第第4章章基基因因的的表表达达电影电影侏罗纪公园侏罗纪公园思考：电影中的科学家是怎么使已思考：电影中的科学家是怎么使已灭绝的恐龙复活的？灭绝的恐龙复活的？利用恐龙的利用恐龙的DNA使恐龙的基因表达出使恐龙的基因表达出来来,表现恐龙的特性表现恐龙的特性,才是恐龙的复活。才是恐龙的复活。在基因表达的时候在基因表达的时候,基因基因(DNA)就像一张蓝图，就像一张蓝图，生物体就是根据这张蓝图用蛋白质构建起来的，因为生物体就是根据这张蓝图用蛋白质构建起来的，因为蛋白质是生命活动的主要承担者（或体现者），基因蛋白质是生命活动的主要承担者（或体现者），基因对性状的控制，是通过控制蛋白质的合成来实现的。对性状的控制，是通过控制蛋白质的合成来实现的。问：基因（问：基因（DNA）在细胞核中，而蛋白）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？质的合成呢？两者如何联系起来的呢？ 推测：在推测：在DNA和蛋白质之间，有一种中和蛋白质之间，有一种中间物质能够作为传达间物质能够作为传达DNA信息的信使。信息的信使。科学家发现此物质就是科学家发现此物质就是RNA。问：为什么问：为什么RNA适于作适于作DNA的信使呢？的信使呢？细胞中的两种核酸的比较细胞中的两种核酸的比较DNARNA组成元素组成元素C、H、O、N、P基本单位基本单位脱氧核苷酸（脱氧核苷酸（4种）种）核糖核苷酸（核糖核苷酸（4种）种）磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖A、T、C、G磷酸磷酸核糖核糖A、U、C、G结结构构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构一般单链结构，较短一般单链结构，较短功功能能储存、传递和表达储存、传递和表达遗传信息遗传信息分分布布细胞核的染色体细胞核的染色体,线线粒体粒体,叶绿体叶绿体细胞质，核糖体细胞质，核糖体化学组成化学组成mRNA:转录信息转录信息,翻译的模板翻译的模板tRNA:运输特定氨基酸运输特定氨基酸rRNA:核糖体的组成成分核糖体的组成成分图图4-1核糖与脱氧核糖核糖与脱氧核糖图图4-2DNA与与RNA在化学组成上的区别在化学组成上的区别图图4-3三种三种RNA示意图示意图RNA的在细胞中有三种：的在细胞中有三种：mRNA（信使（信使RNA），），tRNA（转运（转运RNA），），rRNA（核糖体核糖体RNA）问：问：DNA的信息是怎么传给的信息是怎么传给mRNA的？的？(1)它的分子结构与它的分子结构与DNA很相似很相似,也是由基本也是由基本单位单位-核苷酸连接而成核苷酸连接而成,也能储存遗传信息。也能储存遗传信息。(2)在在RNA与与DNA的关系中，也遵循的关系中，也遵循“碱基碱基互补配对原则互补配对原则”，但，但U-A。(3)RNA一般是单链，而且比一般是单链，而且比DNA短，因此短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。能够通过核孔转移到细胞质中。RNA适于作适于作DNA的信使的原因的信使的原因:图图4-4以以DNA为模板转录为模板转录RNA的图解、的图解、动画过程动画过程比较复制，转录过程的差异：比较复制，转录过程的差异：RNADNA产物产物DNA的一条链的一条链DNA的两条链的两条链模板模板边解旋边转录边解旋边转录半保留复制，半保留复制，边解旋边复制边解旋边复制特点特点DNAmRNADNADNA信息传信息传递方向递方向RNA聚合酶聚合酶DNA解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶(主要酶主要酶)酶酶4种核糖核苷酸种核糖核苷酸4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸原料原料只解有遗传效应的片段只解有遗传效应的片段完全解旋完全解旋解旋解旋细胞核细胞核细胞核细胞核场所场所转录转录DNA复制复制问问:（1）DNA的碱基与的碱基与RNA的碱基的碱基如何互补配对？（强调如何互补配对？（强调A-U）（2）转录与复制过程有何异同）转录与复制过程有何异同？转录小结：转录小结：概念：在细胞核中，以概念：在细胞核中，以DNA双链中的一双链中的一条为模板，合成条为模板，合成mRNA的过程。的过程。场所：细胞核场所：细胞核模板：模板：DNA解旋，以其中一条链为模板解旋，以其中一条链为模板原料：原料：4种核糖核苷酸（种核糖核苷酸（A、U、C、G）条件：条件：ATP、酶（、酶（RNA聚合酶）聚合酶）产物：单链的产物：单链的mRNA（信使（信使RNA）信息传递方向：信息传递方向：DNAmRNA练习巩固：练习巩固：1.DNA分子的解旋发生在分子的解旋发生在_过程中。过程中。A.复制复制B.转录转录C.翻译翻译D.复制和转录复制和转录2.果蝇的遗传物质由果蝇的遗传物质由_种核苷酸组成。种核苷酸组成。A.2B.4C.5D.83.一个一个DNA分子可以转录出多少种多少个分子可以转录出多少种多少个mRNA分子分子()A.一种一个一种一个B.一种多个一种多个C.多种多个多种多个D.无数种无数个无数种无数个4.已知一段信使已知一段信使RNA上有上有12个个A和和G,该信使该信使RNA上共有上共有30个碱个碱基。那么转录成该信使基。那么转录成该信使RNA的一段的一段DNA分子中应有分子中应有C和和T()A.12个个B.18个个C.24个个D.30个个DDBCAGTAC A AATUCAUG A UUAmRNA细胞质细胞质细胞核细胞核核孔核孔DNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成AGTAC A AATUCAUG A UUAmRNA细胞质细胞质细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质问题情境：问题情境：转录后进入细胞质的转录后进入细胞质的mRNA仍是碱基仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，序列，而不是蛋白质。那么，mRNA上的上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种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？类、数量和排列顺序呢？mRNA如何将遗如何将遗传信息翻译成蛋白质？传信息翻译成蛋白质？思考：思考：mRNA的的4种碱基如何决定种碱基如何决定20种氨基酸？种氨基酸？碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？感悟科学家破译遗传密码的推理过程：感悟科学家破译遗传密码的推理过程：1个碱基决定个碱基决定1个氨基酸？个氨基酸？2个碱基决定个碱基决定1个氨基酸？个氨基酸？4种种,不行！不行！16种组合方式也不能决定种组合方式也不能决定20种氨基酸种氨基酸,不行！不行！提出：提出：mRNA上每上每3个相邻的碱基决定个相邻的碱基决定1个个氨基酸。氨基酸。64种，可行！种，可行！密码子：密码子：mRNA上三个相邻的碱基称为一上三个相邻的碱基称为一个密码子（三联体密码）。个密码子（三联体密码）。思考与讨论思考与讨论：已知一段：已知一段mRNA的碱基序列是的碱基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，你，你能结合密码子表写出对应的氨基酸序列吗？能结合密码子表写出对应的氨基酸序列吗？甲硫氨酸甲硫氨酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸半胱氨半胱氨酸酸脯氨酸脯氨酸丝氨酸丝氨酸赖氨酸赖氨酸脯氨酸脯氨酸分析密码子的特点：分析密码子的特点：(1)一个密码子决定一个特定的氨基酸；一个密码子决定一个特定的氨基酸；(2)有的氨基酸可能有一个以上的密码子有的氨基酸可能有一个以上的密码子（密码的简并，有何意义？）；（密码的简并，有何意义？）；(3)起始密码子、终止密码子。起始密码子、终止密码子。64种密码中：种密码中：61个编码控制个编码控制20种氨基酸合成，另外种氨基酸合成，另外3个个（UAG、UAA、UGA）不编码任何氨基）不编码任何氨基酸，而是合成蛋白质的终止信号又称终止酸，而是合成蛋白质的终止信号又称终止密码。密码。(4)几乎所有生物都共用一套密码子。几乎所有生物都共用一套密码子。问问：mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器装配机器”核糖体结合，形成合成核糖体结合，形成合成蛋白质的蛋白质的“生产线生产线”。那么，游离在细。那么，游离在细胞质中的氨基酸是怎样运送到合成蛋白胞质中的氨基酸是怎样运送到合成蛋白质的质的“生产线生产线”上的呢？上的呢？图图4-5tRNA的结构示意图的结构示意图专一性：每种专一性：每种tRNA只能识别并转运一只能识别并转运一种氨基酸。种氨基酸。tRNA的反密码子与的反密码子与mRNA上的密码子上的密码子互补配对。互补配对。图图4-6蛋白质的合成示意图蛋白质的合成示意图动画展示蛋白质的合成过程动画展示蛋白质的合成过程图图4-6中所示的正在合成的肽链的氨基酸中所示的正在合成的肽链的氨基酸序列是什么序列是什么?甲硫氨酸甲硫氨酸组氨酸组氨酸色氨酸色氨酸精氨酸精氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸脯氨酸脯氨酸一个一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链翻译小结：翻译小结：概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序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。的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。场所：细胞质的核糖体。场所：细胞质的核糖体。模板：以模板：以mRNA为模板。为模板。原料：原料：20种氨基酸（由种氨基酸（由tRNA搬运）。搬运）。条件：酶、条件：酶、ATP产物：有一定氨基酸顺序的肽链。产物：有一定氨基酸顺序的肽链。信息传递方向：信息传递方向：mRNA蛋白质蛋白质比较复制，转录和翻译三个过程的差异：比较复制，转录和翻译三个过程的差异：核糖体核糖体细胞核细胞核细胞核细胞核场所场所一个一个mRNA分分子可以与多个子可以与多个核糖体结合核糖体结合边解旋边转录边解旋边转录半保留复制，边半保留复制，边解旋边复制解旋边复制特点特点mRNA蛋白质蛋白质DNAmRNADNADNA信息传信息传递方向递方向肽肽链链RNADNA产物产物20种氨基酸种氨基酸4种核糖核苷酸种核糖核苷酸4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸原料原料mRNADNA一条链一条链DNA双链双链模板模板生物生长发育过程中生物生长发育过程中细胞分裂间期细胞分裂间期时间时间翻译翻译转录转录DNA复制复制能能发生碱基配对的场所和过程发生碱基配对的场所和过程:场所场所:过程过程:细胞核、线粒体、叶绿体、细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体核糖体DNA复制、复制、RNA复制、转录、复制、转录、逆转录、翻译逆转录、翻译归纳遗传信息流动方向：归纳遗传信息流动方向：思考：思考：DNA的碱基数、的碱基数、mRNA的碱基数与氨基酸的碱基数与氨基酸个数的关系如何？个数的关系如何？例：一条多肽链中有氨基酸例：一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成该个，则作为合成该多肽链模板的信使多肽链模板的信使RNA和用来转录该信使和用来转录该信使RNA的基因的基因分子分别至少有碱基多少个？分子分别至少有碱基多少个？A.3000个和个和3000个个B.1000个和个和3000个个C.1000个和个和4000个个D.3000个和个和6000个个小结：小结：DNA的碱基数的碱基数:mRNA的碱基数的碱基数:蛋白质的氨基酸蛋白质的氨基酸数数=6n:3n:n6(n+1):3(n+1):nD总结：总结：基因的表达过程是在细胞中完成的。基因的表达过程是在细胞中完成的。DNA分子、分子、RNA分子、氨基酸分子和核糖体，线粒分子、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，就从翻译过程。在组成蛋白质的肽链合成后，就从核糖体与核糖体与mRNA的复合物上脱离，经过一系列的复合物上脱离，经过一系列步骤，被运送到各自的步骤，被运送到各自的“岗位岗位”，盘曲折叠成，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，开始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。承担细胞生命活动的各项职责。