基因指导蛋白质的合成

(共75张PPT)
基因指导蛋白质的合成
第一节
我们的运动主要是靠 收缩来完成
肌肉
大家在课余时都喜欢做什么体育活动
我们的思考是靠
神经元中的蛋白质反应
蛋白质是生命活动的主要承担者
从噬菌体侵染细菌实验中可知：蛋白质受 控制合成？
DNA
DNA
蛋白外壳
噬菌体
大肠秆菌
一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
问：基因（DNA）在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质的核糖体上进行的，在细胞核的基因如何控制在细胞质中的蛋白质的合成呢？两者如何联系起来的呢？
推测：在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质能够作为传达DNA信息的信使。科学家发现此物质就是RNA。
问：为什么RNA适于作DNA的信使呢？
核糖与脱氧核糖
DNA与RNA在化学组成的区别
（１）DNA与RNA分子结构的比较
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
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖(C5H10O4)
核糖(C5H10O5)
A T C G
A U C G
通常呈双链结构
通常呈单链结构
细胞核
细胞质
RNA的相关知识
（2）
R
N
A
的
种
类
信使 RNA(mRNA)
核糖体 RNA(rRNA)
转运 RNA(tRNA)
将DNA的遗传信息转录下来，以遗传密码的形式传递至细胞质的核糖体上，成为蛋白质合成的模板。
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。
核糖体的组成部分
RNA的相关知识
mRNA为什么叫做信使RNA？它是谁的信使？
因为它是遗传信息的传递者，所以叫做信使RNA。它是DNA的信使。
问：为什么mRNA适于作DNA的信使？
RNA的相关知识
(3) RNA适于作DNA信使的原因
RNA的相关知识
1.它的分子结构与DNA很相似,也是由基本单位-核苷酸连接而成,也能储存遗传信息。
2.在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但U-A。
3.RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。
DNA(基因)
蛋白质
RNA
转录
翻译
基因指导蛋白质合成的过程
RNA的相关知识
问：DNA的信息是怎么传给mRNA的？
遗传信息的转录
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
转录动态过程示意图
1、转录的具体过程
遗传信息的转录
以DNA的一条链为模板合成RNA
DNA一条链
游离的核糖核苷酸
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
U
G
G
A
C
U
G
C
U
G
A
遗传信息的转录
1、转录的具体过程
A
G
T
A
C
A
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
遗传信息的转录
1、转录的具体过程
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
U
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
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
mRNA
DNA一条链
遗传信息的转录
1、转录的具体过程
遗传信息的转录
2、转录的定义：
遗传信息的转录
A
DNA
T
G
C
A
C
U
G
mRNA
在细胞核中以DNA的一条链为模板,按碱基互补配对原则，合成RNA的过程（以基因为单位转录）。
问：作为转录模板的是DNA分子的一条链还是两条链？是DNA的整条链还是片段？
关于模板链
A
T
C
G
A
G
C
G
A
G
T
C
T
T
C
G
T
C
A
A
T
C
G
A
T
G
A
C
A
T
C
G
G
C
DNA
U
C
G
C
U
A
G
C
mRNA
mRNA
▲ 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；
基因1
基因2
▲ 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。
a链
b链
说明：
遗传信息的转录
3、转录的场所：
主要在细胞核
遗传信息的转录
4、转录的条件：
模板（DNA的一条链）
原料（四种游离的核糖核苷酸）
酶（ DNA解旋酶 RNA 聚合酶等）
能量（ATP）
5、转录的结果：
形成mRNA（ DNA上的遗传信息传递给了mRNA ）
6、信息流动的方向：
DNA→mRNA
7、转录的特点：
单链转录
边解旋边转录
特定的碱基互补配对方式（A-U，G-C ，T-A ，C-G ）
假设以b链为模板，则转录出的RNA碱基排列为
……A－T－T－C－A－G－A－T－G…… a链
……T－A－A－G－T－C－T－A－C…… b链
DNA
……A－U－U－C－A－G－A－U－G……
遗传信息的转录
思考与讨论：
DNA的复制和转录有何异同之处？
遗传信息的转录
类别
项目

复制

转录
场所
解旋
模板
原料
酶
能量
碱基
配对
产物
细胞核
只解有遗传效应的片段
只有DNA的一条链
四种核糖核苷酸
DNA解旋酶 RNA聚合酶
ATP
A-U G-C T-A C-G
RNA
细胞核
完全解旋
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
DNA解旋酶、DNA聚合酶
ATP
A-T C-G T-A G-C
子代DNA
复 制 与 转 录 的 比 较
特点
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
信息传递方向
DNA→DNA
DNA→mRNA
思考与讨论：
转录成mRNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有哪些异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有哪些异同？
遗传信息的转录
转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的A配对的是U，不是T；与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。
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
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
问题情境： 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氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何将遗传信息翻译成蛋白质？
遗传信息的翻译
1、翻译的概念：
游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。
遗传信息的翻译
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？
碱基与氨基酸之间的对应关系如何？
遗传信息的翻译
4种碱基只能决定4种氨基酸，41=4
4种碱基最多只能编码16种，42=16
三个碱基决定一个氨基酸能决定64种，43=64，足够有余
（3）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？
（2）如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
（1）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？
4种碱基几个一组能决定20种氨基酸？
遗传信息的翻译
密码子
密码子
密码子
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
2、密码子（遗传密码）：
（1）概念：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
1.对应的氨基酸序列是：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。
2.通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的，等等。
3. 可以从增强密码容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。
（2）密码子的特点
数目共64种：
① 61种密码子决定20种氨基酸：其中2种为
起始密码子 ( AUG 甲硫氨酸; GUG缬氨酸 )
一个密码子决定一个特定的氨基酸；
有的氨基酸可能有一个以上的密码子；
② 3种终止密码子 ( UAA; UAG; UGA )
特点：
①简并性：一种氨基酸可以有多种密码子。
②通用性：所有生物共用同一套遗传密码。
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
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
问：
mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”—核糖体结合，形成合成蛋白质的“生产线”。那么，游离在细胞质中的氨基酸是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
遗传信息的翻译
④种类：61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
遗传信息的翻译
3、译员（搬运工具）： 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）
A
C
U
天冬氨酸
反密码子
A
U
G
异亮氨酸
反密码子
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
蛋白质合成过程动态示意图
4、翻译的具体过程
遗传信息的翻译
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
4、翻译的具体过程
遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬
氨酸
核糖体
4、翻译的具体过程
遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
4、翻译的具体过程
核糖体
遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
肽键
核糖体
遗传信息的翻译
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
遗传信息的翻译
核糖体
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
肽键
遗传信息的翻译
核糖体
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬
氨酸
A
U
G
异亮氨酸
遗传信息的翻译
核糖体
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
A
C
U
A
U
G
亮氨酸
天冬
氨酸
异亮氨酸
遗传信息的翻译
核糖体
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.
第2步 携带组氨酸的tRNA以同样方
式进入位点2.
第3步 甲硫氨酸通过与组氨酸形成
肽键而转移到占据位点2的tRNA上。
第4步 核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
遗传信息的翻译
核糖体
起始密码
密码子
密码子
密码子
密码子
终止密码
对翻译的理解：
U
A
C
U
A
G
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
甲硫氨酸
U
A
U
C
U
G
第一个由tRNA携带进入核糖体的是何种氨基酸
如何结束
起始密码
U
A
C
密 码 子
反密码子
碱基配对
氨基酸
决定
翻译
遗传信息的翻译
（1）翻译的场所：
（2）翻译时的条件:
(3）翻译的产物:
细胞质的核糖体
有一定氨基酸顺序的肽链
模板(mRNA )、
原料(20种游离的氨基酸)
工具(tRNA)
酶
能量(ATP)
遗传信息的翻译
（4）信息流动的方向：
mRNA →蛋白质
（5）配对原则：
特定的碱基互补配对方式（A-U，G-C ）
一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链
在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在370C时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。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，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。
遗传信息的翻译
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
信息传递
细胞分裂间期
主要是细胞核
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶等
ATP
A-T、T-A
C-G、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
主要是细胞核
基因的一条链
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
二十种氨基酸
特定的酶等
ATP
多个特定氨基酸顺序的蛋白质
A-U、U-A
G-C 、C-G
一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多个蛋白质
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
遗传信息
（①）
储存于
②
mRNA
③
蛋白质
分类
（④）
（⑤）
决定
含有
缩合
属于
RNA
mRNA
rRNA
（⑥）
氨基酸
缩合
转运
DNA
密码子
氨基酸
转录
翻译
tRNA
体现
性状
课堂小结
基因表达过程中的相关计算
1、遗传密码的组成是（ ）
A由A、T、G、C四种碱基中任何三个做排列组合。
B由A、U、G、C四种碱基中任何三个做排列组合。
C由A、T、G、C、U五种碱基中任何三个做排列组合。
D由A、U、G、T四种碱基中任何三个做排列组合。
B
2、DNA决定RNA的性质是通过（ ） A、信使RNA的密码 B、DNA特有的自我复制 C、碱基互补配对原则 D、转运RNA的媒介
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
5、一条多肽链上有氨基酸300个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA分子和转录信使RNA的DNA分子至少要有碱基多少个？
A.300；600 B.900；1800
C.900；900 D.600；900
6、某生物基因单链的一段是┅G–C–A–G–A–C–A–A–A┅ 若以此链为模板，经转录翻译形成的多肽链上所对应的氨基酸顺序是
①苯丙氨酸UUU； ②天冬氨酸GAC； ③亮氨酸CUG；
④赖氨酸AAA； ⑤精氨酸CGU； ⑥丙氨酸GCA
A.①③⑤ B.⑥②④ C.②④⑥ D.⑤③①
7、在人体中，由A、T、C三种碱基参与构成的核苷酸共 　
A．2种　　 B．4种　　 C．5种　　 D．6种
8、DNA分子的基本功能是遗传信息的
A．贮存和表达　　 B．传递和表达
C．贮存和传递　　 D．转录和翻译
9、某种蛋白质中含200个氨基酸，在控制此蛋白质合成
的DNA中，最少应有（ ）个脱氧核苷酸
A．1200　　 B．600　 　C．400　　 D．200
10、DNA复制，转录和翻译后所形成的产物分别是
A．DNA，RNA，蛋白质　　 B．DNA，RNA和氨基酸
C．RNA，DNA和核糖　　　 D．RNA，DNA和蛋白质
11、某信使RNA中有碱基40个，其中C+U为15个，那么转录 此RNA的DNA中G+A为
A．15　　 B．25　　 C．30　　 D．40
12、某DNA分子片段中碱基为2400对，则由此片段所控制合成的多肽链中，最多有氨基酸（ ）种
A．800　　 B．400　　 C．200　　 D．20
13、已知tRNA一端的三个碱基是CUA，则此tRNA运载的氨基酸是　
A．亮氨酸　 B．天冬氨酸　C．丙氨酸　 D．缬氨酸
14、在胰蛋白质酶合成过程中，决定它性质的根本因素是　　
A．mRNA　　B．tRNA　　 C．DNA　　 D．核糖体
15、构成人体的核酸有两种,构成核酸的基本单位---核苷酸有多少种 碱基有多少种 ( )
A.2种 4种 B.4种 4种 C.5种 5种 D.8种 5种
16、下列哪一组物质是RNA的组成成分( )
A.脱氧核糖核酸和磷酸 B.脱氧核糖﹑碱基和磷酸
C.核糖﹑碱基和磷酸 D.核糖﹑嘧啶和核酸
17、一种人工合成的信使RNA只含有两种核苷酸U和A，其中U的含量是A的5倍，这种人工合成的信使RNA理论上最多有多少种可能的密码子
A.4种 B.6种 C.8种 D.无法确定
18、某基因有192个脱氧核苷酸其控制合成的多肽应脱
掉的水分子为
A.191 B.95 C.32 D.31
19、由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成
的蛋白质，氨基酸的平均分子量为a，则该蛋白质的
分子量最大为
A．na/6 B．na/3-18（n/3-1）
C．na-18(n-1) D．na/6-18(n/6-1)
20、已知一个蛋白质由2条肽链组成，连接氨基酸的肽
键共有198个，翻译该蛋白质的mRNA中有A和G共200
个，则该mRNA中的C和U不能少于：
A．200个　 B．400个　　C．600个　 D．800个
21、DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译的氨基酸如下表
则右图所示的tRNA所携带的氨基酸是
A．赖氨酸 B．丙氨酸 C．半胱氨酸 D．苏氨酸
22、下列对转运RNA的描述，正确的是
A.每种转运RNA能识别并转运多种氨基酸
B.每种氨基酸只有一种转运RNA能转运它
C.转运RNA能识别信使RNA上的密码子
D.转运RNA转运氨基酸到细胞核内
DNA、RNA的碱基和氨基酸的 关系
DNA双链 C
T C G A
信使RNA A U
转运RNA
氨基酸 亮氨酸
[例] 根据碱基互补配对原则和中心法则，完成表格（假定“转录”和“翻译”是从左向右进行的）。
供选的氨基酸及其密码如下：
CUA—亮氨酸，CGA—精氨酸，GAU—天门冬氨酸
G A T
C U A
G A U
C A
G
T A
G A T
C U A
天门冬氨酸
G C T
C G A
G C U
精氨酸
23、设控制某含a条肽链的蛋白质合成的基因含X个碱基
对，氨基酸的平均分子量为Y，则该蛋白质的分子量
约为
A. B.
C. D.
24、人的胰岛素基因的存在部位和表达部位分别是
A.所有体细胞，所有体细胞
B.胰腺细胞，胰腺细胞
C.所有体细胞，胰岛B细胞
D.胰腺细胞，胰岛A细胞
25、组成人体蛋白质的20种氨基酸所对应的密码子共有
A、4个 B、20个 C、61个 D、64个
26、要研究基因控制蛋白质的合成过程，最好选择下列哪
一项作为实验材料
A.成熟的红细胞 B.成熟的白细胞
C.卵细胞 D.受精卵
27、翻译的过程不可能发生在
A.神经细胞 B.肝细胞 C.成熟的红细胞 D.脂肪细胞
28、1976年，美国H.Boyer教授首次将人的生长抑制素释
放因子的基因转入大肠杆菌内并获得表达，这是人类第
一次获得的转基因生物，此文中的表达的标志是指该基
因在大肠杆菌体内
A.能进行DNA复制 B.能进行复制转录和翻译
C.能合成人的生长抑制素释放因子
D.能合成人的生长激素