1、第第1 1节节 基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成第4章：基因的表达 将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（BtBt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生育出的棉花植株会产生BtBt抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质！抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？为什么会这样？资料：资料：基因基因性状性状控制控制蛋白质蛋白质直接体现直接体现指导合成指导合成 基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达基因的表达；那么，基因是怎样指导蛋白质合成的呢？蛋白质蛋白质DNA(基因基因
2、)RNA转录转录翻译翻译基因如何指导蛋白质的合成？基因如何指导蛋白质的合成？核糖体核糖体合合 成成RNA是什么物质？为什么RNA适于作DNA的信使呢？1、RNA概述：一、遗传信息的转录与与DNADNA相似的另一种核酸相似的另一种核酸比较项目DNARNA中文名称元素组成基本单位五碳糖含氮碱基结构脱氧脱氧核苷酸核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧脱氧核糖核糖核糖核糖A A T T C G C GA A U U C G C G多为双链结构多为双链结构一般为单链结构一般为单链结构C C、H H、O O、N N、P PC C、H H、O O、N N、P P核糖核酸核糖核酸脱氧脱氧核糖核酸核糖核酸核糖核苷酸脱氧
3、核苷酸ATCGAUCGRNADNARNA适于做DNA的信使的条件：RNA也是由基本单位核苷酸连接而成的，核苷酸也含有4种碱基，这使得RNA具备准确传递遗传信息的可能；RNA一般是单链比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。、RNA的种类种类种类mRNAmRNAtRNAtRNArRNArRNA名称名称信使信使RNARNA转运转运RNARNA核糖体核糖体RNARNA功能功能结构结构示示意意图图共同点共同点传递遗传信息传递遗传信息运载氨基酸运载氨基酸组成核糖体组成核糖体单链单链单链单链,局部双链局部双链单链单链都是转录产物都是转录产物 基本单位相同基本单位相同 都与翻译过程有关都与翻译过程有关UAA
4、GUCCCTTGGAAA游离的核糖核苷酸RNA聚合酶mRNADNA1.解旋RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。4.释放3.连接2.配对合成的合成的mRNAmRNA从从DNADNA链上释链上释放。而后，放。而后，DNADNA双螺旋恢复。双螺旋恢复。一、遗传信息的转录AG T AC A A A T AGCUGACGGUUURNA 聚合酶聚合酶一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录1.DNA1.DNA双链解开，碱基暴露双链解开
5、，碱基暴露游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸遗传信息的遗传信息的转录转录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录2.2.游离的核糖核苷酸与游离的核糖核苷酸与DNADNA模板链上的碱基互补配对模板链上的碱基互补配对遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU3.3.在在RNARNA聚合酶的作用下，依次连接聚合酶的作用下，依次连接一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU一、遗传信息的转录一、遗传信息的转
6、录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGG UUU一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGG UUU一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGG UUU一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGG UUUU一、遗传信息的转录一、遗
7、传信息的转录遗传信息的遗传信息的转录转录AG T AC A A A T AGCUGACGG UUUU一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录A AC CG GT TG GT TT T A AT TA AC CG GU UG GU UU UU UA AmRNAmRNAT TG G C C A AC C A AA A A A T T 细胞质细胞质细胞核细胞核核孔核孔DNADNAA AC CG GU UG GU UU UU UA AmRNAmRNA4.mRNA4.mRNA释放，释放，DNADNA双链恢复双链恢复一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录形成形成 mRNA mRNA，DNADNA上的遗传信息就传
8、递到上的遗传信息就传递到mRNAmRNA上上小结：小结：转转录录DNA分子 碱基互补配对碱基互补配对细胞核细胞核(主要主要)、叶绿体、线粒体、叶绿体、线粒体DNA的的一条链一条链（模板链）（模板链）AU、TAGC、CGDNARNA场所：场所：原则：原则：模板：模板：能量：能量：遗传信息流动：遗传信息流动：概念：概念：RNA转转 录录原料：原料：四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸ATP产物：产物：RNA酶：酶：RNARNA聚合酶聚合酶提醒：提醒：每次转录的只是每次转录的只是DNADNA分子特定的片段分子特定的片段（基因），（基因），该片段携带的遗传该片段携带的遗传信息能准确地传递给信息能准确地传递给m
9、RNAmRNA分子。分子。一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录在细胞核中，通过在细胞核中，通过RNARNA聚合酶以聚合酶以DNADNA的一的一条链为模板合成条链为模板合成RNARNA的过程叫作转录。的过程叫作转录。2.2.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？1.1.转录与转录与DNADNA复制有那么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？复制有那么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？思考思考 讨论讨论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异同
10、？两条单链的碱基序列各有哪些异同？复 制转 录场 所解 旋模 板原 料酶能 量碱基配对产 物细胞核细胞核细胞核细胞核完全解旋完全解旋只解只解一段一段DNA片段片段DNA的两条链的两条链只有只有DNA的一条链的一条链四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶ATP（提供）（提供）ATP（提供）（提供）AT CG TA GCAU GC TA CG子代子代DNAmRNA、tRNA、rRNAu DNA的复制VS转录1.写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列2.写出b链对应的a链的碱基序列3.比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱
11、基序列的差异DNA双链双链片段片段a链链b链链C G A A C C T C A C G C信使信使RNAG C T T G G A G T G C GGCUUGGAGUGCGu 牛刀小试按照碱基配对原则完成下列问题二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译1、翻译的概念：、翻译的概念：与转录相比两个难题与转录相比两个难题？UUAGAUAUCmRNA蛋白质蛋白质碱碱 基基 序序 列列氨基酸序列氨基酸序列碱基碱基氨基酸氨基酸4种种21种种翻译翻译难题一难题一 游离在细胞质中的各种氨基酸，以游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNAmRNA为模为模板板合成合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质具有一定氨基酸顺序的蛋
12、白质的过程。的过程。1.1.如果如果1 1个碱基决定个碱基决定1 1个氨基酸个氨基酸，4 4种碱基能决定多少种氨基酸？种碱基能决定多少种氨基酸？2.2.如果如果2 2个碱基编码一个氨基酸个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？，最多能编码多少种氨基酸？3.3.如果如果3 3个碱基编码一个氨基酸个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？，最多能编码多少种氨基酸？mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系？的碱基与氨基酸之间的对应关系？41=4种种42=16种种4种种21种种?43=64种种 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mRN
13、A上三上三个相邻的碱基决定一个氨基酸个相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。密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子mRNAmRNA上决定上决定一个氨基酸一个氨基酸的的三个相邻三个相邻的碱基。的碱基。GAGUC A UGCmRNA2、密码子：、密码子：不决定氨基酸，不是密码子不决定氨基酸，不是密码子非重叠、没有分隔符！科学家沿着蛋白质合成的思路，不断改进实验方法，终于破译全部科学家沿着蛋白质合成的思路，不断改进实验方法，终于破译全部6464个密码子，并将个密码子，并将6464个密码子编制成了表格。称为个密码子编制成了表格。称为密码子表密码子表。遗传信
14、息的翻译Translation of genetic information密码子密码子（共共6464个个）种类种类起始密码子：起始密码子：普通密码子：普通密码子：终止密码子：终止密码子：3 3种种，UAAUAA、UGAUGA、UAGUAG,不编码氨基酸不编码氨基酸2 2种种，AUGAUG、GUGGUG，也编码氨基酸也编码氨基酸5959种种,只编码氨基只编码氨基酸酸1 1、从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你
15、认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？物体的生存发展有什么意义？2 2、几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么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？（1 1）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，在一定程度上不会改变其对应的氨基酸，在一定程度上保证了遗传性状的稳定性保证了遗传性状的稳定性；（2 2）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）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基酸可以保证翻译的速度保证翻译
16、的速度。说明当今生物可能有着共同的起源，说明当今生物可能有着共同的起源，或生物在本质上是统一的或生物在本质上是统一的。思考思考 讨论讨论密码子的特点：专一性:一种密码子只决定一种氨基酸；简并性：绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称为密码子的简并性。通用性：几乎所有的生物体都共用上述密码子。mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”_结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”；核糖体 有了“生产线”，还要“工人”才能生产产品；什么样的专业“工人”才能胜任这项工作呢？“工人”的任务：按照密码子表将mRNA上的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列AUAGAUA UCmRNA蛋白质蛋白质难题二：氨基酸如
17、何识别密码子并被转运到相应位置？难题二：氨基酸如何识别密码子并被转运到相应位置？甲硫氨酸甲硫氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止ACUU GA转运转运RNA(tRNA)“工人工人”必须要能解决这一难题必须要能解决这一难题3tRNA的形态和功能特点的形态和功能特点(1)形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形35(2)功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。结合氨基酸的部位碱基配对碱基配对4反密码子（反密码子（61种）种）mRNA53ACU密码子密码子反密码子位于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。一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸（专一性）；一种氨基酸可由一种或几种tRNA
18、转运核糖体核糖体起始密码子起始密码子肽键肽键终止密码子mRNA与核糖体结合形成2个tRNA结合位点AUG是起始密码子携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 甲硫氨酸与组氨基酸形成肽键，转移到位点2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1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止5翻译过程翻译过程遗传信息的翻译Transcription of genetic information第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的
19、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。图中M表示甲硫氨酸，H和W表示其他不同的氨基酸5.总总结结翻翻译译过过程程遗传信息的翻译Transcription of genetic information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
20、止密码子，合成才告终止图中M表示甲硫氨酸，H和W表示其他不同的氨基酸遗传信息的翻译工具：场所：核糖体tRNA条件组成细胞中蛋白质的21种氨基酸原料：能量：酶：氨基酸脱水缩合所需要的酶模板：mRNA碱基互补配对：ATP2023-6-176、翻译小结产物：有一定氨基酸顺序的肽链 A U C GmRNA t RNA U A G C 7.多聚核糖体（1）数量关系（2）意义（3）产物之间的关系（4）由此图判断翻译的方向（即核糖体移动的方向）一个mRNA分子上可以相继结合_个核糖体，同时进行_条肽链的合成多多多多少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质合成的肽链是否相同？合成的肽链是否相同？由于模板是同
21、一段mRNA，所以图示多个核糖体合成的肽链是相同的由肽链_肽链_的方向进行短长真核生物真核生物DNA复制、转录和翻译的比较复制、转录和翻译的比较课堂小结主要在细胞核主要在细胞核核糖体DNA的两条链DNA中的一条链mRNA4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸21种氨基酸解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶等翻译相关的多种酶两个双链DNA分子三种RNA多肽（蛋白质）A-T T-AG-C C-GA-U T-A G-C C-GA-U U-A G-C C-G半保留复制边解旋边复制边解旋边转录一个mRNA上结合多个核糖体提高翻译效率ATP（提供）ATP（提供）ATP（提供）使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传
22、信息的连续性表达遗传信息，使生物表现出各种性状ACUGGAUCUmRNA：苏氨酸甘氨酸丝氨酸 肽链：DNA：ACTGGATCTTGACCTAGA肽键 肽键（假设以B链为模板进行转录）A链 B链 转录翻译基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 631思考讨论三、中心法则复制转录翻译蛋白质DNA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。RNARNA的复制逆转录在遗传信息的流动过程中，在遗传信息的流动过程中，DNADNA、RNARNA是信息的载体，蛋白质是信息的表是信息的载体
23、，蛋白质是信息的表达产物，而达产物，而ATPATP为信息的流动提供能量，可见，生命是为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息物质、能量和信息的统一体。的统一体。不同生物的不同遗传信息传递图解（1）以DNA为遗传物质的生物（原核生物、真核生物、DNA病毒）（2）非逆转录RNA病毒，如烟草花叶病毒等（3）逆转录RNA病毒（HIV病毒等）金牌大本66页2023-6-17 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、互相争斗，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。讨论：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的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
