基因指導蛋白質的合成第1節

第四章美國科幻電影《侏羅紀公園》曾轟動一時。影片圍繞著虛構的“侏羅紀公園”，展現了豐富而新奇的科學幻想：各種各樣的恐龍飛奔跳躍、相互爭斗，而這些復活的恐龍是科學家利用提取的恐龍DNA還原而來的。

討論:從原理上分析，利用已滅絕生物的DNA，真的能夠使它們復活嗎？新課導入RNA的結構和功能01遺傳信息的轉錄0203遺傳信息的翻譯、中心法則遺傳信息儲存在細胞核的DNA中蛋白質的合成發生在核糖體充當信使的中間物質---RNAPART01RNA的結構和功能一、RNA的結構和功能1.元素組成：C、H、O、N、P2.基本組成單位：核糖核苷酸3.結構：一般是單鏈，比DNA短，能通過核孔，從細胞核轉移到細胞質rRNA4.RNA種類信使RNA轉運RNA核糖體RNA種類mRNAtRNArRNA名稱信使RNA轉運RNA核糖體RNA分布功能示意圖共同點細胞核、細胞質細胞質（主要）與蛋白質結合成核糖體翻譯的直接模板翻譯時運載氨基酸組成核糖體①都是轉錄產物②基本單位相同③都與翻譯過程有關5.三種RNA的比較比較項目DNARNA基本單位五碳糖含氮堿基結構主要存在部位DNA與RNA的比較脫氧核苷酸核糖核苷酸脫氧核糖核糖AGCTAGCU通常呈雙螺旋結構多為單鏈結構細胞核細胞質思考：RNA為什么可以作為DNA的信使傳遞信息呢？（P65）①RNA的基本組成單位是核苷酸，含有四種堿基，可以傳遞遺傳信息②RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細胞核轉移到細胞質中③組成RNA的堿基也遵循“堿基互補配對原則”思考：RNA為什么可以作為DNA的信使傳遞信息呢？（P65）DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？遺傳信息的轉錄PART02二、遺傳信息的轉錄1.轉錄的概念：在細胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板，合成RNA的過程。2.條件：①模板：解開的DNA雙鏈中的一條鏈4種核糖核苷酸細胞核RNA聚合酶②原料：③場所：④酶：⑤堿基互補配對：A-UT-AG-CC-G⑥能量：ATP主要在細胞核，含有DNA的部位如線粒體、葉綠體、擬核也可以發生轉錄RNA聚合酶將DNA雙鏈解開，堿基暴露出來第一步游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補配對，在RNA聚合酶的作用下開始mRNA的合成第二步新結合的核糖核苷酸連接到正在合成的RNA分子上第三步合成的RNA從DNA鏈上釋放，而后DNA雙螺旋恢復第四步3′3′5′5′5′3.過程1.轉錄與DNA復制有什么共同之處？這對保證遺傳信息的準確轉錄有什么意義？遺傳信息的轉錄過程轉錄與復制都需要模板、都遵循堿基互補配對原則，等等。其中，堿基互補配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準確性。2.與DNA復制相比，轉錄所需要的原料和酶各有什么不同？DNA復制所需要的原料是4種游離的脫氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；轉錄所需要的原料是4種游離的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。思考·討論P66DNA雙鏈片段a鏈b鏈CGAACCTCACGC信使RNA比較mRNA和b鏈，以及mRNA和a鏈的堿基序列的差異。GCTTGGAGTGCGGCUUGGAGUGCG3.轉錄產生的RNA的堿基序列與其模板鏈的堿基序列有何異同點？與DNA的另外一條鏈的堿基序列有何異同點？①

該RNA與DNA模板鏈的堿基互補配對，A與U配對，而非T；思考·討論②

該RNA與DNA互補鏈的堿基序列基本相同,只是DNA鏈上T的位置，RNA鏈上是U。DNA復制與DNA轉錄比較項目DNA復制DNA轉錄模板原料堿基互補配對原則酶產物DNARNADNA的兩條鏈DNA的一條鏈四種脫氧核苷酸四種核糖核苷酸A-T；G-CA-U；T-A；G-C解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶mRNA攜帶的遺傳信息如何翻譯成蛋白質？遺傳信息的翻譯、中心法則PART03三、遺傳信息的翻譯1.定義：游離在細胞質中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質，這一過程叫做翻譯。DNA攜帶的遺傳信息mRNA攜帶的遺傳信息蛋白質轉錄翻譯堿基排序堿基排序氨基酸排序mRNA：堿基的數量排列順序種類蛋白質：氨基酸的數量排列順序種類決定決定決定討論：4種堿基怎么決定蛋白質的21種氨基酸？1個堿基決定1種氨基酸就只能決定

種，即

2個堿基決定1種氨基酸就只能決定

種，即

3個堿基決定1種氨基酸就只能決定

種，即

44種21種41164264432.密碼子：mRNA

上

3

個相鄰的堿基決定

1

個氨基酸，每

3

個這樣的堿基叫作1

個密碼子（P66）。mRNA5'3'A密碼子密碼子密碼子密碼子認讀是從mRNA的5'→3'，相鄰的密碼子無間隔、不重疊。纈氨酸組氨酸精氨酸第一個堿基第二個堿基第三個堿基UCAGU苯丙氨酸絲氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸絲氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸絲氨酸終止終止、硒代半胱氨酸A亮氨酸絲氨酸終止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸組氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸組氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA異亮氨酸蘇氨酸天冬酰胺絲氨酸U異亮氨酸蘇氨酸天冬酰胺絲氨酸C異亮氨酸蘇氨酸賴氨酸精氨酸A甲硫氨酸（起始）蘇氨酸賴氨酸精氨酸GG纈氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U纈氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C纈氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A纈氨酸、甲硫氨酸（起始）丙氨酸谷氨酸甘氨酸G

終止密碼子：

、__________________________、____

種類

起始密碼子：

（甲硫氨酸）、（

種）

_____（纈氨酸、甲硫氨酸）

編碼氨基酸的密碼子______種（特殊情況下62種）64UAAUGA（硒代半胱氨酸）UAGAUGGUG61特殊密碼子說明：①在正常情況下，UGA是終止密碼子，但在特殊情況下可編碼硒代半胱氨酸。②在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時它編碼甲硫氨酸。絕大多數氨基酸都有幾個密碼子。2.密碼子的簡并性地球上幾乎所有的生物都共用同一套密碼子。3.密碼子的通用性討論1：你認為密碼子的簡并對生物體的生存和發展有什么意義？討論2：根據密碼子的通用性這一事實，你能想到什么？①增強基因表達的容錯性。當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應的氨基酸②提高翻譯的速率。當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。說明當今生物可能有著共同的起源，有或遠或近的親緣關系一種密碼子決定一種氨基酸。1.密碼子的專一性分析密碼子的特性思考·討論3.tRNA(轉運RNA)：①形態：③功能特點：②反密碼子RNA鏈經過折疊，形成三葉草形識別密碼子，轉運氨基酸。（每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸。一種氨基酸可由一種或幾種tRNA轉運）mRNA5'3'ACU反密碼子密碼子位于tRNA上，其實質是與密碼子發生堿基互補配對的3個相鄰的堿基。CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA甲色ACC組精GACmRNA在細胞質中與核糖體結合GGU4.過程：P68位點1位點2位點3UCA甲色ACC組精GAC攜帶甲硫氨酸的tRNA，通過與堿基AUG互補配對，進入位點1UCA甲UCAGGUCUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU甲UCA4.過程：位點1位點2位點3CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC組精GAC攜帶組氨酸的tRNA以同樣的方式進入位點2甲UCAGGUGGU組GGU組GGU4.過程：位點1位點2位點3CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC精GAC甲硫氨酸與組氨酸形成肽鍵，從而轉移到位點2的tRNA上甲UCA組GGU甲4.過程：位點1位點2位點3位點1位點2位點3色ACC精GAC核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子。UCA組GGU甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA原位點1的tRNA離開核糖體，原位點2的tRNA進入位點1。4.過程：位點1位點2位點3色ACC精GAC一個新的攜帶氨基酸的tRNA進入位點2，繼續肽鏈的合成GGU組甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACC色ACC色ACC組甲4.過程：位點1位點2位點3GAC就這樣，隨著核糖體的移動，tRNA以上述方式將攜帶的氨基酸輸送過來，以合成肽鏈。直到核糖體遇到mRNA的終止密碼子，合成才告終止。GGUCUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACCAGG半色組甲精谷半脯絲UCU終止密碼4.過程：5.場所：6.條件：7.結果：核糖體能量：

酶：模板：原料：原則：ATP多種酶mRNA21種氨基酸

堿基互補配對A－U、U－AG－C、C－G多肽鏈8.特征：（1）如何快速高效地進行翻譯呢？（P69）一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，同時進行多條肽鏈合成。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質。（2）以同一模板合成的多條肽鏈的氨基酸序列是否相同？相同，因為其模板相同mRNA核糖體（3）真、原核細胞基因的表達有什么區別？真核細胞中先轉錄后翻譯，原核細胞中邊轉錄邊翻譯8.特征：DNA的復制、轉錄和翻譯的比較項目復制轉錄翻譯場所條件模板原料能量酶產物原則細胞核（主要場所）細胞核（主要場所）核糖體DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸21種氨基酸ATPATPATP解旋酶DNA聚合酶等RNA聚合酶DNARNA多肽堿基互補配對A-TT-AG-CC-G堿基互補配對A-U

T-AG-CC-G堿基互補配對A-UU-AG-CC-G多種酶1957年，克里克率先提出遺傳信息傳遞的一般規律——中心法則。遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復制；復制轉錄翻譯蛋白質DNARNA也可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。隨著研究的深入，科學家對中心法則進行補充：資料：1.1965年，科學家在某種RNA病毒中發現了RNA復制酶，RNA復制酶能催化RNA的復制。2.1970年，科學家在致癌的RNA病