资源简介

(共31张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
第4章 基因的表达
目
录
CONTENTS
遗传信息的转录
一
二
遗传信息的翻译、中心法则
三
RNA的结构和功能
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。
电影《侏罗纪公园》中的恐龙
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。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。
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，叫基因的表达。
基因的表达
基因主要通过指导蛋白质的合成来控制性状
核糖体
DNA
蛋白质
核孔
实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
DNA(基因）
主要存在于细胞核中
蛋白质的合成
在细胞质中的核糖体上进行
信使
信使
？
RNA
1.元素组成：
C、H、O、N、P
2.基本组成单位：
核糖核苷酸
3.结构：
一、RNA的结构和功能
RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能通过核孔，从细胞核转移至细胞质中。
种类 DNA（脱氧核糖核酸） RNA（核糖核酸）
基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
元素组成 C、H、O、N、P
成分 碱基 共有 A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤）
特有 T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
五碳糖 脱氧核糖 核糖
磷酸 磷酸
结构 一般呈规则双螺旋结构 常呈单链结构
分布 真核生物主要在细胞核 主要存在于细胞质中
功能 主要的遗传物质 RNA病毒遗传物质；少数具有催化功能
4. RNA与DNA的比较
RNA作为信使的条件
为什么RNA适于作DNA的信使呢？
它也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基
共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
RNA一般是单链，且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核
转移到细胞质中。
RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以
mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
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
携带遗传信息，
蛋白质合成的模板
识别并转运氨基酸
参与核糖体的组成
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中不存在氢键？

5. RNA的种类
①解旋
酶：RNA聚合酶
结果：双链解开，氢键断裂，暴露碱基
②配对
原则：碱基互补配对原则
模板：解开的DNA双链中的一条链
原料：游离的核糖核苷酸
结果：配对碱基以氢键相连
③连接
酶：RNA聚合酶
结果：形成一个mRNA
④释放
合成的mRNA从DNA链上释放
DNA双链恢复成双螺旋结构
意义：
使遗传信息从DNA转移至RNA，为翻译过程提供模板mRNA。
RNA与模板链是反向的
二、遗传信息的转录
1.概念：
2.时间：
3.场所：
4.条件：
5.产物：
6.特点：
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
个体生长发育的整个过程
细胞核（主要场所）
模板：
原料：
能量：
酶：
RNA（三种RNA）
边解旋边转录
提醒：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段（并非整个DNA）。
7.碱基互补配对原则：
DNA→RNA
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
二、遗传信息的转录
A-U T-A G-C C-G
8.遗传信息传递的方向：
二、遗传信息的转录
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 G
G C U U G G A G U G C G
① RNA与DNA模板链的碱基互补配对，A 与U配对，而非T ；
② RNA与DNA互补链的碱基序列基本相同,但DNA链上T的位置，RNA 链上是U 。
模板链
1.分裂间期和分裂期都可以进行转录吗？
分裂期的染色体高度螺旋，DNA难以解旋，转录难以发生。
2.转录的是DNA还是DNA片段？
▲ 作为模板的只是DNA链中的某个片段——基因；不同基因模板链不同
DNA
蛋白质
转录
翻译
基因指导蛋白质的合成
核糖体
DNA
蛋白质
（核苷酸语言）
（核苷酸语言）
4种
21种
？
（氨基酸语言）
mRNA
？
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。
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
4
4种
21种
41
16
42
64
43
三、遗传信息的翻译
mRNA上的碱基(4种)和氨基酸(21种)之间是如何对应的 ？
几个碱基决定一种氨基酸 ？
通过大量的尝试，科学家确定三个碱基决定一种氨基酸，并将64种碱基排列所控制的氨基酸编制成了表格。
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
密码子种类： 种
终止密码子： 、
起始密码子：
编码氨基酸的密码子______种
氨基酸有 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。
在正常情况下，UGA是终止密码子，但特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。
在原核生物中，GUG也可以做起始密码子，编码甲硫氨酸。
U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止硒代半胱氨酸
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸
甲硫氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸
缬、甲硫氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U C A G
第一位碱基
第二
位碱基
第三位碱基
苯丙氨酸
5’
3’
UAA、UAG、UGA
AUG、UGA
61或62
64
21
1种或几种
思考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？
思考2：根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？
①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；
②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。
密码子的特性
简并性：一种氨基酸可由多种密码子决定
专一性：一种密码子决定一种氨基酸（除终止密码子）
通用性：几乎所有生物共用一套遗传密码
mRNA
5'
3'
A
C
U
反密码子
密码子
密码子=反密码子=61或62
游离的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
tRNA是一类具有携带并转运氨基酸功能的核糖核酸
1、形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形
2、功能：识别并转运氨基酸
3、特点：①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
②一种氨基酸可以由多种tRNA携带。
4、反密码子：每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
结合氨基
酸的部位
翻译过程：
核糖体
核糖体
核糖体
U
A
U
C
G
T
C
U
G
G
G
A
U
A
C
G
G
C
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
U
A
C
C
G
T
G
G
A
C
U
G
多肽链
核糖体
起始密码
密码子
密码子
密码子
密码子
终止密码
对翻译的理解：
U
A
C
U
A
G
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
甲硫氨酸
U
A
U
C
U
G
第一个由tRNA携带进入核糖体的是何种氨基酸
如何结束
起始密码
U
A
C
密 码 子
反密码子
碱基配对
氨基酸
决定
翻译
密码子编码氨基酸时要从起始密码子开始到终止密码子结束
场所：模板：原料：能量：酶：
工具：原则：
核糖体
mRNA
21种氨基酸
ATP
多种酶
tRNA
碱基互补配对（A-U U-A C-G G-C）
5. 条件
原核生物没有核膜，转录和翻译在同一空间进行，可以同时发生（边转录边翻译）；
真核生物主要在细胞核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译；（先转录后翻译）
但线粒体、叶绿体中边转录边翻译。
特点：
多聚核糖体——高效翻译的机制
mRNA
核糖体
多肽
核糖体移动方向
①数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体
②意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质
③方向：判断依据是多肽链的长短，长的肽链翻译时间久
DNA的复制、转录和翻译的比较
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所）
细胞核（主要场所）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
21种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
多种酶
1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
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。
随着研究的深入，科学家对中心法则进行补充：
逆转录
复制
四、中心法则
特定RNA病毒
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的碱基和氨基酸的关系
DNA双链 C
T C G A
信使RNA A U
转运RNA
氨基酸 亮氨酸
[例] 根据碱基互补配对原则和中心法则，完成表格（假定“转录”和“翻译”是从左向右进行的）。
供选的氨基酸及其密码如下：
CUA—亮氨酸，CGA—精氨酸，GAU—天门冬氨酸
G A T
C U A
G A U
C A
G
T A
G A T
C U A
天门冬氨酸
G C T
C G A
G C U
精氨酸
模板链
基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
A—C—U—G—G—A—U—C—U
mRNA：
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
肽链：
DNA：
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
肽键 肽键
（假设以B链为模板进行转录）
A链
B链
转录
翻译
基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 ＝
6∶3∶1
不考虑终止密码子：合成n个氨基酸至少需要mRNA中3n个碱基，DNA中6n个碱基。
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。
（1）DNA转录形成的mRNA，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。（ ）
×
×
练习与应用
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 （ ）
A. 基因上3个相邻的碱基
B. DNA上3个相邻的碱基
C. tRNA上3个相邻的碱基
D. mRNA上3个相邻的碱基
D
二、拓展应用
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。
抗菌药物 抗菌机制
红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸
环丙沙星 抑制细菌DNA的复制
利福平 抑制细菌RNA酶的活性

展开更多......

收起↑