《動物生物化學：第十一章 蛋白質(zhì)的生物合成》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《動物生物化學：第十一章 蛋白質(zhì)的生物合成（92頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第十一章第十一章 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯（翻譯）Protein Biosynthesis，Translation 蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由中由 4 4 種種核苷酸序列核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中2020種種氨基酸的排列順序氨基酸的排列順序 。 2020種氨基酸種氨基酸(AA)(AA)作為原料作為原料 酶及眾多蛋白因子，如酶及眾多蛋白因子，如IFIF、eIFeIF ATPATP、GTPGTP、無機離子、無機離子參與蛋白質(zhì)生物合成
2、的物質(zhì)包括參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括l 三種三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核糖體核糖體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA）一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼 mRNA是遺傳信息的攜帶者 遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子子(cistron)。 原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反
3、子(polycistron) 。 真核真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(single cistron) 。原核生物的多順反子原核生物的多順反子真核生物的單順反子真核生物的單順反子非編碼序列非編碼序列核糖體結(jié)合位點核糖體結(jié)合位點起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)目目 錄錄遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯遺傳密碼：遺傳密碼：DNADNA或或mRNAmRNA中的核苷酸序列與多肽中的核苷酸序列與多肽鏈中的氨基酸序列之間的鏈中的氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系對應(yīng)關(guān)系。 指指DNADNA或由其轉(zhuǎn)錄的
4、或由其轉(zhuǎn)錄的mRNAmRNA中決定其編碼的中決定其編碼的蛋白質(zhì)氨基酸排列順序的蛋白質(zhì)氨基酸排列順序的核苷酸排列信息。核苷酸排列信息。 19681968年年 生理學生理學或醫(yī)學獎或醫(yī)學獎l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開開始，每始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為稱為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(triplet coden)。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination
5、 coden): UAA，UAG，UGA 從從mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 端端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為稱為開放閱讀框架開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 1. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)l遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。 3. 簡并性簡并性(degeneracy) 遺傳密碼中，
6、除色氨酸和甲硫氨酸僅有遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有一個密碼子外，其余氨基酸有2 2、3 3、4 4個個或多至或多至6 6個三聯(lián)體為其編碼。個三聯(lián)體為其編碼。4. 通用性通用性(universal) 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。用。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。葉綠體。 密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。 二、核糖體是多肽鏈合成的裝置二、核糖體是多肽鏈合成的裝置原核生物
7、原核生物真核生物真核生物核核糖糖體體小亞基小亞基大亞基大亞基核核糖糖體體小亞基小亞基大亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)rpS 21種種rpL 34種種rpS 33種種rpL 49種種 不同細胞核糖體的組成不同細胞核糖體的組成 核核糖糖體體的的組組成成目目 錄錄原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排
8、出位(exit site)目目 錄錄 三、三、tRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖的三級結(jié)構(gòu)示意圖 擺動性擺動性(wobble)轉(zhuǎn)運氨基酸的轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼的反密碼子子需要通過堿需要通過堿基互補與基互補與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼反密碼子子與密碼與密碼子子間不嚴格遵守常見的堿基配對間不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。規(guī)律，稱為擺動配對。 氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA
9、合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi目目 錄錄第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E目目 錄錄 tRNA與酶與酶結(jié)合的模型結(jié)合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。都有高度特異性。 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。 氨基酰氨基酰-t
10、RNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 真核生物真核生物： Met-tRNAiMet原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA 翻譯的起始翻譯的起始(initiation) 翻譯的延長翻譯的延長(elongation) 翻譯的終止翻譯的終止(termination )整個翻譯過程可分為整個翻譯過程可分為 ：翻譯過程從閱讀框架的翻譯過程從閱讀框架的5 -AUG開始，按開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼子出現(xiàn)。至終止
11、密碼子出現(xiàn)。 四、蛋白質(zhì)生物合成過程四、蛋白質(zhì)生物合成過程( (一）肽鏈合成起始一）肽鏈合成起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別與核分別與核糖體結(jié)合而形成糖體結(jié)合而形成翻譯起始復合物翻譯起始復合物 (translational initiation complex)。原核生物翻譯起始復合物形成原核生物翻譯起始復合物形成核核糖糖體大小亞基分離；體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； 核核糖糖體大亞基結(jié)合。體大亞基結(jié)合。S-D序列序列 IF-3IF-11. 核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離目目 錄錄A U
12、 G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合目目 錄錄IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到結(jié)合到小亞基小亞基A U G53目目 錄錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖體大亞基結(jié)合，起始復合物形成核糖體大亞基結(jié)合，起始復合物形成A U G53目目 錄錄IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 錄錄真核生物翻譯起始復合物形成真核生物翻譯起始復合物形成核核糖糖體大小亞基分離；體大小亞基分離；起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA結(jié)合；結(jié)合；mRNA在核在核糖糖體
13、小亞基就位；體小亞基就位；核核糖糖體大亞基結(jié)合。體大亞基結(jié)合。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復合物形成過程復合物形成過程（二）肽鏈合成延長（二）肽鏈合成延長指根據(jù)指根據(jù)mRNA密碼序列的指導，次序添加密碼序列的指導，次序添加氨基酸從氨基酸從N端向端向C端延伸肽鏈，直到合成終止端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。的過程。 肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為為核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)(
14、ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：一個氨基酸，包括以下三步： 進位進位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation) 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation) 延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1 、EF-2 原核延長原核延長因子因子生物功能生物功能對應(yīng)真核延對應(yīng)真核延長因子長因子EF-Tu促進氨基酰促進氨基酰-tRNA進入進入A位，位，結(jié)合分解結(jié)
15、合分解GTPEF-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-1-EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進有轉(zhuǎn)位酶活性，促進mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促進卸載促進卸載tRNA釋放釋放EF-2肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子 1 1 進位進位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指下一組遺傳密碼指導，使相應(yīng)氨基酰導，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進入核糖體進入核糖體A位。位。目目 錄錄延長因子延長因子EF-T催化進位（原催化進位（原核生物）核生物）目目 錄錄Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 錄錄2 2 成肽成肽是由轉(zhuǎn)肽酶是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽
16、鍵形成過程。催化的肽鍵形成過程。 3 3 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位 延長因子延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶有轉(zhuǎn)位酶( ( translocase ) )活性，可活性，可結(jié)合并水解結(jié)合并水解1 1分子分子GTP，促進核，促進核糖糖體向體向mRNA的的3 3側(cè)移側(cè)移動。動。fMetA U G53fMetTuGTP目目 錄錄進進位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，真核細胞核糖體沒有另外，真核細胞核糖體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸位，轉(zhuǎn)位時卸載的載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。真核生物延長過
17、程真核生物延長過程（三）肽鏈合成的終止（三）肽鏈合成的終止當當mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 識別終止密碼，如識別終止密碼，如RF-1特異識別特異識別UAA、UAG；而而RF-2可識別可識別UAA、UGA。釋放因子的功能釋放因子的功能原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因
18、子：真核生物釋放因子：eRF 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 U A G53RFCOO-目目 錄錄多聚核糖體多聚核糖體(polysome)使蛋白質(zhì)合成高使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。速、高效進行。目目 錄錄電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象目目 錄錄（四）蛋白質(zhì)的加工（四）蛋白質(zhì)的加工 1 1 蛋白質(zhì)折疊蛋白質(zhì)折疊 新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域的不斷延伸肽鏈逐
19、步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間構(gòu)象。到形成完整空間構(gòu)象。 一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。 細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。他酶、蛋白輔助。幾種有促進蛋白折疊功能的大分子幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶分子伴侶 (molecular chaperon) 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和Gr
20、eE族族 伴侶素伴侶素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族2. 酶類酶類 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI)蛋白質(zhì)的修飾蛋白質(zhì)的修飾1）肽鏈）肽鏈N端的修飾端的修飾2）氨基酸側(cè)鏈的修飾）氨基酸側(cè)鏈的修飾3）多肽鏈的水解修飾）多肽鏈的水解修飾4）糖基化修飾）糖基化修飾蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復雜機制，定向蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細胞靶部位，輸送到最終發(fā)揮
21、生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。 四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送 蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送(protein targeting)( (首先要進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)首先要進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)) ) 所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為主要為N末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞的適當靶部位，這一序列稱為信號序列移到細胞的適當靶部位，這一序列稱為信號序列 。 信號序列信號序列(signal sequence)各種新生分泌蛋白的各種新生分泌蛋白的N端有保
22、守的氨基酸端有保守的氨基酸序列稱信號肽。序列稱信號肽。 靶向輸送蛋白靶向輸送蛋白信號序列或成分信號序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信號肽信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，信號肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)線粒體蛋白線粒體蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸殘基）氨基酸殘基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）過氧化體蛋白過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶體蛋白溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向輸送蛋白
23、的信號序列或成分靶向輸送蛋白的信號序列或成分 信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽引導真核分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導真核分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 目目 錄錄抗生素抗生素作用點作用點作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 、土霉素）土霉素）氨基糖苷類（鏈霉素氨基糖苷類（鏈霉素卡那、新霉素）卡那、新霉素）氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素大環(huán)內(nèi)酯類大環(huán)內(nèi)酯類(紅霉素）紅霉素）梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核原核30S原核原核30S原核原核50S原核原核50S原核原核50S真核真核60S真核、原核真核、原核 核糖體核糖體 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)與
24、小亞基結(jié)合合改變構(gòu)象引起讀碼錯誤、抑改變構(gòu)象引起讀碼錯誤、抑制起始制起始抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位與與EFG-GTP結(jié)合，抑制肽鏈結(jié)合，抑制肽鏈延長延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長氨基酰氨基酰-tRNA類似物，進位后類似物，進位后引起未成熟肽鏈脫落引起未成熟肽鏈脫落抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥醫(yī)學研究醫(yī)學研究抗腫瘤藥抗腫瘤藥抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理 四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素紅霉素紅霉素目目 錄錄 嘌呤霉素嘌呤霉
25、素作用示意圖作用示意圖1 喹諾酮類（諾氟沙星、氧氟沙星、環(huán)丙沙星、氧氟沙星、喹諾酮類（諾氟沙星、氧氟沙星、環(huán)丙沙星、氧氟沙星、沙拉沙星）：作用于拓撲異構(gòu)酶沙拉沙星）：作用于拓撲異構(gòu)酶2的的A亞基，抑制其切口和亞基，抑制其切口和封口功能，阻礙細菌蛋白質(zhì)的合成封口功能，阻礙細菌蛋白質(zhì)的合成2 嘌呤和嘧啶的類似物（嘌呤和嘧啶的類似物（6-巰基嘌呤、巰基嘌呤、5-F尿嘧啶、尿嘧啶、5-Br尿嘧尿嘧啶）：抑制啶）：抑制RNA或或DNA的合成的合成3 DNA模板的抑制劑：模板的抑制劑： 1）烷化劑（氮芥、磺酸酯）：鳥嘌呤的）烷化劑（氮芥、磺酸酯）：鳥嘌呤的N7上上 2）放線菌素）放線菌素D：與模板：與模板
26、DNA非共價結(jié)合非共價結(jié)合 3）嵌入染料（吖啶橙、吖啶黃、原黃素）：）嵌入染料（吖啶橙、吖啶黃、原黃素）：4 RNA聚合酶抑制劑聚合酶抑制劑 1）利福霉素、利福平：原核生物）利福霉素、利福平：原核生物 2）a-鵝膏蕈堿：真核生物鵝膏蕈堿：真核生物其他抑菌物質(zhì)：其他抑菌物質(zhì)：原核生物基因的表達調(diào)控操縱子模型所謂操縱子（所謂操縱子（operon）是指原核生物基因表達的調(diào)節(jié)序列）是指原核生物基因表達的調(diào)節(jié)序列或功能單位，有共同的控制區(qū)（或功能單位，有共同的控制區(qū)（control region）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（regulation system）。操縱子包括在功能上彼此相關(guān)的結(jié)）。操縱子包括在
27、功能上彼此相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因及在結(jié)構(gòu)基因前面的控制部位，控制部位由調(diào)節(jié)基因構(gòu)基因及在結(jié)構(gòu)基因前面的控制部位，控制部位由調(diào)節(jié)基因（regulatory gene）、啟動子（）、啟動子（promoter, P）和操縱基因）和操縱基因（operator, O）組成。一個操縱子的全部基因都排列在一起，）組成。一個操縱子的全部基因都排列在一起，其中調(diào)節(jié)基因可遠離結(jié)構(gòu)基因，控制部位可接受調(diào)解基因產(chǎn)物其中調(diào)節(jié)基因可遠離結(jié)構(gòu)基因，控制部位可接受調(diào)解基因產(chǎn)物的調(diào)節(jié)。的調(diào)節(jié)。乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)大腸桿菌乳糖操縱子（大腸桿菌乳糖操縱子（lac operon）是第一個被發(fā)現(xiàn)）是第一個被發(fā)現(xiàn)的操縱子，它由依次排
28、列的調(diào)節(jié)基因、啟動子、操縱基因和的操縱子，它由依次排列的調(diào)節(jié)基因、啟動子、操縱基因和3個相連的編碼利用乳糖的酶的結(jié)構(gòu)基因組成。結(jié)構(gòu)基因個相連的編碼利用乳糖的酶的結(jié)構(gòu)基因組成。結(jié)構(gòu)基因lac Z編碼分解乳糖的編碼分解乳糖的-半乳糖苷酶半乳糖苷酶，lac Y編碼吸收乳糖的編碼吸收乳糖的-半半乳糖苷透性酶乳糖苷透性酶，lac A編碼編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶。三個結(jié)。三個結(jié)構(gòu)基因組成的轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄出一條構(gòu)基因組成的轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄出一條mRNA，指導三種酶的合，指導三種酶的合成。成。乳糖操縱子學說（乳糖操縱子學說（Lac Operon Theory） 一個或幾個結(jié)構(gòu)基因與一個調(diào)節(jié)基因
29、和一個操縱基因組成一個或幾個結(jié)構(gòu)基因與一個調(diào)節(jié)基因和一個操縱基因組成一個操縱子。調(diào)節(jié)基因編碼調(diào)節(jié)蛋白，調(diào)節(jié)蛋白與操縱基因結(jié)一個操縱子。調(diào)節(jié)基因編碼調(diào)節(jié)蛋白，調(diào)節(jié)蛋白與操縱基因結(jié)合，從而調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達。合，從而調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達。 乳糖為誘導物。當有乳糖存在時，乳糖與有活性的調(diào)節(jié)蛋乳糖為誘導物。當有乳糖存在時，乳糖與有活性的調(diào)節(jié)蛋白（阻遏物）結(jié)合時，阻遏物失活，則不能與操縱基因結(jié)合，白（阻遏物）結(jié)合時，阻遏物失活，則不能與操縱基因結(jié)合，解除對解除對-半乳糖苷酶基因（結(jié)構(gòu)基因）的抑制，開始表達。半乳糖苷酶基因（結(jié)構(gòu)基因）的抑制，開始表達。 如果去掉乳糖時，阻遏物又恢復其活力，與操縱基因如果去掉
30、乳糖時，阻遏物又恢復其活力，與操縱基因DNADNA結(jié)合，將結(jié)合，將-半乳糖苷酶基因關(guān)閉。但這種關(guān)閉或開啟并不是半乳糖苷酶基因關(guān)閉。但這種關(guān)閉或開啟并不是100%100%。 乳糖、異乳糖及半乳糖苷化合物如異丙基硫代乳糖、異乳糖及半乳糖苷化合物如異丙基硫代-D-半乳糖苷（半乳糖苷（isopropylthio-D-galactoside，IPTG）都可作為乳糖操縱子的誘導物。）都可作為乳糖操縱子的誘導物。IPTG是常用是常用的一種誘導劑，不是乳糖的代謝產(chǎn)物。的一種誘導劑，不是乳糖的代謝產(chǎn)物。 分解代謝產(chǎn)物激活蛋白（分解代謝產(chǎn)物激活蛋白（catabolite activator protein，CAP
31、），現(xiàn)在稱為），現(xiàn)在稱為cAMP受體蛋白受體蛋白（cAMP receptor protein，CRP） 瓊脂糖是從瓊脂中提純出來的，主要是由瓊脂糖是從瓊脂中提純出來的，主要是由D D半乳糖和半乳糖和3,63,6脫水脫水L L半乳糖連接而成的一種線性多糖。瓊脂糖凝膠的制作半乳糖連接而成的一種線性多糖。瓊脂糖凝膠的制作是將干的瓊脂糖懸浮于緩沖液中，通常使用的濃度是是將干的瓊脂糖懸浮于緩沖液中，通常使用的濃度是1 13 3，加熱煮沸至溶液變?yōu)槌吻?，注入模板后室溫下冷卻凝聚即成瓊加熱煮沸至溶液變?yōu)槌吻澹⑷肽０搴笫覝叵吕鋮s凝聚即成瓊脂糖凝膠。在脂糖凝膠。在pHpH值為值為8.08.38.08.3時，核
32、酸分子堿基幾乎不解離，時，核酸分子堿基幾乎不解離，磷酸全部解離，核酸分子帶負電，在電泳時向正極移動。采用磷酸全部解離，核酸分子帶負電，在電泳時向正極移動。采用適當濃度的凝膠介質(zhì)作為電泳支持物，在分子篩的作用下，使適當濃度的凝膠介質(zhì)作為電泳支持物，在分子篩的作用下，使分子大小和構(gòu)象不同的核酸分子泳動率出現(xiàn)較大的差異，從而分子大小和構(gòu)象不同的核酸分子泳動率出現(xiàn)較大的差異，從而達到分離核酸片段檢測其大小的目的。達到分離核酸片段檢測其大小的目的。瓊脂糖凝膠電泳原理瓊脂糖凝膠電泳原理 核酸分子中嵌入熒光染料（如核酸分子中嵌入熒光染料（如EBEB）后，在紫外燈下可觀）后，在紫外燈下可觀察到核酸片段所在的位
33、置。瓊脂糖主要在察到核酸片段所在的位置。瓊脂糖主要在DNADNA制備電泳中作為制備電泳中作為一種固體支持基質(zhì)。瓊脂糖之間以分子內(nèi)和分子間氫鍵形成一種固體支持基質(zhì)。瓊脂糖之間以分子內(nèi)和分子間氫鍵形成較為穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這種交聯(lián)的結(jié)構(gòu)使瓊脂糖凝膠有較好較為穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這種交聯(lián)的結(jié)構(gòu)使瓊脂糖凝膠有較好的抗對流性質(zhì)。瓊脂糖凝膠的孔徑可以通過瓊脂糖的最初濃的抗對流性質(zhì)。瓊脂糖凝膠的孔徑可以通過瓊脂糖的最初濃度來控制，低濃度的瓊脂糖形成較大的孔徑，而高濃度的瓊度來控制，低濃度的瓊脂糖形成較大的孔徑，而高濃度的瓊脂糖形成較小的孔徑。盡管瓊脂糖本身沒有電荷，但一些糖脂糖形成較小的孔徑。盡管瓊脂糖本身沒有電
34、荷，但一些糖基可能會被羧基、甲氧基特別是硫酸根不同程度的取代，使基可能會被羧基、甲氧基特別是硫酸根不同程度的取代，使得瓊脂糖凝膠表面帶有一定的電荷，引起電泳過程中發(fā)生電得瓊脂糖凝膠表面帶有一定的電荷，引起電泳過程中發(fā)生電滲以及樣品和凝膠間的靜電相互作用，影響分離效果。滲以及樣品和凝膠間的靜電相互作用，影響分離效果。溴化乙錠含有一個可以嵌入溴化乙錠含有一個可以嵌入DNA堆積堿基堆積堿基之間的一個三環(huán)平面基團。它與之間的一個三環(huán)平面基團。它與DNA的結(jié)的結(jié)合幾乎沒有堿基序列特異性。在高離子強度合幾乎沒有堿基序列特異性。在高離子強度的飽和溶液中，大約每的飽和溶液中，大約每2.5個堿基插入一個個堿基插
35、入一個溴化乙錠分子。溴化乙錠分子。 因為溴化乙錠可以嵌入堿基分子中，導致錯因為溴化乙錠可以嵌入堿基分子中，導致錯配。所以，溴化乙錠是強誘變劑，具有高致配。所以，溴化乙錠是強誘變劑，具有高致癌性！癌性！ Translation Genetic codeCodonAminoacyl-tRNA synthetaseElongation factorInitiation factorRelease factorPeptidyl transferasePolysomeFolding helperProtein disulfide isomerasePeptidyl prolyl cis/trans isomeraseChaperoninCotranslationSignal peptideSignal recognition particle Operon Structural geneRegulatory geneOverlapping geneGenomePromoterIsopropylthio - D-galactosidePositiveNegativecAMP receptor protein
動物生物化學：第十一章 蛋白質(zhì)的生物合成
