4.1基因指导蛋白质的合成课件(共71张PPT3个视频)-人教版(2019)必修2

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4.1基因指导蛋白质的合成课件(共71张PPT3个视频)-人教版(2019)必修2

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(共71张PPT)
第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
本节聚焦
RNA的结构与功能
遗传信息的转录
遗传信息的翻译及中心法则
基因控制生物性状
指导
合成
蛋白质
体现者
基因指导蛋白质合成的过程,叫基因的表达。
(细胞核)
(细胞质中核糖体)
问题:细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢?
基因的表达 = 转录 + 翻译
RNA
“媒介”
“信使”
转录
翻译
细胞核
DNA能不能出细胞核?
细胞质中的核糖体
推测:有一种中间物质
基因
思考:基因主要存在哪里?蛋白质在哪里合成的?
DNA(2nm)
核孔(0.9nm)
信使
一、RNA的结构和种类
1.元素组成:
C、H、O、N、P
2.基本组成单位:
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
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
3. RNA与DNA的比较
思考:RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息呢?
①RNA也是由核苷酸组成,含氮碱基有A、G、C、U,具备准确传递遗传信息的可能。
②RNA一般是单链,而且比DNA短,因此能够通过核孔,从细胞核转移到细胞质中。
③RNA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。
④RNA为单链结构,不稳定,易降解,使得完成使命的RNA能迅速分解,保证生命活动的有序进行。
RNA 种类 mRNA(信使RNA) tRNA(转运RNA) rRNA(核糖体RNA)
空间 结构 单链 三叶草结构 单链
特点
功能
共同点
携带从DNA上转录来的
遗传信息
一种tRNA只能识别
和转运一种氨基酸
核糖体的组成成分
翻译时作模板
识别并转运氨基酸
参与构成核糖体
都是转录的产物;基本单位都相同;都与翻译过程有关
作为部分病毒的遗传物质
作为蛋白质合成的模板
作为运载氨基酸的工具
参与核糖体的构成
少数具有催化作用
归纳总结:RNA的功能
tRNA
蛋白质
rRNA
核糖体
mRNA

遗传信息的转录
二、遗传信息的转录
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的?
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,这一过程叫做转录。
注意:
mRNA、rRNA和tRNA
都是转录而来的。
联系细胞分化:
不是所有基因都会转录,转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。
所有基因都会转录吗?
二、遗传信息的转录
(1)第1步:解旋 DNA双链解旋,碱基暴露。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
RNA聚合酶
3. 转录过程
注意:转录需要解旋,但不需要解旋酶(RNA聚合酶本身具有解旋功能)
二、遗传信息的转录
转录
(mRNA释放,DNA双链恢复)
DNA
碱基互补配对
主要在细胞核
四种核糖核苷酸
DNA的一条链(供转录的那一条)
ATP、RNA聚合酶
A-U、T-A
G-C、C-G
DNA→mRNA
场所:
原则:
模板:
条件:
遗传信息流动:
mRNA
转 录
翻 译
蛋白质
DNA
mRNA
基因
产物:
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
在线粒体、叶绿体中也能发生
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
转录的过程
DNA
RNA
G
C
C
G
T
A
A
U
配对方式:
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)叶绿体和线粒体
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.遗传信息传递的方向:
8、原则:
DNA→RNA
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
碱基互补配对原则
9、方向:
1.解旋
2.催化磷酸二酯键的形成
mRNA 5’→ 3’
10、意义:
使遗传信息从DNA转移至RNA,为翻译过程提供模板mRNA。
(1)转录时DNA两条链不是完全打开,只解旋要表达的基因片段;
(2)模板链不是固定不变的;
(3)转录是以基因为单位,作为模板的只是DNA链中的基因片段,并非整个DNA;
注意:
A
T
C
G
A
G
C
G
A
G
T
C
T
T
C
G
T
C
A
A
T
C
G
A
T
G
A
C
A
T
C
G
G
C
DNA
U
C
G
C
U
A
G
C
mRNA
mRNA
基因1
基因2
a链
b链
部分解旋
注意:
(4)一个DNA转录出的mRNA不完全相同;
(5)同种生物的不同细胞中,由于基因的选择性表达,mRNA的种类和数量一般是不相同的。
A
T
C
G
A
G
C
G
A
G
T
C
T
T
C
G
T
C
A
A
T
C
G
A
T
G
A
C
A
T
C
G
G
C
DNA
U
C
G
C
U
A
G
C
mRNA
基因1
基因2
a链
b链
部分解旋

遗传信息的翻译
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。
2.密码子:
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'
A
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠。
缬氨酸
组氨酸
精氨酸
决定
决定
决定
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______氨基酸;
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。
UAA、UAG、UGA
AUG、UGA
61或62
64
21
1种或几种
1种
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
21种氨基酸的密码子表
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
21种氨基酸的密码子表
密码子的特点
①专一性:一种密码子只决定一种氨基酸(除终止密码子)。
②简并性:一种氨基酸可由一种或多种密码子决定。
③通用性:几乎所有生物体共用一套密码子。
绝大多数氨基酸都有几个密码子
2.简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子
3.通用性
讨论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?
讨论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。
一种密码子决定一种氨基酸
1.专一性
密码子的特性
思考·讨论
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’


甲硫

半胱
半胱



如何精准运送过来的?
tRNA
mRNA
三. “搬运工”—tRNA
UAC
碱基配对
反密码子
UCCAUGUGGCG
mRNA
5'
3'
注意:读反密码子的方向:tRNA 5’→3’
反密码子:CAU
1、形态:RNA链经过折叠,形成三叶草形
2、结构:单链,但局部存在双链结构
3、功能:识别并转运氨基酸
4、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。
5、反密码子:
①定义:每个tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。②种类:61或62种
结合氨基酸的部位
氨基酸的搬运工——tRNA:
反密码子
密码子
5’
3’
氨基酸
A
A
G
(反密码子)
tRNA
mRNA
氨基酸
(21种)
运输
编码
互补配对
mRNA、tRNA和氨基酸之间的对应关系
密码子和反密码子的比较
项目 密码子 反密码子
位置 mRNA tRNA
种类 64种,其中决定氨基酸的有62种,终止密码子有3种 62种
作用 直接决定蛋白质中氨基酸的序列 识别密码子,转运氨基酸
对应数 量关系 一种密码子只决定一种氨基酸,一种氨基酸可以由几种密码子决定。 一种tRNA只能运输一种氨基酸。一种氨基酸可以由多种tRNA转运。
特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补
三、遗传信息的翻译
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
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C
G
G
C
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C
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mRNA
U
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T
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G
A
C
U
G
多肽链
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C
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3’
5’
C
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C


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甲硫

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半胱
G
A
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半胱
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C
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G

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G
A
第1步
mRNA进入细胞质,与核糖体结合。
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3’
5’
C
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G
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甲硫

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半胱
G
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半胱
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C
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G

C
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U

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G
A
位点1
第1步
携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基AUG互补配对,进入位点1
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3’
5’
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半胱
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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
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3’
5’

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半胱
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半胱
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G

C
U
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G
G
A
第3步
位点1
位点2
肽键
C
A
C

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
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3’
5’
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G
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半胱
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C
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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
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5’
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位点1
位点2
形成肽键
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5’
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位点1
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核糖体移动读取下一个密码子
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形成肽键
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核糖体移动读取下一个密码子
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形成肽键
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形成肽键
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位点1
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核糖体移动读取下一个密码子
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3’
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位点1
位点2
形成肽键
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G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C


U
G
G
A
U
C
甲硫

G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A

A
G
G

C
U
U

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


U
G
G
A
U
C
甲硫

G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A

A
G
G

C
U
U

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


U
G
G
A
U
C
甲硫

G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A

A
G
G

C
U
U

G
G
A
位点1
位点2
核糖体遇到mRNA终止密码子,翻译结束
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


U
G
G
A
U
C
甲硫

G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A

A
G
G

C
U
U

G
G
A
位点1
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’
C
A
C


U
G
G
A
U
C
甲硫

G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A

A
G
G

C
U
U

G
G
A
肽链合成后,从核糖体与mRNA复合物上脱离
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。
5. 翻译的条件:
① 模板:
② 原料:
③ 酶:
④ 能量:
⑤工具:
⑥场所:
mRNA
21种游离的氨基酸
多种酶
ATP
tRNA
核糖体
6. 翻译的结果:
多肽链
7.碱基配对方式:
A
U
C
G
U
A
G
C
(3)合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同?
原因?
8. 翻译是一个快速高效过程
(5)意义:
(1)原因:
(2)核糖体移动方向:
(4)翻译合成的肽链就具有相应的功能吗?
不具有,还需要进一步加工。
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。
肽链由短到长
相同,因为模板为同一条mRNA。
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
原核、真核生物转录与翻译的区别:
原核生物:基因组转录和翻译可同时进行
(边转录边翻译)。
真核生物:由于核膜的阻隔,所以是先转录完成后,再进行翻译(先转录后翻译)。
三、遗传信息的翻译
真核生物
先转录,后翻译
DNA
mRNA
RNA聚合酶
边转录边翻译
原核生物
三、遗传信息的翻译
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量

特点
产物
碱基互补配对原则
遗传信息的传递
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
2个子代DNA
RNA
(蛋白质)多肽
A-T、T-A、G-C、C-G
A-U、T-A、G-C、C-G
A-U、U-A、G-C、C-G
多种酶
比较DNA复制、转录和翻译
半保留复制、
边解旋边复制
边解旋边转录
一条mRNA可结合多个核糖体
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质

基因表达有关数量关系
DNA
翻 译
蛋白质
苏氨酸
甘氨酸
丝氨酸
肽键
DNA中碱基数
mRNA中碱基数
蛋白质中氨基酸数
1个
3个
6个
肽键
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
mRNA
A—C—U—G—G—A—U—C—U
转 录
模板链
1. DNA碱基数︰mRNA碱基数︰蛋白质氨基酸数=___________
6︰3︰1
2. 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。
说明:因为DNA中非基因片段,不转录出mRNA;转录出的mRNA中有终止密码子,终止密码子不对应氨基酸,所以实际上DNA上所含有的碱基数要大于6n。
n
6n
3n
3n
3n
DNA
mRNA
蛋白质
转录
翻译
A—C—U—G—G—A—U—A—G
苏氨酸——甘氨酸
mRNA
转录
翻译
蛋白质
DNA
A—C—T—G—G—A—T—A—G
T—G—A—C—C—T—A—T—C
肽键
模板链
3. 考虑终止密码子:合成n个氨基酸至少需要mRNA中3n+3个碱基,DNA中6n+6个碱基。
终止密码子
n
6n+6
3n+3
3n+3
3n+3

中心法则
(遗传信息传递法则)
五、中心法则
DNA聚合酶
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
核糖体
DNA
mRNA
多肽链
复制
转录
翻译
DNA复制和基因指导蛋白质合成的过程中遗传信息的传递方向
RNA聚合酶
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
五、中心法则
1957年,克里克提出: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。
1. 遗传物质为DNA的生物:细胞生物、DNA病毒
克里克
1965年,科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶,像DNA复制酶能对DNA进行复制一样,RNA复制酶能对RNA进行复制。
五、中心法则
复制
翻译
蛋白质
RNA
2. 含RNA复制酶的RNA病毒:烟草花叶病毒
RNA
蛋白质外壳
TMV
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
RNA
1970年,科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶,它能以RNA为模板合成DNA。
五、中心法则
3. 含逆转录酶的RNA病毒:HIV
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
五、中心法则
4. 完整的中心法则
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。
5. “三步法”判断中心法则各过程
“一看”模板 “二看”原料 “三看”产物 生理过程
DNA DNA
RNA
RNA DNA
RNA
多肽链
五、中心法则
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
DNA复制
转录
逆转录
RNA复制
翻译
转录
DNA
mRNA
蛋白质
翻译
本节结束!

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