1、 授课人：第4章 基因的表达第一节 基因指导蛋白质的合成 （第二课时）3遗传信息的翻译遗传信息的翻译1、定义：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。DNA携带的遗传信息mRNA携带的遗传信息蛋白质转录翻译mRNA：碱基的数量碱基的数量排列顺序排列顺序种类种类（4 4种）种）蛋白质：蛋白质：氨基酸的数量氨基酸的数量排列顺序排列顺序种类种类（2121种）种）决定决定决定 这4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？1个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即 2个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即 3个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种
2、，即 44116426443组成人体蛋白质的氨基酸有21种，至少需要3个碱基对应1个氨基酸遗传信息的翻译(1)(1)定义：定义：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基(3)(3)识别：识别：mRNA5533密码子密码子密码子密码子密码子密码子密码子认读是从mRNA的53,相邻的密码子无间隔、不重叠决定缬氨酸缬氨酸决定组氨酸组氨酸决定精氨酸精氨酸 后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNAmRNA上三个相上三个相邻的碱基决定一个氨基酸邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了最终破解了6464个遗传密码子个遗传密码子。2、密码子：(2)(2
3、)位置：位置：mRNA上密码子S z L w hS z L w h密码子密码子第一个第一个碱基碱基第二个碱基第二个碱基第三个第三个碱基碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸 (原核起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸
4、谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG21种氨基酸的密码子表种氨基酸的密码子表u 真核生物真核生物的的起始密码起始密码子为子为AUGAUG，编码甲硫，编码甲硫氨酸。氨酸。u AUGAUG可作为可作为原核生物原核生物的起始密码子，编码的起始密码子，编码甲硫氨酸。甲硫氨酸。u 原核生物也使用原核生物也使用GUGGUG作为起始密码子作为起始密码子，此，此时编码的是甲硫氨酸。时编码的是甲硫氨酸。S z L w hS z L w h密码子密码子第一个第一个碱基碱基第二个碱基第二个碱基第三个第三个碱基碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止
5、、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸 (原核起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG21种氨基酸的密码子表种氨基酸的密码子表u UAAUAA、UAGUAG为终止为终止密码子密码子，提供翻，提供翻译终止的信号。译终止的信号。u UGAUGA正常情况下为正常情况下为终止密码子，特终止密码子
6、，特殊情况下，可编殊情况下，可编码硒代半胱氨酸。码硒代半胱氨酸。密码子密码子特点l 简并性：一种氨基酸可由多种密码子决定l 专一性：一种密码子决定一种氨基酸l 通用性：几乎所有生物共用一套遗传密码密码子种类（共64个）起始密码子：2种：种：AUG、GUG，也编码氨基酸，也编码氨基酸终止密码子：3种：种：UAA、UGA、UAG（一般（一般不编码）不编码）普通密码子：59种：种：只编码氨基酸注：共注：共6464种种密码子，密码子，3 3种终止密码子不编码氨基酸种终止密码子不编码氨基酸 密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？思考讨论增强密码子的容错性增强密码子的容错性，保证翻译速度，保证翻译速
7、度已知一段已知一段mRNAmRNA序列为：序列为：ACUCUACUCUAUGAUGGAAGCAUAAACUCAGGAAGCAUAAACUCAG，该序列通过，该序列通过翻译，得到对应的氨基酸序列是怎样的？翻译，得到对应的氨基酸序列是怎样的？ACUCUAUGGAAGCAUAAACUCAG起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子氨基酸序列为：氨基酸序列为：甲硫氨酸甲硫氨酸谷氨酸谷氨酸苏氨酸苏氨酸容容错错性性AC GAUA GGAC GAC GA正常mRNACC GAUA GGGC GAC GA错误mRNA精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺UAAUCCUCUGGCGCAUACUG
8、GUGGUCCUAA35色组甲硫精半胱半胱脯谷丝如何精准运送过来的？tRNAmRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？u 思考分子内分子内配对配对结合氨基结合氨基酸的部位酸的部位CAG反密码子反密码子AUGGUCUGGCGmRNA 53游离的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？3、tRNA运输氨基酸的工具：1 1、概念：、概念：具有携带并转运氨基酸功能的核糖核酸具有携带并转运氨基酸功能的核糖核酸注意：读反密码子的方向：注意：读反密码子的方向：tRNA 532 2、形态：、形态：RNARNA链经
9、过折叠，形成链经过折叠，形成三叶草形三叶草形3 3、功能：、功能：识别并转运氨基酸识别并转运氨基酸4 4、特点：、特点：一种一种tRNAtRNA只能识别并转运只能识别并转运一种氨基酸一种氨基酸。一一种氨基酸种氨基酸可以由可以由多种多种tRNAtRNA携带携带。5 5、反密码子：每个、反密码子：每个tRNAtRNA的这的这3 3个碱基可以与个碱基可以与mRNAmRNA上的密码子上的密码子 互补配对，叫作反密码子。互补配对，叫作反密码子。6 6、种类：、种类：6161或或6262种种AAU亮氨酸亮氨酸ACU天冬氨酸天冬氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸UCAUGAUUAmRNA密码子密码子密码子密码子密码
10、子密码子密码子密码子:反密码子反密码子:mRNA上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基个相邻的碱基tRNA上与密码子互补的上与密码子互补的3个相邻的碱基个相邻的碱基密码子与反密码子的比较位点1位点2mRNA进入细胞质，与核糖体结合，形成2个tRNA的结合位点。4、翻译的过程携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。MM：甲硫氨酸携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。M携带组氨酸的tRNA，以同样的方式进入位点2。MHH：组氨酸携带组氨酸的tRNA，以同样的方式进入位点2。MH甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。MH
11、 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1。MH 一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。MHW：色氨酸W 一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。MHW 一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。MHW 一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。MHW 注意：注意：一个mRNA可以结合多个核糖体，同时合成多条相同
12、肽链核糖体核糖体mRNAmRNA意义：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质由肽链_肽链_的方向进行短长判断mRNA合成方向：肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。概念场所时期条件以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫作翻译。细胞质的核糖体个体生长发育的整个过程遗传信息的翻译模板原料酶能量工具mRNA21种游离的氨基酸多种酶ATP等遗传信息的翻译tRNA特点精确复制的原因产物一条mRNA上可结合多个核糖体，同时合成多条相同的肽链碱基互补配对原则AU、UA、GC、C
13、G具有一定氨基酸序列的多肽（蛋白质）遗传信息的翻译遗传信息的翻译遗传信息的流动方向mRNA蛋白质提醒：肽链合成后，通常经过盘曲折叠，才能形成特定空间结构和功能的蛋白质分子。4几 个 相 关 比 较项目存在位置含义生理作用遗传信息DNA碱基的排列顺序直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序密码子mRNAmRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序反密码子tRNAtRNA上与密码子互补配对的三个碱基识别密码子遗传信息、密码子、反密码子的比较边转录边翻译 原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程同时发生(边转录边翻译)；而真核生物主要在细胞
14、核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译(在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译)。真核细胞和原核细胞遗传信息表达的比较先转录后翻译核基因真核细胞基因结构编码区非编码区非编码区编码区非编码区非编码区启动子终止子RNA聚合酶识别结合位点，启动转录终止转录外显子内含子原核细胞基因结构真核、原核基因结构的比较项目复制转录翻译场所条件模板原料能量酶产物原则细胞核（主要场所）细胞核（主要场所）核糖体DNA的两条链DNA的一条链mRNA4种游离的脱氧核苷酸4种游离的核糖核苷酸21种游离的氨基酸ATPATPATP解旋酶 DNA聚合酶RNA聚合酶多种酶DNARNA多肽碱基互补配对A-T T-A G-C C-G 碱基互
15、补配对A-U T-A G-C C-G 碱基互补配对 A-U U-A G-C C-G 复制、转录、翻译的比较5基因表达的相关计算ACTGGATC TTGACCTAGA基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？ACUGGAUC UUGA CCU AGA苏氨酸甘氨酸丝氨酸 转录转录翻译翻译ACU GGA UCU136基因表达的相关计算说明：因为说明：因为DNA中存在中存在非基因片段非基因片段，不转录出不转录出mRNA，所以实际上所以实际上DNA上所含有的碱上所含有的碱 基数要大于基数要大于6n。转录出的转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨
16、基酸中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n。因此一般题目中带有“至少”字样才能使用这个比例关系。1.DNA碱基数mRNA碱基数蛋白质氨基酸数=_ 6312.不考虑终止密码子:合成n个氨基酸至少需要mRNA中 个碱基，DNA中 个碱基。3.考虑终止密码子:合成n个氨基酸至少需要mRNA中 个碱基，DNA中 个 碱基。3n 6n3n+36n+66中 心 法 则DNADNA聚聚合合酶酶解旋解旋酶酶DNDNA A聚聚合合酶酶RNARNA聚聚合合酶酶RNARNA聚合聚合酶酶核糖体核糖体DNADNAmRNAmRNA多肽链多肽链DNADNA复复制制转转录录翻翻
17、译译DNA复制和基因指导蛋白质合成的过程中遗传信息的传递方向：转录转录翻译翻译蛋白质蛋白质DNA复制复制RNA 1957年，克里克提出：年，克里克提出：遗传信息遗传信息可以从可以从DNA流向流向DNA，即，即DNA的复制的复制；也可以从也可以从DNA流向流向RNA，进而流向蛋白质，进而流向蛋白质，即遗传信息的，即遗传信息的转录和翻译转录和翻译。1.遗传物质为DNA的生物：细胞生物、DNA病毒克里克克里克中心法则 1965年，科学家在某种年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种病毒里发现了一种RNA复制酶复制酶，像，像DNA复制酶能对复制酶能对DNA进行复制一样，进行复制一样，RNA复制酶能对复制
18、酶能对RNA进行复制进行复制。复制复制翻译翻译蛋白质蛋白质RNA2.含RNA复制酶的RNA病毒：烟草花叶病毒RNA蛋白质蛋白质外壳外壳TMV中心法则转录转录翻译翻译蛋白质蛋白质DNA复制复制RNA逆转录逆转录RNA 1970年，科学家在致癌的年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了病毒中发现了逆转录酶逆转录酶，它能以，它能以RNA为模板合成为模板合成DNA。3.含逆转录酶的RNA病毒：HIV中心法则复制复制转录转录翻译翻译蛋白质蛋白质DNA复制复制RNA逆转录逆转录4.完整的中心法则 在遗传信息的流动过程中，在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体是信息的载体，蛋，蛋白质是信白质是信息的
19、表达产物息的表达产物，而，而ATP为信息的流动提供能量为信息的流动提供能量，可见，可见，生命是物质、能量生命是物质、能量和信息的统一体和信息的统一体。中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）中心法则生物种类生物种类遗传信息的传递过程遗传信息的传递过程以以DNA作为遗作为遗传物质的生物传物质的生物原核生物原核生物真核生物真核生物DNA病毒病毒以以RNA作为遗作为遗传物质的生物传物质的生物一般一般RNA病毒病毒逆转录病毒逆转录病毒(HIV)转录DNARNA翻译蛋白质复制复制RNA翻译蛋白质逆转录转录DNARNA翻译蛋白质复制RNA各种生物的遗传信息传递过程 中心法则分析DNARNA蛋白质123451）烟草花叶病毒（TMV）2）人免疫缺陷病毒（HIV）、肉瘤病毒3123(携带逆转录酶)4(部分自身携带RNA复制酶)53）具备分裂能力的细胞4）不能分裂的细胞如造血干细胞：123如神经细胞、胰岛B细胞：235）原核细胞6）噬菌体如大肠杆菌：123123(发生在：_)宿主细胞内7课堂小结网络构建课堂小结基因指导蛋白质的合成DNA转录mRNA翻译蛋白质逆转录转录tRNArRNA工具核糖体复制复制脱氧核苷酸序列核糖核苷酸序列氨基酸序列
