遗传信息的转录和翻译

关于遗传信息的转录和翻译第1页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六对基因概念的理解（1）与性状的关系：控制性状的遗传物质的结构和功能单位（功能）。（2）与DNA的关系：具有遗传效应的DNA片断（成分）。（3）与染色体的关系：染色体为主要载体，且在染色体上呈线性排列（位置）。第2页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六补充：基因的结构RNA聚合酶结合位点编码区非编码区非编码区外显子内含子非编码区：调控遗传信息的表达连续的，能转录为mRNA，并翻译成蛋白质间隔、不连续，外显子编码蛋白质编码区原核细胞真核细胞原核细胞基因结构真核细胞基因结构RNA聚合酶：催化DNA转录为mRNA，从编码区开始进行转录第3页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六基因的功能：①通过

——传递遗传信息。②通过

——表达遗

传信息。复制控制蛋白质的合成第4页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六基因（DNA）主要在细胞核中蛋白质的合成在细胞质里进行控制通过信使RNAGUUAUUAUCmRNA第5页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六RNA的组成及分类

基本单位：核糖核苷酸化学成分：结构：由许多核糖核苷酸通过脱水聚合形成3，5-磷酸二酯键而连接成单链结构，长度比DNA短；能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中含氮碱基核糖磷酸A（腺嘌呤）C（胞嘧啶）U（尿嘧啶）G（鸟嘌呤）核苷核苷酸第6页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六A核糖PC核糖PU核糖PPG核糖★

一般是单链，比DNA短，通过核孔从细胞核转移到细胞质中。★由核苷酸连接而成，能储存遗传信息。RNA适合做DNA信使的原因：★

RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。第7页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六RNA的种类（信使RNA）(核糖体RNA)（转运RNA）名称结构特点功能mRNA信使RNAtRNA转运RNArRNA核糖体RNA线形三叶草形遗传信息的携带者运输氨基酸，识别密码子组成核糖体第8页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六DNA与RNA的区别DNARNA基本单位无机酸五碳糖碱基分类存在部位结构鉴别通常是双链结构脱氧核苷酸（4种）A、G、C、T脱氧核糖通常是单链结构核糖核苷酸（4种）核糖A、G、C、U基本单位组成成分核DNA、mRNA、质DNAtRNA、rRNA核、线粒体、叶绿体主要存在于细胞质中甲基绿吡罗红PiPi第9页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六DNA（脱氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）功能

作为遗传物质，储存、传递、表达遗传信息①在少数病毒中作为遗传物质②参与基因的表达

a、mRNA：携带DNA中的遗传的信息，在翻译过程中作为蛋白质合成的模板

b、tRNA：识别密码子，搬运特定氨基酸至核糖体

c、rRNA：参与构成核糖体③少数RNA具有催化功能联系RNA可作为DNA遗传信息传递的信使第10页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六DNA与RNA判定方法①若某核酸分子中有脱氧核糖，一定为DNA；有核糖一定为RNA②若含“T”，一定为DNA；若含“U”，一定为RNA③用反射性同位素标记“T”或“U”可探知DNA或RNA。若细胞中大量利用“T”，可认为进行DNA的复制；若大量利用“U”，可认为进行RNA的合成第11页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六遗传信息的转录（1）概念：在细胞核内，以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则，合成RNA的过程（2）场所：真核生物：主要在细胞核内，少数发生线粒体和叶绿体中原核生物：细胞质

DNA病毒：宿主活细胞内第12页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六①解旋：DNA一片段双链解开，即基因的双链解开②配对：细胞中游离的核糖核苷酸与基因的一条链（模板链）的碱基互补配对

注意：

以基因解开的一条链作为模板，以4种游离的核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，从转录起点开始转录基因的编码区直至转录的终点

碱基互补配对原则：DNA：ATCGRNA：UAGC

产物RNA的碱基数：基因的碱基数约等于1：2③连接：在RNA聚合酶的作用下，依次连接核糖核苷酸，形成一个RNA分子注意：RNA聚合酶：催化DNA转录形成RNA，即催化核糖核苷酸进行脱水聚合反应，形成3,5-磷酸二酯键④脱离：合成的RNA从基因的模板链释放，而后基因双链结构恢复注意：RNA从基因的模板链释放需要消耗能量；RNA合成以后，可通过核孔进入细胞质中（3）过程：第13页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUAmRNA

细胞质

细胞核

核孔DNAmRNA在细胞核中合成第14页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六AG

T

AC

AA

A

T

TCATGTTTA

细胞质

细胞核

核孔DNAmRNA通过核孔进入细胞质UCAUGUUUAmRNA第15页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六（4）条件：①原料：4种游离的核糖核苷酸②模板：基因的一条链③能量：细胞呼吸提供的能量④酶：RNA聚合酶（5）产物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA）

结果：DNA上的遗传信息就传递到mRNA上第16页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六思考：组成蛋白质的氨基酸：信使RNA的碱基：20种4种4种碱基如何决定蛋白质的20种氨基酸呢？如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定__种,即如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定___种,即

如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种,即41664实验验证：1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA的3个碱基决定，即三联体密码子第17页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六密码子

①概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子②种类：64种，61种能够编码氨基酸（其中包括2种起始密码子，即AUG、GUG，既是是肽链合成开始的信号，也是编码氨基酸的密码子），3种终止密码子不编码任何氨基酸，即UAA、UAG、UGA，是肽链合成终止的信号第18页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六③特点：

一种密码子只能决定一种氨基酸。

密码子的连续性：2个密码子之间没有任何其他的核苷酸予以隔开。因此要正确地阅读密码必须从一个正确的起点开始，以后连续不断地一个一个往下阅读，直至读到终止信号

密码子的简并性：是指一种氨基酸可能对应几个密码子

密码子的通用性：密码子无论是病毒，还是原核生物或真核生物都是通用的第19页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六简并性的意义：防止碱基的改变而导致遗传信息的改变。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。通用性的启示：

说明所有生物可能有相同的起源。或生命在本质上是统一的。第20页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六DNA主要在细胞核中蛋白质进入到细胞质里转录mRNA氨基酸转运RNA在细胞质里游离在核糖体合成一定顺序排列AAU氨基酸第21页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六1、每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。2、一种氨基酸可由一种或几种转运RNA来运输。ACU3、理论上tRNA有61种。反密码子：与mRNA分子中密码子互补配对的tRNA上的3个碱基第22页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子的区分：第23页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六遗传信息的翻译

（1）概念：游离的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程（2）场所：真核生物：主要在细胞质的核糖体中，少数发生线粒体和叶绿体的核糖体中原核生物：细胞质的核糖体中

DNA病毒：宿主活细胞核糖体上（3）工具：装配机器：核糖体搬运工（翻译者）：tRNA（4）条件：①原料：20种游离的氨基酸②模板：mRNA③能量：细胞呼吸提供的能量④酶：

第24页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六（5）过程：CUCAUGGGCUAGmRNA第25页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六CUCAUGGGCUAGmRNA第26页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六CUCAUGGGCUAGmRNA第27页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六

2、tRNA携带下一个氨基酸进入位点2CUCAUGGGCmRNA……①②GUG组氨酸UACUAG甲硫氨酸1、mRNA与核糖体结合，

tRNA携带第一个氨基酸进入位点1第28页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六①②CUCAUGGGCmRNA……GUG组氨酸UACUAG甲硫氨酸肽键H2O

3、核糖体上的两个氨基酸形成肽键，转移到位点2的tRNA上4、核糖体读取下一个密码子位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1

重复第2、3、4步骤，直至终止密码第29页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六①②CUCAUGGGCmRNA……GUGUAG组氨酸甲硫氨酸肽键H2OACC色氨酸4、核糖体读取下一个密码子位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1

重复第2、3、4步骤，直至终止密码第30页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六1、起始阶段：mRNA、tRNA与核糖体相结合。2、延伸阶段：携带着特定的氨基酸的tRNA按照碱基配补原则，识别并进入第二阶段。3、终止阶段：多肽链合成并被释放。第31页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六翻译后加工：从核糖体释放的多肽链，不一定具备生物活性。肽链从核糖体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工。如：切除部分氨基酸，盘曲、折叠、糖基化、羟基化、磷酸化、形成二硫键等修饰。该过程需要哪些细胞器的参与？需内质网，高尔基体、线粒体。第32页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六附着在内质网上的核糖体游离细胞质中的核糖体

肽链合成后，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。真核细胞蛋白质的“分选”第33页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六多聚核糖体：一个mRNA上连接多个核糖体。意义：短时间内能同时合成多条相同肽链第34页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六原核细胞中的多聚核糖体常与DNA结合在一起原核细胞中的转录和翻译是同时同地点进行的第35页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六第36页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六第37页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六转录、翻译过程基因中，碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链中氨基酸数＝6∶3∶1，图解如下：[特别提醒]由于基因中有的片段不转录以及转录出的mRNA中有终止密码子等原因，所以基因中碱基数比蛋白质中氨基酸目的6倍多。第38页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六一、中心法则的提出：1957年，克里克DNA蛋白质RNA转录翻译复制中心法则体现了基因的两大基本功能(1)对遗传信息的传递功能，它是通过DNA复制完成的。(2)对遗传信息的表达功能，它是通过转录和翻译完成的。第39页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六资料分析1965年科学家发现RNA复制酶2.1970年科学家发现逆转录酶3.1982年科学家发现疯牛病是由一种结构异常的蛋白质“增殖”引起。RNA

RNARNADNA第40页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六中心法则的发展：转录DNARNA翻译蛋白质逆转录复制DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则；RNA复制和逆转录是某些病毒才会出现的，并且只有寄生到寄主细胞中才能进行。中心法则实质蕴涵着______和________这两类生物大分子之间的相互______和相互作用。核酸蛋白质联系第41页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六中心法则与生物种类的关系(1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递：(2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递：①对于不含逆转录酶的RNA病毒来说，如SARS病毒、RNA肿瘤病毒，其遗传物质是RNA，其RNA分子本身也可作为mRNA翻译合成病毒的蛋白质，同时又可以RNA分子自身作为模板复制新的RNA分子第42页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六②对于含有逆转录酶的RNA病毒来说，如HIV病毒，其遗传物质是RNA，其RNA在逆转录酶的作用下合成DNA，整合到宿主细胞的DNA上，再以整合的DNA为模板转录成mRNA和新的病毒RNA，并翻译合成病毒的蛋白质第43页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六中心法则几个过程的比较过程原料产物模板碱基配对代表生物脱氧核苷酸（4种）DNADNA两条解开的单链A-T、G-C以DNA作遗传物质的生物核糖核苷酸（4种）RNADNA的一条链A-T、A-UG-C几乎所有生物氨基酸（20种）蛋白质mRNAA-U、G-C除病毒外的细胞生物核糖核苷酸（4种）RNARNAA-U、G-C不含逆转录酶的RNA病毒，如肿瘤病毒脱氧核苷酸（4种）DNARNAA-T、A-UG-C含有逆转录酶的RNA病毒，如致癌病毒、艾滋病毒DNA复制转录翻译RNA复制逆转录第44页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六淀粉分支酶基因正常淀粉分支酶正常合成蔗糖合成为淀粉，淀粉含量升高淀粉含量高，有效保留水分，豌豆显得圆鼓鼓（性状：圆粒）DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了淀粉分支酶基因淀粉分支酶不能正常合成蔗糖不合成为淀粉，蔗糖含量升高淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩（性状：皱粒）实例一：豌豆的圆粒与皱粒二、基因控制性状的途径第45页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六酪氨酸酶合成基因正常酪氨酸酶正常合成酪氨酸能正常转化为黑色素表现正常酪氨酸酶合成基因异常酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸不能正常转化为黑色素缺乏黑色素而表现为白化病实例二：白化病第46页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六途径一：

基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。第47页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六CFTR基因缺失3个碱基CFTR蛋白结构异常，导致功能异常患者支气管内黏液增多黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染实例三：囊性纤维病第48页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六控制血红蛋白形成的基因中一个碱基对变化血红蛋白的结构发生变化红细胞呈镰刀状红细胞容易破裂，患溶血性贫血实例四：镰刀型细胞贫血症第49页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六

基因通过控制蛋白质的结构

直接控制生物体的性状。途径二：第50页，共57页，2022年，5月20日，10点48分，星期六基因控制性状的方式：基因→酶或激素→代谢过程→性状基因→结构蛋白→性状1、间接控制2、直接控制第51页，