1、4.1 4.1 基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成元素、脱氧核苷酸、元素、脱氧核苷酸、DNADNA分子、染色体的关系分子、染色体的关系基本组成元素：基本组成元素：_ 基本组成物质：磷酸、基本组成物质：磷酸、含氮碱基、含氮碱基基本组成单位：基本组成单位：（4种）种）DNA双链双链 染色体染色体C、H、O、N、P脱氧核糖脱氧核糖脱氧核苷酸脱氧核苷酸基因是有基因是有遗传效应遗传效应的的DNA片段片段基因在染色体上呈线性排列基因在染色体上呈线性排列+蛋白质蛋白质遗传信息的转录遗传信息的转录1基因基因指导指导 蛋白质蛋白质 的合成的合成主要在细胞核主要在细胞核在细胞质进行在细胞质进行通过信使通过信
2、使RNA为什么为什么RNA适于作适于作DNA的信使？的信使？遗传信息的转录遗传信息的转录11、RNA的结构的结构1)基本组成单位：核糖核苷酸核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸鸟嘌呤核糖核苷酸胞嘧啶核糖核苷酸尿嘧啶核糖核苷酸2)结构：通常为单链、比通常为单链、比DNA短短lRNA也可储存遗传信息；也可储存遗传信息；lRNA是单链，比是单链，比DNA短，能短，能 够通过核孔转移到细胞质中。够通过核孔转移到细胞质中。为什么为什么RNA适于作适于作DNA的信使？的信使？遗传信息的转录遗传信息的转录11、RNA的结构的结构3)种类：mRNA、tRNA、rRNA分布分布结构结构主要在细胞质主要在细胞质中中主要在细
3、胞质主要在细胞质中中与蛋白质合成核糖体与蛋白质合成核糖体单链单链三叶草形，三叶草形，有碱基互补配对。有碱基互补配对。单链单链遗传信息的转录遗传信息的转录12、转录过程转录过程UAGC游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸RNA聚合酶聚合酶第第1步：步：DNA双双链解开，碱基链解开，碱基暴露出来暴露出来第第2步：游离的核糖核苷酸与步：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配模板链上的碱基互补配对，在对，在RNA聚合酶聚合酶作用下开作用下开始始mRNA的合成的合成第第3步：新结合的核糖步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成核苷酸连接到正在合成的的mRNA分子上分子上第第4步：新合成的步：新合成的mRN
4、A从从DNA链上释放。而后，链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。双螺旋恢复。DNA（以（以mRNAmRNA为例）为例）遗传信息的转录遗传信息的转录12、转录过程转录过程AG T AC A A A T AGCUGACGGUUURNA 聚合酶聚合酶DNADNA模板链模板链遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗
5、传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGG UUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGG UUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGG UUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGG
6、 UUUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGG UUUU2、转录过程转录过程遗传信息的转录遗传信息的转录1AG T AC A A A T AGCUGACGG UUUUmRNA2、转录过程转录过程（以（以mRNAmRNA为例）为例）遗传信息的转录遗传信息的转录1转转录录（mRNA释放，释放，DNA双链恢复双链恢复）DNA分子 碱基互补配对碱基互补配对主要在主要在细胞核细胞核四种四种核糖核苷酸核糖核苷酸DNA的的一条链一条链（供转录的那一条）（供转录的那一条）、ATP、RNA聚合酶聚合酶AU、TAGC、CGDNAmRNA场所：场所：原
7、则：原则：模板：模板：条件：条件：遗传信息流动：遗传信息流动：时间：时间：活细胞活细胞新陈代谢新陈代谢过程中过程中mRNA转转 录录（以（以mRNAmRNA为例）为例）遗传信息的转录遗传信息的转录1DNA分子RNA聚合酶聚合酶的作用：的作用：mRNA转转 录录1）使）使DNA双链解旋双链解旋2）形成磷酸二酯键，催化）形成磷酸二酯键，催化RNA的合成。的合成。遗传信息的转录遗传信息的转录1 1.1.转录与转录与DNADNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？有什么意义？遗传信息的转录过程遗传信息的转录过程思考思考讨论讨论 转录与
8、复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则，等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。遗传信息的转录遗传信息的转录12.2.与与DNADNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。3.3.转录成的转录成的RNARNA的碱基序列，与的碱基序列，与DNADNA两条单链的碱基序列各有哪些两条单链的碱基序列各有哪些异同？异同？遗传信息的转录过程遗传信息的转录过程思考思考讨论讨论 转录时，游离的核糖核
9、苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。遗传信息的转录遗传信息的转录1 遗传信息的遗传信息的：mRNAmRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中，游合成以后，通过核孔进入细胞质中，游离在细胞质中的各种氨基酸，就以离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNAmRNA为模板合成具有一定氨基酸为模板合成具有一定氨基酸顺序的顺序的蛋白质蛋白质，这一过程叫做翻译。，这一过程叫做翻译。：将mRNA的碱基序列的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列蛋白质
10、的氨基酸序列。遗传信息的翻译遗传信息的翻译2mRNA：碱基的数量碱基的数量排列顺序排列顺序种类种类蛋白质：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决定决定决定决定决定决定?种种4种种21种种讨论：讨论：至少需要多少个碱基至少需要多少个碱基才能够决定才能够决定21种不同的氨基酸？种不同的氨基酸？1个碱基决定1个氨基酸2个碱基决定1个氨基酸3个碱基决定1个氨基酸决定4种氨基酸决定16种氨基酸氨基酸组合64种G U G C A U C G AmRNA53密码子密码子缬氨酸缬氨酸密码子密码子组氨酸组氨酸密码子密码子精氨酸精氨酸 密码子：密码子：mRNA上决定氨基酸的上决定氨基酸的三个相
11、邻的碱基三个相邻的碱基。遗传信息的翻译遗传信息的翻译2遗传密码子的破译遗传密码子的破译1961年克里克实验年克里克实验实验材料：实验材料：T4噬菌体实验思路：实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响实验过程：实验过程：增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。实验结果：实验结果：增加或删除1个/2个碱基,无法正常产生蛋白质；增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。实验结论：实验结论：遗传密码中遗传密码中3个碱基编码个碱基编码1个氨基酸。个氨基酸。遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。1961年蛋白质的体外合成实验年蛋白质的
12、体外合成实验科学家：科学家：尼伦伯格、马太实验技术：实验技术：蛋白质的体外合成技术实验过程：实验过程：在每个试管中分别加入1种氨基酸；在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。实验结果：实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。遗传信息的翻译遗传信息的翻译2遗传密码子的破译遗传密码子的破译除去DNA和mRNA的细胞提取液人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸肽链肽链实验结论：实验结论：n 与苯丙氨酸苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）（第一个被破译的密码子）。n 在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密
13、码子，并编制出密码子表。遗传信息的翻译遗传信息的翻译2密码子（共64种）种类种类起始密码子：普通密码子：终止密码子：3种种，UAA、UAG不不编码氨基酸编码氨基酸UGA,编码氨基酸编码氨基酸2种种，AUG、GUG，也编码氨基酸也编码氨基酸59种,只编码氨基酸一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定，一种密码子只决定一种氨基酸。一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定，一种密码子只决定一种氨基酸。能编码氨基酸的密码子：能编码氨基酸的密码子：共共6262种种遗传信息的翻译遗传信息的翻译2 1.1.从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基
14、酸都有几个密码子，基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的这一现象称作密码子的简并性简并性。你认为密码子。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？的简并对生物体的生存发展有什么意义？分析密码子的特点分析密码子的特点思考思考讨论讨论1.当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。2.当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。遗传信息的翻译遗传信息的翻译22.2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？什么？地球上几乎所有的生物共用一套密码子表
15、。说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。（通用性）遗传信息的翻译遗传信息的翻译2分析密码子的特点分析密码子的特点思考思考讨论讨论亮氨酸亮氨酸 CUAUUAAUAGUA亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸缬氨酸缬氨酸CCACAACGA脯氨酸脯氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸CUUCUCCUG亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸简并性能在一定程度上防止由于碱基的改简并性能在一定程度上防止由于碱基的改变而导致遗传信息的改变。变而导致遗传信息的改变。遗传信息的翻译遗传信息的翻译2反密码子反密码子概念：特点：种类：与mRNA分子中密码子互补配对的tRNA上的3个碱基反密码子的三个碱基与相应的DNA
16、模板链上对应的碱基相同，只是DNA链上碱基T的位置在tRNA上为U62种，反密码子与62种决定氨基酸的密码子对应遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGUUA C甲硫氨酸甲硫氨酸组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C C遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C CUA C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C CUA C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C CUA C甲硫氨酸甲硫氨酸
17、肽键遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C CUA C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸G U G色氨酸色氨酸A C C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传
18、信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸色氨酸色氨酸A C C甲硫氨酸甲硫氨酸遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU组氨酸组氨酸色氨酸色氨酸X X X甲硫氨酸甲硫氨酸XXX遗传信息的翻译遗传信息的翻译2AGUCCAUAAGGU甲硫氨酸甲硫氨酸组氨酸组氨酸色氨酸色氨酸XXXX遗传信息的翻译遗传信息的翻译22、遗传信息的、遗传信息的翻翻译译mRNA分子 碱基互补配对碱基互补配对细胞质的核糖体mRNAAU、UAGC、CGmRNA蛋白质蛋白质场所：场所：原则：原则：模板：模板：条件：条件：遗传信息流动：遗传信息流动：蛋白质转转 录录翻翻 译译21种游离氨基酸、ATP、酶tRNA
19、遗传信息的翻译遗传信息的翻译2遗传信息的翻译遗传信息的翻译2真核生物真核生物先先转录，转录，后后翻译翻译DNAmRNARNA聚合酶边转录边翻译边转录边翻译原核生物原核生物遗传信息的翻译遗传信息的翻译2多聚核糖体多聚核糖体 在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。通常一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。遗传信息的翻译遗传信息的翻译2DNA复制复制转录转录翻译翻译蛋白质蛋白质时间时间场所场所模板模板原料原料条件条件原则原则特点特点产物产物信息传递信息传递细胞分裂
20、间期细胞分裂间期主要是细胞核主要是细胞核DNA的两条链的两条链4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸解旋酶，解旋酶，DNA聚合酶等聚合酶等A-T、T-A、C-G、G-C半保留复制、边解旋边复制半保留复制、边解旋边复制2个子代个子代DNA分子分子生长发育过程生长发育过程主要是细胞核主要是细胞核基因的一条链基因的一条链4种核糖核苷酸种核糖核苷酸RNA聚合酶等聚合酶等边解旋边转录边解旋边转录RNA生长发育过程生长发育过程细胞质细胞质mRNA21种氨基酸种氨基酸tRNA、酶等、酶等多核糖体翻译蛋白质多核糖体翻译蛋白质DNADNADNAmRNAmRNA蛋白质蛋白质A-U、T-A、C-G、G-CA-U、T-A、C-G
21、、G-C真核细胞中复制、转录、翻译的比较真核细胞中复制、转录、翻译的比较遗传信息的翻译遗传信息的翻译2转转 录录翻翻 译译中心法则：中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA 的复制复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转转录录和翻译翻译。DNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复制复制DNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复制复制中心法则的中心法则的完善完善逆转录逆转录复制复制中心法则中心法则3一、概念检测一、概念检测1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
22、（1）DNA转录形成的转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（）（2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。（）2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指（）A.基因上基因上3个相邻的碱基个相邻的碱基 B.DNA上上3个相邻的碱基个相邻的碱基 C.tRNA上上3个相邻的碱基个相邻的碱基 D.mRNA上上3个相邻的碱基个相邻的碱基D练习与应用练习与应用二、拓展应用二、拓展
23、应用 红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示，们的抗菌机制如下表所示，请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。治疗疾病的道理。题中的三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。练习与应用练习与应用二、拓展应用二、拓展应用 2.2.我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？请都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多样性。练习与应用练习与应用
