能通过滤膜 核糖体-Phe-tRNA-

http://sm.nwsuaf.edu.cn/mb/admin/upload/files/gzk/htm/chapter8_2.files/image013.jpg

三核苷酸和所有tRNA都能通过滤膜

核糖体不能通过滤膜 核糖体 Phe tRNAUUU复合物留在膜上

4 1 2 遗传密码的性质

17

4.1.2�遗传密码的性质

连续性：连续地读码

简并性：几个密码子编码 种氨基酸简并性：几个密码子编码一种氨基酸

通用性和特殊性：对不同物种通用通用性和特殊性：对不同物种通用

密码子与反密码子：mRNA与tRNA的结合

4 1 2 遗传密码的性质之简并性

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4.1.2�遗传密码的性质之简并性

终止密码子

同义密码子

4 1 2 遗传密码的性质之简并性

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4.1.2�遗传密码的性质之简并性

起始密码子起始密码子

4 1 2 遗传密码的性质之特殊性

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4.1.2�遗传密码的性质之特殊性

支原体中，UGA不是终止密码子，而是编码色氨酸码色氨酸

嗜热四膜虫中，UAA不是终止密码子，而是编码谷氨酰胺

牛 线粒体 终止人、牛及酵母线粒体DNA，UGA不是终止密码子 而是编码色氨酸；甲硫氨酸（通常密码子，而是编码色氨酸；甲硫氨酸（通常是AUG）可由AUA编码

遗传密 的性质之密 与反密

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4.1.2�遗传密码的性质之密码子与反密码子tRNAtRNA

反密码子 反密码子3 2 13 2 1

mRNA

反密码子

1 2 3 1 2 3密码子 密码子

反密码子第 位的U可与A或G匹配

1 2 3 1 2 3

反密码子第一位的U可与A或G匹配

摆动假说：密码子和反密码子的前两对严格遵守碱

http://sm.nwsuaf.edu.cn/mb/admin/upload/files/wjl/htm/chapter6_4.files/image045.jpg

摆动假说：密码子和反密码子的前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定自由度

目录

22

目录

4.1�遗传密码——三联子

4 2 tRNA4.2�tRNA

4.3 核糖体4.3�核糖体

4.4�蛋白质合成的生物学机制

4.5�蛋白质转运机制

4 2 RNA

23

4.2�tRNA

tRNA在蛋白质合成中的地位第二遗传密码第二遗传密码

共同特征存在经过特殊修饰的碱基

端都以 结束 与相应氨基3’端都以CCA-OH结束，是tRNA与相应氨基酸结合的位点

RNA中的部分罕见核苷

24

tRNA中的部分罕见核苷

4 2 1 RNA的结构 叶草型 级结构

25

4.2.1�tRNA的结构：三叶草型二级结构

受体臂受体臂

TΨC臂

D臂 多余臂

反密码子臂

http://pica.nipic.com/2007-12-28/20071228141610787_2.jpg

4 2 1 RNA的结构 L型 级结构

26

4.2.1�tRNA的结构：L型三级结构

4 2 1 RNA的结构 L型 级结构

27

4.2.1�tRNA的结构：L型三级结构

连接氨基酸

L型结构将分子中两个不同

功能基团最大限度分离

连接mRNA连接mRNA

4 2 2 RNA的功能

28

4.2.2�tRNA的功能tRNA是mRNA模板和氨基酸之间的结合体，负责运载氨基酸。是 和氨 酸 合 ，负 氨 酸问题：是谁识别mRNA模板？氨酰tRNA还是氨基酸？

-CH2-HS -CH3

还原反应Cys → Ala不影响tRNA

4 2 2 RNA的功能

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4.2.2�tRNA的功能

氨基酸怎样连接到tRNA上？

氨酰 tRNA合成酶氨酰-tRNA合成酶

AA+tRNA+ATP → AA-tRNA+AMP+PPi酶

AA+ATP+酶(E) → E-AA-AMP+PPi

E AA AMP+tRNA → AA tRNA+E+AMPE-AA-AMP+tRNA → AA-tRNA+E+AMP

4 2 3 RNA的种类

30

4.2.3�tRNA的种类

起始 RNA和延伸 RNA起始tRNA和延伸tRNA起始 tRNA:�

fM t tRNAfMet (原核) 结构见下页fMet-tRNAfMet (原核)�结构见下页Met-tRNAMet (真核)

同工tRNA同工tRNA识别同一氨基酸的不同tRNA专一于相同的氨酰-tRNA合成酶专 于相同的氨酰 tRNA合成酶

校正tRNA与释放因子或正常tRNA竞争 校正无义与释放因子或正常tRNA竞争，校正无义

或错义突变校正无义突变有可能通读终止密码子，合成更长校正无义突变有可能通读终 密码子，合成更长

的蛋白

甲硫氨酸(M )和甲酰甲硫氨酸（fM ）

31

甲硫氨酸(Met)和甲酰甲硫氨酸（fMet）

tRNA-Met tRNA-fMettRNA Met

目录

32

目录

4.1�遗传密码——三联子

4 2 tRNA4.2�tRNA

4.3 核糖体4.3�核糖体

4.4�蛋白质合成的生物学机制

4.5�蛋白质转运机制

4 3 核糖体

33

4.3�核糖体

沿mRNA模板移动的工厂

执行合成蛋白质合成的功能执行合成蛋白质合成的功能

可以游离状态，也可附在内质网上可以游离状态，也可附在内质网上

AA-tRNA带着特定的氨基酸进入核糖体，在一些因子的帮助下，与模板和肽链作用后，卸去所载氨基酸 再离开核糖体卸去所载氨基酸，再离开核糖体

4 3 1 核糖体的结构

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4.3.1�核糖体的结构rRNA由大小两个亚基组成

1/3的蛋白和2/3的RNA （原核）S

核糖体 白

rRNA

1/3的蛋白和2/3的RNA�（原核）

2/5的蛋白和3/5的RNA （真核）核糖体蛋白

2/5的蛋白和3/5的RNA （真核）

L rRNAL

原核生物核糖体蛋白

rRNA

原核生物核糖体

70S 30S +�50S

70S 50S 30S ?70S = 50S + 30S ?S = MD(1-vρ)/RT

S 沉降系数 常数 M 分子量

v 粒子密度的倒数 v 粒子密度的倒数

ρ溶剂密度，R 气体摩尔常数，T 绝对温度

D 扩散系数 D 扩散系数

D = kBT/6πηRh

玻尔兹 常数 绝 度

大的粒子扩散系数小 kB玻尔兹曼常数 ，T 绝对温度

η溶剂粘度， Rh 粒子尺寸

35

4 3 1 核糖体的结构 各类 RNA

36

4.3.1�核糖体的结构：各类 rRNA

原核生物

小 基

真核生物

小 基• 30S 小亚基• 5S

• 40S 小亚基• 18S

• 16S

• 50S�大亚基• 60S�大亚基

• 5S

• 23S • 5.8S

• 28S

4 3 1 核糖体的结构 各类 RNA

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4.3.1�核糖体的结构：各类 rRNA

5S�rRNA:�有两个高度保守的区域CGAAC 与tRNA上的T C臂上的GT CG识别CGAAC�与tRNA上的TΨC臂上的GTΨCG识别

GCGCCGAAUGGUAGU�与23S�rRNA互补

16S�rRNA端 与 端富含 呤的3’端ACUCCUUA与mRNA5‘端富含嘌呤的

序列互补

靠近3’端还有一段与23S�rRNA互补的序列

4 3 1 核糖体的结构 各类 RNA

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4.3.1�核糖体的结构：各类 rRNA

23S�rRNA存在与tRNAMet序列互补的片段存在与tRNAMet序列互补的片段

近5’端有与5S�rRNA互补的片段

5.8S�rRNA与 的 臂 的 别CGAAC�与tRNA上的TΨC臂上的GTΨCG识别

与5S rRNA功能相似与5S�rRNA功能相似

4 3 1 核糖体的结构 各类 RNA

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4.3.1�核糖体的结构：各类 rRNA

18S�rRNA酵母的18S rRNA的3’端与大肠杆菌16S酵母的18S�rRNA的3 端与大肠杆菌16S�rRNA具有广泛的同源性

rRNA与tRNA及mRNA的相互关系及不同的rRNA的关系都建立在序列互补或者同源的rRNA的关系都建立在序列互补或者同源的基础上

4 3 1 核糖体的结构 个 RNA结合位点

40

4.3.1�核糖体的结构:�三个tRNA结合位点A位点A位点Aminoacyl site氨酰的位点氨酰的位点

P位点d lPeptidyl site

成肽的位点

E位点Exit�site退出的位点

http://www.sparknotes.com/biology/molecular/translation/section3.rhtml

4 3 2 核糖体的功能

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4.3.2�核糖体的功能

蛋白质合成的工厂包含多个活性中心：结合mRNA的 结合包含多个活性中心：结合mRNA的，结合tRNA的三个位点，结合各种延伸因子的

对模板mRNA进行序列特异性识别

思考题

42

思考题

原核生物和真核生物的蛋白质合成的起始和终止密码子分别是什么？和终止密码子分别是什么？

简述tRNA的L型结构和三叶草型结构以及各部分的功能

简述核糖体的 性中心简述核糖体的三个活性中心

下次课的内容

43

下次课的内容

第四章 mRNA翻译成蛋白质蛋白质合成的生物学机制蛋白质合成的生物学机制

蛋白质的转运机制