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(共41张PPT)
4.1 基因控制蛋白质的合成
一、转录（DNA将遗传信息传递给mRNA）
二、翻译（mRNA上的密码子、tRNA上的反密码子）
三、翻译（过程）
四、真核基因和原核基因表达的异同
思考、DNA和核糖体两者在空间上是隔开的，那么DNA怎样指导核糖体上蛋白质的合成？
遗传信息储存在细胞核的DNA中
蛋白质的合成发生在细胞质中的核糖体上
资料1、1955年，科学家用RNA酶分解变形虫细胞中的RNA，蛋白质合成停止。
资料2、1955年，科学家用放射性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。
说明：RNA参与了蛋白质合成。RNA先出现在细胞核，后出现在细胞质。
构成RNA
构成DNA
脱氧核糖
DNA
胸腺嘧啶（T）
磷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
RNA
核糖
尿嘧啶（U）
tRNA
mRNA
rRNA
RNA一般为单链，而且比DNA短，因此RNA可以携带遗传信息通过核孔进入细胞质，用于指导蛋
白质的合成。 RNA主要有三种：mRNA（信使RNA）、rRNA（核糖体RNA）和tRNA（转运RNA）。
RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来
第一步
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对
第二步
在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上
第三步
合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复
第四步
3
3
5
5
5
RNA与模板链是反向的
3
5
3
5
5
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。
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。
mRNA、rRNA和tRNA都是转录而来的。
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
DNA
RNA
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
模板链
一、转录（DNA将遗传信息传递给mRNA）
二、翻译（mRNA上的密码子、tRNA上的反密码子）
三、翻译（过程）
四、真核基因和原核基因表达的异同
mRNA携带的遗传信息
蛋白质
核苷酸排序
氨基酸排序
4种
21种
mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫做翻译。
组成人体蛋白质的氨基酸有21种，至少需要3个碱基对应1个氨基酸
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
…… ……
三联体密码的提出
野生型噬菌体
插入或删掉3个相邻碱基
噬菌体能侵染细菌，使死菌死亡
野生型噬菌体
噬菌体不能侵染细菌，不能使细菌死亡
插入或删掉1个或2个相邻碱基
4
16
64
256
①遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。
②遗传密码从一个固定的起点开始，以非重读的方式阅读，编码之间没有分隔符。
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。
第一个遗传密码的破译
请利用以下材料设计试验方案，探究UUU是哪种氨基酸的密码子，简要写出实验思路，并预期结果和结论。
实验材料：20支试管、二十种纯化的氨基酸、去除了DNA和mRNA的细胞提取液（含核糖体和酶）、（多聚尿嘧啶核苷酸）UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU。
第一个遗传密码的破译
实验方案：
①取20支试管，分别加入二十种氨基酸。
②给每支试管中加入去除了DNA和mRNA的细胞提取液。
③给每支试管加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸。
④检测每支试管中肽链的合成情况。
预期结果与结论：
如果加入苯丙氨酸的试管中出现了肽链，则说明UUU是苯丙氨酸的密码子。
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
真核生物的起始密码子为AUG，编码甲硫氨酸。
AUG可作为原核生物的起始密码子，编码甲硫氨酸。
原核生物也可以使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 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
UAA、UAG为终止密码子，提供翻译终止的信号。
UGA正常情况下为终止密码子，特殊情况下，可编码硒代半胱氨酸。
思考、有的氨基酸只有一个密码子，例如色氨酸。绝大多数氨基酸都有好几个密码子，这一现象称为密码的简并，你认为密码的简并对生物体的生存和发展有什么意义？
①可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。
②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。
思考、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？
通用性
说明地球上生物有共同起源
细胞质中的氨基酸怎样运输到蛋白质生产线？
5
3
mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体结合，组装成合成蛋白质的生产线。
反密码子
（反密码子）
tRNA
（密码子）
mRNA
氨基酸
（约20种）
运输
编码
互补配对
mRNA、tRNA和氨基酸之间的对应关系
①一种tRNA只能识别并运输一种氨基酸，一种氨基酸可能被多种tRNA运输。
②不是所有的密码子都有与之对应的反密码子。
一、转录（DNA将遗传信息传递给mRNA）
二、翻译（mRNA上的密码子、tRNA上的反密码子）
三、翻译（过程）
四、真核基因和原核基因表达的异同
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
M
U
A
C
第1步：
mRNA 进入细胞质,与核糖体结合。
位点1
位点2
携带甲硫氨酸(M)的tRNA,通过与碱基AUG互补配对,进入位点1
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
M
U
A
C
H
U
G
G
第2步
位点1
位点2
携带某个氨基酸(H)的tRNA以同样的方式进入位点2
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
H
U
G
G
位点1
位点2
M
U
A
C
第2步
携带某个氨基酸(H)的tRNA以同样的方式进入位点2
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
H
U
G
G
位点1
位点2
U
A
C
M
第3步
甲硫氨酸与这个氨基酸(H)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
H
U
G
G
位点1
位点2
U
A
C
M
第4步
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
H
U
G
G
位点1
位点2
U
A
C
M
第4步
原位点1的tRNA 离开核糖体,原位点2的tRNA进入位点1
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
H
U
G
G
位点1
位点2
U
A
C
M
第4步
一个新的携带氨基酸(W)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成
C
A
W
C
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
H
U
G
G
位点1
位点2
M
第4步
一个新的携带氨基酸(W)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成
C
A
W
C
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
A
U
G
U
G
G
C
A
W
C
M
H
位点1
位点2
二肽(M-H)与这个氨基酸(W)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上。
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
A
U
G
U
G
G
C
A
W
C
M
H
位点1
位点2
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。
C
A
C
U
G
G
U
5′
3′
A
U
G
就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子,合成才告终止。
A
A
R
M
H
W
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。这样少量的mRNA就可以迅速合成大量蛋白质，提高翻译的效率。
细胞核（主要）
细胞核（主要）
细胞质/核糖体
亲代DNA两条链
DNA的一条链
mRNA
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
约20种氨基酸
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
A-T，T-A
C-G，G-C
A-U，T-A
C-G，G-C
A-U，U-A
C-G，G-C
DNA
RNA
蛋白质
ATP等提供
ATP等提供
ATP等提供
1957年克里克提出中心法则：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。
少数生物遗传信息可以从RNA流向RNA（RNA复制）或RNA流向DNA（逆转录）
生命是物质、能量和信息的统一体
一、转录（DNA将遗传信息传递给RNA）
二、翻译（mRNA上的密码子、tRNA上的反密码子）
三、翻译（过程）
四、真核基因和原核基因表达的异同
RNA聚合酶
的识别和结合位点
原核细胞的基因结构
能转录
编码区
不能转录
非编码区
不能转录
非编码区
启动子
转录
调控
调控
上游
下游
mRNA
翻译
蛋白质
终止子
启动子
外显子
内含子
1
2
3
4
5
非编码区
非编码区
编码区
转录
前体mRNA
加工
成熟mRNA
翻译
肽链
真核细胞的基因结构
终止子
mRNA
AUG
起始密码子
UAA
终止密码子
如何区分启动子、终止子、起始密码子、终止密码子？
启动子、终止子位于基因（DNA）上，与转录有关。
起始密码子、终止密码子位于mRNA上，与翻译有关。
（1）图中凸环形成的原因是____________________________________________________________________。
（2）DNA与mRNA形成的双链分子中碱基配对类型有____种，分别是_________________________。
练习、某同学进行了下面的实验：
步骤①：获取某个基因的双链DNA片段及其mRNA；
步骤②：加热DNA双链使之成为单链，并与步骤①所获得的mRNA按照碱基配对原则形成双链分子；
步骤③：制片、染色、电镜观察，可观察到图中结果。
DNA中有内含子序列，mRNA中没有对应序列，变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，该单链DNA中无法与mRNA配对的序列能形成凸环 。
3
A-U，T-A，C-G
“汉水丑生的生物同行”超级群大型公益活动：历年高考题PPT版制作。本课件为公益作品，版权所有，不得以任何形式用于商业目的。2012年1月15日，汉水丑生标记。
原核生物，转录还没完成，就开始了翻译，边转录边翻译。
真核生物，核基因的转录和翻译不能同时进行，被核膜从时空上隔开了。
（1）图1表示真核细胞的________过程。图中①是________，⑥是________，②、③、④、⑤表示正在合成的4条______，核糖体的移动方向是___________。
（2）图2表示原核细胞的__________________过程，图中①是______________________________，②、③、④、⑤表示正在合成的4条__________。
mRNA
核糖体
肽链
自右向左
翻译
边转录边翻译
DNA（基因）的一条链
mRNA

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