3.4 基因控制蛋白质合成 课件（共48张PPT）

(共48张PPT)
第四节 基因控制蛋白质的合成
第三章 遗传的分子基础
一、基因通常是DNA分子的功能片段
1、概念：基因是具有遗传效应的核酸（DNA或RNA）片段。
基因是
遗传物质结构和功能的基本单位
DNA分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称
真核生物、原核生物、DNA病毒的DNA片段
RNA病毒的RNA片段
基因
……CCGCGCTACATCGATAT…TCGCGTGATCGATGC……
……GGCGCGATGATGCTATA…AGCGCACTAGCTACG……
DNA上核苷酸序列
DNA、基因、核苷酸序列之间的关系图
2、DNA分子的双重功能
①、携带遗传信息
以自身为模板，半保留的进行复制，保持遗传信息的稳定性。
②、表达遗传信息
DNA中贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
DNA
mRNA
mRNA
转录
翻译
氨基酸
tRNA
加工
多肽链
表达：指基因形成RNA产物以及mRNA被翻译为蛋白质的过程。
基因
mRNA
蛋白质
转录
翻译
基因
tRNA或rRNA
转录
基因表达
过程
产物
蛋白质
tRNA或rRNA
二、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA——转录
1、概念：是以DNA的一条链为模板，依据碱基互补配对原则，合成RNA的过程。遗传信息从DNA传递到RNA。
RNA聚合酶
RNA聚合酶的作用：①断裂氢键，解开双螺旋；②识别特定核苷
酸序列（启动部位）并与之结合；③形成磷酸二酯键，合成RNA
转录过程中不需要解旋酶。
启动子：转录的起始位点
解旋
2、过程
（1）、解旋：RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合，使包括一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开。
终止子：转录的结束位点
转录并不是沿着整条DNA长链进行的。故RNA长度短于DNA长度
1个启动子能控制1个或多个基因的转录。
基因2
终止子
启动子
基因1
（2）、合成RNA：以解旋开来的一条链为模板，以四种游离的核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则合成单链的RNA分子。
A
A
G
T
C
A
G
A
T
C
A
A
G
A
C
T
A
A
G
T
C
A
G
A
T
C
A
A
G
A
C
T
C
A
G
U
U
G
A
U
U
U
模板链
编码链
RNA
RNA聚合酶
碱基互补配对原则：A与U;T与A; C与G;G与C
RNA聚合酶
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
T
T
模板
游离的核糖核苷酸
以DNA的一条链为模板合成RNA
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
形成的mRNA链，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
mRNA
母链
转录方向：RNA链的5’→3’；
模板链的3’→5’；
DNA双螺旋重新形成→DNA双螺旋解开
特点：边解旋边转录
RNA-DNA配对区域：A-U、T-A、C-G、
G-C进行配对。转录过程中不断有氢键
的形成与断裂。
（A）
5’
3’
RNA聚合酶
DNA
RNA
DNA双螺旋解开
DNA双螺旋恢复
5’
3’
转录方向
5’
基因1
基因2
基因
模板链
模板链
模板链
5’
5’
（B）
3’
3’
1个DNA中不同基因的模板链可能不同。
解旋
（3）、加工：在真核细胞中，细胞核内转录而来的RNA产物在细胞核内经过加工才能成为成熟的mRNA，然后转移至细胞质中，用于蛋白质的合成。
加工
mRNA
转运
核膜
核孔
mRNA
RNA聚合酶经核孔进入细胞核中，该过程消耗能量，穿过0层膜。
RNA原料经主动转运进入细胞核中，该过程消耗能量，穿过2层膜。
转录形成的（前体）RNA需要在细胞核中进行加工后才能成为成熟的mRNA。经核孔进入细胞质中并与核糖体相结合合成蛋白质。
基因2
终止子
启动子
基因1
转录
剪切
连接
前体RNA
mRNA
RNA加工的过程：
RNA加工在细胞核中进行，伴随着磷酸二酯键的形成和断裂，加
工后的RNA碱基序列变短。
RNA的分类及功能
RNA
病毒RNA:病毒的遗传物质
mRNA（信使RNA）:传递DNA上的遗传信息
tRNA（转运RNA）:把氨基酸运送到核糖体上
rRNA（核糖体RNA）:核糖体的重要成分，行使功能必需
核酶:催化作用
3、时间：随时，分裂间期（G1、G2）旺盛。
4、场所：真核细胞主要在核中，线粒体和叶绿体也有。原核细胞在拟核（细胞质）。
5、转录条件：
模板
原料
能量
酶
以解旋开的一条DNA链为模板
四种游离的核糖核苷酸
ATP 断裂氢键
RNA聚合酶
三、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成—翻译
1、 概念：游离在细胞质中的各种氨基酸以mRNA为模板，在核糖体上合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。
2、场所：核糖体
3、密码子（遗传密码）：在mRNA上每3个相邻的核苷酸（碱基）
排列成的三联体，决定一种氨基酸。
起始密码子
终止密码子
密码子
类型：
翻译开始的部位
翻译结束的部位，只有3个，不编码氨基酸
种类：
64种
能编码氨基酸的密码子有61种。
A A G U G G U C G U C A U U U A A C
通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。
密码子与氨基酸的关系：一种密码子决定一种氨基酸，一种氨基酸可由多种密码子决定。
除少数氨基酸只有1种密码子外，多数氨基酸都有2种或多种密码子
mRNA上密码子的种类、数量、排列顺序决定了蛋白质中氨基酸的种类、数量、排列顺序。
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
亮氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
4、转运RNA（tRNA）
①、功能：转运氨基酸
②、来源：由DNA转录而来
③、tRNA中有许多碱基或碱基对,也存在氢键。
④、反密码子：由tRNA末端三个相邻的碱基组成。
读取：长臂→短臂；3’→5‘
氨基酸结合位点
碱基对
碱基不配对
C
U
A
反密码子
长臂
短臂
⑤、反密码子与密码子之间的关系：碱基恰好互补配对，所以一种密码子对应一种反密码子。
⑥、tRNA与氨基酸之间的关系：一种tRNA只能转运一种氨基酸；一种氨基酸能被多种tRNA转运。
长臂
短臂
DNA双链 a链 C
b链 T C A
mRNA C A U
tRNA
密码子 G C A
氨基酸 色氨酸
G T
A C C
A G T
C G T
G C A
T G G
G C A
G
U G G
C A
G C A
C G U
A C C
A G U
C G U
G C A
U G G
U C A
丙氨酸
丝氨酸
丙氨酸
DNA
编码链
mRNA
tRNA
G
T
A
C
T
A
C
U
A
G
U
A
⑦、DNA、mRNA、tRNA碱基之间的关系
转录
A A C U G G U C G U C A U U U A A C
U G A
苏氨酸
C C A
甘氨酸
G C A
精氨酸
G U A
组氨酸
G C A
精氨酸
G U A
组氨酸
5、过程
终止密码子
加工
苏氨酸
精氨酸
组氨酸
mRNA
肽链
核糖体
①、翻译过程中密码子与反密码子的碱基之间发生互补配对现象。
②、核糖体在mRNA上移动。
移动方向：短肽链→长肽链；肽链→氨基酸；tRNA的长臂→短臂
5’
3’
mRNA
肽链
核糖体
③、tRNA识别密码子并决定氨基酸种类，同时将氨基酸搬运至
核糖体上。
④、一个mRNA上同时结合多个核糖体进行多条肽链的合成，这
种特点提高了翻译的效率。
⑤、同一个mRNA翻译结束后所得到的多肽链一样，因为翻译的
模板是相同的。
⑥、在核糖体上翻译形成的多肽链要经过加工后才能具有生物活
性，发挥特定的功能。
5’
3’
mRNA
肽链
核糖体
⑦、蛋白质合成（翻译完成）后mRNA会被 分解成核糖核苷酸
5’
3’
基因碱
基序列
mRNA密码子
的种类、数量、
排列顺序
蛋白质氨基酸
的种类、数量、
排列顺序
决定
决定
⑧、蛋白质多样性的根本原因：碱基序列的多样性
⑨、真核细胞的转录和翻译一般分别发生在细胞核和核糖体中，是先转录后翻译；而原核细胞的转录和翻译都发生在细胞质，是边转录边翻译。
⑩、翻译过程中需要mRNA、tRNA、rRNA三种RNA参与。
原核细胞
细胞质
氨基酸
细胞核
真核细胞
mRNA
肽链
核糖体
6、翻译的条件
以mRNA为直接模板
模板
原料
能量
酶
工具
ATP 蛋白质的合成为吸能反应
约20种游离的氨基酸
多种与蛋白质合成有关的酶
tRNA
7遗传信息的传递方向：
mRNA→蛋白质
复制 转录 翻译
场所
模板
原料
碱基互补
酶
产物
细胞核
DNA的一条链
游离的氨基酸
游离的核糖核苷酸
mRNA与tRNA之间
mRNA
多肽链
细胞质核糖体
mRNA
母链与mRNA之间
复制、转录、翻译比较表
母链与子链之间
游离的脱氧核糖核苷酸
DNA的每一条链
两条DNA链
细胞核
解旋酶等
RNA聚合酶
A-T T-A C-G G-C
A-U T-A C-G G-C
A-U U-A C-G G-C
【巩固1】根据表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是( )
A.TGU B．UGA C．ACU D．UCU
C
【巩固2】在绝大多数生物中，遗传信息的主要传递方式是( )
A．蛋白质→DNA→RNA B．蛋白质→RNA→DNA
C．DNA→RNA→蛋白质 D．RNA→DNA→蛋白质
【巩固3】某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是 (　　)
A．75对碱基 B．78对碱基
C．90对碱基 D．93对碱基
【巩固4】关于转录和翻译的叙述，错误的是( )
A．转录时以核糖核苷酸为原料
B．转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
C．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质
D．不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性
C
D
C
【巩固5】关于下图的叙述，不正确的是 (　　)
A．图中①表示细胞核；③表示细胞质；⑤表示转运RNA；⑥表示氨基酸
B．碱基互补配对原则在该图示的两个过程中均有体现
C．该图所示的过程，可用文字表述为：“真核生物细胞内蛋白质合成过程示意图”
D．该图所示的过程可用以下图解表示：
D
【巩固6】下列关于甲、乙、丙三个与DNA分子有关的图的说法， 不正确的是 ( )
A．甲图DNA放在含15N培养液中复制2代，子代含15N的DNA单链占总链的7/8，丙图中①的碱基排列顺序与③不相同
B．甲图②处的碱基对缺失导致基因突变，限制性核酸内切酶可作用于①部位，解旋酶作用于③部位
C．丙图中所示的生理过程为转录和翻译，甲图中(A＋C)/(T＋G)比例表现DNA分子的特异性
D．形成丙图③的过程可发生在拟核中，小麦叶片细胞中能进行乙图所示生理过程的结构有细胞核、叶绿体、线粒体
C
四、基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
1、基因与性状之间的关系
（1）基因与性状并不是简单的线性关系
①、一对等位基因控制一对相对性状
②、多对等位基因控制一对相对性状
③、一对等位基因控制多对相对性状
（2）性状并非完全取决于基因。生物的性状从根本上由基因决定，同时还受环境条件的影响，因此性状是基因和环境共同作用的结果。
2、基因控制生物性状的途径
基
因
控制合成
结构蛋白
组成
细胞结构
酶
参与代谢
细胞代谢
生物性状
直接途径
间接途径
3、细胞内多种功能性RNA分子也参与性状表现
①、功能性RNA基因的表达产物就是具有特定功能的RNA分子，它们是不被翻译的。（tRNA、rRNA、核酶）
②、某些RNA具有调控基因表达的功能。
某些RNA能与mRNA形成双
链，阻断翻译过程，达
到调控基因表达的目的。
五、中心法则
①是 过程，表示遗传信息的传递。
发生在 的细胞中。
②是 过程，发生在 的细胞中。
③是 过程，必需要 酶催化。
发生在 的细胞中。
④是 过程，发生在 的细胞中。
⑤是 过程，发生在 的细胞中。
DNA复制
能分裂的和被病毒感染
转录
正常或不正常的活
逆转录
逆转录
被有逆转录酶的RNA病毒感染
RNA复制
被RNA病毒感染
翻译
正常或不正常的活
不同生物在增殖过程中遗传信息传递的过程
①、以DNA为遗传物质的生物
②、以RNA为遗传物质的生物（含有逆转录酶）
③、以RNA为遗传物质的生物（不含逆转录酶）
复制
转录
翻译
复制
转录
逆转录
翻译
翻译
复制
3.中心法则与基因表达的关系