2.4.1 基因指导蛋白质合成（（共71张PPT））

第四章 基因的表达
基因指导蛋白质的合成
基因
肤色
眼皮单双
血型
基因
有遗传效应的DNA片段
控制生物性状
在染色体上呈线性排列
遗传物质的结构单位和功能单位
基因a
基因b
基因c
基因d
间隔片段：不携带任何遗传信息
基因：带有特定的遗传信息
基因控制生物体的性状
指导
合成
蛋白质
直接体现者
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
基因是怎样指导蛋白质合成的呢？
1、DNA（基因）主要存在于哪里？
2、蛋白质在何处合成？
DNA
主要存在于细胞核中
蛋白质的合成
在细胞质中的核糖体上进行
指导
通过RNA作为信使
问题：为什么RNA适于作DNA的信使？
为什么RNA适于作DNA的信使？
RNA也是由核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。
RNA与DNA的关系中，也遵循碱基互补配对原则。
RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
RNA和DNA的区别
项目
RNA
DNA
名称
组成
基本单位
结构
存在部位
功能
核糖核酸
脱氧核糖核酸
核糖核苷酸
脱氧（核糖）核苷酸
一般为单链
一般为双链
主要存在于细胞质中
主要存在于细胞核中
C、H、O、N、P 核糖、磷酸、含氮碱基：A、G、C、U
C、H、O、N、P 脱氧核糖、磷酸、含氮碱基：A、G、C、T
传递遗传信息
携带遗传信息
核糖与脱氧核糖
RNA的种类和功能
信使RNA（mRNA）
作为DNA的信使，将DNA的遗传信息转录下来，传递至细胞质中的核糖体上，控制蛋白质的合成。
转运RNA（tRNA）
氨基酸的运载工具。（一种转运RNA只能识别和转运一种氨基酸）
核糖体RNA（rRNA）
核糖体的组成部分
问题：
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？
一、遗传信息的转录
在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成RNA的过程，称为转录。
DNA的转录过程
DNA的平面结构图
A
G
T
A
C
A
A
A
T
T
C
A
T
G
A
T
T
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA中转录模板链
游离的核糖核苷酸
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
RNA 聚合酶
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
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
mRNA
场所:
模板:
原料:
条件:
产物:
特点:
原则:
细胞核
DNA上基因的一条链
四种核糖核苷酸(A、G、C、U）
需要酶和ATP
单链的mRNA
边解旋边转录
碱基互补配对原则
（A=U,T=A; G=C,C=G）
转录小结
复制与转录的比较
复制
转录
场所
解旋
模板
原料
酶
能量
碱基配对
产物
细胞核
细胞核
完全解旋
只解有遗传效应的片段
DNA的两条链
只有DNA的一条链
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
DNA解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
子代DNA
mRNA
C－G、A－U、T-A
C－G、T－A
转录和DNA复制都是以DNA为模板并按碱基互补配对原则进行的，碱基互补配对原则能够保证遗传信息准确无误地传递下去，从而保证了遗传地稳定性。
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、转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有那些异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有那些异同？
转录的RNA碱基序列碱基序列和模板DNA单链的建基序列互补配对，与DNA的另一条链的碱基序列相同（但DNA单链上的T换成U）。
思考和讨论
转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，mRNA上的碱基序列如何决定蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序的呢？或者说mRNA如何将其从DNA模板链上获得的信息体现到能直接表现出生物体的性状的蛋白质上的呢？
思考
二、遗传信息的翻译
1、定义：在细胞质中的核糖体上,以游离在细胞质中的各种氨基酸为原料，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸种类、数量和排列顺序以及空间结构的蛋白质的过程，称为翻译。
碱基与氨基酸之间的对应关系
DNA和RNA都只含有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种。这4种碱基是怎样决定蛋白质的20种氨基酸的？
如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？
思考与讨论
41＝4，不行
42＝16，不行
43＝64，足足有余
实验证明：1961年英国的克里克和同事用实验证明了一个氨基酸是由mRNA上的3个碱基决定的，即mRNA上的3个相邻的碱基决定一个氨基酸，把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基叫做三联体密码子
到底是如何决定的呢？
密码子
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
密码子
密码子
2、遗传密码：
遗传学上把mRNA中决定氨基酸的不同碱基排列顺序，叫做“遗传密码”。把其中决定一个氨基酸的相邻的三个碱基叫做密码子。
遗传密码表
a、一种氨基酸可以和多个密码子相对应
b、一个密码子只和一种氨基酸相对应
c、二个密码子（AUG、GUG）可以作为起始密码，同时可以决定氨基酸。三个终止密码（UAA、UAG、UGA）不决定任何氨基酸。
d、氨基酸的种类；20种
密码子的种类：64种（61种有义密码）
从遗传密码表中可看出：
c、简并性：一种氨基酸有两种以上的密码子的情况 。
遗传密码的特性：
a、有3个终止密码，没有对应的氨基酸，所以，在64个遗传密码中，能决定氨基酸的遗传密码子只有61个。
b、通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。
对应的氨基酸序列为：甲硫氨酸－谷氨酸－丙氨酸－半胱氨酸－脯氨酸－丝氨酸－赖氨酸－脯氨酸
a、mRNA的碱基序列是AUGGAAGCAUGCCGCAAGCCG,
你能写出对应的氨基酸序列吗？
b、地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子表。根
据这一事实说明什么？
说明地球上所有的生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有共同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。
思考和讨论
c、从密码子表可以看出，一种氨基酸可能由几个密
码子决定，这一现象称做密码的简并性。你认为
密码的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
从密码子的简并性我们能够认识到：
如果密码子中的一个碱基发生变化，可能影响到蛋白质氨基酸的种类，也有可能蛋白质的氨基酸种类不发生变化（例如GAU、GAC都决定天冬氨酸）
这就保证了生物遗传的相对稳定性。又使生物出现变异，从而促进生物的发展变化。
问题：氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢？
通过tRNA（转运RNA或运输RNA）从细胞质中运送到核糖体上
三叶草形
有臂
一端可携带氨基酸
有环
另一端有三个碱基
tRNA的分子结构
3、转运RNA(tRNA)
A
C
U
天冬
酰氨
反密码子
A
U
G
异亮
氨酸
反密码子
　　转运RNA(tRNA)：分子结构呈三叶草形，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称为“反密码子”，能与mRNA上的“密码子”相识别。反密码子的种类：61种。
4、翻译过程
A
U
G
G
A
U
A
U
C
mRNA
？
甲硫氨酸
C
U
A
反密码子
核糖体
密码子
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
转运RNA
氨基酸
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
反密码子
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸!
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
核糖体
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
肽键
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
肽键
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
A
C
U
A
U
G
亮氨酸
天门冬
氨酸
异亮氨酸
肽链
肽链合成完毕后，一条或几条肽链通过一定的空间构建方式组成一种或多种具有特定空间结构的蛋白质，从面表现出生物体特定的性状。
翻译小结
场所:
模板:
原料:
条件:
产物:
原则:
细胞质的核糖体上
以信使RNA为模板
二十种氨基酸
需要酶和ATP
多个多肽或蛋白质
密码子与反密码子配对,既碱基互补配对原则（A=U，G=C）
遗传信息的转录与翻译的比较
转录
翻译
场所
原料
配对
解旋
产物
细胞核
细胞质
4种核糖核苷酸
氨基酸
DNA－mRNA
A—U、T—A、C—G
mRNA－tRNA
A—U、C—G
有
无
RNA
多肽（还需加工）
DNA（基因）的遗传信息
mRNA的遗传信息
蛋白质的氨基酸排列顺序
转录
翻译
氨基酸的个数n
碱基的个数3n
碱基的个数6n
三、基因控制合成蛋白质的全过程
DNA
(基因)
蛋白质
mRNA
转录
翻译
遗传信息的流动过程
（遗传的中心法则）
基因指导蛋白质合成的全过程
蛋白质是生物性状的体现者，基因通过控制蛋白质的合成从而控制了生物的性状。
1、基因控制蛋白质合成的最终结果是什么？
2、生物表现出多样性的根本原因和直接原因是什么？
直接原因：蛋白质的种类及其多样，体现了不同的性状。
根本原因：DNA分子上的脱氧核苷酸的排列顺序不同。
思考、讨论、练习
3真核细胞中复制、转录、翻译的比较
DNA复制
转录
翻译
时间
场所
模板
原料
酶
能量
原则
特点
产物
遗传信息
遗传密码
生物性状
细胞分裂间期
细胞核
DNA的两条链均为模板
四种脱氧核苷酸
DNA聚合酶等
ATP
A-T、G-C
半保留复制
边解旋边复制
2个子代DNA分子
生长发育过程
细胞核
基因的一条链为模板
四种核糖核苷酸
RNA聚合酶等
ATP
A-U、T-A
G-C ，C-G
边解旋边转录
1个信使RNA
生长发育过程
细胞质
mRNA为模板
二十种氨基酸
特定的酶等
ATP
mRNA与tRNA配对
A-U, G-C
多个特定氨基酸顺序的蛋白质
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n
4、DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之家有何数量关系？
说明：因为基因中存在终止密码子等片段，实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
n
DNA
3n
3n
3n
转录
翻译
5、组成人的核酸的碱基和核苷酸各共有（ ）
A、5、5 B、5、8
C、8、5 D、4、4
6、组成噬菌体的核酸的碱基和核苷酸各共有（ ）
A、5、5 B、5、8
C、8、5 D、4、4
7、已知一段信使RNA上有12个A和G，该信使RNA上共有30个碱基，那么转录成信使RNA的这一段DNA分子中应有C和T（ ）个
A、12 B、18 C、24 D、30
8、一个双链DNA分子中碱基A占30%，其转录成的信使RNA上的U为35%，则信使RNA上的碱基A为（ ）
A、30% B、35% C、40% D、25%
9、某一多肽链共有100个氨基酸，则控制合成该肽链的基因中的碱基数至少有（ ）个？
A、600 B、300 C、297 D、594
10、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
答案：A
11、信使RNA中核苷酸的顺序是由下列哪项决定的（ ）
A、转运RNA中核苷酸的排列顺序
B、蛋白质分子中氨基酸的排列顺序
C、核糖体上的RNA核苷酸的排列顺序
D、DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序
答案：D
A、核糖体RNA B、转运RNA
C、信使RNA D、氨基酸
答案：B
12、在遗传信息的转录和翻译过程中，起翻译者作用的是（ ）
13、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
1、丙氨酸的密码子是 ，决定合成该氨基酸的DNA上的碱基是 。
2、第二个氨基酸是 （查密码表）
3、 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
A
密码子
精氨酸
氨基酸
转运RNA
G
信使RNA
G
G
DNA
双链
14、根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律，在下面表格数码中填入相应的字母：
C
C
C
A
A
T
C
G
U
C
G
15. 某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( 　 )
A．198个 B．199个 C．200个 D．201个
A
16、某DNA片段所转录的mRNA中U%＝28%，A%＝18%，则个DNA片段中T%和G%分别占（　 ）。
A. 46%,54% B.23%,27% C.27%,23% D.46%,27%
B
A1
T2
T1
A2
G1
C1
C2
G2
1
2
Am
Um
Gm
Cm
mRNA
再见