基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成課件-高一下學(xué)期生物人教版必修2

第四章基因的表達第1節(jié)

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

目錄01遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。02中心法則的內(nèi)容問題探討電影中復(fù)活的恐龍都是科學(xué)家利用提取的恐龍DNA還原而來的。思考從原理上分析，利用已經(jīng)滅絕生物的DNA，真的能夠使他們復(fù)活嗎？一種生物的整套DNA中儲存著該種生物生長、發(fā)育等生命活動所需的全部遺傳信息，也可以說是構(gòu)建生物體的藍圖。但是，從DNA到具有各種性狀的生物體，需要通過極其復(fù)雜的基因表達及調(diào)控過程才能實現(xiàn)。因此，在可預(yù)見的將來，利用DNA來使滅絕的生物復(fù)活仍是難以做到的。思考從DNA到蛋白質(zhì)又經(jīng)歷了哪些過程呢？基因如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成？DNA主要存在于細胞核中，而蛋白質(zhì)是在細胞質(zhì)（核糖體）中合成的。DNA和核糖體兩者在空間上是隔開的。那么，DNA攜帶的遺傳信息是怎么傳遞到細胞質(zhì)中的呢？已知，DNA不能出核孔（核孔有選擇性）科學(xué)家推測：在DNA和蛋白質(zhì)之間，還有一種中間物質(zhì)充當(dāng)信使。DNA和蛋白質(zhì)之間的信使——RNA能和DNA一樣儲存遺傳信息能和DNA堿基互補配對，儲存下DNA的序列信息RNA比DNA短，可以自由的通過核孔，從細胞核到細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，都是核酸長鏈。RNA能夠通過核孔，轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中RNA的種類mRNArRNAtRNA

——信使RNA——轉(zhuǎn)運RNA——核糖體RNA轉(zhuǎn)錄的過程——解旋利用細胞提供的能量，在RNA聚合酶的作用下，DNA雙鏈中（編碼這個蛋白質(zhì)的一段）將解開。DNA雙鏈的堿基得以暴露。①解旋細胞中游離的核糖核苷酸與供轉(zhuǎn)錄用的DNA的一條鏈上的堿基互補配對。ATGCUACG堿基互補配對方式：轉(zhuǎn)錄的過程——配對②配對轉(zhuǎn)錄的過程——連接√在RNA聚合酶的作用下，新結(jié)合的核糖核苷酸依次連接到正在合成的mRNA上。③連接轉(zhuǎn)錄的過程——釋放√RNA聚合酶遇到終止序列時，合成的mRNA從DNA鏈上釋放。而后，DNA雙鏈恢復(fù)。④釋放轉(zhuǎn)錄回顧——DNA的復(fù)制問題探討轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制有什么相同之處？這對保證遺傳信息的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)錄有什么意義？轉(zhuǎn)錄與復(fù)制都需要模板、都遵循堿基互補配對原則等。其中，堿基互補配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。問題探討與DNA復(fù)制相比，轉(zhuǎn)錄所需要的原料和酶各有什么不同？DNA復(fù)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(zhuǎn)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。問題探討轉(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)錄時，游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補配對。因此，轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基與DNA模板鏈的堿基是互補配對的關(guān)系。該RNA的堿基序列與DNA另一條鏈（非模板鏈）的堿基序列的區(qū)別是RNA鏈上的堿基U，對應(yīng)在非模板鏈上的堿基是T。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通過核孔進入細胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合，開始它新的歷程——翻譯。翻譯的實質(zhì)——mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列。最多可以決定64（43）種氨基酸若1個堿基決定1個氨基酸最多可以決定4種氨基酸若2個堿基決定1個氨基酸最多可以決定16（42）種氨基酸若3個堿基決定1個氨基酸組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，至少需要3個堿基對應(yīng)1個氨基酸mRNA的4種堿基如何對應(yīng)蛋白質(zhì)的21種氨基酸？密碼子

密碼子

密碼子

密碼子UCAUGAUUAmRNA密碼子：mRNA上三個相鄰的堿基，決定1個氨基酸的。21種氨基酸的密碼子表密碼子的特點通用性：地球上幾乎所有的生物共用一套密碼子表。說明生物之間存在或近或遠的親緣關(guān)系。簡并性：一種氨基酸可由一種或幾種密碼子決定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。思考討論從密碼子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸這樣，絕大多數(shù)氨基酸都有幾個密碼子，這一現(xiàn)象稱作密碼子的簡并。你認(rèn)為密碼子的簡并對生物體的生存發(fā)展有什么意義？可以從增強密碼子容錯性的角度來解釋，當(dāng)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(yīng)的氨基酸；也可以從密碼子的使用頻率來考慮，當(dāng)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。思考討論根據(jù)這一事實能想到地球上幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼，說明當(dāng)今生物可能有著共同的起源，或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，等等。2.幾乎所有的生物體都共用上述密碼子。根據(jù)這一事實，你能想到什么？氨基酸是在什么場所合成的？RNA進入細胞質(zhì)后，就與蛋白質(zhì)的“裝配機器”一核糖體結(jié)合起來，形成合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”。有了“生產(chǎn)線”，還要有“工人”，才能生產(chǎn)產(chǎn)品。那么，游離在細胞質(zhì)的氨基酸是怎樣運送到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上的呢？也是說這個“工人”是誰呢？mRNA5′3′5′3′結(jié)合氨基酸的部位密碼子反密碼子OHAAC堿基配對tRNA鏈經(jīng)過折疊，像三葉草的葉形，其一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個相鄰的堿基，這3個堿基可以與mRNA上的密碼子配對，叫作反密碼子。翻譯——mRNA進入細胞質(zhì)

細胞質(zhì)細胞質(zhì)中的mRNACCCACGUCACUA翻譯——mRNA與核糖體結(jié)合GGU

組氨酸CAU

甲硫氨酸位點1位點2CCCACGUCACUA翻譯——

tRNA上的反密碼子與

mRNA上的密碼子互補配對位點1位點2CAU

甲硫氨酸GGU組氨酸CCCACGUCACUA翻譯——兩個氨基酸分子脫水縮合CAU

甲硫氨酸GGU

組氨酸AGU

異亮氨酸肽鍵CCCACGUCACUA翻譯——tRNA離開后，可轉(zhuǎn)運新的氨基酸CAU

甲硫氨酸GGU

組氨酸AGU

異亮氨酸肽鍵CCCACGUCACUA基因的堿基、RNA的堿基和氨基酸的數(shù)量關(guān)系A(chǔ)—C—U—G—G—A—U—C—UA—C—T—G—G—A—T—C—TT—G—A—C—C—T—A—G—AmRNA：肽鏈：DNA：蘇氨酸——甘氨酸——絲氨酸肽鍵肽鍵（假設(shè)以B鏈為模板進行轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)錄翻譯基因的堿基∶mRNA的堿基∶氨基酸=6∶3∶1中心法則復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯蛋白質(zhì)DNARNA逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制在蛋白質(zhì)的合成過程完全弄清楚之前，科學(xué)家克里克首先預(yù)見了遺傳信息傳遞的一般規(guī)律，并于1957年提出了中心法則（centraldogma）：遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復(fù)制；也可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質(zhì)，即遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。隨著研究的不斷深入，科學(xué)家對中心法則作出了補充：少數(shù)生物（如一些RNA病毒）的遺傳信息可以從RNA流向RNA以及從RNA流向DNA中心法則在遺傳信息的流動過程中，DNA、RNA是信息的載體，蛋白質(zhì)是信息的表達產(chǎn)物，而ATP為信息的流動提供能量，可見，生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。小試牛刀1.真核生物mRNA上的起始密碼子是AUG，起始密碼子對應(yīng)的氨基酸是甲硫氨酸，但蛋白質(zhì)的第一個氨基酸往往不是甲硫氨酸。產(chǎn)生此結(jié)果的原因可能是()A.甲硫氨酸可能對應(yīng)多種密碼子B.起始密碼子是核糖體進行翻譯的起點C.轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可能經(jīng)過了加工修飾D.經(jīng)翻譯得到的多肽鏈可能被進一步地加工修飾答案：D解析：真核生物中甲硫氨酸只對應(yīng)一種密碼子，A錯誤；起始密碼子是核糖體進行翻譯的起點，但這不能解釋為什么蛋白質(zhì)的第一個氨基酸往往不是甲硫氨酸，B錯誤；轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可能經(jīng)過了加工修飾，但不會把起始密碼子剪切掉，否則無法正常翻譯，C錯誤；真核生物中起始密碼子對應(yīng)的氨基酸是甲硫氨酸，但蛋白質(zhì)的第一個氨基酸往往不是甲硫氨酸，原因是翻譯生成的多肽鏈可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被進一步地加工修飾，甲硫氨酸被剪切掉，D正確。小試牛刀2.假設(shè)一段mRNA上有60個堿基，其中A有15個，G有25個，那么轉(zhuǎn)錄該mRNA的DNA區(qū)段中，“C+T”的個數(shù)以及該mRNA翻譯成的蛋白質(zhì)所含氨基酸的個數(shù)分別是（不考慮終止密碼子）()A.60、20 B.80、40 C.40、20 D.40、30答案：A解析：所有雙鏈DNA中T+C占堿基總數(shù)的比例都是T+G=50%，因為雙鏈DNA中T=A，G=C，所以2等式左右相加得：T+C=A+G=50%，又因為DNA是雙鏈，RNA是單鏈，所以DNA堿基總數(shù)是120，所以T+C=50%×120=60，mRNA上3個堿基編碼1個氨基酸。所以60/3=20，A正確。學(xué)生對基因表達中堿基數(shù)量推算方法理解不清。小試牛刀3.在轉(zhuǎn)錄后，mRNA進入細胞質(zhì)，與蛋白質(zhì)的“裝配機器”結(jié)合起來，形成合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”，有了“生產(chǎn)線”還要有“工人”才能生產(chǎn)“產(chǎn)品”，下列敘述錯誤的是()A.同一條“生產(chǎn)線”上生產(chǎn)出的“產(chǎn)品”的氨基酸序列相同B.翻譯過程中，“生產(chǎn)線”上會出現(xiàn)氫鍵的形成和斷裂現(xiàn)象C.翻譯過程中不同的“工人”只能處理不同的氨基酸D.蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上可同時含有多個“裝配機器”，以提高“產(chǎn)品”的生產(chǎn)效率答案：C解析：同一條“生產(chǎn)線”上生產(chǎn)出的“