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第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
基因控制生物体的性状
指导
合成
蛋白质
直接体现者
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
基因的表达
DNA
蛋白质合成
（细胞核）
（细胞质）
RNA
问题1、基因是有遗传效应的DNA片段；DNA主要存在于_________中，而蛋白质的合成是在 ______中进行的，两者如何联系起来，基因如何指导蛋白质合成？
信使？
细胞质
细胞核
问题2、能将DNA携带的遗传信息传递到细胞质中的信使分子应有何特点？
与DNA结构相似，也能储存遗传信息。
①
②
容易通过核孔，转移到细胞质中。
DNA
（细胞核）
RNA
信使？
蛋白质合成
（细胞质）
一、RNA及其分子的结构和种类
（1）RNA：核糖核酸
（2）基本单位：核糖核苷酸
核糖
碱基
磷酸
A
U
G
C
（3）结构：RNA一般是单链结构，比DNA短，易通过核孔进入细胞质。
（4）RNA的种类
信使 RNA(mRNA):
核糖体 RNA(rRNA) ：
单链，转录DNA的遗传信息，是蛋白质翻译的模板。
单链，核糖体的组成成分。
一、RNA及其分子的结构和种类
（4）RNA的种类
一、RNA及其分子的结构和种类
转运 RNA(tRNA)：
单链，三叶草形状，特定氨基酸搬运工具。
有臂
有环
三个碱基（反密码子）
一端可携带氨基酸
核糖核苷酸链(RNA)
A
U
G
C
脱氧核苷酸链（DNA）
为什么RNA适合做DNA的媒介？
核糖
脱氧核糖
①RNA也是由核糖、磷酸、含氮碱基：A、G、C、U共同组成，可以储存遗传信息。
②RNA一般是单链，比DNA短，易通过核孔，转移到细胞质中。
③RNA和DNA，也遵循“碱基互补配对原则”A=U，G=C。
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
RNA聚合酶
二、遗传信息的转录
⑴解旋
过程：
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
过程：
(2)配对
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
⑴解旋
二、遗传信息的转录
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
过程：
(2)配对
⑴解旋
⑶聚合
G
G
C
G
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
二、遗传信息的转录
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
过程：
(2)配对
⑴解旋
⑶聚合
G
G
A
G
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
二、遗传信息的转录
G
G
A
G
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
过程：
(2)配对
⑴解旋
⑶聚合
二、遗传信息的转录
G
G
A
G
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
过程：
(2)配对
⑴解旋
⑶聚合
二、遗传信息的转录
G
G
A
G
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
过程：
(2)配对
⑴解旋
⑶聚合
二、遗传信息的转录
⑷释放
转录：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
过程：
(2)配对
⑴解旋
⑶聚合
形成 mRNA链，DNA的遗传信息就传递到mRNA上
二、遗传信息的转录
转录小结
场所:
模板:
原料:
酶:
能量：
产物:
特点:
原则:
主要在细胞核
DNA（基因）的一条链
四种核糖核苷酸(A、G、C、U）
RNA聚合酶
三种RNA（mRNA、rRNA、tRNA）
边解旋边转录
碱基互补配对原则（A=U,T=A; G=C,C=G）
ATP
（1）DNA的两条链都转录吗？
（2）DNA链完全解开吗？
（3）在转录过程中碱基互补配对原则有什么特殊情况？
A—U、T—A、 G—C、 C—G
……A－T－T－C－A－G－A－T－G……
……T－A－A－G－T－C－T－A－C……
DNA
a链
b链
……A－U－U－C－A－G－A－U－G……
假设以b链为模板，则转录出的RNA碱基排列为…
讨论：
只转录一条链
不完全解开
复制与转录的比较
复制 转录
时间
场所
解旋
模板
原料
酶
能量
碱基配对
产物
主要在细胞核
主要在细胞核
完全解旋
只解有遗传效应的片段
DNA的两条链
只有DNA的一条链
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
子代DNA
RNA
G－C、C－G、T－A、A－U
G－C、C－G、T－A、 A － T
细胞分裂间期
生长发育过程
mRNA中的4种碱基的排列顺序，如何决定20氨基酸的排列顺序的呢？
三、遗传信息的翻译
4种，41=4。
16种，42=16。
64种，43=64，足够有余。
如果mRNA中2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
如果mRNA中1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
如果mRNA中3个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
为确定mRNA分子多少个碱基确定一个氨基酸，研究人员在试管中加入了120个碱基的mRNA分子和合成蛋白质所需的一切物质，结果产生了一个含40个氨基酸的多肽分子。
可见mRNA分子上 3 个碱基能决定 1 个氨基酸。
科学家把mRNA链上，决定一个氨基酸的相邻的三个碱基，叫做一个“密码子”（亦称三联体密码）
资料
三、遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
密码子
密码子
密码子
1、密码子
三、遗传信息的翻译
mRNA链上，决定一个氨基酸的相邻的三个碱基，叫做一个“密码子”（亦称三联体密码）
（1）定义
20种氨基酸的密码子表 第一个 字母 第二个字母 第三个
字母
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 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 谷氨酰酸 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰酸 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（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
（3）对应关系
（2）种类
起始密码子：
普通密码子：
终止密码子：
3种，UAA、UGA、UAG,
不编码氨基酸，只是终止信号
一种氨基酸可以对应一种或多种密码子。
而一种密码子只能决定一种氨基酸
2种，AUG、GUG，也编码氨基酸
59种，只编码氨基酸
1、密码子
三、遗传信息的翻译
1、密码子
三、遗传信息的翻译
（4）特性：
一种氨基酸有两种以上的密码子的情况 。
（在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变）
通用性：
地球上几乎所有的生物通用一套密码子（说明生物可能有着共同的起源）
简并性：
氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢？
A
U
G
G
A
U
A
U
C
mRNA
？
甲硫氨酸
C
U
A
反密码子
核糖体
（1）定义：
（2）特点：
（3）种类：
与mRNA分子中密码子互补配对的tRNA上的3个碱基。
反密码子的三个碱基，与相应的DNA模板链上对应的碱基相同，只是DNA链上碱基T的位置在tRNA上为U。
61种，反密码子与61种决定氨基酸的密码子对应。
2、反密码子
三、遗传信息的翻译
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
核糖体
mRNA 与核糖体结合
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
tRNA 上的反密码子与 mRNA上的密码子互补配对 .
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
tRNA 将氨基酸转运到 mRNA上的 相应位置
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸亮氨酸
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
两个氨基酸分子脱水缩合
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸亮氨酸
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
核糖体随着 mRNA滑动. 另一个 tRNA 上的碱基与mRNA上的 密码子配对.
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸亮氨酸
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
一个个氨基酸分子缩合成链状结构
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸亮氨酸
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
tRNA离开，再去转运新的氨基酸
U
C
A
U
G
A
U
U
A
亮氨酸亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸亮氨酸
3、翻译过程
三、遗传信息的翻译
以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质
U
C
A
U
G
A
U
U
A
亮氨酸亮氨酸
天门冬氨酸
异亮氨酸亮氨酸
翻译 小结
场所：
产物：
原料：
条件：
细胞质（核糖体）
多肽链(蛋白质)
氨基酸
模板（mRNA）、能量（ATP）、酶（转肽酶）、工具（tRNA）
碱基互补配对：
G－C、C－G、U－A、A－U
遗传信息流动：
mRNA
蛋白质
基因控制蛋白质合成的过程
DNA的遗传信息
mRNA的遗传信息
蛋白质的氨基酸排列顺序
转录
翻译
n
3n
6n
碱基数
碱基数
氨基酸数
A—C—U—G—G—A—U—C —U
mRNA
反密码子
U–G–A C–C–U A–G–A
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
蛋白质
密码子
ACU GGA UCU
DNA
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
肽键 肽键
基因控制蛋白质合成的过程
四、转录、翻译与DNA复制的比较
场所 模板 原料 产物 遗传信息传递方向
DNA复制： DNA DNA
转录： DNA RNA
翻译： RNA Pro
游离的脱
氧核苷酸
游离的核
糖核苷酸
游离的
氨基酸
DNA
mRNA
多肽链（蛋白质）
DNA→DNA
DNA→mRNA
亲代DNA的 每一条链
DNA的一条链（模板链）
mRNA
细胞核
细胞核
细胞质
mRNA→Pro
能转录翻译成蛋白质
转录后被剪切掉，不能翻译成蛋白质
内含子：
外显子：
汉水丑生侯伟作品
补充知识：原核生物与真核生物基因的区别
补充知识：原核生物与真核生物转录和翻译的区别
原核生物
边转录
边翻译
真核生物
转录后
再翻译

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