转录过程的特点
1、转录的不对称性
反义链 antisense strand（无意义链，负链） 有义链 coding strand（编码链，正链）
2、转录所需酶
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
mRNA 30S-IF 3 mRNA复合物
IF1
30S起始复合物
fMet- tRNAF +IF2+GTP
fMet- tRNAF -IF2-GTP
70S核糖体
IF1、IF2、IF3 GDP+Pi
肽链的延伸
进 位
成肽 转 位
合成终止
高效率的蛋白 质合成体系
4、酶生物合成的调节 (regulation)
mRNA的密码解读成蛋白质的AA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。
2、RNA的生物合成(转录)- Transcription
细胞内RNA的生物功能
(1) 在某些RNA病毒中，其所含的双链RNA作为遗传信息的载体。
(2) 在蛋白质的生物合成过程中，各种RNA起着重要的作用。 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； mRNA作为蛋白质合成的模板，由其分子上的三联体密码控 制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序； rRNA与蛋白质一起组成核糖核蛋白体（核糖体），作为蛋白 质生物合成的场所。 (3) 某些RNA具有生物催化活性，属于核酸类酶，在一定条件下， 可以催化有关的生化反应。 (4) 各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作用。
操纵子
调节 基因 启动 操纵 基因 基因 结构 基因
…
R
P O S1 S2 … … DNA
mRNA 与阻遏蛋白结合
1.RNA聚合酶结合位点 2.cAMP及其受体蛋白复合物 （cAMP-CRP）结合位点
产生阻遏蛋白
• 诱导型操纵子
– 无诱导物——不表达或低表达、 – 有诱导物——转录成mRNA——合成酶
Reverse transcription
• 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。
• 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
Enzyme assembly, promoter recognition, activator binding
Possible catalytic subunits
Role unknown (not needed in vitro)
151 155 36.5 kDa 11 kDa
Promoter specificity
酶的类型
组成酶：DNA酶，RNA酶，糖酵解途 径的酶（与生长发育条件无关， 常进行定量合成的酶） 调节酶：适应酶，β-半乳糖苷酶（诱导 酶）
细胞内酶的调控模式 E
A
底物水平 的调节
酶水平 的调节
B 辅助因 子调节
酶活性的调节 酶含量的调节 酶的定位调节
X
产物调节
生长发育的不同时期 外界环境变化 酶合成与分解速度的变化（基因表达调控）
– 受气候环境影响 – 若培养细胞则工艺路线变复杂 – 产品含杂质较多，分离纯化较困难
适用范围
• 在动植物资源丰富的地区
• 从动物胰脏中提取各种胰蛋白酶，小肠中 提取碱性磷酸酶
二、生物合成法（发酵法）
• 利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的 生命活动而获得人们所需酶的技术。
依细胞 种类不同
微生物 植物细胞 动物细胞 发酵产酶 培养产酶 培养产酶
• 多数氨基酸拥有 2-4个密码
• tRNA是氨基酸的转运工具，携带活化的氨基酸到核蛋白 体。
蛋白质合成的几个要素- 转运RNA (transporter)
• tRNA有特异性，至少有20种以上。每种tRNA的反密码环 顶端均有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。
酪
• 优点：
– 生产周期短 – 酶的产率较高 – 不受资源限制
• 缺点：对发酵设备和工艺条件要求较高
三、化学合成法
是一种新兴技术
• 局限性
– 单体底物要求纯度高 – 成本高昂 – 只能合成已经清楚化学结构的酶
化学合成法新进展
• 模拟酶
第一节 酶生物合成过程及调节
1、中心法则-Central Dogma
（1）操纵子学说 1960年Jacob和Monod提出的操纵子学说 调节基因(R)：产生阻遏蛋白 启动基因(P) 操纵子
1.RNA聚合酶结合位点 2.cAMP及其受体蛋白复合物 （cAMP-CRP）结合位点
操纵基因(O)：与阻遏蛋白结合
结构基因(S)：蛋白多肽链产物
• 操纵子学说
莫诺与雅可布最初发现的是大肠杆菌的乳糖操纵子。这是一个十分巧妙 的自动控制系统，这个自动控制系统负责调控大肠杆菌的乳糖代谢。 乳糖可作为培养大肠杆菌的能源。大肠杆菌能产生一种酶（叫做“半乳 糖苷酶”），能够催化乳糖分解为半乳糖和葡萄糖，以便作进一步的代谢利 用。编码半乳糖苷酶的基因（简称z）是一个结构基因。这个结构基因与操纵 基因共同组成操纵子。操纵基因受一种叫作阻遏蛋白的蛋白质的调控。当阻 遏蛋白结合到操纵基因之上时，乳糖会起诱导作用，它与阻遏蛋白结合，使 之从操纵基因上脱落下来。这时，操纵基因开启，相邻的结构基因也表现活 性，细菌就能分解并利用乳糖了，这样，乳糖便成了诱导半乳糖苷酶产生的 诱导物。 60年代中期，在操纵子中还发现了另一个开关基因，称为启动基因。启 动基因位于操纵基因之前，二者紧密相邻。启动基因由环腺苷酸（cAMP）启 动，而环腺苷酸能被葡萄糖所抑制。这样，葡萄糖便通过抑制环腺苷酸而间 接抑制启动基因，使结构基因失活，停止合成半乳糖苷酶。 由此可知，结构基因同时受两个开关基因——操纵基因与启动基因的调 控。只有当这两个开关都处于开启状态时，结构基因才能活化。当培养基中 同时存在葡萄糖和乳糖时，葡萄糖通过抑制环腺苷酸而间接抑制启动基因， 并进而抑制结构基因，使细菌不产生半乳糖苷酶。这种情况下，细菌便会自 动优先利用葡萄糖，因为葡萄糖果是比乳糖更好的能源。
模板DNA 局部变性
酶与模板结合
酶与启动子结合
DNA双螺旋部分解链
转录开始
σ因子释放
转录延伸
σ因子释放 核心酶移动
DNA双链解旋 核糖核苷酸互补 DNA双链重新缠绕
RNA链合成的终止
• RNA聚合酶到达终止密码子，RNA与酶从 DNA上脱离，RNA链合成终止
RNA前体的加工
剪切反应
剪接反应 末端连接反应 核苷修饰反应
蛋白质合成的几个要素-其他因子和酶
• 其他辅助因子
• 工具酶
蛋白质的合成过程
• 肽链合成的起始 initiation • 肽链合成的延伸 elongation • 肽链合成的终止与释放 termination and release • 合成多肽的输送和加工 transport and modification • 蛋白+ATP
氨酰tRNA合成酶
氨基酸活化生成 氨酰-tRNA
氨酰-tRNA+AMP+PPi
一般而言，原核生物的第一个氨 基酸是甲酰甲硫氨酸，起始tRNA 是fMet-tRNAF。 真核生物的第一个氨基酸是甲硫 氨酸，起始tRNA是MettRNAMET。
蛋白质合成起始
30 S亚基 +IF3
5’
酪氨酰- tRNA
5’
AUG GUU UAC ACA
反密码
3’ mRNA
密码(codon)与反密码(anticodon) 的碱基配对
蛋白质合成的几个要素-核糖体，ribosome
• 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。
The ribosome composition of prokaryotic and eukaryotic cell
• 酶的发酵生产：经过预先设计，通过 人工操作，利用微生物的生命活动获 得所需的酶的技术过程。
细胞 培养 方式 不同
液体 深层 培养 发酵
固体 培养 发酵
固定化 细胞 发酵
固定 化原 生质体 发酵
1、固体培养发酵
• 培养基以麸皮、米糠等为主要原料，加入 其他必要的营养成分，制成固体或半固体 的曲麸，经过灭菌、冷却后，接种产酶微 生物菌株，在一定条件下进行发酵，以获 得所需的酶。
Chapter 3 The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism
微生物发酵产酶
酶的生产：指通过各 种方法获得人们所需 的酶的技术过程
酶的生产方法
提取分离法 (Extraction)
生物合成法 (Biosynthesis)
化学合成法 (chemicalsynthesis)
是指容易利用的碳源 经过分解代谢产生的 物质阻遏某些酶（主 要是诱导酶）生物合 成的现象。
葡萄糖过 量降解
ATP ADP, AMP
cAMP ↓ + H2O
cAMP-CRP↓
磷酸二酯酶
AMP↓
启动基因上没有 cAMP-CRP结合
(32-90 kDa)
The E. coli RNA polymerase holoenzyme consists of six subunits: a2bb’ s.