第八章第八章核酸代谢和蛋白核酸代谢和蛋白质的生物合成质的生物合成核酸代谢和蛋白质的生物合成第一节第一节 核核 苷苷 酸酸 代代 谢谢Metabolism of Nucleotides 核酸代谢和蛋白质的生物合成一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成1. 元素组成：元素组成： C、H、O、N、P（910%）2. 分子组成：分子组成： 碱基（碱基（base）：）：嘌呤碱，嘧啶碱嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖（戊糖（ribose）：）：核糖，脱氧核糖核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸（phosphate）核酸代谢和蛋白质的生物合成戊戊 糖糖（构成（构成RNARNA）（构成（构成DNADNA）12345核酸代谢和蛋白质的生物合成嘌呤（嘌呤（purine）腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤核酸代谢和蛋白质的生物合成 嘧啶嘧啶（pyrimidine） 尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶核酸代谢和蛋白质的生物合成其中中主要是、；中主要是、；以及少量的稀有碱基。核酸代谢和蛋白质的生物合成核苷核苷 ：AR, GR, UR, CR脱氧核苷脱氧核苷 ：AdR, GdR, TdR, CdR二、核酸的组成方式二、核酸的组成方式1. 核苷（核苷（ribonucleoside）的形成的形成 碱基和核糖或脱氧核糖通过碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键糖苷键连接形成连接形成核苷核苷或或脱氧核苷脱氧核苷11核酸代谢和蛋白质的生物合成核苷酸核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP AMP, GMP, UMP, CMP脱氧脱氧核苷酸核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2. 核苷酸（核苷酸（ribonucleotide）的形成的形成 核苷核苷 (脱氧核苷脱氧核苷) 和磷酸以和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成连接形成核苷酸核苷酸(脱氧核苷酸脱氧核苷酸) 核酸代谢和蛋白质的生物合成C CA AGC55端端3端端3. 核酸的形成核酸的形成 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成成多核苷酸链多核苷酸链，即，即核酸核酸核酸代谢和蛋白质的生物合成核苷酸的生物功用核苷酸的生物功用l作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料l体内能量的利用形式体内能量的利用形式l参与代谢和生理调节参与代谢和生理调节l组成辅酶组成辅酶l活化中间代谢物活化中间代谢物核酸代谢和蛋白质的生物合成二、核苷酸的消化与吸收二、核苷酸的消化与吸收食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸核酸（RNA及DNA）胃酸胃酸单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶碱基碱基戊糖戊糖核苷酶核苷酶核酸代谢和蛋白质的生物合成嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢Metabolism of Purine Nucleotides核酸代谢和蛋白质的生物合成v组织细胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸组织细胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸酶的作用下水解为核苷。核苷经核苷磷酶的作用下水解为核苷。核苷经核苷磷酸化酶催化，磷酸解生成酸化酶催化，磷酸解生成1-磷酸核糖和磷酸核糖和嘌呤碱。嘌呤碱。1-磷酸核糖转变成为磷酸核糖转变成为5-磷酸核糖，磷酸核糖，进入磷酸戊糖途径。进入磷酸戊糖途径。v而嘌呤碱进一步代谢，最终氧化生成尿而嘌呤碱进一步代谢，最终氧化生成尿酸随尿排出酸随尿排出核酸代谢和蛋白质的生物合成嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1-1-磷酸核糖磷酸核糖核酸代谢和蛋白质的生物合成v人体内的嘌呤的分解主要在肝、小肠及人体内的嘌呤的分解主要在肝、小肠及肾脏中进行。正常人血中尿酸较低，约肾脏中进行。正常人血中尿酸较低，约为为0.12-0.36mmol/L。当血浆中尿酸高于。当血浆中尿酸高于0.48mmol/L，尿酸盐晶体沉积于关节、，尿酸盐晶体沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石、肾疾病，称痛风症，进食高尿路结石、肾疾病，称痛风症，进食高嘌呤或恶性肿瘤等均可使尿酸含量升高嘌呤或恶性肿瘤等均可使尿酸含量升高核酸代谢和蛋白质的生物合成二、嘧啶核苷酸的分解代谢二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核酸代谢和蛋白质的生物合成胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATAC肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATAC糖异生糖异生核酸代谢和蛋白质的生物合成二、嘌呤核苷酸的合成代谢二、嘌呤核苷酸的合成代谢l从头合成途径从头合成途径( (de novo synthesis pathway) )l补救合成途径补救合成途径( (salvage synthesis pathway) ) 核酸代谢和蛋白质的生物合成l嘌呤核苷酸的结构嘌呤核苷酸的结构GMPAMP核酸代谢和蛋白质的生物合成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成途途径径是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过过一一系系列列酶酶促促反反应应，合合成成嘌嘌呤呤核核苷酸的途径。苷酸的途径。 肝肝是是体体内内从从头头合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的主主要要器器官官，其其次次是是小小肠肠和和胸胸腺腺，而而脑脑、骨骨髓髓则则无无法法进进行行此此合成途径。合成途径。（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成定义定义合成部位合成部位核酸代谢和蛋白质的生物合成嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）核酸代谢和蛋白质的生物合成过程过程1. IMP的合成的合成2. AMP和和GMP的生成的生成核酸代谢和蛋白质的生物合成R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PRPP（5-磷酸核糖磷酸核糖1-焦磷酸）焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下氨酸的逐步参与下 IMP （次黄嘌呤核苷酸）（次黄嘌呤核苷酸） AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶核酸代谢和蛋白质的生物合成 利利用用体体内内游游离离的的嘌嘌呤呤或或嘌嘌呤呤核核苷苷，经经过过简简单单的的反反应应，合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的过过程程，称称为为补救合成（或重新利用）途径。补救合成（或重新利用）途径。（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径定义定义核酸代谢和蛋白质的生物合成腺嘌呤腺嘌呤 + PRPPAMP + PPiAPRT腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP鸟嘌呤鸟嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi次黄嘌呤次黄嘌呤 + PRPPIMP+ PPiHGPRT3. 合成过程合成过程lAPRT为腺嘌呤磷酸核糖转移酶，为腺嘌呤磷酸核糖转移酶，HGPRT为次黄嘌呤为次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶核酸代谢和蛋白质的生物合成补救合成的生理意义补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。氨基酸的消耗。l体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。进行补救合成。核酸代谢和蛋白质的生物合成嘧啶核苷酸的代谢嘧啶核苷酸的代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotides核酸代谢和蛋白质的生物合成l嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构核酸代谢和蛋白质的生物合成l从头合成途径从头合成途径l补救合成途径补救合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢核酸代谢和蛋白质的生物合成（二）嘧啶核苷酸的从头合成（二）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过过一一系系列列酶酶促促反反应应，合合成成嘧嘧啶啶核苷酸的途径。核苷酸的途径。 定义定义合成部位合成部位核酸代谢和蛋白质的生物合成嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸核酸代谢和蛋白质的生物合成合成过程合成过程1. 尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 +CO+CO2 2氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸由由PRPPPRPP提供磷酸提供磷酸核糖，合成尿甘酸（核糖，合成尿甘酸（UMPUMP）核酸代谢和蛋白质的生物合成2. 胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi核酸代谢和蛋白质的生物合成脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）dNDP+ ATP激酶dNTP+ ADP核酸代谢和蛋白质的生物合成（三）DNA的生物合成复制v基因基因v概念：是指概念：是指DNA分子上携带着遗传信息的碱分子上携带着遗传信息的碱基序列片段，是遗传的功能单位。基序列片段，是遗传的功能单位。v特征：特征：1、携带遗传信息、携带遗传信息 2、基因能被复制、基因能被复制 3、基因能突变、基因能突变核酸代谢和蛋白质的生物合成中心法则中心法则 反映了从反映了从DNADNARNARNA蛋白质的遗传信息主蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律表达的规律。转录RNA翻翻译蛋白蛋白质DNA RNA （病毒）病毒）复制复制复制复制翻翻译 蛋白蛋白质 （病毒）（病毒）反反转录核酸代谢和蛋白质的生物合成 复制：复制：以亲代以亲代DNADNA或或RNARNA为模板，为模板，根据根据碱基配对的原则碱基配对的原则，在一系列酶，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代的作用下，生成与亲代相同的子代DNADNA或或RNARNA的过程。的过程。一、 DNA的复制复制的方式DNADNA的半保留复制的半保留复制核酸代谢和蛋白质的生物合成( (一一)DNA)DNA的半保留复制的半保留复制1.1.定义：定义： 以以亲代亲代DNADNA双链双链为模板以为模板以碱基互补碱基互补方式合成子方式合成子代代DNADNA，这样新形成的子代这样新形成的子代DNADNA中，一条链来自亲中，一条链来自亲代代DNADNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫式叫半保留复制半保留复制。核酸代谢和蛋白质的生物合成核酸代谢和蛋白质的生物合成v原料原料：DNA复制的原料是四种复制的原料是四种dNTP(包括包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP)v复制所需的酶类：复制所需的酶类：核酸代谢和蛋白质的生物合成1. 解链酶解链酶(又称又称解螺旋酶或螺旋酶解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解链酶作用作用：断裂互补碱基间的氢键：断裂互补碱基间的氢键, ,使使DNADNA双链分离形成双链分离形成单链（复制叉）。并有单链蛋白附着于单链，防止单链（复制叉）。并有单链蛋白附着于单链，防止单链重新结合成双链单链重新结合成双链核酸代谢和蛋白质的生物合成2.引物酶(Primase)53 5RNA引物引物55RNA引物引物3 它是一种依它是一种依赖DNA的的RNA聚合酶，此聚合酶，此酶以酶以DNA为模板，催化四种核糖核苷酸合模板，催化四种核糖核苷酸合成短片成短片RNA作作为DNA合成的引物合成的引物核酸代谢和蛋白质的生物合成3. DNA聚合酶聚合酶（DNA polymerase, DNA pol） 即依赖于即依赖于DNA的的DNA聚合酶（聚合酶（DDDP）：以以DNA为模板链，合成子代为模板链，合成子代DNA，模板可以是双模板可以是双链，也可以是单链链，也可以是单链DNA，催化，催化四种脱氧核四种脱氧核苷三磷酸在苷三磷酸在RNA引物的引物的3 OH聚合形成聚合形成DNA片段片段合成方向：合成方向：5 3 n 核酸代谢和蛋白质的生物合成4. DNA连接酶连接酶(DNA Ligase)作用：在有模板指导的条件下，催化2个DNA片段通过3 ,5 -磷酸二酯键连接在一起形成更大的DNA片段核酸代谢和蛋白质的生物合成核酸代谢和蛋白质的生物合成 DNA的复制过程 复制的起始 链的延长 复制的终止核酸代谢和蛋白质的生物合成复制的起始1.在拓扑异构酶、解链酶及单链在拓扑异构酶、解链酶及单链DNA 结合蛋白结合蛋白的共同作用下，的共同作用下，DNA解旋、解链，解旋、解链，形成复制形成复制叉叉。 2.RNA引物的生成引物的生成 在引物酶的作用下，以单链在引物酶的作用下，以单链的的DNA为模板，按碱基互补的规律（为模板，按碱基互补的规律（A-U, T-A, C-G）合成一个短链，并以此合成）合成一个短链，并以此合成DNA的引物的引物核酸代谢和蛋白质的生物合成核酸代谢和蛋白质的生物合成v3. DNA片段的生成片段的生成 在在DNA聚合酶的作用聚合酶的作用下，以四种脱氧核苷酸为原料，以下，以四种脱氧核苷酸为原料，以DNA每一每一条链为模板，按碱基互补规律，在引物酶的条链为模板，按碱基互补规律，在引物酶的3-OH末端合成沿末端合成沿5 3延伸的延伸的DNA片段片段核酸代谢和蛋白质的生物合成链的延长n引物合成后，在引物引物合成后，在引物3-OH末端逐一添末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸,使新合成的链不断延长。使新合成的链不断延长。 领头链领头链: :链的链的延长方向延长方向(5 3)与与解链方向解链方向(复复制叉移动方向制叉移动方向)相同相同, 为为连续连续合成。合成。 随从链随从链: 链的链的延长方向延长方向(53)与与解链方向解链方向(复复制叉移动方向制叉移动方向)相反相反，为，为不连续不连续合成。合成。 n分段合成的分段合成的DNA片段片段, 最初被命名为最初被命名为冈冈崎片段崎片段核酸代谢和蛋白质的生物合成或或领头链III核酸代谢和蛋白质的生物合成三、三、DNADNA复制的半不连续性复制的半不连续性前导链前导链滞后链滞后链冈崎片段冈崎片段前导链：前导链：以以3 5 方向的亲方向的亲代链为模板连续合成的子代链。代链为模板连续合成的子代链。滞后链：滞后链：以以5 3方向的亲方向的亲代链为模板的子代链先逆复制代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。连接成滞后链。核酸代谢和蛋白质的生物合成复制的终止复制的终止1.1.水解引物及填补空隙水解引物及填补空隙 冈崎片段合成后，由冈崎片段合成后，由DNA聚合酶聚合酶水解去除水解去除RNA引物引物。 2.2.完整双链完整双链DNADNA分子的形成分子的形成在在DNA连接酶连接酶的作用下，各冈崎片段连接起来的作用下，各冈崎片段连接起来形成完整的双链形成完整的双链DNA分子。分子。核酸代谢和蛋白质的生物合成DNADNA的半保留复制的生物学意义：的半保留复制的生物学意义： DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上在代谢上的的稳定性稳定性，是是保证亲代的遗传信息稳保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代必要措施。定地传递给后代必要措施。核酸代谢和蛋白质的生物合成核酸代谢和蛋白质的生物合成二、逆转录( (reverse transcription)reverse transcription)概念概念 以以RNA为模板，按碱基配对规律合成为模板，按碱基配对规律合成DNA的过程。的过程。 反转录酶反转录酶, 又称为又称为依赖依赖RNA的的DNA聚合聚合酶酶(RNA-dependent DNA polymerase, RDDP) DNA转录转录RNARNA(病毒病毒)反转录反转录核酸代谢和蛋白质的生物合成.RDDP引物引物, 4种种dNTPRDDPRNase H4种种dNTPRDDP或或DDDP病毒病毒RNARNA-DNA 杂化分子化分子cDNA前病毒前病毒 (双双链DNA)酶催化反催化反应示意示意图核酸代谢和蛋白质的生物合成RNA的生物合成核酸代谢和蛋白质的生物合成& 转录转录以以 DNA为模板合成为模板合成RNA，将，将DNA的遗传的遗传信息传递到信息传递到RAN分子中的过程分子中的过程实质：实质：按按碱基配对规律碱基配对规律(T-A,A-U,G-C)合成一合成一条条与模板链互补的与模板链互补的RNA链的过程链的过程。核酸代谢和蛋白质的生物合成v转录的模板转录的模板v转录的模板是转录的模板是DNA的分子双链中的的分子双链中的一条单链。作为转录模板的一条单链。作为转录模板的DNA称称为模板链或有意义链，与其互补的为模板链或有意义链，与其互补的另一条称编码链或反意义链。另一条称编码链或反意义链。核酸代谢和蛋白质的生物合成编码链编码链模板链模板链核酸代谢和蛋白质的生物合成v转录的原料转录的原料v为四种核苷酸，即为四种核苷酸，即ATP、GTP 、 CTP 、 UTP。v转录酶转录酶 RNA聚合酶聚合酶核酸代谢和蛋白质的生物合成转录的过程转录的过程v转录时，在转录时，在DNA双链转录的部位先解开一段双链转录的部位先解开一段螺旋，暴露出螺旋，暴露出DNA模板链，然后在模板链，然后在RNA 聚合聚合酶作用下，按碱基互补规律合成酶作用下，按碱基互补规律合成RNA。RNA链的合成的方向是链的合成的方向是5 3。转录完毕，。转录完毕，RNA从从DNA上水解下来，上水解下来，DNA模板链与编码链又重模板链与编码链又重新形成双链新形成双链核酸代谢和蛋白质的生物合成RNA的复制的复制v以以RNA为模板合成为模板合成RNA 的过程称为的过程称为RNA 的的复制。复制。v主要见于某些病毒和吞噬体，他们的遗传信主要见于某些病毒和吞噬体，他们的遗传信息不是由息不是由DNA携带而是由携带而是由RNA携带。携带。核酸代谢和蛋白质的生物合成 第三节蛋白质的生物合成核酸代谢和蛋白质的生物合成RNA蛋白蛋白质蛋白蛋白质RNADNA复制复制复制复制反反转录转录翻翻译翻翻译遗传信息信息传递的的中心法中心法则核酸代谢和蛋白质的生物合成v蛋白质是体现生命现象的最重要物质。蛋白质是体现生命现象的最重要物质。生物体内蛋白质的合成需要准确无误的生物体内蛋白质的合成需要准确无误的按照遗传信息来进行。按照遗传信息来进行。DNA的遗传信息的遗传信息经过转录传给经过转录传给mRNA,再按再按mRNA上的遗上的遗传信息转化成具有氨基酸序列的蛋白质。传信息转化成具有氨基酸序列的蛋白质。v这种以这种以mRNA为模板，按照其核苷酸的为模板，按照其核苷酸的顺序组成的密码指导蛋白质合成的过程顺序组成的密码指导蛋白质合成的过程称为称为翻译翻译核酸代谢和蛋白质的生物合成一、一、 mRNA（messenger RNA） 蛋白蛋白质生物合成的生物合成的直接模板直接模板DNAmRNA蛋白蛋白质核酸代谢和蛋白质的生物合成一、一、 mRNA* mRNA分子中分子中每三个相每三个相邻碱基碱基组成一个成一个 密密码子或子或遗传密密码* mRNA上的四种上的四种碱基碱基可可组成成64(43)个密个密码子子， 其中其中61个代表不同的氨基酸，其余三个个代表不同的氨基酸，其余三个 代表代表终止信号。止信号。核酸代谢和蛋白质的生物合成通用遗传密码子核酸代谢和蛋白质的生物合成.起始起始密密码子与子与终止止密密码子子：起始起始密码子密码子：AUG 蛋氨酸蛋氨酸终止终止密码子密码子：UAA， UGA ， UAG。核酸代谢和蛋白质的生物合成氨基酸臂反密码子环二、二、 tRNA（transfer RNA） 蛋白蛋白质生物合成的生物合成的 “高高级搬运工搬运工”核酸代谢和蛋白质的生物合成l tRNA的功能：的功能： 2. 活化活化氨基酸，跨越能障，使氨基酸，跨越能障，使肽键的的 形成形成变得容易。得容易。1.tRNA搬运搬运特定特定的氨基酸，的氨基酸， 保保证了了遗传信息信息传递的的准确性准确性。 3.将将密密码子子信息信息转换为对应氨基酸氨基酸的符号的符号 4.即即tRNA能与能与专一的氨基酸一的氨基酸结合并合并识别 mRNA分子上的密分子上的密码子子.核酸代谢和蛋白质的生物合成氨基酸的氨基酸的活化活化与与转运转运v氨基酸+tRNA氨基氨基酰tRNA合成合成酶氨基酰氨基酰-tRNA+ppiATP AMP核酸代谢和蛋白质的生物合成 * 一种一种tRNA仅转运一种运一种氨基酸氨基酸， 而一种而一种氨基酸氨基酸可由几种可由几种tRNA转运。运。核酸代谢和蛋白质的生物合成EtEpPAmRNAmRNA 结合位点合位点细胞胞 内膜内膜 系系统三、三、核糖体核糖体 蛋白蛋白质生物合成的生物合成的场所所TA：受位受位,氨基氨基酰位；位；P：给位位,肽位；位；Et：tRNA出口出口Ep:多多肽链出口出口;T：转肽酶。核酸代谢和蛋白质的生物合成 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程核酸代谢和蛋白质的生物合成一、一、 氨基酸氨基酸的的活化活化与与转运运二、二、多多肽链的形成的形成核糖体循核糖体循环三、三、翻翻译后加工后加工核酸代谢和蛋白质的生物合成一、 氨基酸的氨基酸的活化活化与与转运转运v氨基酸+tRNA氨基氨基酰tRNA合成合成酶氨基酰氨基酰-tRNA+ppiATP AMP核酸代谢和蛋白质的生物合成二、核糖体循核糖体循环（ribosome cycle） 活化氨基酸既活化氨基酸既氨基酰氨基酰t-RNA在核糖体上缩合形成在核糖体上缩合形成多肽链的过程多肽链的过程1. 起始起始2. 肽链延延长3. 终止止核酸代谢和蛋白质的生物合成50SPA50SE转转肽肽酶酶肽酰位肽酰位(P)(P)：结合肽酰结合肽酰-tRNA-tRNA氨酰位氨酰位(A)(A)：结合氨酰结合氨酰-tRNA-tRNA催化肽键生成，催化肽键生成，兼有酯酶活性兼有酯酶活性空载空载tRNAtRNA排除位排除位（真核无（真核无E E位）位）553mRNA3mRNA核酸代谢和蛋白质的生物合成v(一一) 起始阶段起始阶段 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA 与与 mRNA 结合到核糖体上结合到核糖体上,形成起始复合物的形成起始复合物的过程过程核酸代谢和蛋白质的生物合成二、肽链的延长v1、进位：氨基酰-tRNA在延长因子1、GTP及Mg2+参与下，以其反密码识别起始复合物氨酰位上mRNA的密码，并与之结合，于是进入氨酰位。核酸代谢和蛋白质的生物合成2. 转肽Mg2+， K+转肽酶CH2CH2-CHOC= OCH-RNH2O=OCH2NCH3SAUGUAC给给 受受OCO =R-CHNHOHCO=H3CSCH2CH2-CHNH2AUGUAC给给受受核酸代谢和蛋白质的生物合成3. 移位移位OHEFG，GTPAUGA2153OH21AUG53AUG213AUG312AUG213进位位转肽移位移位转肽NC延延长核酸代谢和蛋白质的生物合成通通过进位位-转肽-移位不断重复，移位不断重复， 肽链自自NC端不断延端不断延长OHEFG，GTPOHA 每生成每生成1个肽键个肽键，要消耗，要消耗2分子分子GTP(进位进位和和移移位位), 而氨基酸活化需消耗而氨基酸活化需消耗2个个高能磷酸键，每增高能磷酸键，每增加加1个氨基酸残基实际消耗个氨基酸残基实际消耗4个个高能磷酸键高能磷酸键核酸代谢和蛋白质的生物合成三、三、终止止阶段段RF-1：UAA，UAGRF-2：UAA，UGA 当当mRNA的任一的任一终止信号止信号进入入A位位时，没有任何没有任何tRNA能与之能与之识别，只有，只有释放因子放因子(RF)识别这种信号种信号, 进入入终止止阶段段.核酸代谢和蛋白质的生物合成核糖体循核糖体循环：fMetAUG 1. 起始起始2. 肽链延延长3. 终止止核酸代谢和蛋白质的生物合成四、四、 翻翻译后加工后加工（一）（一）切割切割（二）（二）修修饰（三）（三） 新生新生肽链的的折叠折叠1. 去除去除N末端末端蛋氨酸残基蛋氨酸残基2. 信号信号肽及及其他其他肽段段的切除的切除 1. 二硫二硫键的形成的形成 2. 辅助因子助因子的的连接和接和亚基基聚合聚合 3. 多多肽链中中个个别氨基酸氨基酸的修的修饰核酸代谢和蛋白质的生物合成胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程核酸代谢和蛋白质的生物合成胰胰岛素的前体素的前体胰胰岛素素切去切去 C肽段段C肽段段A肽段段B肽段段核酸代谢和蛋白质的生物合成（二）修（二）修饰. 1. 二硫二硫键的形成的形成CysSHCysSHCysSCysS-2H二硫二硫键 异构异构酶等等核酸代谢和蛋白质的生物合成. 2. 辅助因子助因子的的连接和接和亚基基聚合聚合o 蛋白蛋白质与糖、脂与糖、脂类、核酸、血、核酸、血红素等素等 辅助因子助因子结合形成合形成糖蛋白糖蛋白、脂蛋白脂蛋白、 核蛋白核蛋白、血血红蛋白蛋白等等结合蛋白合蛋白质。o 具有具有四四级结构构的蛋白的蛋白质需需进行行亚基基之之间 的聚合。如血的聚合。如血红蛋白蛋白4个个亚基的聚合。基的聚合。核酸代谢和蛋白质的生物合成蛋白蛋白质生物合成生物合成与与医学医学的关系的关系l 疾病疾病总是与是与蛋白蛋白质有直接或有直接或间接接 的的联系。系。l 以以蛋白蛋白质生物合成生物合成为靶点可用于靶点可用于 治治疗某些疾病。某些疾病。核酸代谢和蛋白质的生物合成一、某些一、某些抗生素抗生素对对蛋白质生物合成蛋白质生物合成的抑制作用的抑制作用抗生素抗生素 机理机理 靶点靶点四环素族四环素族 阻碍氨基酰阻碍氨基酰tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合 小亚基小亚基 链霉素链霉素 抑制翻译起始；使读码错误抑制翻译起始；使读码错误 小亚基小亚基 卡那霉素卡那霉素氯霉素氯霉素 抑制转肽酶活性，阻止肽键形成抑制转肽酶活性，阻止肽键形成 大亚基大亚基嘌呤霉素嘌呤霉素 代替氨基酰代替氨基酰tRNAtRNA进入受位，进入受位， 大亚基大亚基 使肽链合成过早终止。使肽链合成过早终止。放线菌素放线菌素 特异抑制真核生物转肽酶活性特异抑制真核生物转肽酶活性 大亚基大亚基核酸代谢和蛋白质的生物合成二、二、分子病分子病 由于由于基因的异常基因的异常引起蛋白引起蛋白质中中氨基酸序氨基酸序列的异常列的异常，导致蛋白致蛋白质结构与功能异常构与功能异常，由，由此造成的疾病称此造成的疾病称为分子病。分子病。病例：病例： 镰刀形刀形红细胞胞性性贫血血核酸代谢和蛋白质的生物合成发病的分子机制：病的分子机制： 链第第6位氨基酸被替位氨基酸被替换DNA： CTT CAT mRNA： GAA GUA 蛋白蛋白质： Glu 谷氨酸谷氨酸 Val 缬氨酸氨酸 谷氨酸谷氨酸被被缬氨酸氨酸替替换后，使血后，使血红蛋白易形成蛋白易形成 纤维沉淀沉淀，使，使红细胞易聚集且易溶血。胞易聚集且易溶血。核酸代谢和蛋白质的生物合成