资源简介

(共25张PPT)
4.1 基因指导蛋白质的合成
（第二课时）
一、温故
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
比较项目 转录 翻译
场所
模板
原料
酶
能量
细胞核（主要）
核糖体
亲代DNA一条链
mRNA
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
RNA聚合酶
多种酶
ATP等提供
ATP等提供
转录和翻译
真核生物的转录和翻译
原核生物的转录和翻译
先转录后翻译
边转录边翻译
一、中心法则
1. 1957年，科学家克里克预见了遗传信息传递的一般规律，提出了中心法则。
2. 内容：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。
DNA
转录
RNA
翻译
蛋白质
复制
一、中心法则
3. 补充：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。
DNA
转录
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
复制
复制
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
在遗传信息的流动过程中，DNA和RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。
二、遗传密码的破译
1. 提出问题：
遗传密码真的是以3个碱基为一组的吗？
遗传密码的阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的？
密码子之间是否有分隔符？
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
GGTTCGCACGCT
二、遗传密码的破译
遗传密码的阅读方式
01
非重叠的阅读方式
02
重叠的阅读方式
GGTTCGCACGCT
二、遗传密码的破译
遗传密码的阅读方式
① 当图中DNA的第三个碱基（T）发生改变时，如果密码子是非重叠阅读的，这
一改变将影响多少个氨基酸？如果密码子是重叠阅读的，又将产生怎样的影响？
非重叠阅读
重叠
阅读
密码子是非重叠阅读的：
密码子是重叠阅读的：
改变1个氨基酸
改变3个氨基酸
二、遗传密码的破译
遗传密码的阅读方式
非重叠阅读
后面的氨基酸都改变
T后插入1个碱基
T后插入2个碱基
T后插入3个碱基
后面的氨基酸都改变
原氨基酸序列中多一个氨基酸
二、遗传密码的破译
遗传密码的阅读方式
重叠
阅读
① 插入 1 个碱基，可能改变了原多肽链中的 2 个氨基酸，比原多肽链多 1 个氨基酸。
② 插入 2 个碱基，可能改变了原多肽链中的 2 个氨基酸，比原多肽链多 2 个氨基酸。
③ 插入 3 个碱基，可能改变了原多肽链中的 2 个氨基酸，比原多肽链多 3 个氨基酸。
二、遗传密码的破译
实验思路
克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基增加或减少对其所编码蛋白质的影响。
实验结果
在相关碱基序列中增加或删除1个或2个碱基，无法产生具有正常功能的蛋白质，但是，当增加或删除3个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
01
03
02
实验结论
遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸；遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。
2. 克里克的实验证据
二、遗传密码的破译
克里克虽然阐明了遗传密码的总体特征，但无法说明由3个碱基排列成的1个密码子对应的究竟是哪一个氨基酸？
3. 尼伦伯格和马太的实验
① 实验思路
采用了蛋白质体外合成技术。
在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
Tyr
Ser
Phe
Cys
Tyr：酪氨酸
Ser：丝氨酸
Phe：苯丙氨酸
Cys：半胱氨酸
二、遗传密码的破译
3. 尼伦伯格和马太的实验
② 实验结果
加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
Tyr
Ser
Phe
Cys
各管加入多聚尿嘧啶核苷酸及除去DNA和mRNA的细胞提取液
Tyr
Ser
Phe
Cys
二、遗传密码的破译
3. 尼伦伯格和马太的实验
③ 结果分析
多聚尿嘧啶核苷酸（多聚U）导致了多聚苯丙氨酸的合成，而多聚尿嘧啶核苷酸的碱基序列是由许多个尿嘧啶组成的（UUUUUUU······），可见由尿嘧啶组成的碱基序列编码是由苯丙氨酸组成的肽链。即苯丙氨酸对相应的密码子应该是UUU。
5'
3'
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
Phe
Phe
Phe
Phe
Phe
二、遗传密码的破译
3. 尼伦伯格和马太的实验
④ 思考 · 讨论
A. 实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？
作为模板mRNA直接控制蛋白质（多肽）的合成。
B. 为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？
原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果；DNA可能作为mRNA合成的模板，而新和成的mRNA也会干扰实验结果。
二、遗传密码的破译
3. 尼伦伯格和马太的实验
④ 思考 · 讨论
C. 要想知道更多氨基酸的密码子，你如何改变上述实验？
依次用不同种类的多聚核糖核苷酸替换上述实验中的多聚尿嘧啶核苷酸
在此后的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了全部的密码子，并编制出了密码子表。
三、相关计算
1. DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
DNA(基因)
mRNA
肽链
n 个氨基酸
3n 个碱基
6n 个碱基
至多
至多
至少
至少
三、相关计算
1. DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
(1) 规律：蛋白质中氨基酸数目 = 1/3 mRNA中碱基数目 = 1/6 DNA(基因)中碱基数目
(2) 计算：蛋白质中肽链数 + 肽键数 = 氨基酸数 = 1/3 mRNA中碱基数 = 1/6 基因中碱基数
三、相关计算
1. DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
(3) 计算中“最多”和“最少”的分析：
① 翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质
中氨基酸数目的3倍还要多一些。
② 基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
③ 在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的
基因中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
三、相关计算
2. 例题
例1：
已知一段mRNA上有30个碱基，其中A和C共有12个，那么转录它的DNA分子中G和T的总数、该mRNA翻译合成多肽链时应脱去的水分子数分别是（不考虑终止密码子） （ ）
A. 12、9 B. 12、10 C. 30、10 D. 30、9
三、相关计算
2. 例题
例2：
一条多肽链中有500个氨基酸在，则作为合成该多肽链的mRNA分子和用来转录mRNA的DNA分子至少有碱基多少个？
A. 1500个和1500个 B. 500个和1000个
C. 1000个和2000个 D. 1500个和3000个
四、练习与应用
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。 （ ）
四、练习与应用
一、概念检测
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
四、练习与应用
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。
抗菌药物 抗菌机制
红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸
环丙沙星 抑制细菌DNA的复制
利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性
题中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。

展开更多......

收起↑