第一节基因指导蛋白质的合成 生物的性状是由生物的性状是由 控制的控制的 性状是由性状是由 体现的体现的基因基因蛋白质蛋白质基因通过指导蛋白质的合成来控制性状基因通过指导蛋白质的合成来控制性状的过程的过程(即即基因的表达基因的表达).第一节基因指导蛋白质的合成 推测有一种物质能够作为传达推测有一种物质能够作为传达DNADNA信息信息的信使，科学家发现此物质就是的信使，科学家发现此物质就是RNARNA。 DNADNA的遗传信息如何传给的遗传信息如何传给RNA RNA ？问题：问题：DNADNA主要存在细胞核主要存在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞中，而蛋白质合成是在细胞质中的核糖体上进行的，两质中的核糖体上进行的，两者如何联系起来的呢？者如何联系起来的呢？请你作出推测请你作出推测? ?核糖与脱氧核糖核糖与脱氧核糖DNADNA与与RNARNA在化学组成的区别在化学组成的区别一一 遗传信息的转录遗传信息的转录1. RNA1. RNA的结构和种类的结构和种类（）（）DNADNA与与RNARNA分子结构的比较分子结构的比较 比较项目比较项目DNADNARNARNA基本单位基本单位五碳糖五碳糖含氮碱基含氮碱基结构结构主要存在部位主要存在部位脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖脱氧核糖(C5H10O4)核糖核糖(C5H10O5)A A T T C G C GA A U U C GC G通常呈通常呈双链结构双链结构通常呈单链结构通常呈单链结构细胞核细胞核细胞质细胞质信使信使 RNA RNA (mRNA)(mRNA)核糖体核糖体 RNA RNA (rRNA)(rRNA)转运转运 RNA RNA (tRNA)(tRNA)（）（） RNARNA的种类的种类tRNA的结构示意图的结构示意图mRNA为什么叫做为什么叫做信使信使RNARNA？它是谁？它是谁的信使？的信使？ 因为它是遗传信息的因为它是遗传信息的传递者，所以叫做信使传递者，所以叫做信使RNARNA。它是它是DNADNA的信使。的信使。为什么为什么mRNAmRNA适于作适于作DNADNA的信使？的信使？(3) RNA(3) RNA适于作适于作DNADNA信使信使的原因的原因vRNARNA也是由四种核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。也是由四种核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。vRNARNA一般为单链，比一般为单链，比DNADNA短，能通过核孔，从细胞核转移短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。到细胞质中。vRNARNA与与DNADNA的关系中，也遵循碱基互补配对原则。的关系中，也遵循碱基互补配对原则。 ( (二二) ) 转录的过程转录的过程问题问题2 2：DNADNA的的遗传信息是怎样传遗传信息是怎样传给给mRNAmRNA的呢？的呢？1 1、转录的具体过、转录的具体过程程DNADNA的平面结构图的平面结构图AG T AC A A A T TCATG A TT A转录动态过程示意图以以DNADNA的一条链为模板合成的一条链为模板合成RNARNADNADNA一条链一条链游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸AG T AC A A A T UUGGACUGCUGAAG T AC A A A T AGCUGACGGUUUDNADNA与与RNARNA的碱基互补配对：的碱基互补配对：A AU U；T TC C；C CG G；T TA ARNA RNA 聚合酶聚合酶AG T AC A A A T AGCGACGGUUUU组成组成 RNA RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来的核糖核苷酸一个个连接起来AG T AC A A A T GCGACGGUUU UAAG T AC A A A T GCGACGUUGU UAAG T AC A A A T GCGACGUGU UAUAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAAG T AC A A A T GCGCGGU UAU UA UAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U CAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U C形成形成 mRNA mRNA ，DNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传信息就传递到mRNAmRNA上上RNADNADNA一条链一条链( (二二) ) 转录的过程转录的过程2 2、转录的定义：、转录的定义： 在细胞核中以在细胞核中以DNADNA的一条链为模板的一条链为模板, ,按碱按碱基互补配对原则，合成基互补配对原则，合成RNARNA的过程（的过程（以基因为以基因为单位转录单位转录）。）。3 3、转录的场所：、转录的场所：主要在细胞核主要在细胞核 4 4、转录的条件：、转录的条件： 模板模板（DNADNA的一条链）的一条链） 原料原料（四种核糖核苷酸）（四种核糖核苷酸） 酶酶（ DNADNA解旋酶解旋酶 RNARNA 聚合酶等）聚合酶等） 能量能量（ATPATP）5 5、转录的结果：、转录的结果： 形成形成mRNAmRNA（ DNADNA上的遗传信息传递给了上的遗传信息传递给了m mRNARNA ）6 6、转录的特点：、转录的特点： 单链转录单链转录 边解旋边转录边解旋边转录 特定的特定的碱基互补配对方式碱基互补配对方式（A-A-U U，G-G-C C ，T-T-A A ，C-C-G G ）思考与讨论：思考与讨论：DNADNA的复制和转录的复制和转录有何异同之处？有何异同之处？类别类别项目项目复制复制转录转录场所场所解旋解旋模板模板原料原料酶酶能量能量碱基碱基配对配对产物产物细胞核细胞核只解有遗传效应的片段只解有遗传效应的片段只有只有DNADNA的一条链的一条链四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸DNADNA解旋酶解旋酶 RNARNA聚合聚合酶酶ATPATPA-UG-CT-AC-GRNA细胞核细胞核完全解旋完全解旋DNA的两条链的两条链四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸DNA解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶ATPA-TC-GT-AG-C子代子代DNA复复 制制 与与 转转 录录 的的 比比 较较 转录得到的转录得到的RNARNA仍是碱基序列，而仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，不是蛋白质。那么，RNARNA上的碱基序上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？数量和排列顺序呢？ mRNAmRNA如何将信息翻译成蛋白质？如何将信息翻译成蛋白质？ mRNAmRNA通过核孔进入细胞质中，与核通过核孔进入细胞质中，与核糖体结合，开始它新的历程糖体结合，开始它新的历程翻译。翻译。 二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译1 1、翻译的概念：、翻译的概念： 游离在细胞质中的各种氨基酸，以游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNAmRNA为模板为模板合成合成具有一定氨基酸顺序的蛋白具有一定氨基酸顺序的蛋白质质的过程，称为遗传信息的翻译。的过程，称为遗传信息的翻译。 DNADNA和和RNARNA都只含有都只含有4 4种碱基，而组成生种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有物体蛋白质的氨基酸有2020种。这种。这4 4种碱基是种碱基是怎样决定蛋白质的怎样决定蛋白质的2020种氨基酸的？种氨基酸的？ 碱基与氨基酸之碱基与氨基酸之间的对应关系如何间的对应关系如何？4 4种碱基只能决定种碱基只能决定4 4种氨基酸，种氨基酸，4 41 1=4=44 4种碱基最多只能编码种碱基最多只能编码1616种，种，4 42 2=16=16三个碱基决定一个氨基酸能决定三个碱基决定一个氨基酸能决定6464种，种，4 43 3=64=64，足够有余，足够有余（3 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）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蛋白质的2020种氨基酸？种氨基酸？（2 2）如果）如果2 2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？（1 1）如果）如果1 1个碱基决定个碱基决定1 1个氨基酸，个氨基酸，4 4种碱基能决定多少种氨基酸？种碱基能决定多少种氨基酸？4 4种碱基几个一组能决定种碱基几个一组能决定2020种氨基酸？种氨基酸？密码子密码子密码子密码子密码子密码子UCAUG A UUAmRNA 2 2、密码子、密码子（遗传密码）（遗传密码）： （1 1）概念：）概念： mRNAmRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。（2 2）密码子的特点）密码子的特点 数目共数目共6464种：种： 6161种密码子种密码子决定决定2020种氨基酸：其中种氨基酸：其中2 2种为种为 起始密码子起始密码子 ( AUG ( AUG 甲硫氨酸甲硫氨酸; GUG; GUG缬缬氨酸氨酸 ) ) 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； 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； 3 3种终止密码子种终止密码子 ( UAA; UAG; UGA )( UAA; UAG; UGA )特点：特点：简并性：一种氨基酸可以有多种密码子。简并性：一种氨基酸可以有多种密码子。通用性：所有生物公用同一套遗传密码。通用性：所有生物公用同一套遗传密码。 游离在细胞质中的氨基酸，游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运送到合成蛋白质的是怎样运送到合成蛋白质的“生生产线产线”上的？上的？ 谁来担任谁来担任“搬运工搬运工”？tRNAtRNA“搬运工搬运工”一共有多少种一共有多少种tRNAtRNA? ?AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨反密码子反密码子 反密码子与密码子相互配对反密码子与密码子相互配对, , 转运的氨基酸由转运的氨基酸由配对的密码子决定配对的密码子决定. .每种每种tRNAtRNA只能识别并转运只能识别并转运一种特定的氨基酸一种特定的氨基酸! !有有6161种种第第1 1步步 mRNAmRNA进入细胞质，与核糖体结进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱通过与碱基基AUG互补配对，进入位点互补配对，进入位点1.第第2 2步步 携带组氨酸的携带组氨酸的tRNAtRNA以同样方以同样方式进入位点式进入位点2.2.第第3步步 甲硫氨酸通过与组氨酸形成甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点肽键而转移到占据位点2的的tRNA上。上。第第4步步 核糖体读取下一个密码子，原核糖体读取下一个密码子，原占据位点占据位点1的的tRNA离开核糖体，占据离开核糖体，占据位点位点2的的tRNA进入位点进入位点1，一个新的携，一个新的携带氨基酸的带氨基酸的tRNA进入位点进入位点2，继续肽，继续肽链的合成。重复步骤链的合成。重复步骤2、3、4，直至核直至核糖体读取到糖体读取到mRNA的终止密码。的终止密码。UCAUG A UUAmRNA细胞质细胞质蛋白质合成过程动态示意图蛋白质合成过程动态示意图UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸核糖体核糖体UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸肽键肽键UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸肽键肽键UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸UCAUG A UUAA A UAC UAUG亮氨酸亮氨酸天门冬天门冬氨酸氨酸异亮氨酸异亮氨酸3 3、翻译的过程：、翻译的过程：（2 2）翻译的场所：）翻译的场所： （3 3）翻译时的条件）翻译时的条件: : (4) (4)翻译的产物翻译的产物: :核糖体核糖体蛋白质蛋白质模板模板( (mRNAmRNA ) )、原料原料( (游离的氨基酸游离的氨基酸) )工具工具( (tRNA)tRNA)酶酶能量能量(ATP)(ATP)(1)(1)翻译的具体过程：（已讲）翻译的具体过程：（已讲） 一个一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链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。在在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37370 0C C时，细菌细胞内合时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接成肽链的速度约为每秒连接1515个氨基酸。通常，一个个氨基酸。通常，一个mRNAmRNA分子上可以分子上可以相相继继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNAmRNA分子分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。就可以迅速合成出大量的蛋白质。阶段阶段项目项目转录转录翻译翻译定义定义场所场所模板模板遗传信息传遗传信息传递的方向递的方向原料原料产物产物在细胞核中，以在细胞核中，以DNADNA的的一条链为模板合成一条链为模板合成mRNAmRNA的过程。的过程。以信使以信使RNARNA为模板，合为模板，合成具有一定氨基酸顺序成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程的蛋白质的过程细胞核细胞核细胞质的核糖体细胞质的核糖体DNADNA的一条链的一条链信使信使RNARNADNAmRNADNAmRNAmRNAmRNA蛋白质蛋白质含含A A、U U、C C、G G的的4 4种核种核糖核苷酸糖核苷酸合成蛋白质的合成蛋白质的2020种氨基酸种氨基酸信使信使RNARNA有一定氨基酸排列顺序的多肽，有一定氨基酸排列顺序的多肽，进一步加工为蛋白质进一步加工为蛋白质转录和翻译的比较转录和翻译的比较总结：总结： 基因的表达过程是在细胞中完成基因的表达过程是在细胞中完成的。的。DNADNA分子、分子、RNARNA分子、氨基酸分子和核分子、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。传信息的转录和翻译过程。在组成蛋白质在组成蛋白质的肽链合成后，就从核糖体与的肽链合成后，就从核糖体与mRNAmRNA的复合的复合物上脱离，经过一系列步骤，被运送到各物上脱离，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，开始承担细胞生命和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。活动的各项职责。 谢谢