第四章第1节基因指导蛋白质的合成

电影《侏罗纪公园》片段第一页，共七十二页。

问题探讨:

1.在现实生活中，我们能不能像电影《侏罗纪公园》中描述的那样，利用恐龙的DNA，使恐龙复活呢？2.如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，你认为主要要解决什么问题？需要使恐龙DNA上的基因控制的性状表达出来，表现恐龙的特性。第二页，共七十二页。第四章基因的表达第三页，共七十二页。生物的性状是由

控制的性状是由

物质体现的

DNA分子（基因）是如何控制生物性状的？

你推测一下?基因蛋白质基因通过指导蛋白质的合成来控制性状的过程(即基因的表达).第四页，共七十二页。第一节基因指导蛋白质的合成第五页，共七十二页。推测有一种物质能够作为传达DNA信息的信使，科学家发现此物质就是RNA。DNA的遗传信息如何传给RNA？问题１：DNA主要存在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质中的核糖体上进行的，两者如何联系起来的呢？请你作出推测?第六页，共七十二页。（1）RNA的结构A核糖PC核糖PU核糖PPG核糖AAGGCUU一.遗传信息的转录第七页，共七十二页。一般DNA由

条核苷酸链组成而RNA由

条核苷酸链组成21第八页，共七十二页。比较项目DNARNA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)ATCGAUCG通常呈双链结构通常呈单链结构细胞核细胞质（１）DNA与RNA分子结构的比较

第九页，共七十二页。DNAmRNA细胞质mRNA蛋白质细胞核核糖体媒介？基因：在DNA上含有遗传信息蛋白质：体现具体生命现象核孔第十页，共七十二页。信使RNA：遗传信息传递的媒介。核糖体RNA：核糖体的组成部分。转运RNA：转运氨基酸的工具。（2）RNA的种类第十一页，共七十二页。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。为什么mRNA适于作DNA的信使？第十二页，共七十二页。(3)RNA适于作DNA的信使的原因RNA也是由四种核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。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与DNA的关系中，也遵循碱基互补配对原则。

第十三页，共七十二页。(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第十四页，共七十二页。

(一)转录的过程问题2：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？第十五页，共七十二页。DNA的平面结构图AG

T

AC

AA

A

T

TCATGTTTA第十六页，共七十二页。以DNA的一条链为模板合成RNADNA一条链游离的核糖核苷酸AG

T

AC

AA

A

T

UUGGACUGCUGA第十七页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

AGCUGACGGUUU

DNA与RNA的碱基互补配对：A——U；G——C；C——G；T—ARNA聚合酶第十八页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUU

组成

RNA的核糖核苷酸一个个连接起来第十九页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUUUA第二十页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUUGUUA第二十一页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUGUUAU第二十二页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUU第二十三页，共七十二页。AG

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AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUUA第二十四页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

GCGCGGUUAUUAU第二十五页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUC第二十六页，共七十二页。AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUC形成

mRNA，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上mRNADNA一条链第二十七页，共七十二页。1、转录的具体过程

①DNA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；②游离的核糖核苷酸随机地与DNA链的碱基碰撞，当核苷酸的碱基与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合；③新结合的核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上；④合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双链恢复。请同学们阅读课本P63的第四自然段和图4-4。(一)转录的过程第二十八页，共七十二页。(一)转录的过程2、转录的定义：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）。3、转录的场所：细胞核第二十九页，共七十二页。

4、转录的条件：

模板（DNA的一条链）原料（四种核糖核苷酸）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、转录的特点：

单链转录特定的碱基互补配对方式（A-U，G-C，T-A，C-G）第三十页，共七十二页。思考与讨论：DNA的复制和转录有何异同之处？第三十一页，共七十二页。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RNA聚合酶ATPA-U

G-CT-AC-GRNA(mRNA)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ATPA-TC-GT-AG-C子代DNA复制与转录的比较第三十二页，共七十二页。练习1、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2、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DC第三十三页，共七十二页。3.DNA分子的解旋发生什么过程中()A.复制B.转录C.翻译D.复制和转录4.一个DNA分子转录出多少种多少个mRNA()A.一种一个B.一种多个C.多种多个D.无数种无数个DC第三十四页，共七十二页。

转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA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如何将信息翻译成蛋白质？

mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——翻译。

第三十五页，共七十二页。二、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。第三十六页，共七十二页。思考与讨

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？第三十七页，共七十二页。4种碱基只能决定4种氨基酸，41=44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？第三十八页，共七十二页。

密码子

密码子

密码子UCAUGAUUAmRNA

2、密码子（遗传密码）：

（1）概念：

mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基。第三十九页，共七十二页。

第1个字母第2个字母 第3个字母密码子苯丙氨酸UUUUUU？精氨酸AGGAGG第四十页，共七十二页。密码子表第四十一页，共七十二页。（2）密码子的特点

数目共64种：

①61种密码子决定20种氨基酸：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种起始密码子(AUG甲硫氨酸;GUG缬氨酸)②3种终止密码子(UAA;UAG;UGA)第四十二页，共七十二页。1、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。2.地球上几乎所有的生物都共用一套密码子，这一事实说明：

地球上的所有生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。3.从密码的简并性我们能认识到：

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，也有可能蛋白质氨基酸的种类不发生变化，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进化.解决课文P65：思考与讨论第四十三页，共七十二页。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？

第四十四页，共七十二页。tRNA——“搬运工”ACU

天门冬酰氨一共有多少种tRNA?反密码子反密码子与密码子相互配对,转运的氨基酸由配对的密码子决定.每种tRNA只能识别并转运一种特定的氨基酸!有61种比较遗传信息、遗传密码和反密码子第四十五页，共七十二页。翻译的动画演示过程3、翻译的过程第四十六页，共七十二页。UCAUGAUUAmRNA细胞质第四十七页，共七十二页。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天门冬氨酸核糖体第四十八页，共七十二页。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天门冬氨酸第四十九页，共七十二页。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天门冬氨酸AUG异亮氨酸第五十页，共七十二页。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天门冬氨酸AUG异亮氨酸肽键第五十一页，共七十二页。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天门冬氨酸AUG异亮氨酸第五十二页，共七十二页。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天门冬氨酸AUG异亮氨酸肽键第五十三页，共七十二页。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天门冬氨酸AUG异亮氨酸第五十四页，共七十二页。UCAUGAUUAAAUACUAUG亮氨酸天门冬氨酸异亮氨酸第五十五页，共七十二页。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。第五十六页，共七十二页。第五十七页，共七十二页。3、翻译的过程：

(1)mRNA与核糖体结合，结合部分有2个密码子。（2）翻译从起始密码开始，tRNA的反密码子与mRNA上的密码子配对，把相应的氨基酸转运到核糖体上，进行脱水缩合。（3）核糖体沿mRNA移动（每次移动一个密码子），读取下一个密码子。（4）读取到终止密码时，翻译停止。（5）一个mRNA可先后结合多个核糖体，形成多个相同的肽链。第五十八页，共七十二页。3、翻译的过程：（2）翻译的场所：（3）翻译时的条件:

(4)翻译的产物:核糖体蛋白质模板(mRNA)、原料(游离的氨基酸)工具(tRNA)酶能量(ATP)第五十九页，共七十二页。DNA(基因)蛋白质RNA转录翻译基因指导蛋白质合成的过程第六十页，共七十二页。思考与讨论：转录与翻译有何异同之处？第六十一页，共七十二页。阶段项目转录翻译定义场所模板遗传信息传递的方向原料产物在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程细胞核细胞质中的核糖体DNA的一条链信使RNADNA→mRNAmRNA→蛋白质含A、U、C、G的4种核糖核苷酸合成蛋白质的20种氨基酸信使RNA有一定氨基酸排列顺序的多肽，进一步加工为蛋白质第六十二页，共七十二页。总结：基因的表达过程是在细胞中完成的。DNA分子、RNA分子、氨基酸分子和核糖体，线粒体等众多细胞器一道，完成遗传信息的转录和翻译过程。在组成蛋白质的肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，经过一系列步骤，被运送到各自的岗位，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。第六十三页，共七十二页。拓展：蛋白质合成过程中涉及到的细胞结构（以分泌蛋白的合成为例）DNAmRNA转录翻译多肽初加工较成熟的蛋白质再加工成熟的蛋白质细胞核核糖体内质网高尔基体细胞质线粒体供能供能供能供能第六十四页，共七十二页。DNA的功能复制遗传信息表达遗传信息转录翻译时间减数第一次分裂间期或有丝分裂间期在生长发育的连续过程中在生长发育的连续过程中场所细胞核（主要），线粒体，叶绿体核糖体条件模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的核糖核苷酸20种氨基酸酶DNA解旋酶，DNA聚合酶等RNA聚合酶等各种合成酶等能量需要ATP碱基配对原则A—T，T—A，G—C，C—GA—U，T—A，G—C，C—GA—U，U—A，G—C，C—GDNA的两大功能比较

第六十五页，共七十二页。A—C—U—G—G—A—U—C—UmRNAtRNAU–G–AC–C–UA–G–A苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸转录翻译蛋白质密码子ACUGGAUCUDNA双链A—C—T—G—G—A—T—C—TT—G—A—C—C—T—A—G—A肽键肽键136第六十六页，共七十二页。一、蛋白质种氨基酸数目与mRNA、DNA中碱基数目的关系如果某蛋白质中有n个氨基酸，则指导该蛋白质合成的mRNA的碱基数目至少为

，控制该蛋白质合成的DNA（基因）中的碱基数目至少为

。3n6n解题指导蛋白质中氨基酸数：mRNA的碱基数：DNA的碱基数＝（1:3:6）由于mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以基因或DNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸的数目的6倍多。第六十七页，共七十二页。DNA双链TT信使RNAU转运RNA