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(共22张PPT)
4.1基因指导蛋白质的合成
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？
遗传信息储存在细胞核中的DNA上，蛋白质的合成发生在核糖体（细胞质）。核糖体和DNA在空间上是隔开的，那么DNA怎样指导核糖体上蛋白质的合成？
推测：DNA与蛋白质之间，必有一种物质充当信使。
资料1.1955年，布拉舍用RNA酶分解变形虫细胞中的RNA，蛋白质合成停止。
结论：蛋白质合成与________有关。
资料2.1955年，拉斯特 用已标记尿嘧啶核苷酸的培养液变形虫细胞，检测发现该标记先出现在细胞核，随后出现在细胞质。
结论：RNA先出现在________，后出现在________。
RNA
细胞核
细胞质
思考1.为什么RNA适合作DNA的信使呢？
1.RNA也可储存遗传信息。
2.RNA一般为单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔。
RNA主要有三种：mRNA（信使RNA）、rRNA（核糖体RNA）
和tRNA（转运RNA）。
mRNA(信使RNA)：遗传信息传递的媒介
tRNA(转运RNA)：转运氨基酸的工具
rRNA(核糖体RNA)：在核仁处合成，与蛋白质构成核糖体
一、遗传信息的转录
1
解旋：
当细胞开始合成某种蛋白质时， 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。
RNA聚合酶
一、遗传信息的转录
2
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______________的作用下开始mRNA的合成。
RNA聚合酶
同时进行
边解旋边转录
一、遗传信息的转录
3
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。
一、遗传信息的转录
4
释放：
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
一、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
原核生物：拟核、质粒
3.条件
①模板：DNA的一条链
②原料：4种核糖核苷酸
③能量：ATP
④酶：RNA聚合酶等
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-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
细胞分裂间期
生长发育过程
4.转录与DNA复制的区别
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
转录产生的RNA的碱基序列与其模板链（b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？
mRNA与b链（模板链）——互补关系；
mRNA与a链（非模板链）——基本相同，
（只是DNA链上的T，RNA上是U）
二、遗传信息的翻译
mRNA携带的遗传信息
蛋白质
核苷酸排序
氨基酸排序
思考1.组成生物体蛋白质的氨基酸有21种，mRNA的4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
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。
1.定义
碱基和氨基酸间的对应关系可能 最多编码的氨基酸种类
1个碱基→1个氨基酸
2个碱基→1个氨基酸
3个碱基→1个氨基酸
4个碱基→1个氨基酸
……
4
16
64
256
2.遗传密码的破译史
1954年，美籍俄裔科普作家伽莫夫应用排列组合计算来研究遗传密码，并在《自然Nature》杂志首次发表了文章，指出三个碱基编码一个氨基酸的三联体假说。
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
上世纪50～60年代，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
思考2.三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
①非重叠的阅读方式
②重叠的阅读方式
1961年8月，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。
酪氨酸
半胱氨酸
苯丙氨酸
丝氨酸
各管加入多聚
尿嘧啶核苷酸
利用这个实验系统，破译了第一个遗传密码——UUU(苯丙氨酸) 。
酪氨酸
半胱氨酸
苯丙氨酸
丝氨酸
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
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。称为密码子表。
专一性：一种密码子决定一种氨基酸。
【思考·讨论】分析密码子的特点
1.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？
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？
提示：①增加容错性：由于密码子的简并性，当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸;
②保证翻译的速度：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。
提示：根据这一事实能想到地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。
1.简并性 2.专一性 3.通用性
3.运载工具—tRNA
1.形状：呈三叶草形
反密码子
结合氨基酸的部位
思考3.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？
2.结构：
一端是携带氨基酸的部位；
另一端是反密码子。
①定义：tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基。
②作用：识别并转运氨基酸。
3.特性：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，即具有专一性。
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
思考4.若密码子为UAA，则对应的反密码子是？
由于UAA是终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子。
不是所有的密码子都有与之对应的反密码子。一般情况下，密码子64种，反密码子61种。

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