蛋白質的合成 王鳳英 副教授

格里夫茲發現性狀轉變 1928年，英國，格里夫茲 肺炎球菌： (1)R型： 菌落粗糙 細胞壁外無莢膜 不致病 (2)S型： 菌落光滑 　菌落粗糙 　細胞壁外無莢膜 　不致病 (2)S型： 　菌落光滑 　細胞壁外有莢膜 　致病

格里夫茲發現性狀轉變 結論： (1)S型的性狀轉變物使R型發 生性狀轉變成為S型 (2)性狀轉變是基因型的轉變

格里夫茲的性狀轉變實驗

亞夫利證實性狀轉變物是DNA 1944，亞夫利等細菌學者 結論：性狀轉變物質為DNA

亞夫利實驗 資料來源：Atherly, A. G., J. R. Girton, J. F. McDonald. 1999. The Science of Genetics. p.253, Fig.9.2

赫希和蔡斯的實驗證實DNA是遺傳物質

乳糖操縱組的運作 BACK

真核生物基因表現的調節

mRNA處理階段的調節

利用基因轉殖細菌生產的藥物

利用基因轉殖細菌生產胰島素及其基因

基因轉殖植物的形成

農桿菌質體重組DNA侵入植物細胞DNA

真核細胞如何複製DNA？ DNA複製過程： (1)螺旋 分開DNA雙股 (2)以兩股為鑄模 (3)DNA聚合 聚合新股 　原料：dATP，dGTP，dTTP，dCTP 　依鹼基配對原則 　新股依53 的方向增長 　接合　連接岡崎片段 (4)多處同時進行雙向複製

DNA的複製 資料來源：Campbell, N. A. 1996. Biology. The Benjamin/Cumming Publishing Company, Inc., p.299

真核細胞如何複製DNA？ DNA的複製方式：半保留方式 (1)新DNA分子中 A.一股為舊有的核 酸鏈 B.一股為新合成的核 酸鏈 (2)1958，麥金生和史塔爾的實驗證明

第0代 第1代 第2代 第3代 真核細胞如何複製DNA

原核細胞如何複製DNA？ 過程與真核細胞大致相同 相異處： (1)原核生物：一個 起點，一個終點 (2)真核生物：多個 起點，多個終點

轉錄作用如何進行？ 轉錄的定義： 以DNA的一股為鑄模合成RNA 過程： (1)RNA 聚合 與DNA結合，打開DNA的雙股 (2)DNA雙股中，僅有一股被轉錄，這一股叫 做sense DNA (3)以ATP、UTP、CTP、GTP為材料 依AU，T A，C G，G C 配對

轉錄作用

轉錄作用如何進行？ 真核生物轉錄出來的RNA需經修飾方能產生作用 (1)5加G (2) 3加A (3)切去中斷子 （內含子）

基因與DNA的關係如何？ 基因是什麼？ (1)基因是一段DNA (2)基因是控制生物性狀的遺傳單位 (3)不同的生物，所具有的基因數不同 　人類的基因數約3～4萬個 　人類每個基因平均含數萬個鹼基對 　每一鹼基對的平均分子量約660

基因與DNA的關係如何？ 基因組是什麼？ (1)定義：指細胞遺傳物質總量（單套 染色體的基因總量） (2)通常以鹼基對數目表示基因組的量 (1)定義：指細胞遺傳物質總量（單套 染色體的基因總量） (2)通常以鹼基對數目表示基因組的量 　人類基因組：3×109 鹼基對 　大腸桿菌基因組：4.7×106鹼基對

基因與DNA的關係如何？ 人類基因組計畫（HGP）： (1)1990年開始，美國和英國主導，有18個國家 參加，包括臺灣 (1)1990年開始，美國和英國主導，有18個國家 參加，包括臺灣 (2)預訂於西元2003年完成 (3)西元2000年6月，完成「人體基因組圖草圖」 (4)我國參與HGP，以榮陽團隊（榮民總醫院、 陽明大學）的成果最顯赫。其完成第四對染 色體上q22–q24片段的一千萬個鹼基定序，該 片段共有218個基因

基因與DNA的關係如何？ 人體基因組的組成： (1)組成： (2)編碼DNA： 　實際含有遺傳密碼以合成蛋白質的基因 　占DNA的3%

基因－酵素假說 畢德－泰頓的實驗： (1)材料：紅麵包黴 突變型I－需添加鳥胺酸 突變型II－需添加瓜胺酸 突變型III－需添加精胺酸 (2)最低限度培養基： 　正常野生種能生長的培養基 　突變種無法生長於此培養基

畢德和泰頓的－基因－酵素的實驗

基因－酵素假說 推論： 一個「基因」的突變，造成一個「酵素」的缺陷 「一個基因控制一個酵素」

密碼子與胺基酸 mRNA有64組密碼子 (1)UAA，UAG和UGA為終止密碼子，不 決 定任何胺基酸 (2)有61組密碼子可決定胺基酸 　同義碼：決定同一胺基酸的數個密碼子 　例如：AAG和AAA皆決定離胺酸 (3)AUG為起始密碼子，並決定甲硫胺酸

密碼子與胺基酸 基因藉密碼子決定多　鏈中胺基酸的種類和序列 DNA　　 mRNA　　 胺基酸的種類和順序　　 不同的蛋白質 決定

蛋白質的合成與修飾 蛋白質合成的要件： (1)mRNA： 單順反子mRNA：只用於合 成一個蛋白質分子

多順反子mRNA

蛋白質的合成與修飾 (2)核糖體： 成分為蛋白質＋rRNA 兩次單元組合後才能進行蛋白質 合成 供 mRNA附著 　兩次單元組合後才能進行蛋白質 　合成 　供 mRNA附著 　一條mRNA可附著一串核糖體 　多核糖體 　蛋白質合成完後，兩次單元分離

核糖體

蛋白質的合成與修飾 (3)移運RNA（tRNA）： 負責攜帶胺基酸（3） 其上有補密碼決定攜帶的胺基酸種類 一種tRNA攜帶一種胺基酸 　負責攜帶胺基酸（3） 　其上有補密碼決定攜帶的胺基酸種類 　一種tRNA攜帶一種胺基酸 　一種胺基酸可由數種tRNA攜帶

tRNA 分子的構造

蛋白質的合成與修飾 蛋白質合成過程（轉譯作用）： (1)m RNA 附著在核糖體 (2)t RNA攜來第一個胺基酸（甲硫胺酸） (4)t RNA攜來下一個胺基酸進入A位 (5)P位和A位胺基酸形成　鍵 (6)P位的t RNA離開 (7)直到終止密碼出現

蛋白質的合成與修飾

蛋白質的合成與修飾 蛋白質的修飾： (1)新合成的蛋白質須經修飾 才有生理功能 (2)修飾的方法 　切除無效的多　鏈 　與金屬元素結合

蛋白質的合成與修飾 (3)切除多 鏈的例子： 鏈 （21個胺基酸） 水解 鏈 新合成的胰島素（86個胺基酸） 具活性的胰島素 (3)切除多　鏈的例子： 新合成的胰島素（86個胺基酸） 具活性的胰島素 鏈 （21個胺基酸） 鏈 （30個胺基酸） 雙硫鍵 水解

蛋白質的合成與修飾

蛋白質的合成與修飾 (4)與金屬元素結合的例子： 需要金屬元素作為輔助因子 A.碳酸酐 ：鋅 B.尿素 ：鎳 C.細胞氧化 ：銅 　需要金屬元素作為輔助因子 　A.碳酸酐　：鋅 　B.尿素　：鎳 　C.細胞氧化　：銅 　需要金屬元素作為成分 　A.甲狀腺素：碘 　B.血紅素：鐵

什麼是基因表現的調節？ 多細胞生物的細胞皆源自同一細胞 (1)含有相同的染色體數 (2)含有相同的遺傳物質（基因） 細胞的分化： (1)成熟後，細胞的構造、機能不同 (2)不同的細胞，表現的基因不同 (3)哪些基因表現？哪些不表現？ 　此乃基因的調節

原核生物的基因表現調節 基因操縱組模式： (1)1961，傑柯（F.Jacob）和蒙羅（J. Monod） 提出 (2)大腸桿菌的乳糖操縱組 　包括： 　A.調節基因：表現抑制蛋白 　B.啟動子：RNA聚合　結合處 　C.操縱子：抑制蛋白結合處 　D.構造基因：表現三種與乳糖消化有關 　　的酵素 　

原核生物的基因表現調節 (3)色胺酸操縱組的運作方式： 無色胺酸時，抑制蛋白無活性，構 造基因表現合成色胺酸 　無色胺酸時，抑制蛋白無活性，構 　造基因表現合成色胺酸 　A.色胺酸過多時，抑制蛋白有活性， 構造基因不表現 　B.此為回饋抑制作用 　色胺酸操縱組是一種抑制性操縱組

色胺酸操縱組的運作

真核生物的基因表現調節 真核生物缺乏操縱組的調節 真核生物基因表現的調節分為四個階段： (1)轉錄階段的調節 染色體膨鬆 　染色體膨鬆 　脂溶性類固醇激素引發轉錄作用

真核生物的基因表現調節 (2)mRNA處理階段的調節 切除編碼序列（中斷子） 5帽（5加 G-P-P-P） 3添加多個A 　切除編碼序列（中斷子） 　5帽（5加 G-P-P-P） 　3添加多個A (3)轉譯階段的調節 　mRNA通常只有三小時壽命 　蛋白質合成完成後，mRNA 　便被分解

真核生物的基因表現調節 (4)轉譯後階段的調節 新形成的分泌蛋白質具有一段訊息 ，必須切除訊息 才能分泌至 細胞外 　新形成的分泌蛋白質具有一段訊息 　　，必須切除訊息　才能分泌至 　細胞外 　胰島素原必須切除一段多　鏈才 　是有功能的胰島素

人工基因重組如何操作？ 製備載體和外源DNA： (1)載體：常用細菌質體、噬菌體DNA (2)以相同限制　切割載體和外源DNA

人工基因重組如何操作？ 重組DNA： 接合　將載體和外源DNA連成一體重組DNA分子

什麼是基因放大？ 基因放大原理： 含特定基因的1小段DNA 大量增加 基因放大技術：聚合 連鎖反應（PCR） (1)過程： 　冷卻至60℃加入引子 　再加入DNA聚合　和核　酸 　重覆上述步驟n次，DNA的量變為原來 　的2n倍 多次複製

PCR可以生產大量DNA

什麼是基因放大？ (2)應用： 　DNA鹼基序列的分析 　DNA 指紋分析 　A.親子鑑定 　B.刑案證據 　C.演化研究

基因轉殖的意義和種類 基因轉殖的意義： 藉人工基因重組技術，將外源DNA移植於他種生物細胞內，稱為基因轉殖 基因轉殖細菌： (1)已可生產多種藥物 (2)已利用大腸桿菌生產分解油污的

基因轉殖的意義和種類 基因轉殖植物： (1)轉殖步驟： 先把外源基因嵌入農桿菌的質體 農桿菌感染欲轉殖的植物 外源DNA脫離農桿菌質體 　先把外源基因嵌入農桿菌的質體 　農桿菌感染欲轉殖的植物 　外源DNA脫離農桿菌質體 　外源DNA嵌入植物細胞DNA中 　植物細胞經組織培養長成幼苗即為轉 　殖植物 (2)例子：抗殺草劑的大豆、抗寒草莓、產 生人類抗體的大豆、玉米

基因轉殖的意義和種類 基因轉殖動物： (1)轉殖步驟： 利用顯微注射法 將外源DNA注入受精卵或早期胚胎 (2)轉殖動物的貢獻： 　利用顯微注射法 　將外源DNA注入受精卵或早期胚胎 (2)轉殖動物的貢獻： 　生產醫藥用的重要物質，例如：凝血因子 　提高家畜的肉質 　滅絕動物的再現或瀕絕動物的保育 　製造純系複製動物以供研究

點突變 什麼叫點突變？ (1)定義：DNA的一個鹼基因被取代、 插入或缺失所產生的基因改變 (2)例子：鐮刀形貧血

基因突變 資料來源：(A)Audesirk, T. and G. Audesirk. 1999. Biology. Prentice Hall, p.217, Fig.12-16 (B)Audesirk, T. and G. Audesirk. 1999. Biology. Prentice Hall, p.217

引起突變的因子 自然突變：內在因子引起的突變 (1)DNA複製時發生錯誤 缺失、重覆、取代或嵌入 (2)染色體數目與構造的改變 　缺失、重覆、取代或嵌入 (2)染色體數目與構造的改變 　細胞分裂時發生的錯誤 (3)自然突變機率很低，平均為10–5

引起突變的因子 誘導突變：外在因子（誘變劑）引起的突變 (1)誘變劑可分為三類： 輻射線 化學藥品 病毒 (2)紫外線： 　輻射線 　化學藥品 　病毒 (2)紫外線： 　波長100~380nm 　DNA主要吸收波長為200nm 　紫外線易造成DNA斷裂或鹼基成分改變

引起突變的因子 (3)化學藥物：亞硝酸易使鹼基改變（CU） (4)病毒：病毒給了致癌基因或阻止了腫瘤 壓抑基因的功能 例子： (4)病毒：病毒給了致癌基因或阻止了腫瘤 壓抑基因的功能 　例子： 　　B型肝炎病毒－肝癌 　　乳頭狀瘤病毒－生殖器官癌症 　　　疹病毒－鼻咽癌和子宮頸癌 　　人類T淋巴球病毒－白血病（血癌）

DNA的粗萃取 步驟：

DNA的粗萃取 討論： (1)鳥類的紅血球有核，是提供DNA粗萃取的 良好材料 (2)DNA溶於高鹽溶液，但不溶於低鹽溶液

蛋白質合成的過程： 在細胞核內，基因被轉錄成RNA。RNA接著被後轉錄修飾及控制，形成成熟的（mRNA），並運往細胞核外的細胞質進行翻譯。mRNA由核糖體翻譯成與mRNA的基本密碼子，通過與轉運RNA上的反密碼子形成配對進行翻譯。新合成的蛋白質會被再行修飾，並可以與效應分子結合，最終成為具有生物學活性的蛋白質。