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(共25张PPT)
第4章 基因的表达
DNA的遗传信息是怎样传递的？
DNA
核苷酸语言
mRNA
核苷酸语言
氨基酸的种类、数目、排列顺序
（氨基酸语言）
U
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
U
A
A
3’
5’
U
5’
3’
5’
3’
4种碱基
21种氨基酸
？
如果1个碱基决定1个氨基酸，可以编码多少种氨基酸？
方框内可填A、U、C、G碱基中的任意1种，只能决定1种氨基酸。
如果2个碱基决定1个氨基酸，可以编码多少种氨基酸？
每个方框内可填A、U、C、G碱基中的任意1种，能决定4×4=16种氨基酸。
如果3个碱基决定1个氨基酸，可以编码多少种氨基酸？
每个方框内可填A、U、C、G碱基中的任意1种，能决定4×4×4=64种氨基酸。
上述推测只是破解遗传密码过程中的一步。后来，科学家又通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码，得知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。
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
特点：密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 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 G
C 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 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 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 G
G 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
注意： 2.原核生物中，GUG可作为起始密码子，编码甲硫氨酸。
密码子表用法如下：从第一个碱基读（写）起，如CUG，翻译出的氨基酸是：亮氨酸。
起始密码子是翻译第1个氨基酸的密码子，终止密码子不编码氨基酸，是翻译终止的信号。
密码子总数为 个，
氨基酸有 种。
决定氨基酸的密码子有 种 。
一种密码子决定一种氨基酸
但一种氨基酸可以由
密码子决定。
64
21
61或62
1种或几种
思考1：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。你认为密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
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（比如密码子AUG突变为ACC，但都对应苏氨酸）
从密码子的使用频率来看，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，这样可以保证翻译的速度。
思考2：几乎所有的生物都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？
当今生物可能有共同的起源，生命在本质上是统一的。
思考：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？
3'
5'
结合氨基
酸的部位
碱基配对
tRNA是一类具有携带并转运氨基酸功能的小分子核糖核酸
tRNA比mRNA小得多，tRNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形。其中3’端是携带氨基酸的部位。另一端有3个相邻的碱基。每个tRNA的这三个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
每种tRNA只能识别有并转运一种氨基酸。一种氨基酸可以由多种tRNA携带。
反密码子
mRNA
5'
3'
G
A
U
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
第2步：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
氨基酸脱水缩合形成肽键
C
A
C
色
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
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
第4步：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1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2,继续肽链的合成。
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
形成肽键
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
核糖体移动读取下一个密码子
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
形成肽键
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
核糖体移动读取下一个密码子
终止密码子
无tRNA与之配对
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
肽链释放，核糖体从mRNA上解离，翻译结束
正在合成的肽链
（最终肽链一样）
核糖体
mRNA
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
由肽链_____→_____的方向进行
左侧
右侧
翻译方向
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序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。
翻译过程小结
场所：
细胞质中的核糖体
原料:
21种游离的氨基酸
模板:
mRNA
产物:
多肽链
条件:
酶、能量等
原则:
碱基互补配对
比较真原核细胞基因表达的差异性
真核生物：
先转录，后翻译
边转录边翻译
原核生物：
种类 mRNA tRNA rRNA
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
①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关
RNA的种类
DNA
复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
复制
逆转录
中心法则
生物种类 遗传信息的传递过程
以DNA作为遗传物质的生物 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)
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
复制
遗传密码子的破译
1961年克里克实验
实验材料：T4噬菌体
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：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：
①增加或删除1个/2个碱基,无法正常产生蛋白质；
②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。
实验结论：遗传密码中3个碱基编码1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
科学家：尼伦伯格、马太
实验技术：蛋白质的体外合成技术
实验过程：
①在每个试管中分别加入1种氨基酸；
②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；
③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：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
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
实验结论：
1.与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。
2.在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。
遗传密码子的破译

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