4.1 基因指导蛋白质的合成(共59张PPT)

(共59张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
第四章 基因的表达
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。
讨论
1、从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
2、基因如何指导蛋白质的合成？
目录
一、DNA和RNA结构 与功能的比较
二、遗传信息的转录
三、密码子的概念
四、密码子及密码子表的分析
五、tRNA
六、遗传信息的翻译
七、中心法则
八、基因表达中相关数量的计算
蛋白质的合成场所是细胞质中的核糖体，DNA主要存在于细胞核中，且核DNA不能通过核膜或核孔进入细胞质(核孔是某些大分子进出细胞核的通道，主要是蛋白质和一些RNA，不包括DNA)。DNA和蛋白质之间存在一种物质，这种物质可在DNA与蛋白质之间充当信使。
思考：
DNA和RNA在结构与功能上有什么异同点呢？
一、DNA和RNA结构与功能的比较
阅读P64~65有关DNA和RNA的内容，完成以下表格
种类 DNA RNA
基本单位
五碳糖
特有碱基
空间结构
真核生物中的分布
共同点 脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
T
U
规则的双螺旋结构
多呈单链结构
主要在细胞核中，少量在线粒体、叶绿体
主要在细胞质基质、线粒体、叶绿体、核糖体中，少量在细胞核中
都由C、H、O、N、P五种元素组成，基本组成单位都是核昔酸，都含有磷酸、腺瞟吟、鸟瞟吟和胞密淀，都可以携带遗传信息
1、RNA的种类有哪些？
信使RNA（mRNA）
转运RNA（tRNA）
核糖体RNA
（rRNA）
由DNA转录来的，有遗传密码
运载特定的氨基酸，有反密码子
参与核糖体的构成
思考
2、RNA为什么适合作为DNA的媒介？
1.RNA一般是单链而且比DNA短，所以能通过核孔进入细胞质。
2.它是由基本单位------核糖核苷酸（4种）连接而成，也可以储存遗传信息。
同时遵循“碱基互补配对原则”。
3、遗传信息是怎样转录的呢？
二、遗传信息的转录
转录的概念
在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程
RNA聚合酶
（1）化学本质：
蛋白质
（2）作用：
催化RNA的合成
（3）作用位点：
氢键、游离的核糖核苷酸之间的磷酸二酯键
1、转录的场所、模板、酶、原料和产物分别是什么？
转录的场所——主要在细胞核
模板——DNA的一条链
酶——RNA聚合酶
原料—核糖核昔酸
产物——RNA
2、转录形成的mRNA的碱基序列与作为模板的DNA单链的碱基序列有什么关系？与另一条DNA单链的碱基序列有什么异同？
转录形成的mRNA的碱基序列与作为模板的DNA单链的碱基序列碱基互补配对；与另一条DNA单链的碱基序列基本相同，只是另一条DNA单链上的T被U替代。
3、转录时，碱基互补配对具体是怎样的？
A-U，T-A，C-G，G-C
4、转录与DNA复制有什么共同之处？
都是边解旋边进行，都遵循碱基互补配对原则，都需要模板、原料、酶和能量
A
G
T
A
C
T
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA的一条链
以DNA的一条链为模板
RNA
聚合酶
游离的核糖核苷酸
A
G
T
A
C
T
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA与RNA的碱基互补配对：
A—U；G—C；C—G；T—A
RNA
聚合酶
A
G
T
A
C
T
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
A
U
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
A
U
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
A
U
A
U
C
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
A
U
A
U
C
形成mRNA链，DNA上的遗传信息传递到mRNA上
mRNA
DNA
A
G
T
A
C
T
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
细胞核
核孔
DNA
mRNA在细胞核中合成
T
C
A
T
G
A
T
T
A
转录后进入细胞质的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质，那么mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中的氨基酸序列呢？mRNA 如何将遗传信息翻译成蛋白质呢？
三、密码子的概念
1.组成蛋白质的氨基酸有多少种？
21种
2.信使RNA的碱基有多少种？
4种
3.如果1个碱基决定1个氨基酸，只能决定多少种？
4种
如果2个碱基决定1个氨基酸，只能决定多少种？
16种
4、种碱基如何决定组成蛋白质的21种氨基酸呢？
3个碱基组成密码子来决定21种氨基酸
1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA上的3个碱基决定的，即三联体密码子
密码子的概念
遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫作一个密码子
四、密码子及密码子表的分析
思考·讨论
1、密码子共有多少种？决定氨基酸的密码子有多少种？翻译从哪里开始？此时有对应的氨基酸吗？到哪里结束？此时有对应的氨基酸吗？
64种
正常情况下为61种，在特殊情况下，终止密码子UGA可以编码硒代半胱氨酸，此时决定氨基酸的密码子有62种
起始密码子
有
终止密码子
没有
2、每种密码子可决定几种氨基酸？这体现了密码子的什么性？一种氨基酸可以由几种不同的密码子决定？这被称为密码子的什么性？你认为密码的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
1种
专一性
1种或几种
简并性
可以减少突变对生物体性状的影响，有利于生物的生存
3、地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子表。根据这一事实，你能想到什么？
所有的生物存在共同的原始祖先
五、tRNA
“搬运工”兼“译员” ---- tRNA
功能：
识别密码子，
转运氨基酸。
tRNA的分子结构：
三叶草形
有臂
有环
一端可携带氨基酸
另一端有三个碱基
项目 遗传信息 密码子 反密码子
存在位置 DNA mRNA tRNA
含义
作用
脱氧核苷酸的排列顺序
tRNA上与密码子互补配对的三个相邻碱基
mRNA中三个连续碱基
与 mRNA 密码子配对
蛋白质合成的直接模板，直接决定氨基酸的排列顺序。与 DNA 模板链碱基互补配对
从根本上决定氨基酸排列顺序，指导蛋白质合成
六、遗传信息的翻译
翻译的过程
1、场所
细胞质中的核糖体
2、条件
酶、ATP、tRNA、模板、mRNA、原料、21种游离的氨基酸
3、原则
tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子碱基互补配对(A-U、G-C、U-A、C-G)
4、产物
蛋白质
5、结果
遗传信息从mRNA转移到了蛋白质
思考·讨论
1、DNA转录形成的mRNA从细胞核中出来进入细胞质中穿过几层磷脂双分子层？
0层
2、氨基酸如何进入核糖体？哪个氨基酸进入是由什么决定的？
tRNA搬运
由mRNA上的密码子决定
3、一个核糖体中有几个tRNA的结合位点？翻译的起始位点是哪里？核糖体中的两个氨基酸形成肽键后转移到占据哪个位点的tRNA上？翻译过程形成什么化学键？
2个
核糖体读取起始密码子
2号位的tRNA上
肽键
4、一个含有6n个碱基的DNA分子控制合成的蛋白质，最多由多少个氨基酸组成？
n个
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多个核糖体，同时进行多条肽链的合成(如右图)，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质
一个mRNA分子可以同时结合多个核糖体的意义
转录与翻译的比较
七、中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
1、1957年，克里克提出中心法则
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
逆转录
复制
DNA
蛋白质
转录
翻译
复制
RNA
2、中心法则的发展
中心法则概念
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，，少数生物(如一些RNA毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译
两
一
mRNA
RNA
脱氧核糖核
苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
四种核糖核
苷酸
解旋酶、
DNA聚合酶
RNA聚合
酶
A—T
T—A
A—U
T—A
T—A
U—A
A—T
U—A
八、基因表达中相关数量的计算
1、DNA碱基数、mRNA 碱基数与氨基酸数的关系
DNA碱基数：mRNA碱基数：氨基酸数=6：3：1(不考虑内含子和不编码氨基酸的终止密码子)。
2、计算中“最多”和“最少”问题
(1)mRNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目的关系：
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)DNA上的碱基数目与蛋白质中的氨基酸的数目的关系：
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)原因分析
①DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。
②真核生物基因中存在不编码氨基酸的非编码序列或非转录序列
③转录出的mRNA中有终止密码子，一般情况下终止密码子不编码氨基酸，并且合成的肽链在加工过程中可能会剪切掉部分氨基酸
课后总结
一、DNA和RNA结构与功能的比较
二、遗传信息的转录
三、密码子的概念
四、密码子及密码子表的分析
五、tRNA
六、遗传信息的翻译
七、中心法则
八、基因表达中相关数量的计算
练习与应用
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。
√
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
C