资源简介

(共37张PPT)
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
本节
聚焦
基因如何指导蛋白质的合成？
中心法则是如何描述遗传信息的传递规律的？
几乎所有生物共用一套密码子的基本事实，给我们什么启示
教学目标
说出三种 RNA 的结构和功能
描述转录和翻译的过程
阐述密码子、反密码子与氨基酸间的关系
阐述中心法则的内容
课程目标
概述遗传信息的转录和翻译过程
计算DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系
阐明中心法则的具体内容，认同科学是不断发展的
基于地球上几乎所有的生物都共用一-套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源
核心素养
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
讨论：
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使他们复活吗？
遗传信息的转录
对于真核细胞来说，基因是有遗传效应的DNA片段，DNA主要存在于细胞核中，蛋白质合成的场所是核糖体。那么，DNA 携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中的呢？
这就需要一种把细胞核中的遗传信息传递到核糖体上的工具，这个工具就是：mRNA
遗传信息的转录
RNA的全称：核糖核酸
RNA的基本单位：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
遗传信息的转录
RNA与DNA的主要区别
（1）五碳糖不同
（2）碱基不完全相同
（3）RNA一般为单链
遗传信息的转录
RNA适于作DNA的信使的原因
（1）RNA也可储存遗传信息
（2）RNA是单链，比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中
遗传信息的转录
延伸：新结合的核糖核苷酸依次连接到正在合成的mRNA分子上
解旋：当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，双链的碱基得以暴露
碱基配对：细胞中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
释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复
转录的过程
遗传信息的转录
定义：RNA 是在 细胞核中，通过 RNA 聚合酶以DNA 的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录
场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
模板：DNA的一条链
原料：4种核糖核苷酸
能量：由细胞呼吸提供
酶：RNA聚合酶等
遗传信息的转录
过程
解旋：RNA聚合酶作用下，DNA 双链解开，暴露碱基
配对：以一条 DNA 链的片段为模板，按照碱基互补配对原则
连接：在 RNA 聚合酶的作用下形成一个 mRNA 分子
释放：合成的 mRNA 从 DNA 链上释放，DNA 双螺旋恢复
遗传信息的转录
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？
都需要模板,都遵循碱基互补配对原则
碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性
与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？
DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶
DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶
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？
转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，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
比较项目 DNA 复制 转录
场所
模板
原料
酶
能量
产物
碱基配对方式
遗传信息传递
DNA 的两条链
DNA 的一条链
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
解旋酶、DNA 聚合酶
RNA 聚合酶
ATP
ATP
子代DNA
mRNA
细胞核
细胞核
A-T、G-C、T-A、C-G
A-U、 G-C、T-A、C-G
DNA→DNA
DNA→mRNA
遗传信息的翻译
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，一过程叫作翻译。
模板：mRNA
原料：氨基酸
运载工具―tRNA
能量、酶
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
4种
21种
mRNA 的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
游离在细胞质中的氨基酸是 怎样运送到核糖体的？
遗传信息的传递有什么规律？
遗传信息的翻译
如果mRNA上的1个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→4种氨基酸
如果mRNA上的2个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→16种氨基酸
如果mRNA上的3个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→64种氨基酸
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基，叫做1个密码子
遗传信息的翻译
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G
U 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 U
C
A
G
C 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 U
C
A
G
A 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 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸 (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 U
C
A
G
遗传信息的翻译
从密码子表中可以看出，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物体的生存发展有什么意义？
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。
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
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？
地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。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
遗传信息的翻译
mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”——核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。有了“生产线”，还要有“工人”，才能生产产品。
游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
遗传信息的翻译
形状：三叶草形
结构：一端是携带氨基酸的部位，另一端是反密码子，能与密码子的碱基互补配对
特性：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，即具有专一性
遗传信息的翻译
翻译过程
第一步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。 反密码子为UAC的tRNA携带甲硫氨酸，与起始密码AUG互补配对，进入位点1
第二步：携带组氨酸的tRNA（反密码GUG）
以同样的方式进入位点2。
第三步：甲硫氨酸与组氨酸缩合成二肽，转移到占据位点2的tRNA上。
第四步：核糖体读取下一个密码子， 原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
甲
色
A
C
C
组
精
G
A
C
G
G
U
遗传信息的翻译
mRNA在细胞质中与核糖体结合
遗传信息的翻译
携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
位点1
位点2
位点3
U
C
A
甲
色
A
C
C
组
精
G
A
C
U
C
A
甲
U
C
A
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
甲
U
C
A
遗传信息的翻译
携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
位点1
位点2
位点3
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
组
精
G
A
C
甲
U
C
A
G
G
U
G
G
U
组
G
G
U
组
G
G
U
遗传信息的翻译
甲硫氨酸与组氨酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上
位点1
位点2
位点3
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
精
G
A
C
甲
U
C
A
组
G
G
U
甲
遗传信息的翻译
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子
原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1
位点1
位点2
位点3
位点1
位点2
位点3
色
A
C
C
精
G
A
C
U
C
A
组
G
G
U
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
遗传信息的翻译
一个新的携带氨基酸的RNA进入位点2，继续肽链的合成
位点1
位点2
位点3
色
A
C
C
精
G
A
C
G
G
U
组
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
色
A
C
C
色
A
C
C
组
甲
遗传信息的翻译
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
位点1
位点2
位点3
G
A
C
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
A
G
G
半
色
组
甲
精
谷
半
脯
丝
U
C
U
终止密码
遗传信息的翻译
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
位点1
位点2
位点3
G
A
C
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
A
G
G
半
色
组
甲
精
谷
半
脯
丝
U
C
U
终止密码
遗传信息的翻译
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
遗传信息的翻译
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
场所：细胞质中的核糖体
原则：碱基互补配对原则，A-U，U-A，C-G，G-C
模板：mRNA
原料：氨基酸
运载工具：tRNA
能量：ATP
产物：肽链（蛋白质）
遗传信息的翻译
DNA复制
转录
翻译
蛋白质
时间
场所
模板
原料
条件
原则
特点
产物
信息传递
细胞分裂间期
主要是细胞核
DNA的两条链
4种脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶等
A-T、T-A、C-G、G-C
半保留复制、边解旋边复制
2个子代DNA分子
生长发育过程
主要是细胞核
基因的一条链
4种核糖核苷酸
RNA聚合酶等
边解旋边转录
RNA
生长发育过程
细胞质
mRNA
21种氨基酸
tRNA、酶等
多核糖体翻译蛋白质
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
A-U、T-A、C-G、G-C
A-U、T-A、C-G、G-C
中心法则
1957年，科学家克里克首先预见了遗传信息传递的一般规律，于 1957 年提出了中心法则：
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
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则
生物种类 遗传信息传递过程
真核生物
原核生物
DNA病毒 （T2噬菌体）
RNA病毒 （烟草花叶病毒）
逆转录病毒 （艾滋病病毒）
翻译
RNA
蛋白质
复制
翻译
RNA
蛋白质
DNA
复制
转录
RNA
逆转录
翻译
RNA
蛋白质
DNA
复制
转录
中心法则
少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见生命是物质、能量和信息的统一体
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
THANKS
感谢聆听

展开更多......

收起↑