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(共90张PPT)
基因指导蛋白质的合成
基因指导蛋白质的合成
1.RNA适于作为信使的原因
2.转录过程
3.碱基与氨基酸之间的对应关系
4.运输氨基酸的工具——tRNA
5.翻译的过程
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。
问题探讨
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，也可以说是构建生物体的蓝图。
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。
DNA
主要在细胞核
蛋白质的合成
在细胞质进行
指导
通过RNA作为媒介
问题：为什么RNA适于作DNA的信使呢？
资料1: 1955年,戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质
标记的RNA从细胞核转移到细胞质。
资料2：1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，
用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。
如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。
1.RNA适于作为信使的原因
①能够储存遗传信息
它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。
②容易转移到细胞质
RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。
2.DNA与RNA在化学组成的异同
信使RNA：
遗传信息传递的媒介。
核糖体RNA：
与蛋白质构成核糖体。
转运RNA：
转运氨基酸的工具。
3.RNA的种类和功能
少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质
DNA分子是如何转录的呢？
蛋白质的合成包括转录和翻译
两个过程。
4.转录过程
①定义：
主要在细胞核中，通过____________以_______________
为模板合成RNA的过程叫做转录。
RNA聚合酶
DNA的一条链
①
②
③
④
DNA
RNA
RNA聚合酶
游离的核糖核苷酸
②过程
第1步解旋：DNA双螺旋链解开，碱基暴露出来。
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的
两条链解开。
边解旋边转录
第2步配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
第3步连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
在RNA聚合酶的催化下从子链的5‘端把子链的核糖核苷酸聚合成核糖核苷酸链。
子链的合成方向5’端→ 3’端
RNA聚合酶作用：解旋及形成磷酸二酯键
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
细胞质
细胞核
RNA
第4步释放：合成的mRNA从DNA链上释放。
而后，DNA双螺旋恢复。
总结：
①解旋 → ②配对 → ③连接 → ④释放
提醒：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段
（并非整个DNA）。
（1）转录的场所：　　　　　　　　　　
（2）转录的模板：
（3）转录的原料：
（4）转录的能量：
（5）酶：
（6）遵循原则：
（7）转录的结果：
细胞核
DNA的一条链
四种核糖核苷酸
ATP
碱基互补配对原则
（A-U、T-A、G-C、C-G）
RNA聚合酶
ＤＮＡ　　　　 ＲＮＡ
转录过程小结
④转录产物(RNA的类型)
DNA复制 转录
时间
场所
解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
细胞分裂间期
生长发育过程
完全解旋
只解有遗传效应片段（基因）
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
mRNA、tRNA、rRNA
使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
DNA复制和转录的比较
思考：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
A
T
T
C
A
G
C
A
C
T
T
A
A
G
T
C
G
T
G
A
3′
5′
5′
3′
A
U
U
C
A
G
C
A
C
U
3′
5′
转录
编码链
模板链
mRNA
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。
2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，以4种游离的脱氧核苷酸为原料；转录则需要RNA聚合酶，以4种游离的核糖核苷酸为原料。
1.转录与DNA复制有那么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。保证遗传信息传递的准确性。
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？
RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系，与非模板链的碱基序列的区别在于RNA链上碱基U的位置，对应非模板链上的碱基T。
思考与讨论
练习巩固：
1.DNA分子的解旋发生在_____过程中。
A.复制 B.转录
C.翻译 D.复制和转录
D
2.mRNA的核苷酸序列与(　　)
A.DNA分子的两条链的核苷酸序列互补
B.DNA分子的一条链的核苷酸序列互补
C.某一tRNA分子的核苷酸序列互补
D.所有的tRNA分子的核苷酸序列互补
B
3、DNA决定RNA的性质是通过（ ）
A、信使RNA的密码
B、DNA特有的自我复制
C、碱基互补配对原则
D、转运RNA的媒介
C
3、如下是转录过程：DNA ： ……ＡＴＧ……
　　　　　　　　 　 RNA ： ……ＵＡＣ……
该图中有 种核苷酸，有 种核酸 ，有 种碱基，该过程主要是在 中进行的。
6
2
5
细胞核
二、遗传信息的翻译
1.定义：
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。
mRNA → 蛋白质
mRNA的4种碱基如何对应蛋白质的21种氨基酸？
2.碱基与氨基酸之间的对应关系
密码子
①定义：
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。
②种类：
64(43)种
3种终止密码
61种编码
20种氨基酸
UAA
UAG
UGA
→在特殊情况下可编码第21种氨基酸：硒代半胱氨酸
UAG
编码甲硫氨酸同时作为起始密码
GUG
编码缬氨酸，在原核生物中作为起始密码时编码甲酰甲硫氨酸
甲硫氨酸、色氨酸和硒代半胱氨酸只有1个密码子。
a.简并性
含义：
绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称为密码子的简并性。
意义：
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定，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。
③密码子的特点：
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。
b.通用性
说明地球上生物有共同起源。
几乎一切生物共用一套遗传密码
含义：
意义：
C.专一性
一种密码子只决定一种氨基酸
3.运输氨基酸的工具——tRNA
碱基互补配对
三叶草结构：
比mRNA小，RNA单链经过折叠形成4环4臂，环的部分没有碱基互补配对，臂的部分由于碱基互补配对形成氢键。
tRNA有很多碱基，不只是3个，只是构成反密码子部分的是3个
tRNA结构分子示意图
反密码子
反密码子：
反密码子环中有三个相邻碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫做反密码子。
3`端是结合氨基酸的部位。
每种tRNA只能识别并运输一种氨基酸。
结合氨基酸的部位
碱基配对
注意：tRNA携带何种氨基酸由密码子决定
（反密码子）
tRNA
mRNA
氨基酸
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
（密码子）
（某些终止密码子）
思考：细胞中的tRNA有多少种？
61种
密码子与反密码子的比较：
密码子 反密码子
位置
种类
特点
功能
mRNA上
tRNA上
64种
61种
一种密码子只决定　
　　一种氨基酸，
一种氨基酸可由多
　　种密码子决定。
一种tRNA只转运
　　一种氨基酸，
一种氨基酸可由多
　　种tRNA转运。
编码(决定)氨基酸
与密码子配对，tRNA识别并转运氨基酸到相应位置
情景材料:遗传信息的翻译过程（视频）
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
4.翻译的过程
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
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
M
U
A
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
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
C
G
U
5′
3′
A
U
G
U
G
G
C
A
W
C
M
H
位点1
位点2
原位点1的tRNA 离开核糖体,原位点2的tRNA进入位点1
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
G
A
C
R
一个新的携带氨基酸(R)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
A
U
G
C
A
W
C
M
H
G
A
C
R
位点1
位点2
一个新的携带氨基酸(R)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成
C
A
C
U
G
G
C
G
U
5′
3′
A
U
G
C
A
C
G
A
C
R
M
H
W
三肽(M-H-W)与这个氨基酸(R)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上。
位点1
位点2
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
翻译所需基本条件
1.模板：____________
2.原料：____________
3.酶：____________
4.能量：____________
5.工具：___________
6.装配机器：___________
mRNA
氨基酸
多种酶
ATP等提供
tRNA
核糖体
1、一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。
2、翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。
3.翻译终点：识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。
4.翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，但mRNA不移动
总结
细胞核（主要）
细胞核（主要）
细胞质/核糖体
总结
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
总结
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
20种氨基酸
总结
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
20种氨基酸
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
总结
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
20种氨基酸
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
ATP等提供
ATP等提供
ATP等提供
总结
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
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
ATP等提供
ATP等提供
ATP等提供
总结
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
21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
总结
DNA
前体mRNA
成熟mRNA
多肽链
蛋白质
转录
加工
翻译
加工
肽链合成后，就从_______________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_________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′
3′
H2N
COOH
脱离
H2N
COOH
加工
核糖体与mRNA
空间结构
二、高效翻译的机制
①一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同进行多条肽链的合成。
5′
3′
②意义：利用少量的mRNA分子迅速合成大量的蛋白质。
多聚核糖体
③核糖体移动方向：从左向右(见图)，判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。
④结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工（图示中4个核糖体合成的4条多肽链因为模板mRNA相同，所以合成了4条相同的肽链，而不是4个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出4条不同的肽链）
翻译过程中多聚核糖体模式图解读
[信息解读]
(1)图1表示真核细胞的翻译过程。图中①是mRNA，⑥是核糖体，②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链，翻译的方向是自右向左。
(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。
1.原核生物基因转录和翻译可同时进行。
2.真核生物的核基因先转录完成后在翻译。
①核膜阻隔，核糖体无法与刚转录形成的mRNA结合
②真核生物的核基因转录后形成的mRNA一般要进行加工，然后再翻译。
原核与真核细胞mRNA形成的差异
练习1．右图表示细胞内某些重要物质的合成过程。该过程发生在 (　　)
A．真核细胞内，一个 mRNA 分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链
B．原核细胞内，转录促使 mRNA 在核糖体上移动以便合成肽链
C．原核细胞内，转录还未结束便启动遗传信息的翻译
D．真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译
解析：依图示，该细胞内转录和翻译同时进行，可直接判断出该过程发生在原核细胞内，从而排除A、D选项；在翻译过程中，核糖体是在mRNA上移动的，故排除B选项。
答案：C　
2.右图为细胞中合成蛋白质的过程，下列说法正确的是 (　　)
A．该过程最终合成的b、c、d、e在结构上各不相同
B．f在a上的移动方向是从左向右
C．a的合成与核仁有关
D．该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质
解析：以同一条mRNA为模板合成的多肽链相同；由核糖体合成的肽链的长度可推出核糖体在mRNA上的移动方向是从右向左；核仁与rRNA及核糖体的形成有关，与a(mRNA)的形成无关；由题图知，一条mRNA上可同时结合多个核糖体，每个核糖体都能完成一条多肽链的合成，故少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质。
答案：D　
DNA
mRNA
蛋白质
tRNA
密码子
转录
翻译
A-C-T-G-G-A-T-C-T
T-G-A-C-C-T-A-G-A
A-C-U-G-G-A-U-C-U
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
肽键
肽键
UGA
CCU
AGA
ACU
UCU
GGA
DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
至多
至多
至少
至少
相关计算
DNA、RNA的碱基和氨基酸的数量关系
蛋白质中的氨基酸数目：mRNA碱基数目：DNA碱基数目
1
6
3
[例1] 一条多肽链中有1000个氨基酸,那么作为合成该多肽链的mRNA和用来转录mRNA的DNA分子分别至少有碱基 ( )
A.1000个和2000个 B.3000个和6000个
C.3003个和6006个 D.2997和5994个
B
说明：①DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。
②真核生物基因中存在不编码氨基酸的非编码序列或非转录序列。
③转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，并且合成的肽链在加工过程中可能会剪切掉部分氨基酸，所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的6倍多。
因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
练习1.一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是(　　)
A．m、 －1 B．m、 －2
C．2(m－n)、 －1 D．2(m－n)、 －2
D
2.某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是( )
A．75对碱基 B．78对碱基
C．90对碱基 D．93对碱基
D
练习3．某DNA片段所转录的mRNA中U%＝28%，A%＝18%，这个DNA片段中T%和G%分别占（　 ）。
A. 46%,54% B.23%,27%
C.27%,23% D.46%,27%
B
A1
T2
T1
A2
G1
C1
C2
G2
1
2
Am
Um
Gm
Cm
mRNA
考点二 中心法则的提出和发展
DNA
RNA
蛋白质
复
制
转录
翻译
中心法则的发展
逆转录
复制
中心法则的应用：
1.哪些过程会发生碱基互补配对？
2.哪些场所会发生碱基互补配对？
（洋葱根尖细胞？蓝藻？哺乳动物成熟的红细胞？）
答案
答案
答案
答案
在遗传信息的流动过程中，__________是信息的载体，_____是信息的表达产物，而______为信息的流动提供能量，可见，生命是_________________的统一体。
DNA
RNA
蛋白质
复制
转录
翻译
逆转录
复制
DNA和RNA
蛋白质
ATP
物质、能量和信息
练习与应用（P69）
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。（ ）
×
×
课后习题
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。
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 抗菌机理
青霉素 抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星 抑制细菌DNA解旋酶的活性
红霉素 能与细菌细胞中的核糖体结合
利福平 抑制敏感型的结核杆菌的RNA聚合酶的活性
某些抗菌药物及其抗菌作用的机理
转录
翻译
DNA复制
RNA复制
逆转录
DNA
RNA
逆转录
复制
转录
翻译
核糖核苷酸
氨基酸
遗传密码
遗传性状

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