酶工程 教学课件 作者 梁传伟 张苏勤 主编 胡本高 主审第三章.ppt

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1、酶工程第三章酶的发酵生产第一节酶生物合成的基本理论一、RNA的生物合成——转录某种细胞能否合成某种酶分子。首先取决于细胞中的遗传信息载体——DNA分子中是否存在有该酶所对应的基因。DNA分子可以通过复制生成新的DNA，再通过转录生成对应的RNA，然后再翻译成为多肽链，经加工而成为具有完整空间结构的酶分子。转录是以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的过程。第一节酶生物合成的基本理论转录时，RNA聚合酶首先结合到DNA的特定位点（启动基因）上，DNA的双螺旋链

2、部分解开，以其中一条链为模板，通过碱基互补方式结合进第一个核苷三磷酸，然后随着RNA聚合酶的移动，DNA双螺旋逐渐解开，按照模板上的碱基顺序逐个加入与其互补的核苷三磷酸并聚合而生成多聚核苷酸链。在RNA聚合酶后面生成的多聚核苷酸链立即与模板分开，DNA分子的两条链又重新缠绕形成双螺旋。（图3-1）图3-1RNA的生物合成——转录示意图转录生成的DNA按其结构和功能的不同，可以分成mRNA，tRNA和rRNA等3种。第一节酶生物合成的基本理论二、蛋白质的生物合成——翻译以mRNA为模板，以氨基酸为底物

3、，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，称为翻译。翻译是将RNA分子上的碱基排列次序转变为多肽链上氨基酸的排列次序的过程。不同的生物，其翻译过程有些差别。现已大肠杆菌为例，说明翻译的基本过程。翻译过程分为4个阶段。1.氨基酸活化生成氨酰-tRNA氨基酸在氨酰-tRNA合成酶的作用下，与特定的tRNA合，生成氨酰-tRNA。此过程由ATP提供能量，其反应如下：第一节酶生物合成的基本理论aa+tRNA+ATP氨酰-tRNA合成酶aa-tRNA+AMP+PPi对于大肠杆菌而言，肽

4、链合成时的第一个氨基酸都是甲酰甲硫氨酸。它是在甲硫氨酸与tRNA结合后，再经甲酰化而成。即：Met+tRNA’+ATP→Met-tRNA’+AMP+PPiMet-tRNA’再经甲酰转移酶[EC2.1.2.9]的作用，甲酰化而生成甲酰甲硫氨酰-Trna’（fMet-tRNA’）。2.肽链合成的起始肽链合成的起始阶段是在GTP和起始因子(InitiationFactor)的参与下,核糖体30s亚基,fMet-tRNA’,mRNA和50s亚基结合，组成起始复合物的过程。这一阶段包括5个步骤：第一节酶生物合

5、成的基本理论（1）30s亚基与起始因子IF3结合；（2）30s亚基与mRNA结合，形成30s-IF3-mRNA复合物（3）fMet-tRNA’与起始因子IF2以及GTP结合；（4）在起始因子IF1的参与下，fMet-tRNA’-IF2-GTP与30s-IF3-mRNA结合生成30s起始复合物，在此30s起始复合物中，fMet-tRNA’正好位于mRNA的起始密码子AUG上；（5）50s亚基与上述30s起始复合物结合，形成具有完整结构的70s核糖体。在此过程中，同时放出IF1，IF2，IF3，并使GT

6、P水解生成GDP和Pi。在此70s核糖体形成时，fMet-tRNA’位于70s核糖体的“P”（肽酰基位），而它的“A”位（氨酰基位）是空位。第一节酶生物合成的基本理论蛋白质合成的起始阶段的示意图如图3-2所示。第一节酶生物合成的基本理论第一节酶生物合成的基本理论3．肽链的延伸在延伸因子（ElongationFactor）的参与下，与mRNA上密码子对应的氨酰-tRNA进入70s核糖体之中的“A”位。通过肽链合成酶的作用，P位上fMet—tRNAF的甲酰甲硫氨酰（fMet）与A位上的氨酰-tRNA(a

7、a1-tRNA1)以肽键结合，形成肽酰-tRNA。接着，mRNA和核糖体作相对移动，A位上的肽酰-tRNA转至P位上，而原在P位上的t-RNAF游离出去。然后，根据mRNA上密码编排，下一个氨酰-tRNA进入A位，再重复上述过程，使肽链不断延伸，直至终止密码子为止。其主要过程如下:第一节酶生物合成的基本理论（1）延伸因子EF-T与氨酰-tRNA(aa1-tRNA1)以及GTP结合；（2）aa1-tRNA1进入70s起始复合物的A位，同时放出EF-T，GDP和Pi;（3）肽合成酶催化P位上的fMet脱

8、离t-RNA’，而与A位上的aa1-tRNA1通过肽链结合，形成肽酰-tRNA(fMet-aa1-tRNA1)；（4）在延伸因子EF-G和GTP的参与下，mRNA与70s核糖体作相对移动，使原在A位上的fMet-aa1-tRNA1位移至P位，A位成为空位，同时放出EF-G、GDP、Pi以及tRNAF。然后下一个氨酰-tRNA（aa2-tRNA2）进入A位，重复上述（3）〜（4）步骤，如此往复，使肽链不断延伸（图3-3）。第一节酶生物合成的基本理论图3-3肽链的延伸第一