第4章基因的表達(dá)第1節(jié)

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成背景知識(shí)

將蘇云金桿菌抗蟲(chóng)蛋白基因（Bt抗蟲(chóng)蛋白基因）轉(zhuǎn)入普通棉花，培育出的棉花植株會(huì)產(chǎn)生Bt抗蟲(chóng)蛋白。轉(zhuǎn)入的是基因，得到的卻是蛋白質(zhì)！為什么會(huì)這樣？原來(lái)，基因可以控制蛋白質(zhì)的合成，這個(gè)過(guò)程就是基因的表達(dá)。DNA主要存在于細(xì)胞核中，而蛋白質(zhì)是在細(xì)胞質(zhì)（核糖體）中合成的。

DNA和核糖體兩者在空間上是隔開(kāi)的。那么，DNA攜帶的遺傳信息是怎么傳遞到細(xì)胞質(zhì)中的呢？

已知，DNA不能出核孔（核孔有選擇性）科學(xué)家推測(cè)：在DNA和蛋白質(zhì)之間，還有一種中間物質(zhì)充當(dāng)信使。背景知識(shí)充當(dāng)信使的物質(zhì)——RNA脫氧核糖DNA胸腺嘧啶（T）磷酸腺嘌呤（A）鳥(niǎo)嘌呤（G）胞嘧啶（C）RNA核糖尿嘧啶（U）RNA的基本單位DNA的基本單位為什么RNA適于作DNA（基因）的信使？一、RNA的結(jié)構(gòu)與功能1.RNA適于作為DNA信使的原因：（1）RNA組成與DNA的很相似：

它也是由基本單位——核苷酸連接而成的，核苷酸也含有4種堿基，這些特點(diǎn)使得RNA具備準(zhǔn)確傳遞遺傳信息的可能。（2）RNA一般為單鏈，比DNA短，能通過(guò)核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。（3）組成RNA的堿基也嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。一、RNA的結(jié)構(gòu)與功能2.RNA的種類與功能信使RNA（mRNA）：能將遺傳信息從細(xì)胞核傳遞到細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）：轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的工具核糖體RNA（rRNA）：核糖體的組成成分一、RNA的結(jié)構(gòu)與功能1.概念：2.時(shí)間：3.場(chǎng)所：4.條件：RNA是在細(xì)胞核中，通過(guò)RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過(guò)程叫作轉(zhuǎn)錄。個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)過(guò)程主要是細(xì)胞核，在葉綠體、線粒體中也能發(fā)生轉(zhuǎn)錄過(guò)程。DNA的一條鏈4種游離的核糖核苷酸ATPRNA聚合酶模板：原料：能量：酶：二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄ACCTGGATCGAACCTGGTGACCTAGCTTGGAC①解旋：DNA雙鏈解開(kāi)，堿基暴露出來(lái)。5.過(guò)程：二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄②配對(duì)：游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補(bǔ)配對(duì)。ACCTGGATCGAACCTGUGGACAUGUGGACU5.過(guò)程：二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄③連接：在RNA聚合酶的作用下，mRNA開(kāi)始合成，新結(jié)合的核糖核苷酸連接到正在合成的RNA分子上ACCTGGATCGAACCTGUGGACUAGCUUCGGAC5.過(guò)程：二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄④釋放：合成的RNA從DNA鏈上釋放，而后DNA雙螺旋恢復(fù)。ACCTGGATCGAACCTGAGCUUCGGACUGGACU5.過(guò)程：二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄①解旋：雙鏈解開(kāi)，暴露堿基。②配對(duì)：③連接：RNA聚合酶④釋放：合成的RNA從DNA鏈上釋放，DNA雙螺旋恢復(fù)。5.過(guò)程：原則：堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(A-U，T-A，C-G，G-C)模板：解開(kāi)的DNA雙鏈中的一條鏈原料：游離的4種核糖核苷酸6.產(chǎn)物：mRNA、tRNA、rRNA。⑤方向：子鏈的5’→3’二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄7.特點(diǎn)：（1）一個(gè)DNA分子中有許多個(gè)基因，轉(zhuǎn)錄是以基因?yàn)閱挝贿M(jìn)行的，每個(gè)基因可分別轉(zhuǎn)錄成一條mRNA，由于基因的選擇性表達(dá)，一個(gè)DNA分子中某個(gè)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄時(shí)，其他基因可能轉(zhuǎn)錄也可能不轉(zhuǎn)錄，它們之間互不影響。二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄7.特點(diǎn)：（2）轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別是DNA分子上基因的啟動(dòng)子和終止子，其中啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位。真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)

內(nèi)含子

外顯子

啟動(dòng)子終止子與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄7.特點(diǎn)：（3）真核生物的DNA轉(zhuǎn)錄形成的mRNA需要在細(xì)胞核加工處理成為成熟的mRNA后才能作為下一步翻譯的模板。3’5’轉(zhuǎn)錄的DNA序列新合成的mRNA5’3’成熟的mRNA5’3’二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄思考·討論？1.轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制有什么共同之處？這對(duì)保證遺傳信息的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)錄有什么意義？轉(zhuǎn)錄和DNA復(fù)制都是以DNA為模板并按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行的，堿基互補(bǔ)配對(duì)原則能夠保證遺傳信息準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞下去，從而保證了遺傳的穩(wěn)定性。2.與DNA復(fù)制相比，轉(zhuǎn)錄所需要的原料和酶各有什么不同？轉(zhuǎn)錄所需要的原料是核糖核苷酸，酶是RNA聚合酶。3.轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與DNA兩條單鏈的堿基序列各有哪些異同？轉(zhuǎn)錄的RNA堿基序列和模板DNA單鏈的堿基序列互補(bǔ)配對(duì)，與DNA的另一條鏈的堿基序列相同(只是DNA鏈上T的位置，RNA鏈上是U)。二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄主要場(chǎng)所解旋模板原料酶能量堿基配對(duì)產(chǎn)物細(xì)胞核細(xì)胞核完全解旋只解有遺傳效應(yīng)的DNA片段DNA的兩條鏈只有DNA的一條鏈4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶ATPATPA－T、T－A、G－C、C－GA－U、T－A、G－C、C－G子代DNAmRNADNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較三、遺傳信息的翻譯轉(zhuǎn)錄得到的是RNA，而不是蛋白質(zhì)。那么，RNA上的堿基序列如何能變成蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序呢？mRNA通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合，開(kāi)始它新的歷程——翻譯。

1、翻譯的概念：游離在細(xì)胞質(zhì)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(zhì)的過(guò)程，稱為遺傳信息的翻譯。要想知道m(xù)RNA是如何翻譯成蛋白質(zhì)的，首先要尋找mRNA的堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。mRNA的堿基序列蛋白質(zhì)的氨基酸序列2、翻譯的實(shí)質(zhì)：三、遺傳信息的翻譯三、遺傳信息的翻譯mRNA的4種堿基如何對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)的21種氨基酸？最多可以決定64（43）種氨基酸若1個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸最多可以決定4種氨基酸若2個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸最多可以決定16（42）種氨基酸若3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，至少需要3個(gè)堿基對(duì)應(yīng)1個(gè)氨基酸mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸，每3個(gè)這樣的堿基稱作一個(gè)密碼子。AGGUUCGACmRNA5'3'密碼子密碼子密碼子纈氨酸組氨酸精氨酸第一個(gè)堿基第二個(gè)堿基第三個(gè)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

起始密碼子______種

種類（

)種終止密碼子______種

編碼氨基酸的密碼子______種642623在正常情況下，UGA是終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼硒代半胱氨酸；在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時(shí)它編碼甲硫氨酸。第一個(gè)堿基第二個(gè)堿基第三個(gè)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一種密碼子決定____種氨基酸，一種氨基酸由

密碼子決定。1種或幾種1三、遺傳信息的翻譯密碼子的特點(diǎn)：意義：在一定程度上能防止由于DNA中堿基的改變而導(dǎo)致的蛋白質(zhì)的改變。2.通用性：地球上幾乎所有的生物共用一套密碼子表。說(shuō)明生物之間存在或近或遠(yuǎn)的親緣關(guān)系。1.簡(jiǎn)并性：一種氨基酸可由一種或幾種密碼子決定。三、遺傳信息的翻譯游離的氨基酸是如何搬運(yùn)到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上的？翻譯的搬運(yùn)工---轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)①結(jié)構(gòu)：tRNA鏈經(jīng)過(guò)折疊，像三葉草的葉形，其一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個(gè)相鄰的堿基，這3個(gè)堿基可以與mRNA上的密碼子配對(duì)，叫作反密碼子。③種類：62種，與決定氨基酸的密碼子一一對(duì)應(yīng)。②特點(diǎn)：1種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)1種氨基酸三、遺傳信息的翻譯12第1步:

進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與

結(jié)合。攜帶甲硫氨酸的tRNA，通過(guò)與堿基AUG

，進(jìn)入位點(diǎn)

。mRNA核糖體互補(bǔ)配對(duì)1翻譯的過(guò)程AGCUUCGGCUGGACUUCUA甲硫氨酸三、遺傳信息的翻譯12AGCUUCGGCUGGACUUCUA甲硫氨酸GGU組氨酸第2步:攜帶某個(gè)氨酸的tRNA以同樣的方式進(jìn)入位點(diǎn)

。2翻譯的過(guò)程三、遺傳信息的翻譯12AGCUUCGGCUGGACUUCUA甲硫氨酸GGU組氨酸第3步:甲硫氨酸與這個(gè)氨基酸形成

，從而轉(zhuǎn)移到位點(diǎn)

的tRNA上。2肽鍵翻譯的過(guò)程三、遺傳信息的翻譯12AGCUUCGGCUGGACUUCUA甲硫氨酸GGU組氨酸第4步:

沿

移動(dòng)，讀取下一個(gè)密碼子，原占位點(diǎn)

的tRNA離開(kāi)核糖體，原位點(diǎn)

的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)

，一個(gè)新的攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)

，繼續(xù)肽鏈的合成。核糖體mRNA1212GGU色氨酸翻譯的過(guò)程三、遺傳信息的翻譯12AGCUUCGGUGACU甲硫氨酸GGU組氨酸GGU色氨酸隨著________的移動(dòng)，tRNA以上述方式將攜帶的氨基酸輸送過(guò)來(lái)，以合成肽鏈。直到核糖體遇到mRNA的____________，合成才告終止。核糖體終止密碼子……UAA核糖體的移動(dòng)方向翻譯的過(guò)程三、遺傳信息的翻譯12AGCUUCGGUGACU……UAA翻譯的過(guò)程三、遺傳信息的翻譯12AGCUUCGGUGACU……UAA肽鏈合成后，就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，通常經(jīng)過(guò)一系列步驟，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，然后開(kāi)始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)。翻譯的過(guò)程模板：原料：能量：酶：搬運(yùn)工具：三、遺傳信息的翻譯1.概念：2.場(chǎng)所：3.條件：4.產(chǎn)物：5.原則：游離在細(xì)胞質(zhì)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(zhì)的過(guò)程，稱為遺傳信息的翻譯。核糖體具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)（肽鏈）堿基互補(bǔ)配對(duì)（A-U，U-A，C-G，G-C）6.遺傳信息傳遞的方向：RNA→蛋白質(zhì)肽鏈合成后，通常經(jīng)過(guò)盤曲折疊，才能形成特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子。mRNA21種氨基酸ATPtRNA多種酶三、遺傳信息的翻譯在細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個(gè)快速的過(guò)程。通常一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成（原因），因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)（意義）。①翻譯的方向（核糖體移動(dòng)的方向）：由肽鏈_____→肽鏈_____的方向進(jìn)行短長(zhǎng)（從左到右）②合成的多條肽鏈的氨基酸序列是否相同？相同。因?yàn)槭且酝粋€(gè)mRNA為模板翻譯出來(lái)的。轉(zhuǎn)錄與翻譯的比較轉(zhuǎn)錄（有解旋）翻譯（無(wú)解旋）定義場(chǎng)所模板遺傳信息傳遞的方向原料產(chǎn)物在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板合成mRNA的過(guò)程以信使RNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)的核糖體DNA的一條鏈mRNADNA→mRNAmRNA→蛋白質(zhì)4種核糖核苷酸氨基酸mRNA、tRNA、rRNA一定氨基酸排列順序的多肽三、遺傳信息的翻譯DNARNA蛋白質(zhì)1366n3nn堿基數(shù)堿基數(shù)氨基酸數(shù)基因中的堿基、RNA中的堿基和蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)量關(guān)系基因中的堿基、RNA中的堿基和蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)量比為：6：3：1說(shuō)明：因?yàn)榛蛑写嬖谟纸K止密碼子等片段，實(shí)際上基因（DNA）上所含有的堿基數(shù)要大于6n,或氨基酸數(shù)目小于n。因此一般題目中帶有“至少”或“最多”字樣。三、遺傳信息的翻譯原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄、翻譯，在場(chǎng)所、時(shí)間上有什么不同？原核細(xì)胞中基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯同時(shí)同地進(jìn)行，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯；真核生物中核DNA的轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核中進(jìn)行，翻譯主要在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，核基因先轉(zhuǎn)錄后翻譯。線粒體和葉綠體中的轉(zhuǎn)錄和翻譯與原核細(xì)胞的相同。線粒體模式圖原核生物模式圖真核細(xì)胞基因表達(dá)模式圖四、中心法則1957年，克里克率先提出遺傳信息傳遞的一般規(guī)律——中心法則。遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復(fù)制；復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯蛋白質(zhì)DNARNA也可以從DNA流