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第1节 基因指导蛋白质的合成
Gene guided protein synthesis
目标
01
02
03
RNA的组成与种类
RNA作为DNA信使的原因
遗传信息的转录
教学目标
问题探讨
将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt 抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生 Bt 抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？
苏云金杆菌
提取
Bt抗虫蛋白基因
导入
棉花细胞
Bt抗虫蛋白
Bt基因表达
原来，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
思考：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？
问题探讨
细胞核
核糖体
细胞质
DNA
(2nm)
核孔0.9nm
语言矛盾：
ATGC碱基
排列顺序
氨基酸
排列顺序
位置矛盾：
基因的载体：染色体位于细胞核
蛋白质合成在核糖体（细胞质）
问题探讨
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。
DNA
RNA
？
蛋白质
核
质
？
转 录
翻 译
一、为什么RNA适合做DNA的信使
1. DNA和RNA在化学组成上的区别
H
含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
含氮碱基
DNA
RNA
RNA的基本组成单位——核糖核苷酸也含有4种碱基（AUCG），这些特点使得RNA具备传递遗传信息的可能。
一、为什么RNA适合做DNA的信使
RNA分为3种
①信使RNA（mRNA）
蛋白质合成的模板。
②转运RNA（tRNA）
氨基酸的运载工具。
③核糖体RNA（rRNA）
核糖体的组成部分。
蛋白质
rRNA
核糖体
tRNA
mRNA
RNA是由多个核糖核苷酸连接而成的单链分子。
2. RNA的组成和种类
一、为什么RNA适合做DNA的信使
DNA
RNA是单链，比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。
RNA
DNA RNA
组成元素相同 C、H、O、N、P 基本单位不同 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
组成不完全相同 五碳糖 脱氧核糖 核糖
含氮碱基 A、G、C、T A、G、C、U
分布不同 主要在细胞核 主要在细胞质
空间结构不同 规则的双螺旋结构 通常呈单链
种类不同 1种（DNA） 3种（mRNA、tRNA、rRNA）
功能不同 生物的主要遗传物质 作为部分病毒的遗传物质
作为翻译的模板
作为氨基酸的搬运工
参与核糖体的构成
少数具有催化作用
一、为什么RNA适合做DNA的信使
①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A、G、C、U，具备准确传递遗传信息的可能。
②RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
④RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
一、为什么RNA适合做DNA的信使
3. RNA适合做信使的原因
二、遗传信息的转录
思考：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？
二、遗传信息的转录
U
A
G
C
游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶
第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来
第2步：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶作用下开始mRNA的合成
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上
第4步：新合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
DNA
二、遗传信息的转录
转录的方向
RNA聚合酶
DNA
mRNA
5'
3'
5'
3'
游离的核
糖核苷酸
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过程。
1.转录的概念：
2.条件：
模板：
原料：
酶：
能量：
DNA的一条链
RNA聚合酶
游离的四种核糖核苷酸
ATP
4.产物：
mRNA（还有tRNA和rRNA）
3.原则：
碱基互补配对
RNA聚合酶
T
C
G
A
T
C
G
A
T
T
G
C
A
A
C
G
T
A
C
A
C
G
G
T
A
A
T
T
第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来。
5.过程：
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
游离的核糖核苷酸
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
第2步：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合成。
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
模板链
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成磷酸二酯键）
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
二、遗传信息的转录
阅读教材P65，图4-4，思考下列问题：
思考：转录与复制有何共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
与DNA复制相比，转录所需的酶（酶作用的化学键）和原料有何不同？
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？
转录时，RNA聚合酶如何识别基因？
是否仅转录一个基因？
从转录的场所来看，试分析真核与
原核细胞转录产物RNA去向
RNA聚合酶
游离的核
糖核苷酸
二、遗传信息的转录
1. 转录与DNA复制有什么共同之处 这对保证遗传信息的准确转
录有什么意义？
2. 转录与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？
都需要模板,都遵循碱基互补配对原则;
碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性;
DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶
DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶
二、遗传信息的转录
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
3.转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？
与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？
① 该RNA与DNA模板链的碱基互补配对，A 与U配对，而非T ；
② 该RNA与DNA互补链的碱基序列基本相同，
只是DNA链上T的位置，RNA 链上是U 。
二、遗传信息的转录
转录以基因为单位，不同基因模板链不同
4.分裂间期和分裂期都可以进行转录吗？
分裂期的染色体高度螺旋，
DNA难以解旋，转录难以发生。
5.转录的是DNA还是DNA片段？
DNA复制和转录的比较
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
课堂小结
巩固提升
1.下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是( )
A.tRNA、rRNA和mRNA都由DNA转录而来
B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
C
巩固提升
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.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C.如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶
D.转录完成后，②需要通过两层生物膜才能与核糖体结合
B
巩固提升
3．下图是真核生物 mRNA 合成过程示意图，请据图判断下列说法正确的是（ ）
A．①片段正处于解旋状态，形成这种状态需要 DNA 复制过程中的解旋酶
B．图中②是以 4 种脱氧核苷酸为原料合成的
C．如果图中③表示酶分子，则它的名称是 RNA 聚合酶
D．图示过程在细胞核中完成，②合成后，④中的模板链降解
C

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