1、第四章第四章 基因的本质基因的本质第第1 1节节 基因指导蛋白质合成基因指导蛋白质合成01问题探讨 美国科幻电影侏罗纪公园曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需要的全部遗传信息。但是，从遗传信息（DNA）到遗传性状（蛋白质）的生物体，需要复杂的过程，因此复活恐龙很难做到。肤色眼皮单双血型基因控制生物性状DNA蛋白质体现者指导合成 基因指导蛋白质合成的过程
2、，叫基因的表达。问题探讨01天高皇帝远，奈我何？01问题探讨DNA核糖体轻易不出宫我看不懂皇帝的指令信使翻译RNA1.RNA的结构层次03基本组成元素：基本组成物质：基本组成单位：RNA(单链)：C、H、O、N、P磷酸基团、核糖、含氮碱基核糖核苷酸（4种）核苷酸链02RNA的结构及分类O PCH2 OH O OH H OH H OH H H 碱基 磷酸 A:腺嘌呤U:尿嘧啶C:胞嘧啶G:鸟嘌呤名称基本单位化学组成五碳糖含氮碱基无机酸结构(双螺旋/单链)细胞中分布脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)脱氧核苷酸(4种)核糖核苷酸(4种)脱氧核糖核糖T(胸腺嘧啶)U(尿嘧啶)A(腺嘌呤)、G(鸟
3、嘌呤)、C(胞嘧啶)磷酸双螺旋结构单链结构主要在细胞核中主要在细胞质中2.RNA与DNA的异同名称信使RNA转运RNA核糖体RNA功能结构示意图共同点遗传信息传递的媒介转运氨基酸的工具组成核糖体单链单链，部分碱基配对形成三叶草型结构单链都是转录产物基本单位相同都与翻译过程有关RNA中不存在氢键？3.RNA的种类4.RNA适于作DNA的信使的原因(1)RNA也是由基本单位核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基(C、G、A、U)共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。(4)RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；
4、因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。(3)RNA为单链结构，不稳定，易降解，完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。03遗传信息的转录1.定义：通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。2.场所：真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）原核生物：拟核、细胞质3.条件：模板：DNA的一条链的片断酶：RNA聚合酶原料：4种游离的核糖核苷酸能量：ATP4.过程：1 解旋：CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。该过程不需要
5、解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；AG T AC A A A T GGGU UAUUAUC2 配对：在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上35AG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U CmRNAmRNADNADNA3 连接：在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上53AG T AC A A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质 细胞核4 释放：合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复TCATG A TTA53通过核孔进入细胞质中，穿过0层膜，需要消耗能量03遗传信息的转录5.原则：碱基互补配对
6、原则（A-U，T-A，C-G，G-C）6.特点：边解旋边转录7.实质：8.结果：遗传信息从DNA传递到mRNA产生mRNA、tRNA、rRNA9.方向：5至 3(和DNA复制方向一致)转录补充说明：A T C GAG CGA G T CT T C G T C AAT CGATGACAT C GG CDNAUC GCU A G CmRNAmRNADNA两条链中只有一条链是转录的模板链，模板链不固定。转录以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段；基因1基因2a链b链说明：一个DNA转录出的mRNA不完全相同部分解旋转录与DNA复制的异同都需要模板、酶、能量等；边解旋边复制，边解旋边转录；都
7、遵循碱基互补配对原则，碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性；1、转录与DNA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？思考讨论比较项目DNA复制DNA转录模板原料碱基互补配对原则酶产物时期DNA分子RNA分子DNA的两条链DNA的一条链四种脱氧核糖核苷酸四种核糖核苷酸A-T；G-CA-U；T-A；G-C解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶转录与DNA复制的区别细胞分裂间期生长发育过程思考讨论DNA双链片段a链b链C G A A C C T C A C G C信使RNA比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。G C T T G G A G T G C GG C
8、 U U G G A G U G C G与模板链：碱基互补配对与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U）3.转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？04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碱基排序碱基排序氨基酸排序04遗传信息的翻译mRNA：碱基的数量排列顺序种类蛋白质：氨基酸的数量排列顺序种类决定决定决定讨论：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？1个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即 2
9、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，即 44种21种411642644304遗传信息的翻译2.密码子：mRNA 上 3 个相邻的碱基决定 1 个氨基酸，每 3 个这样的碱基叫作 1 个密码子。mRNA53GUGGAACCU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。缬氨酸组氨酸精氨酸苯丙氨酸第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺
10、精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸（起始）苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸、甲硫氨酸（起始）丙氨酸谷氨酸甘氨酸G 第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子 U U U UUU A G G AGG苯丙氨酸精氨酸第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸
11、C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸（起始）苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸、甲硫氨酸（起始）丙氨酸谷氨酸甘氨酸G 终止密码子：、种类 起始密码子：（甲硫氨酸）、（种）_ _（缬氨酸、甲硫氨酸）编码氨基酸的密码子_种或_种64UAAUGA（硒代半胱氨酸）UAGAUGGUG6161特殊密码子说明：在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。在原核生物中，GUG也可以作起始密码子
12、，此时它编码甲硫氨酸。绝大多数氨基酸都有几个密码子。2.密码子的简并性地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。3.密码子的通用性讨论1：你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？讨论2：根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；提高使用频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。说明当今生物可能有着共同的起源。一种密码子决定一种氨基酸。1.密码子的专一性分析密码子的特性思考讨论3.tRNA(转运RNA)：形态：功能特点：反密码子RNA链经过折叠，形
13、成三叶草形识别密码子，转运氨基酸。（tRNA只能识别并转运一种氨基酸。氨基酸可由一种或几种tRNA转运）mRNA5 3ACU反密码子密码子位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。密码子=反密码子=61或6204遗传信息的翻译4.过程：第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。第2步 携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2。第3步 甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。第4步 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个
14、新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成 就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体 U A U C Gu C U G G G A U A C U A C C G u G G A C U GUAGAAUACAGUCACCGGAUmRNA脱水缩合肽键肽键04遗传信息的翻译5.场所：6.条件：7.结果：核糖体能量：酶：模板：原料：原则：ATP肽酰转移酶（连接肽键）mRNA21种游离氨基酸 碱基互补配对AU、UAGC、CG多肽链8.特征：（1）如何快速高效地进行翻译呢？
15、一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。（2）以同一模板合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？相同，因为其模板相同（3）翻译合成的肽链就具有相应的功能吗？不具有，还需要进一步加工。mRNA核糖体8.特征：（4）真、原核细胞基因的表达有什么区别？真核细胞中先转录后翻译，原核细胞中边转录边翻译拓展例：如mRNA上有n个碱基，转录时产生它的基因片段中至少有_个碱基，该mRNA指导合成蛋白质中至多有_个氨基酸。DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=6：3：12nn/3注意：无特别说明，不考虑终止密码计算中“最多”和“最少”的分析 翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此
16、准确地说，mRNA的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。某个多肽的相对分子质量为2778，氨基酸的平均相对分子质量为110，若考虑终止密码子，则控制该多肽合成的基因的长度至少是()A75对碱基 B78对碱基 C90对碱基 D93对碱基D复制转录翻译场所主要在细胞核主要在细胞核核糖体模板DNA的两条单链DNA的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸21种氨基酸条件DNA的两条母链、4种游离的脱氧核苷酸、ATP、解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶、ATP、DNA一条链、核糖核苷酸ATP、tRNA、酶、mRNA为模板
17、、氨基酸产物2个双链DNA1个单链RNA多肽链特点半保留复制；边解旋边复制边解旋边转录；1条mRNA可同时合成多条肽链复制、转录、翻译总结0 5中心法则中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。复制转录翻译蛋白质DNARNA中心法则的完善：1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制。1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。复制转录翻译蛋白质DNA复制RNA逆转录中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）生物种类遗传信息的传递过程以DNA作
18、为遗传物质的生物原核生物真核生物DNA病毒以RNA作为遗传物质的生物一般RNA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1.参与翻译的RNA有_种2.DNA中有氢键，RNA中无氢键（）3.转录只能在细胞核中进行（）4.转录和翻译过程中碱基配对方式完全相同（）5.一种氨基酸一定由多种tRNA转运（）6.一种氨基酸只能有一种密码子决定（）7.RNA酶就是具有催化作用的RNA分子（）8.转录时RNA聚合酶的识别位点在RNA分子上（）9.DNA的复制和转录过程一定都需要解旋酶（）一种或多种3练习与运用易错判断(1)一个DNA分子上有很多基因，转录是以基因的一条链为模板的。()(2)转录与DNA复制都遵循碱基互补配对原则，且配对方式相同。()(3)由于基因选择性表达，一个DNA分子在不同细胞内转录出来的mRNA不完全相同。()(4)三种RNA均由DNA转录而来。()(5)RNA聚合酶具备解旋的功能。()(6)不同种类的细胞，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA种类一般无差异。()
