第四章 第3节基因控制蛋白质合成

第四章遗传的分子基础陕西省平利县中学第3节基因控制蛋白质的合成（一）汪小鹏2016.12.9基因的表达思考：

1、DNA(基因)主要存在于细胞的哪个部位？

2、蛋白质在细胞的哪个部位合成？

3、生物体内的什么物质控制生物体的性状？

性状又是由什么化合物来体现？

蛋白质合成（细胞质的核糖体上）

基因（细胞核）4、基因的表达：基因以RNA为信使，指导蛋白质的合成，这个过程叫做基因的表达，包括转录和翻译两个过程。一、遗传信息的转录

1.RNA概述

为什么RNA适合做DNA的信使呢？①分子结构与DNA相似，RNA的基本单位是核糖核苷酸，可以储存遗传信息。②RNA与DNA组成的主要区别：③RNA一般是单链，且比DNA短，所以能通过核孔。五碳糖含氮碱基RNA核糖

AGCUDNA脱氧核糖AGCT信使RNA（mRNA）：DNA上传递遗传信息的信使。核糖体RNA（rRNA）：与蛋白质结合构成核糖体。转运RNA(tRNA)：含有反密码子，能特异性的识别密码子，是转运氨基酸的工具。2、RNA的种类

rRNATCATGTTTAAG

T

AC

AA

A

T

3、转录的过程转录：细胞核中,以DNA的一条链为模板，按

照碱基互补配对原则,合成RNA的过程。配对方式：A-U、T-A、C-G、G-C模板链：（反义链）有义链：AG

T

AC

AA

A

T

AGCUGACGGUUURNA聚合酶DNA解旋后，在RNA聚合酶的作用下，游离的核糖核苷酸与DNA母链上的碱基进行配对。AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUUAG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUUAG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUUUAAG

T

ACAA

A

T

GCGACGUUGUUAAG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUGUUAUAG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUUAG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUUAAG

T

AC

AA

A

T

GCGCGGUUAUUAUAG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCAG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCmRNADNA上的遗传信息就传递到mRNA上AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUAmRNA

细胞质

细胞核随后，mRNA从DNA上释放，并通过核孔，从细胞核进入细胞质；解开的DNA双链复原。核孔①场所：②模板：③原料：④其他条件：⑤原则：

⑥产物：⑦结果：⑧特点：3转录小结

细胞核DNA的一条链细胞中游离的4种核糖核苷酸DNA解旋酶，RNA聚合酶，ATP碱基互补配对原则:DNA上的碱基：AGCTRNA上的碱基：UCGARNA（可否只写做mRNA？）DNA分子把遗传信息传递到mRNA上。边解旋边转录思考：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？DNACmRNATGACUGA关于模板链：ATCGAGCGAGTCTTCGTCAATCGATGACATCGGCDNAUCGCUAGCmRNAmRNA▲作为模板的只是DNA链中的某个片段——基因；▲基因的两条链中只有一条链是转录的模板链，到底哪条链作为模板链不是固定不变的。▲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。基因1基因21链2链说明：练一练：已知DNA片段的碱基对顺序,写出对应的mRNA的碱基顺序(以链1为模板进行转录)。

DNA链1：……TACTATCCCTTT……

DNA链2：……ATGATAGGGAAA……mRNA

……

……

★强调：整个转录过程是严格按照碱基互补配对原则进行的，从而保证了DNA上的遗传信息被准确的传递到了mRNA上。（注意DNA上T的位置在RNA上为U）AUGUAAAAAGGG二遗传信息的翻译概念：在细胞质的核糖体上，游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成特定蛋白质的过程。实质：将mRNA上的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。1、mRNA上的碱基与氨基酸的对应关系mRNA蛋白质4种碱基20种氨基酸思考（P64思考与讨论）：mRNA上的4

种碱基如何决定构成蛋白质的20

种氨基酸呢？思考（P64思考与讨论）：至少需要多少个碱基编码1个氨基酸，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？①若1

个碱基编码1个氨基酸：只能决定___种氨基酸，即

③若3

个碱基编码1个氨基酸：只能决定___种氨基酸，即

②若2个碱基编码1个氨基酸：只能决定___种氨基酸，即

416641mRNA上的碱基与氨基酸的对应关系mRNA上有4

种碱基，UCAUGUUUAmRNA

密码子

密码子

密码子2、密码子遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，叫做一个密码子。思考：mRNA上共有4种碱基，由相邻的3个碱基组成一个密码子，能组合出多少种密码子？

64种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第一个字母第二个字母第三个字母UCGUUCAGC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UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）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UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸（起始）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半胱氨酸半胱氨酸终止色氨酸AUCAG(1)密码子表查法例:ACC-苏氨酸

(2)特殊密码子①起始密码:AUG(甲硫氨酸)GUG(缬氨酸)②终止密码:(不编码氨基酸):UAAUAGUGAC专一性：一个密码子只对应一种氨基酸；或“一个密码子只编码一种氨基酸”

(3)密码子的特点A

编码氨基酸的密码子：一共有64种密码子，但其中的3个终止密码子不编码氨基酸，故编码氨基酸的密码子只有61个。D简并性：一种氨基酸可对应多个密码子；或“编码一种氨基酸的密码子有多个”因为简并性，即一些密码子编码相同的氨基酸；所以，虽然有61个编码氨基酸的密码子，但是只编码20

种氨基酸。B通用性：地球上几乎所有生物都共用一套密码.携带氨基酸的部位反密码子①tRNA功能：识别密码子，转运氨基酸。

②tRNA的分子结构：三叶草形“叶柄”端：携带氨基酸；“叶片”端：具反密码子，即能与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基思考:tRNA上只有三个碱基吗？2、tRNA思考:游离于细胞质中的氨基酸如何到达核糖体呢?

mRNA上的遗传信息如何传递到氨基酸中？

“搬运工”兼“译员”----tRNAACU天冬氨酸反密码子AUG异亮氨酸反密码子一种转运RNA只能识别和转运一种氨基酸。故，转运RNA（反密码子）的种类：61种练习：tRNA一端的3个碱基是CGA,则另一端携带的氨基酸是()A.精氨酸（CGA）B.丙氨酸(GCU)C.脯氨酸（CCU）4、翻译的过程：以mRNA为模板合成蛋白质的过程AGGUCACGU核糖体首先，细胞质中的mRNA与核糖体结合tRNA结合位点1tRNA结合位点2核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA结合位点。UAC甲硫氨酸GGU组氨酸tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对

第一步：携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对进入位点1AGGUCACGUtRNA结合位点1tRNA结合位点2AGGUCACGUUAC甲硫氨酸GGU组氨酸第二步：携带组氨酸的tRNA进入位点2tRNA结合位点1tRNA结合位点2tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对

AGGUCACGUUAC甲硫氨酸肽键第三步：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键，导致甲硫氨酸转移到占据位点2的tRNA上。氨基酸通过脱水缩合形成肽键，进而连接形成多肽。

tRNA结合位点1tRNA结合位点2GGU组氨酸AGGUCACGUUAC甲硫氨酸CAC色氨酸第四步：核糖体沿着mRNA滑动，读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，转运下一个甲硫氨酸;原占据位点2的tRNA进入位点1。tRNA结合位点1tRNA结合位点2核糖体滑动方向GGU组氨酸AGGUCACGU甲硫氨酸CAC色氨酸多肽的合成：上述4个步骤重复进行，肽链继续合成并逐渐延长,直至核糖体读取到终止密码子为止.……肽链蛋白质的合成：P67最后一段GGU组氨酸①场所：②模板：③原料：④其他条件：⑤原则：

⑥产物：⑦结果：⑧特点：3、翻译小结

细胞质(核糖体)mRNA氨基酸tRNA，酶，ATP碱基互补配对原则:mRNA上的碱基：AGCUtRNA上的碱基：UCGA蛋白质把mRNA上的遗传信息表达为特定的蛋白质。一个mRNA分子上可以结合多个核糖体基因控制蛋白质合成的过程DNA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小结细胞核细胞质基因指导蛋白质合成的过程转录、翻译与DNA复制的比较场所模板原料产物遗传信息传递方向DNA复制转录翻译游离的脱氧核苷酸游离的核糖核苷酸游离的氨基酸DNAmRNA蛋白质DNA→DNADNA→mRNA亲代DNA的每一条链DNA的一条链（模板链）mRNA细胞核细胞核细胞质mRNA→蛋白质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的碱基数目为

，控制该蛋白质合成的DNA（基因）中的碱基数目为

。3n6n基因中的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数=_________6∶3∶1第四章遗传的分子基础陕西省平利县中学第3节基因控制蛋白质的合成（二）汪小鹏2016.12.9基因对性状的控制请根据DNA的复制和基因的表达，绘制流程图，表示遗传信息的传递方向。小任务1转录DNARNA翻译蛋白质复制1957年，克里克提出：中心法则（揭示了遗传信息传递的一般规律）基因对性状的控制小任务2中心法则的发展历程：1.1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复

制酶，能对RNA进行复制。（RNA

RNA）2.1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，能以RNA为模板合成DNA。（RNA

DNA）3、疯牛病：结构异常的蛋白质在脑细胞内“大量增殖”引起的。该种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质，能促使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误，从而导致大量结构异常的蛋白质的形成。（蛋白质蛋白质）根据DNA的复制和基因的表达，绘制流程图，表示遗传信息的传递方向，完整的中心法则：中心法则揭示了遗传信息传递的一般规律，也称为遗传的信息流。转录DNARNA翻译蛋白质复制逆转录复制二、基因、蛋白质与性状的关系

1.基因与蛋白质之间有什么关系？2.蛋白质与性状之间有什么关系？3.基因与性状之间有什么关系？小任务31.基因指导蛋白质的合成2.蛋白质是生命活动的承担者和体现者3.基因控制性状小任务4从基因的角度解释以下现象：

1.豌豆的圆粒和皱粒

2.人的白化症

3.囊性纤维病

4.镰刀型贫血症1.豌豆的圆粒和皱粒淀粉分支酶的基因正常蔗糖合成为淀粉，淀粉含量升高淀粉含量高，保水，豌豆为圆粒淀粉分支酶正常合成DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因淀粉分支酶不能合成蔗糖不合成为淀粉，蔗糖含量升高淀粉含量低，失水豌豆皱缩白化病皮肤及其附属器官黑色素。表现出怕光等行为

.白化病人控制酶形成的基因异常酪氨酸不能转为黑色素酪氨酸酶不能合成缺乏黑色素,白化病控制酶形成的基因正常酪氨酸酶正常合成酪氨酸转为黑色素表现正常正常人以上实例说明基因是如何控制性状的？1.豌豆的圆粒和皱粒

2.人的白化症基因通过控制

，来控制

，进而控制

。酶的合成代谢的过程生物体的性状间接控制囊性纤维病CFTR蛋白缺少苯丙氨酸，影响CFTR蛋白结构编码跨膜蛋白（CFTR）的基因缺失3个碱基对使CFTR转运氯离子的功能异常，患者支气管内黏液增多支气管受阻，肺部功能严重受损镰刀型细胞贫血症

正常红细胞

圆饼状

镰刀型红细胞

镰刀状

镰刀型细胞贫血症红细胞形态呈镰刀状编码血红蛋白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容易破裂，患溶血性贫血基因通过控制

，直接控制

。以上实例说明基因是如何控制性状的？蛋白质的结构生物体的性状3.囊性纤维病

4.镰刀型贫血症直接控制

单个基因对性状的控制：

1.豌豆的圆粒和皱粒2.人的白化症

3.囊性纤维病4.镰刀型贫血症5.人的身高人的身高是由多个基因决定的。基因与性状的关系不都是简单的线性关系。2、性状的多基因决定（多对1）一个性状由多个基因共同决定3、基因的多效性：（1对多）多个性状由一个基因控制1、性状的单基因决定（1对1）一个性状由单个基因决定长翅果蝇幼虫结论：性状是基因与环境相互作用的结果残翅果蝇在25℃培养下产生的后代仍然是长翅。25℃