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(共42张PPT)
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
课堂导入
①科学家最早发现与肥胖相关的基因的名称是什么？
②该基因能合成什么物质？
肥胖与基因的关系
OB基因
瘦素
DNA
(OB基因)
蛋白质(瘦素)
指导
基因的表达
DNA能否直接作为模板指导蛋白质的合成？
OB基因
瘦素
对于真核细胞来说：
DNA主要存在于 中
蛋白质合成的场所是 。
细胞核
核糖体
科学家推测，在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质充当信使。
RNA
那么，细胞核中的DNA分子是如何控制核糖体上的蛋白质合成的呢？
一、RNA的结构和功能
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
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
2、DNA与RNA的比较
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
第4章 | 基因的表达
EXPRESSION OF GENES
信使 RNA
(mRNA)
转运 RNA
(tRNA)
作为DNA的信使，翻译的模板
核糖体 RNA
(rRNA)
3、RNA的种类及其作用
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）
RNA适于作DNA信使的原因
(1)它的基本结构与DNA很相似，具备准确传递遗传信息的可能。
(2)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？
二、遗传信息的转录
1、概念
2、场所
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）
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
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
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'
②配对
③连接
4、条件
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的一条链
RNA聚合酶
游离的4种核糖核苷酸
ATP
5、配对方式
A— 、G— 、C— 、T—
U
A
G
C
6、特点
边解旋边转录
7、产物
RNA
(mRNA、tRNA、rRNA)
从DNA释放出来时还不成熟，还要在细胞核中加工
DNA复制与转录的比较表
比较项目 DNA复制 转录
时间
场所 模板
原料
酶
配对方式 ， ，
特点
产物
方向 细胞分裂前的间期
生长发育过程
主要在细胞核或拟核中，少部分在线粒体、叶绿体中
DNA的每一条链
DNA的一条链
游离的4种脱氧核苷酸
游离的4种核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
A—T、G—C、C—G、T—A
A—U、G—C、C—G、T—A
半保留复制、边解旋边复制
边解旋边转录
新链（酶）从5′-端→3′-端延伸
2个子代DNA分子
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
三、遗传信息的翻译
遗传信息由DNA传递给了mRNA
转录的实质：
转录
？
RNA
蛋白质
DNA
翻译
思考：转录得到的RNA仍是碱基序列，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的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何翻译成蛋白质？
基因的表达：
转录
RNA
蛋白质
DNA
翻译
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，这一过程叫做翻译。
mRNA的碱基序列
蛋白质的氨基酸序列
翻译
1、概念
2、实质
蛋白质
mRNA
转录
（碱基）
（氨基酸）
DNA
翻译
问题 1 ： mRNA 的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
问题 2 ：游离在细胞质中的氨基酸是怎样运送到核糖体的？
（碱基）
1、碱基与氨基酸之间的对应关系
决定
？
4种碱基
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。
氨基酸
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
4 (41)
64 (43)
16 (42)
AUCG
3个碱基决定1个氨基酸
1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，将某个基因中增加或删除1个、2个、3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。（教材P70）
实验结果：⑴增加或删除1个、2个碱基，无法正常产生蛋白质；
⑵增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。
密码子
决定
缬氨酸
密码子
密码子
精氨酸
组氨酸
决定
决定
3'
5'
mRNA
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基
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 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
UUC
AAG
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
种类
( )种
起始密码子: (真、原核， )；
(原核， )。
终止密码子: 、 、
(特殊时编码 )。
编码氨基酸的密码子一般有 个
64
GUG
甲硫氨酸
甲硫氨酸
AUG
UAA
UGA
UAG
硒代半胱氨酸
61
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
密码子的特点
1种密码子决定 种氨基酸
①专一性：
1
1种氨基酸可由 种密码子决定
1种或多
②简并性：
几乎所有生物共用一套遗传密码子
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。
③通用性：
生物可能有着共同的起源。
2、氨基酸的“搬运工”——tRNA
⑴形状：
三叶草形
⑵结构：
一端是携带 的部位，另一端为 ，能与密码子互补配对。
氨基酸
反密码子
⑶特点：
反密码子：
tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基。
识别并转运氨基酸
A A C
每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸
思考1：若反密码子为GUA，则携带的氨基酸是？
思考2：若密码子为UAA，则对应的反密码子是？
（专一性）
密码子为CAU，是组氨酸
UAA为终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子
(一般61种)
3、过程
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
甲
色
A
C
C
组
精
G
A
C
第1步：mRNA在细胞质中与核糖体结合
G
G
U
3、过程
3'
5'
位点1
位点2
U
C
A
甲
色
A
C
C
组
精
G
A
C
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
U
C
A
甲
U
C
A
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
甲
U
C
A
3'
5'
位点1
位点2
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
组
精
G
A
C
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
甲
U
C
A
G
G
U
G
G
U
组
G
G
U
组
G
G
U
3'
5'
位点1
位点2
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
精
G
A
C
第3步：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上
甲
U
C
A
组
G
G
U
甲
3'
5'
位点1
位点2
位点1
位点2
色
A
C
C
精
G
A
C
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。
U
C
A
组
G
G
U
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
3'
5'
位点1
位点2
色
A
C
C
精
G
A
C
第4步：一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成
G
G
U
组
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
色
A
C
C
色
A
C
C
组
甲
3'
5'
翻译方向
位点1
位点2
G
A
C
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。
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
A
G
G
半
色
组
甲
精
谷
半
脯
丝
U
C
U
终止密码子
3'
5'
翻译方向
A— 、G— 、C— 、U—
5、条件
模板：
原料：
能量：
酶：
mRNA
21种氨基酸
ATP
7、产物
肽链
(脱离时不成熟，还要在内质网、高尔基体中加工成蛋白质)
4、场所
细胞质中的核糖体
搬运工具：
tRNA
6、配对方式
U
A
G
C
装配机器：
核糖体
8、遗传信息传递的方向
RNA→蛋白质
多种酶
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量 酶
产物
配对原则
主要在细胞核、拟核
主要在细胞核、拟核
核糖体
DNA的每一条链
DNA的一条链
mRNA
游离的4种脱氧核苷酸
游离的4种核糖核苷酸
21种氨基酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
肽链
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
多种酶
①
②
③
④
⑤
⑥
mRNA
核糖体
3'
5'
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 个核糖体，形成 ，同时进行 条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。
多聚核糖体
多
多
意义
肽链
思考1：核糖体移动（翻译）的方向是怎样的？
思考2：最终合成的肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
肽链 的翻译在前
长
（从右到左）
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
思考 讨论
1、请据图概括真核生物和原核生物转录、翻译的区别
先转录后翻译
真核生物转录、翻译示意图
原核生物转录、翻译示意图
边转录边翻译
四、中心法则
复制
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。
随着研究的深入，科学家对中心法则做出了补充。
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（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA 。
复制
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
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
⑴DNA和RNA是__________的载体
⑵ _______是信息表达的产物
⑶ _______为信息的流动提供能量
遗传信息
ATP
蛋白质
生命是物质、能量和信息的统一体
随堂检测
1、下列关于真核生物遗传信息的转录过程的叙述，正确的是(　　)
A.转录以DNA的两条链为模板
B.转录过程中不可能发生碱基T与A的配对
C.转录需要tRNA作运载工具
D.转录的产物与DNA的长度不相等
答案　D
解析　转录以DNA的一条链为模板，A错误；转录过程中存在碱基T和碱基A的配对，B错误；翻译过程需要tRNA作运载工具，C错误；转录的产物的长度小于DNA的长度，D正确。
2、如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是(　　)
A.①链的碱基A与②链的碱基T互补配对
B.如果③表示酶，则它是DNA聚合酶
C.转录完成后，②需通过两层生物膜才能与核糖体结合
D.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
答案　D
解析　①链的碱基A与②链的碱基U互补配对，A错误；如果③表示酶，则它是RNA聚合酶，B错误；转录完成后，②通过核孔从细胞核进入细胞质，与核糖体(无膜结构)结合，该过程中不需要通过生物膜，C错误；②为RNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，D正确。
3、如图表示某真核生物细胞内发生的一系列生理变化，Y表示具有某种功能的酶，请据图分析下面有关叙述错误的是(　　)
A.Y为RNA聚合酶
B.该图中最多含5种碱基、8种核苷酸
C.过程Ⅰ在细胞核内进行，过程Ⅱ在细胞质内进行
D.b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C
答案　C
解析　分析题图可知，过程Ⅰ和过程Ⅱ分别表示真核生物转录和翻译过程，故Y为RNA聚合酶，A正确；图中有DNA和RNA分子，因此最多含有5种碱基和8种核苷酸，B正确；过程Ⅰ为转录过程，主要在细胞核内进行，此外在线粒体和叶绿体内也可进行，Ⅱ为翻译过程，在细胞质中的核糖体上进行，C错误；b部位发生转录，因此b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。

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