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(共40张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
第四章 基因的表达
电影《侏罗纪公园》
亿万富豪韩文根据遗传工程学理论，透过史前蚊子所遗留血液中的恐龙的DNA，悉心以胚胎繁殖，竟令在地球上绝迹了六千五百万年的史前动物得以再生 。
问题探讨
从化石中提取出恐龙的DNA,真的可以使恐龙复活吗？
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。
问题探讨
细胞核
核糖体
细胞质
DNA
(2nm)
主要存在于细胞核中
蛋白质
在细胞质中的核糖体上合成
信使
细胞核中的基因如何指导细胞质中的蛋白质合成？
基因通过一种中间物质——信使，到细胞质中指导蛋白质合成
DNA(基因）
核孔：0.9nm、实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
信使
基因能指导蛋白质的合成，控制生物的性状这个过程就是基因的表达。
1.RNA的结构
基本单位：
核糖核苷酸
碱基
磷酸
核糖
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
U
尿嘧啶
空间结构：
一般是单链，而且比DNA短
元素组成：
C、H、O、N、P
一、RNA的结构和功能
比较项目 DNA RNA
中文名称
基本单位
五碳糖
碱基
空间结构 一般为 ， 一般为_____
分布 主要在 、 ， 主要在 ，
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
双螺旋结构
单链
脱氧核糖核酸
核糖核酸
脱氧(核糖)核苷酸
A、G、C、T
A、G、C、U
细胞核
细胞质
拟核
一、RNA的结构和功能
2.DNA与RNA的比较
信使 RNA
(mRNA)
转运 RNA
(tRNA)
作为DNA的信使，翻译的模板
核糖体 RNA
(rRNA)
识别并转运氨基酸
与蛋白质组成核糖体
tRNA
“三叶草型”
作为某些病毒的遗传物质
某些RNA具有催化作用（酶）
一、RNA的结构和功能
3.RNA的种类及其作用
它的基本结构与DNA很相似，具备准确传递遗传信息的可能。
RNA一般单链，且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核进入细胞质。
思考：DNA的遗传信息是怎样传给信使RNA的？
在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。
DNA：A T G C
RNA：
U
A
C
G
一、RNA的结构和功能
4.RNA适于作DNA信使的原因
在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA过程。
真核生物：
原核生物：
细胞核（主要）、叶绿体、线粒体
拟核（主要）
二、遗传信息的转录
1.定义
2.场所
遗传信息的转录过程（视频）
二、遗传信息的转录
3.过程
DNA
3'
3'
5'
5'
5'
①解旋：RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。
不需要解旋酶
②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。
游离的4种核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA
DNA模板链
③连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
④释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
3'
DNA的一条链
RNA聚合酶
能量：
模板：
酶：
原料：
4种游离的核糖核苷酸
由ATP提供
打开氢键
催化RNA的合成，催化形成磷酸二酯键
二、遗传信息的转录
4.条件
5.时间：
个体生长发育的整个过程
6.原则:
碱基互补配对
A－U、T－A、G－C、C－G
7.产物:
RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
8.特点:
边解旋边转录
二、遗传信息的转录
9.遗传信息流动的方向：
10.转录的意义：
11.转录方向：
DNA→RNA
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
子链的5’端→ 3’端
与RNA聚合酶的运动方向相同
RNA与模板链是反向连接的
先合成先释放
已合成的mRNA释放的一端(5′－端)为转录的起始方向。
转录方向
注意：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段（并非整个DNA）
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。碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
思考 讨论P66
二、遗传信息的转录
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。
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
比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。
二、遗传信息的转录
思考 讨论P66
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
小结
转录得到的是RNA，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢？
mRNA通过核孔进入细胞质中，与核糖体结合，开始它新的历程--翻译。
三、遗传信息的翻译
1.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。
DNA携带的遗传信息
mRNA携带的遗传信息
蛋白质
转录
翻译
碱基序列
碱基序列
氨基酸序列
三、遗传信息的翻译
4种
21种
4种碱基如何决定21种氨基酸
2.碱基与氨基酸之间的对应关系
决定
？
mRNA4种碱基
蛋白质21种氨基酸
1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定 种氨基酸；
2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定 种氨基酸；
3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定 种氨基酸。
4 (41)
64 (43)
16 (42)
三、遗传信息的翻译
＜21种氨基酸
＜21种氨基酸
＞21种氨基酸
至少3个碱基决定1个氨基酸才能满足需要。
定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
识别：
密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了64个遗传密码子。
位置：
mRNA上
三、遗传信息的翻译
3.密码子
三、遗传信息的翻译
种类：
( 64 )种
起始密码子:
AUG（甲硫氨酸）
GUG（甲硫氨酸）
在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
终止密码子:
UAA、UAG、UGA（前两种不编码任何氨基酸）
在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
三、遗传信息的翻译
密码子的特点：
1种密码子决定1种氨基酸
专一性：
1种氨基酸可由1种或多种密码子决定。
简并性：
几乎所有生物共用一套遗传密码子
通用性：
生物可能有着共同的起源。
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
（形成氢键）
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
形态：
RNA链经过折叠，形成三叶草形
功能：
识别氨基酸、转运氨基酸
一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸（一对一）
一种氨基酸可以由多种tRNA转运（一对多）
功能特点：
反密码子:
位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基，有61或62种。
三、遗传信息的翻译
4.运输氨基酸的工具 ——tRNA：
三、遗传信息的翻译
5.翻译的过程：
起始密码子
01起始：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基AUG互补配对进入位点1。
核糖体移动方向
E
1
2
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
M
核糖体
三、遗传信息的翻译
5.翻译的过程：
E
1
2
甲
02进位：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
03缩合：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
H
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
三、遗传信息的翻译
5.翻译的过程：
E
1
2
04移位：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点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。
精
色
半
半
甲
组
5’
3’
5’
3’
5’
3’
脯
5’
3’
5’
3’
5’
3’
核糖体移动方向
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
三、遗传信息的翻译
5.翻译的过程：
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
05终止：肽链合成后，从核糖体上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
三、遗传信息的翻译
5.翻译的过程：
位点1
位点2
5.翻译的过程：
在细胞质中翻译是一个快速高效的过程。通常一个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。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
多聚核糖体——高效翻译的机制
三、遗传信息的翻译
6.翻译的特点：
比较DNA复制、转录和翻译
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
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
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
小结：
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。
弗朗西斯·克里克
克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？
RNA病毒
四、中心法则
资料1：1965年，科学家在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。
RNA复制酶
RNA
RNA
烟草花叶病毒模式图
资料2：1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
RNA
逆转录酶
DNA
四、中心法则
复制
DNA
逆转录
转录
复制
RNA
翻译
蛋白质
图 解
总 结
DNA、RNA是信息的载体
蛋白质是信息的表达产物
ATP为信息的流动提供能量
生命是物质、能量和信息的统一体
在遗传信息的流动过程中
四、中心法则
生物种类 遗传信息的传递过程
以DNA作为遗传物质的生物 原核生物
真核生物
DNA病毒
以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒
逆转录病毒 (HIV)
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
复制
RNA
蛋白质
翻译
逆转录
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
RNA
逆转录酶
各种生物的遗传信息传递过程
四、中心法则
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
1
DNA复制
2
DNA转录
4
RNA复制
3
翻译
5
逆转录
a.细胞生物和DNA病毒：
b.RNA复制类病毒（烟草花叶病毒）：
c.逆转录病毒（HIV）：
d.根尖分生区细胞：
e.叶肉细胞：
①②③
③④
⑤①②③
①②③
②③
写出下列生物体内能够进行的过程:
高度分化细胞不分裂，细胞核中无DNA复制
巩固提升
1.tRNA具有转运氨基酸的功能。图中 tRNA携带的氨基酸(选项括号中的内容为相应氨基酸的密码子)是（ ）
A．丙氨酸（5′ -GCG-3′）
B．精氨酸（5′ -CGC-3′）
C．甘氨酸（5′ -GGC-3′）
D．脯氨酸（5′ -CCG-3′）
A
随堂练习
2．DNA分子复制、转录、翻译所需的原料依次是(　　)
A．脱氧核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸
B．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、蛋白质
C．核糖核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸
D．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
D
随堂练习
3．结合下图分析，下列叙述不正确的是(　 )
A.生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B.核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C.遗传信息传递到蛋白质是表型实现的基础
D.编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
D
随堂练习
D
×
×
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。
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
课后练习P69

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