4.1 基因指导蛋白质的合成 课件(共64张PPT)

(共64张PPT)
第 4章基因的表达
问题探讨：
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、互相争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来。
(1)利用已经灭绝的恐龙基因,真的能使恐龙复活吗
思考:
(2)如果要使恐龙复活,我们首先需要解决的问题是什么
问题：
① DNA主要存在于细胞的哪个部分？
②蛋白质合成的场所是什么？
遗传信息是如何从细胞核传到核糖体，从而控制蛋白质合成的？
两种可能性:
(1)基因从核孔中出来,直接参与蛋白质的合成;
(2)基因将遗传信息传给一个中间介质,中间介质从细胞核中出来,参与蛋白质的合成.
思考:
哪种可能性大一些
细胞核中的DNA如何指导细胞质中的蛋白质的合成
基因
蛋白质的合成
指导


谁来充当基因和蛋白质之间的中间介质
——RNA
问：为什么RNA适于作DNA的信使？
先从DNA和RNA的比较入手吧！
五碳糖
核苷酸
RNA一般是单链较短，DNA一般是双螺旋。
RNA适于作DNA的信使
蛋白质
rRNA
mRNA
信使RNA(mRNA）：
遗传信息传递的媒介
转运RNA(tRNA）：
转运氨基酸
核糖体RNA (rRNA）：
核糖体组成结构的一部分
RNA种类和功能：
含有氢键
比较项目 DNA RNA
基本单位
五碳糖
含氮碱基
结构
主要存在部位
DNA,RNA 的主要区别
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
A T C G
A U C G
多为双链结构
多为单链结构
细胞核
细胞质
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
一、转录
在_______内，以DNA的______为______， 按照____________的原则合成_____的过程。
细胞核
一条链
模板
碱基互补配对
RNA
场所
模板
T
C
A
T
G
A
T
T
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
DNA的平面结构图
细胞核中
转录过程：
A
G
T
A
C
T
A
A
T
DNA的一条链
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
游离的核糖核苷酸
(原料）
1.DNA双螺旋解开，DNA双链的碱基得以暴露，其中一条链提供准确模板；
细胞核中
2.游离的核糖核苷酸随机地与DNA链的碱基碰撞
A
G
T
A
C
T
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
RNA
聚合酶
细胞核中
DNA的一条链
A
G
T
A
C
T
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
RNA
聚合酶
细胞核中
DNA与RNA的碱基互补配对：A—U; T—A; C—G；G—C
DNA的一条链
A
G
T
A
C
T
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
细胞核中
DNA的一条链
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
细胞核中
3.新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的
mRNA分子上
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
细胞核中
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
A
细胞核中
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
A
U
细胞核中
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
A
U
A
细胞核中
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
C
G
G
U
U
A
A
U
A
U
细胞核中
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
A
U
A
U
C
细胞核中
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
U
U
A
U
U
A
U
C
形成mRNA，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
DNA
mRNA
DNA mRNA
遗传信息
A
G
T
A
C
A
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
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
T
C
A
T
G
A
T
T
A
4.合成的mRNA从DNA链上释放，而后，DNA双链恢复
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
细胞核
mRNA通过核孔进入细胞质
一起回忆并思考
1、DNA复制与转录的异同点？
2、转录形成的RNA碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
一、遗传信息的转录
复制 转录
场所
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
DNA的两条链
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
G－C、C－G、T－A、A － T
G－C、C－G、T－A、A－U
RNA
相同
相同
不同
不同
不同
不同
不同
一、遗传信息的转录
……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
思考与讨论
RNA
▲ 基因的两条链中，一条是模板链也叫转录链，另一条是非模板链也叫非转录链。
▲ DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，到底哪条链 是模板链不是固定不变的。
▲ 作为模板的只是DNA链中的某个片段——基因；
按照碱基配对原则，
1、写出以b链为模板转录形成的RNA碱基序列，
2、写出与b链对应的a链的碱基序列。
比较RNA和a链的碱基序列的差异。
3'
请指出RNA延伸方向
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
RNA
3'
5'
5'
3'
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
5'
1.场所：
2.条件 ：

3.产物：
4.碱基配对：
5.信息传递方向：
模板：DNA其中一条链为模板链
原料：4种游离的核糖核苷酸（A、U、C、G）
能量：ATP
酶：RNA聚合酶等
细胞核（主要）、线粒体、叶绿体
DNA mRNA
一、转录：
mRNA（主要）、rRNA、tRNA
G－C、C－G、T－A、A－U
　 转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质的氨基酸序列，那么，mRNA的碱基序列如何能变成蛋白质中的氨基酸序列呢？
二、遗传信息的翻译
1、概念
游离在细胞质中的各种氨基酸就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。叫做翻译。
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
4种碱基
蛋白质
mRNA

21种氨基酸
1个碱基 1种氨基酸,那么41＝ 4种氨基酸
2个碱基 1种氨基酸,那么42 ＝16种氨基酸
3个碱基 1种氨基酸,那么43 ＝64种氨基酸
DNA
转录
碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA（模板）
密码子
密码子
密码子
2、密码子
概念：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
2 1 U C A G 3
U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半光氨酸 半光氨酸 终止 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 (起始密码) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 （起始密码) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
（4）、而一种氨基酸可以有一个或多个密码子。如色氨酸的密码子只有UGG，亮氨酸、精氨酸有6个密码子 。
这样就使21种氨基酸有62种密码子。
解读密码子表：
（1）、64种密码子中，有62种决定氨基酸，另外3种（UAA、UAG、UGA）则为终止密码子，不决定氨基酸。
（3）、一种密码子只代表一种氨基酸！
（2）、AUG、GUG分别代表甲硫氨酸和缬氨酸，是起始密码子，为翻译的起点。
遗传信息和遗传密码的比较
遗传信息 遗传密码
区 别 位置
内容
作用
联系
在DNA上
在mRNA上
许多个脱氧核苷酸排列
顺序，如ATGCAGTC
三个相邻的核苷酸（碱
基），如AGU、CGA
间接作用：决定着氨基酸
的排列顺序
直接作用：控制氨基酸
的排列顺序
1、RNA是以DNA的某一单链某一片段（基因）为模
转录来的，DNA的遗传信息决定RNA的遗传密码
2 DNA的遗传信息只有通过RNA的翻译，生物的
性状才能得以表现。
遗传信息的翻译
种，决定氨基酸的有 种
2、密码子
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
（1）定义：
（2）位置：
（3）种类：
（4)与氨基酸的对应关系：
(5）特性：
mRNA上
，3种终止密码子
　　　　　　　　　　一种密码子只决定一种氨基酸，
一种氨基酸可由多种密码子决定(密码子的简并性)。
(1)简并性：意义：维持性状的稳定。
(2)通用性：所有生物共用一套密码子。
64
62
那么：
游离在细胞质中的氨基酸
怎样运送到
核糖体
tRNA
搬运工
搬运到
称为
二、遗传信息的翻译---运输工具
④种类：62种
每种转运RNA只能转运一种氨基酸，而一种氨基酸可以有几种转运RNA转运
3、搬运工： tRNA
①结构：稳定的三叶草结构
（其“叶柄”端能与一个特定的氨基酸结合，“叶片”端有三个特殊的碱基）
②反密码子：转运RNA上能与mRNA上的“密码子”相识别的三个相邻的碱基
③功能：运输氨基酸，识别mRNA上的密码子
专一性（专一识别一种氨基酸的密码子，专一转运一种氨基酸）
例、一个tRNA的反密码子为UUC，那么它转运的应该是哪种氨基酸？
解析：反密码子为UUC，那么对应mRNA上的密码子为AAG， 查表为赖氨酸
密码子与反密码子的比较：
密码子 反密码子
位置
种类
特点
功能
mRNA上
tRNA上
64种
61种
一种密码子只决定　
　　一种氨基酸，
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定。
一种tRNA只转运
　　一种氨基酸，
一种氨基酸可由一种或多种tRNA转运。
编码(决定)氨基酸
与密码子配对，将氨基酸运输到相应位置
4、翻译过程：
①mRNA从核孔进入到细胞质中与核糖体结合起来；
②转运氨基酸；
③安放氨基酸；
④合成多肽链、并盘曲折叠成有一定功能的蛋白质等四个主要步骤。
甲硫氨酸
U A C
C U A
天冬氨酸
A
C
G
U
G
A
U
U
A
mRNA
碱基互补配对
反密码子
第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合，携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
A U G G C U C C G A C A
丙氨酸
C G A
U A C
U A C
甲硫氨酸
mRNA 与核糖体结合.
tRNA 上的反密码子与 mRNA上的密码子互补配对 .
两个氨基酸分子脱水缩合
第2步 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
A U G G C U C C G A C A
丙氨酸
C G A
甲硫氨酸
脯氨酸
G G C
G G C
核糖体随着 mRNA滑动.
A U G G C U C C G A C A
丙氨酸
甲硫氨酸
谷氨酸
G G C
苏氨酸
U G U
一个个氨基酸分子缩合成链状结构
核糖体沿着mRNA移动---5'至3'端
三种RNA在翻译过程中均参与其中并各司其职
mRNA
核 糖 体
肽 链
tRNA
氨基酸
以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的肽链。
资料
资料
二、翻译：
1.定义：
2.场所：
3.条件：
　(1)模板：
　(2)原料：
　(3)酶和能量。
　(4)工具：
(5)细胞器：
4.产物：
5.碱基互补配对原则：
6.信息流动方向:
以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
核糖体上。
mRNA。
21种氨基酸。
tRNA。
核糖体。
蛋白质(多肽链）。
A-U,U-A,C-G,G-C。
mRNA
蛋白质
翻译
一个mRNA分子同时结合多个核糖体
意义：少量的mRNA分子就可以迅速合成出
大量的蛋白质
观察上图，翻译的方向是：
从左向右
U
C
A
A
U
G
氨基酸
DNA6个碱基
信使RNA3个碱基
1个
1个ｔRNA　
三、与转录翻译有关的计算
注意将此题与蛋白质的分子总量结合的题。
基因的碱基数、RNA的碱基数和蛋白质中的氨基酸的数量关系：
DNA碱基数：信使RNA碱基数：肽链中氨基酸数=6：3：1
四、中心法则
回忆DNA复制、基因指导蛋白质合成过程，尝试画出一张遗传信息的传递方向图。
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
四、中心法则
1957年，克里克首先预见了遗传信息的传递规律，并将这一规律命名为中心法则。
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
四、中心法则
1965年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。
RNA RNA
RNA复制酶
1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
RNA DNA
逆转录酶
中心法则及其发展
四、中心法则
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
目前完整的中心法则
生命是物质、能量和信息的统一体。
四、中心法则
生物种类 遗传信息的传递过程
以DNA作为遗传物质的生物 原核生物
真核生物
DNA病毒
以RNA作为遗传物质的生物 某些RNA病毒
逆转录病毒
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
DNA
转录
RNA
逆转录
RNA
复制
各种生物的遗传信息传递过程
四、中心法则
人们对基因的认识
转录
通过和DNA的比较来认识RNA
翻译
六、本堂小结
中心法则
1、据基因控制蛋白质合成过程遗传信息的传递的规律，填写下表：
DNA双链 T
T
信使RNA U
转运RNA G
氨基酸
A
A
A
C
U
A
G
C
组氨酸
动动脑、动动手：
2、根据蛋白质中遗传信息传递规律，填写表中空白并回答问题
DNA双链 C A
G
信使RNA A
转运RNA G A G
氨基酸 丙氨酸
A链
B链
C链
D链
A、丙氨酸的密码子是 ，决定合成该氨基酸的DNA上的碱基是 。
B、第二个氨基酸是 ，（查密码表）
C、 链为转录的模板链，遗传密码子存在于 链上。
T
U
GCA
CGT
UGC半胱氨酸
A
C
3、已知某转运RNA的一端的三个碱基顺序是GAU，它所转运的氨基酸是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码是由下列哪个转录来的（ ）
A、GAT B、GAA
C、GUA D、CTA
A
4、已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是（ ）
A.12 B. 24 C. 18 D. 30
D