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第一节 基因指导蛋白质的合成
第四章 基因的表达
RNA充当了两者之间信使。
一、遗传信息的转录
基因
蛋白质的合成
指导
主要在细胞核中
在细胞质里进行
通过RNA
问题：为什么RNA适于作DNA的信使？
DNA
RNA
全称：
基本单位：
全称：
基本单位：
DNA一般为规则的双螺旋结构
RNA通常呈单链
P
核糖
含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
脱氧核糖核酸
脱氧核苷酸
核糖核酸
核糖核苷酸
P
脱氧核糖
含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
DNA与RNA在化学组成上的区别
RNA由四种核糖核苷酸组成
DNA由四种脱氧核苷酸组成
分子比较小
分子很大
磷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
RNA
脱氧核糖
DNA
胸腺嘧啶（T）
核糖
尿嘧啶（U）
DNA与RNA在化学组成上的区别
（1）RNA是由基本单位——核苷酸连接而成，跟DNA一样能储存遗传信息。
（2）RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
（3）RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。因此以RNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
问题：为什么RNA适于作DNA的信使？
R
N
A
的
种
类
信使RNA(mRNA)
核糖体RNA(rRNA)
转运RNA(tRNA)
结构：单链
功能：传递遗传信息
结构：三叶草形（局部双链）
功能：氨基酸的运载工具
结构：单链
功能：核糖体的组成部分
按功能分
转录
细胞中RNA是怎么合成的？
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
转录
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。
以mRNA为例说明转录的基本过程
四步曲：
①解旋
②配对
③连接
④释放
mRNA合成方向：5’→3’
RNA聚合酶使DNA双链解开
（1）解旋
利用细胞提供的能量(ATP)，在RNA聚合酶的作用下，DNA双链中编码这个蛋白质的一段（即编码该蛋白的基因）将解开。DNA双链的碱基得以暴露。
（2）配对
细胞中游离的核糖核苷酸与供转录用的DNA的一条链上的碱基互补配对。
A T G C
U A C G
碱基互补配对方式：
DNA
mRNA
（3）连接
在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸依次连接到正在合成的mRNA上。
（4）释放
已连接
先脱离
RNA聚合酶遇到终止序列时，合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双链恢复。
转录
构建概念
概念的核心：
转录是指在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
概念的内涵：
过程及特点：
场所：
条件：
碱基配对方式：
结果：
细胞核
RNA
DNA
mRNA
模板：
原料：
酶 ：
能量：
过程：解旋-配对-连接-释放
特点：边解旋边转录
DNA的一条链
核糖核苷酸
RNA聚合酶
ATP
A T G C
U A C G
（mRNA、tRNA、rRNA)
意义：
使遗传信息从DNA传递到RNA上
遗传信息的转录 （视频已嵌入）
思考、讨论：遗传信息的转录过程
1.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？
共同点：都需要模板，都需要ATP，都遵循碱基互补配对原则，等等。碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
DNA复制需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。
3.转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系，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。
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
DNA复制 转录
时间
场所
解旋
模板
原料
酶
原则
特点
产物
意义
细胞分裂前的间期
生长发育过程
完全解旋
只解有遗传效应片段
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链为模板
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
2个子代DNA分子
1个信使RNA
使遗传信息从亲代传递给子代
使遗传信息从DNA传递到RNA上
主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体
二、遗传信息的翻译
蛋白质
DNA（基因）
转录
细胞核
细胞质的核糖体
mRNA

mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸酸的种类数目和排列顺序呢？ mRNA如何将遗传信息翻译成蛋白质？
遗传信息的翻译 （视频已嵌入）
活动一：分析mRNA的碱基和氨基酸之间的对应关系
决定
4种
21种
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA：
蛋白质
碱基
氨基酸

41=4
42=16
43=64，足够有余
一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？
如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸
mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系？
4种
21种

1、密码子
mRNA上每3个相邻的碱基决定1个氨基酸的
经过科学家们不断的推测与实验得知：
1个密码子(遗传密码)
称为
不间断、不重叠
第1个字母 第2个字母 第3个字母 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU
？
精氨酸 A G G AGG
密码子总数是 种，但正常情况下决定氨基酸的密码子是 种，____个是终止密码子（UAA\UAG\UGA)，所有生物的密码子是 的。
61
64
一种密码子决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由 不同的密码子决定。
1种或几种
相同
3
思考、讨论：
分析密码子的特点：
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？
①减少变异频率的发生。
②可以保证翻译的速度。
生物都具有相同的遗传语言，生物的蛋白质都是由此21种氨基酸构成，所有生物可能有共同的起源，生命在本质上是统一的等。
思考：
当某DNA碱基发生改变，是否一定会导致生物性状发生改变？
不一定。因为发生改变的碱基可能有以下两种情况：
1.该碱基位于DNA无效片段上；
2.该碱基改变后形成的密码子与原来的密码子决定同一种氨基酸
游离在细胞质中的氨基酸
怎样运送到
合成蛋白质的
“生产线”上去的
tRNA
搬运工
搬运到
称为
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”。
反密码子
（1）tRNA 比 mRNA小很多，是由单链折叠形成的，有多种tRNA。
（2）一个反密码子含有___个碱基，反密码子与密码子互补配对。
（3）一种tRNA只能识别并转运____种氨基酸。
（4）一种氨基酸可以由____________tRNA来运输。
3
一
一种或几种
碱基配对
8 o 2
f 2
存在位置 种类
含义
生理作用
联系
遗传信息与密码子、反密码子的比较
反密码子
tRNA
多种
遗传信息
DNA
4n种（n代表碱基对数）
脱氧核苷酸（碱基 对）的排列顺序
密码子
mRNA
64种
mRNA上决定一个氨基 酸的三个相邻的碱基
与密码子互补配 对的三个碱基
识别密码子
直接决定氨基酸的排列顺序
直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸的排列顺序
翻译的过程是怎样的？
第一步：
第二步：
1 2
1 2
第三步：
第四步：
1 2
1 2
翻译的过程：
A
C
G
U
G
A
U
U
A
A
核糖体
5’
3’
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
核糖体
A
C
G
U
G
A
U
U
A
A
位点1
位点2
5’
3’
U
A
C
A
C
U
天冬氨酸
A
C
G
U
G
A
U
U
A
A
位点2
位点1
位点1
甲硫
氨酸
肽键
A
U
G
异亮氨酸
位点2
5’
3’
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
A
U
G
异亮氨酸
A
C
G
U
G
A
U
U
A
A
天冬
氨酸
位点1
位点2
5’
3’
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
A
C
G
U
G
A
U
U
A
A
5’
3’
甲硫氨酸
天冬
氨酸
异亮氨酸
A
C
G
U
G
A
U
U
A
A
A
C
U
A
U
G
5’
3’
1、一个mRNA分子结合几个核糖体？可以同时合成几条肽链？
2、图中核糖体移动方向是怎样的
3、核糖体上形成的是成熟的蛋白质？
多个
多条
从左向右
多肽链
多聚核糖体
4、最终形成的每条肽链都相同吗？
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
相同
DNA RNA 蛋白质
转录
翻译
基因的表达：
DNA
转录
细胞核
mRNA
翻译
细胞质
蛋白质
遗传信息的传递
（脱氧核苷酸的排列顺序）
（核糖核苷酸的排列顺序）
（特定的氨基酸顺序）
概念的核心：
以mRNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
概念的内涵：
场所：
条件：
碱基配对方式：
结果：
核糖体
蛋白质（肽链）
A U G C
U A C G
tRNA
mRNA
模板： mRNA
原料： 氨基酸
酶 ： 多种酶
能量： ATP
工具： tRNA
遗传信息的翻译
要点把握：
利用已经灭绝的恐龙的DNA分子，真的能够使灭绝的生物复活吗？
理论上可以,但是从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过及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分子使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
恐龙真的要失望了！
G C A
C G T
G C A
模板链
丙氨酸
DNA
（基因片段）
mRNA
氨基酸
DNA
碱基数目
mRNA
碱基数目
氨基酸
数目
：
：
：
：
拓展：基因表达的计算
6
3
1
理解：每合成n个氨基酸至少需要mRNA中3n个碱基，基因中6n个碱基。
原因：1.基因中存在不编码蛋白质的序列
2.转录出来的mRNA中有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。
三、中心法则
复制 转录 翻译
信息流动方向
1957年，克里克－－中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
中心法则及其发展
RNA
DNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
根据上述图，你能找出遗传信息传递的几条途径？
（1）DNA
DNA
RNA
（3）RNA
（4）RNA
DNA
（复制）
（转录、翻译）
（复制）
（逆转录）
中心法则是对遗传信息的传递过程的概括。
虚线表示少数生物遗传信息的流向
（2）DNA
RNA
蛋白质
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。
不同生物遗传信息的传递过程归纳
生物种类 遗传信息传递过程
真核生物
原核生物
DNA病毒
RNA病毒
逆转录病毒
复制 RNA 蛋白质
遗传物质都是DNA
DNA RNA 蛋白质
复制
转录
翻译
翻译
遗传物质都是RNA
蛋白质
RNA
DNA
RNA
转录
逆转录
翻译
真核细胞中复制、转录、翻译的比较
DNA复制 转录 翻译
时间
场所
模板
原料
酶
能量
原则
特点
产物
方向
信息传递
细胞分裂间期
主要是细胞核
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶
ATP
A-T,T-A,C-G,G-C
半保留复制
边解旋边复制
子代DNA分子
主要是细胞核
基因特定的一条链
四种核糖核苷酸
RNA聚合酶
ATP
A-U,T-A,G-C ,C-G
边解旋边转录
mRNA、tRNA、rRNA
生长发育过程
细胞质
mRNA
21种氨基酸
与合成蛋白质有关的酶
ATP
特定氨基酸顺序的肽链
A-U,U-A,G-C,C-G
一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
从起始密码子到终止密码子
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸

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