第3章第2節(jié)遺傳信息的表達

第2節(jié)遺傳信息的表達基因：具有遺傳效應的DNA片段原核細胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游

編碼區(qū)下游

與RNA聚合酶結(jié)合位點真核細胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點內(nèi)含子外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子，內(nèi)含子能轉(zhuǎn)錄為信使RNA

編碼區(qū)上游

編碼區(qū)下游

內(nèi)含子外顯子一個基因含有多個外顯子和內(nèi)含子細胞核細胞質(zhì)DNAmRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯基因的表達基因為什么RNA適于作為DNA的信使？①RNA由基本單位核糖核苷酸組成，也能儲存遺傳信息。②在RNA和DNA的關(guān)系中，也遵循“堿基互補配對原則”A=U，G=C。③RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中。（一）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1.場所：2.模板：3.原料：4.原則：細胞核DNA分子中的一條鏈4種核糖核苷酸堿基互補配對原則5.條件：6.產(chǎn)物：①rRNA：主要的RNA，占RNA的80%左右。②tRNA：最小，占RNA的15%左右。③mRNA：含量很少，占RNA的5%左右。分子量較大，代謝非?；钴S，是蛋白質(zhì)生物合成的模板。能量（ATP），酶（RNA聚合酶）RNA（mRNA，tRNA，rRNA）作為模板的DNA鏈被稱為非編碼鏈，或無意義鏈。與模板鏈互補的DNA鏈被稱為編碼鏈，或有意義鏈。RNA鏈的合成轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與作為模板鏈的DNA單鏈的堿基序列有什么關(guān)系？與該DNA的另一條鏈（非模板鏈）的堿基序列有哪些異同？TCATGATTAAG

T

AC

AA

A

T

轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細胞核.這是一段展開的DNA.轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

AGCUGACGGUUU只有一條鏈作為模板。轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

RNA聚合酶AGCUGACGGUUU轉(zhuǎn)錄的過程下方為一個個的RNA核苷酸。AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUURNA聚合酶將RNA核苷酸連接起來，以堿基互補配對為原則。轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUURNA聚合酶沿著DNA移動。轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUUUARNA聚合酶沿著DNA移動。轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUUGUUARNA核苷酸一個一個連接起來轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUGUUAURNA核苷酸一個一個連接起來轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUURNA核苷酸一個一個連接起來轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUUARNA核苷酸一個一個連接起來轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GCGCGGUUAUUAURNA核苷酸一個一個連接起來轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCRNA核苷酸一個一個連接起來轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCRNA核苷酸一個一個連接起來轉(zhuǎn)錄的過程AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNA細胞質(zhì)核孔轉(zhuǎn)錄的過程信使RNA（mRNA）通過核孔從細胞核中出來，到細胞質(zhì)中。細胞核信使RNA（mRNA）通過核孔從細胞核中出來，到細胞質(zhì)中。AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNA轉(zhuǎn)錄的過程細胞核細胞質(zhì)TCATGTTTAAG

T

AC

AA

A

T

AGUACAAAUmRNA外顯子和內(nèi)含子有些DNA分子中既含有編碼氨基酸的外顯子，又含有不編碼氨基酸的內(nèi)含子。前體信使RNA的內(nèi)含子在RNA自身的催化作用下被切除掉，外顯子連接在一起，形成信使RNA，信使RNA通過核孔，進入細胞質(zhì)。前體mRNA切除內(nèi)含子的過程1.依賴于蛋白質(zhì)的序列：利用蛋白質(zhì)水解釋放的能量，把新生的RNA鏈釋放出來；2.不依賴于蛋白質(zhì)的序列：由合成的RNA鏈的結(jié)構(gòu)決定的，這段RNA富含G-C，且可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)錄終止序列RNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)在發(fā)夾結(jié)構(gòu)的下游，新生的RNA鏈末端有一連串的U，A-U之間的氫鍵是最不穩(wěn)定的，因此RNA鏈被釋放出來。轉(zhuǎn)錄的結(jié)果經(jīng)過遺傳信息的轉(zhuǎn)錄，DNA序列上的基因信息傳遞到mRNA。mRNA通過核孔進入細胞質(zhì)，指導蛋白質(zhì)的合成，這樣，遺傳信息便由細胞核傳遞到細胞質(zhì)。轉(zhuǎn)錄與DNA復制有什么異同處？思考轉(zhuǎn)錄DNA復制DNA的復制轉(zhuǎn)錄模板原料酶產(chǎn)物DNA復制與轉(zhuǎn)錄的比較以DNA的兩條母鏈為模板游離的脫氧核苷酸DNA解旋酶、DNA聚合酶2個雙鏈DNA分子以DNA的一條鏈為模板游離的核糖核苷酸DNA解旋酶、RNA聚合酶1條RNA單鏈（二）遺傳信息的翻譯1.密碼子科技探索：1.20世紀50年代，迦莫夫提出三聯(lián)體密碼學說；2.尼倫伯格和霍拉納破解了遺傳密碼。UCAUGAUUAmRNA密碼子密碼子密碼子堿基與氨基酸之間的對應關(guān)系是怎樣的？一個堿基決定一個氨基酸只能決定4種：41＝1，不行二個堿基決定一個氨基酸只能決定16種：42＝16，不行三個堿基決定一個氨基酸只能決定64種：43＝64，足足有余

密碼子UCAUGAUUAmRNA

密碼子

密碼子密碼子：遺傳學上把mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基，叫做一個密碼子。注：密碼子（遺傳密碼）在mRNA上，而遺傳信息在DNA上，兩者不能混淆。①多個密碼子可對應一種氨基酸。②一個密碼子只和一種氨基酸相對應。④密碼子共64個，編碼氨基酸的密碼子只有61個。③起始密碼子可以編碼氨基酸，3個終止密碼子不編碼任何氨基酸。注意：Ⅰ.場所：Ⅱ.模板：Ⅲ.原料：Ⅳ.條件：Ⅴ.堿基配對：Ⅵ.產(chǎn)物：細胞質(zhì)的核糖體上mRNA20種氨基酸能量（ATP），酶，tRNA等mRNA與tRNA的堿基互補配對具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)（多肽）mRNA通過核孔進入細胞質(zhì)后，很快便與核糖體結(jié)合起來，形成多聚核糖體。核糖體是細胞內(nèi)利用氨基酸合成蛋白質(zhì)的場所。多聚核糖體ACU

天冬

酰氨反密碼子AUG異亮

氨酸反密碼子

轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）：分子結(jié)構(gòu)呈三葉草形，其“葉柄”端能與一個特定的氨基酸結(jié)合，“葉片”端有三個特殊的堿基稱為“反密碼子”，能與mRNA上的“密碼子”相識別。tRNA的特點Ⅰ.一種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸。Ⅱ.一種氨基酸可以由多種tRNA轉(zhuǎn)運。Ⅲ.反密碼子的種類：61種。Ⅳ.終止密碼子沒有反密碼子。返幻燈片42回概念位置作用遺傳信息密碼子反密碼子DNA中能控制生物性狀的脫氧核苷酸排列順序

mRNA中決定一個氨基酸的相鄰的三個堿基tRNA中能識別信使RNA上相應密碼子的三個特殊的堿基控制生物性狀決定蛋白質(zhì)中氨基酸的順序識別密碼子

遺傳信息、密碼子和反密碼子的比較翻譯的過程①當tRNA運載著一個氨基酸進入核糖體以后，就以mRNA為模板，按照堿基配對原則，把轉(zhuǎn)運來的氨基酸放在相應的位置上；②一個氨基酸轉(zhuǎn)運完畢以后，tRNA離開核糖體，又去轉(zhuǎn)運下一個相應的氨基酸；③被轉(zhuǎn)運來的這些氨基酸通過肽鍵一個一個連接起來，形成肽鏈；④肽鏈合成以后，從核糖體上脫離，再經(jīng)過一定的折疊盤曲及修飾，最終形成一個具有一定氨基酸順序的、有一定功能的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)的生物合成示意圖UCAUGAUUAmRNA細胞質(zhì)翻譯的過程：UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸核糖體mRNA與核糖體結(jié)合。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸轉(zhuǎn)運RNA上的反密碼子與信使RNA上的密碼子相結(jié)合。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸轉(zhuǎn)運RNA上的反密碼子與信使RNA上的密碼子相結(jié)合。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸兩個相鄰的氨基酸縮合反應，形成肽鍵。肽鍵UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸核糖體

沿著

mRNA移動。又一個轉(zhuǎn)運RNA（

tRNA）連接到密碼子上。第一個

tRNA

釋放到細胞質(zhì)中。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸后一氨基酸通過縮合反應與前一個氨基酸連接起來。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸一條肽鏈形成.UCAUGAUUAAAUACUAUG亮氨酸天門冬氨酸異亮氨酸mRNA和肽鏈被釋放到細胞質(zhì)中。一個mRNA分子上結(jié)合多個核糖體，同時合成多條多肽鏈

在細胞質(zhì)中，翻譯是一個快速的過程。在370C時，細菌細胞內(nèi)合成肽鏈的速度約為每秒連接15個氨基酸。通常，一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄翻譯時間場所模板原料酶能量原則特點產(chǎn)物生長發(fā)育過程細胞核基因的一條鏈四種核糖核苷酸RNA聚合酶等ATPA-U、T-A、G-C，C-G邊解旋邊轉(zhuǎn)錄1個信使RNA生長發(fā)育過程細胞質(zhì)（核糖體）mRNA20種氨基酸特定的酶等ATPmRNA與tRNA配對A-U,G-C蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較多起點

由遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程可以看出：1.DNA分子上脫氧核糖核苷酸的排列順序決定了mRNA中核糖核苷酸的排列順序；2.mRNA中的核糖核苷酸的排列順序又決定了氨基酸的排列順序；3.氨基酸的排列順序決定了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的特異性，從而使生物體表現(xiàn)出各種各樣的遺傳性狀。蛋白質(zhì)是生命活動的主要體現(xiàn)者，也就是說，生命活動是由蛋白質(zhì)來完成的，通過蛋白質(zhì)的活動體現(xiàn)遺傳信息的差異。二基因表達的調(diào)控在生命活動中，基因表達是嚴格有序的，它受調(diào)節(jié)基因和其他調(diào)節(jié)因素的控制與影響。對基因表達過程的調(diào)節(jié)作用就稱為基因表達的調(diào)控。不同的生物或同一種生物細胞分化發(fā)育的不同時期，其調(diào)控機制是不同的?；虮磉_調(diào)控的意義：

使各種蛋白質(zhì)只有在需要時才被合成，這樣就能使生物適應多變的環(huán)境，防止生命活動中的浪費現(xiàn)象和有害后果的發(fā)生，保持體內(nèi)代謝過程的正常狀態(tài)。（一）原核生物基因表達的調(diào)控原核生物基因表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄過程中。1961年，法國學者雅各布和莫諾的乳糖操縱子學說。通常把在一個操縱基因控制下的一群相鄰的結(jié)構(gòu)基因以及啟動子和調(diào)節(jié)基因，統(tǒng)稱為操縱子。它是原核生物基因表達調(diào)控的一個功能單位?，F(xiàn)象：一般情況下，大腸桿菌只能直接利用葡萄糖作為碳元素的來源，其他糖類必須被分解成葡萄糖，才能被利用。但是，當培養(yǎng)基中沒有葡萄糖而只有乳糖時，大腸桿菌便會合成半乳糖苷酶，使乳糖分解為葡萄糖和半乳糖，當培養(yǎng)基中的乳糖被分解完畢時，大腸桿菌便不能合成半乳糖苷酶。這是為什么呢？乳糖操縱子學說調(diào)節(jié)乳糖分解代謝的根本原因是大腸桿菌的DNA上存在著乳糖操縱子。乳糖操縱子1個操縱基因（O）1個啟動子（P）1個調(diào)節(jié)基因（I）3個結(jié)構(gòu)基因LacZ（編碼半乳糖苷酶）LacY（編碼半乳糖苷透過酶）LacA（編碼半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶）培養(yǎng)基中乳糖的存在與否，直接影響3個結(jié)構(gòu)基因的表達。1.培養(yǎng)基中沒有乳糖調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物調(diào)節(jié)蛋白會與操縱基因結(jié)合，從而阻礙RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合，使3個結(jié)構(gòu)基因無法轉(zhuǎn)錄，也就不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。2.培養(yǎng)基中只有乳糖乳糖可與調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，使調(diào)節(jié)蛋白不能與操縱基因結(jié)合，從而使RNA聚合酶順利地與啟動子結(jié)合，促進3個結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，也就促進了半乳糖苷酶的合成，使乳糖被分解為葡萄糖和半乳糖，供給大腸桿菌生長的需要。乳糖分解代謝基因表達調(diào)控模式圖（二）真核生物基因表達的調(diào)控在胚胎時期，基因表達的數(shù)量最多。但在以后的生長發(fā)育過程中，有些基因表達增強，有些基因表達減弱或被抑制。例：在植物的營養(yǎng)生長階段，主要是與根、莖和葉發(fā)育相關(guān)的基因表達；在生殖生長階段，主要是與花、果實和種子發(fā)育相關(guān)的基因逐漸得到表達。番茄的營養(yǎng)生長番茄的生殖生長基因表達的調(diào)控是生物體生存必不可少的。尤其是當周圍的營養(yǎng)、溫度、濕度及pH等條件發(fā)生變化時，生物體就要在調(diào)節(jié)因素的作用下，調(diào)整自身的基因表達，產(chǎn)生相應功能的蛋白質(zhì)，通過改變生物體自身的代謝得以適應環(huán)境。三中心法則中心法則是由克里克在1957年提出來的，指出了生物遺傳信息的主要流動方向。內(nèi)容：遺傳信息可以由DNA流向DNA，完成DNA的自我復制；也可以由DNA流行RNA，完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄；然后由RNA流向蛋白質(zhì)，完成遺傳信息的翻譯過程。遺傳信息的主要流動方向?qū)χ行姆▌t的補充：某些病毒遺傳物質(zhì)只有RNA，因此RNA既可以自我復制，還可以在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA。使遺傳信息不僅可以由RNA流向RNA，還可以由RNA流向DNA。中心法則中心法則幾個過程的比較過程模板原料堿基互補產(chǎn)物實例DNA的復制DNA→DNADNA的轉(zhuǎn)錄DNA→RNA翻譯RNA→多肽RNA的復制RNA→RNARNA的逆轉(zhuǎn)錄RNA→DNADNA的兩條鏈DNA的一條鏈信使RNARNARNA四種脫氧核苷酸A→TT→AC→GG→CDNA以DNA作遺傳物質(zhì)的生物四種核糖核苷酸A→UT→AC→GG→CRNA幾乎所有生物20余種氨基酸A→UU→AC→GG→C多肽除病毒外的細胞生物四種核糖核苷酸A→UU→AC→GG→CRNA以RNA作遺傳物質(zhì)的生物四種脫氧核苷酸A→TU→AC→GG→CDNA某些致癌病毒、艾滋病病毒中心法則與生物的關(guān)系：翻譯復制DNARNA蛋白質(zhì)

轉(zhuǎn)錄1.以DNA為遺傳物質(zhì)的生物遺傳信息傳遞：2.以RNA為遺傳物質(zhì)的生物遺傳信息傳遞：復制翻譯RNA蛋白質(zhì)①復制DNARNA逆轉(zhuǎn)錄翻譯RNA蛋白質(zhì)

轉(zhuǎn)錄②課堂鞏固蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目與mRNA、DNA中堿基數(shù)目的關(guān)系1、如果某蛋白質(zhì)中有n個氨基酸，則指導該蛋白質(zhì)合成的mRNA的堿基數(shù)目為

，控制該蛋白質(zhì)合成的DNA（基因）中的堿基數(shù)目為

。3n6n6∶3∶1DNA中的堿基數(shù)目：mRNA中的堿基數(shù)目：氨基酸數(shù)=

。3、設控制某含a條肽鏈的蛋白質(zhì)合成的基因含X個堿基對，氨基酸的平均分子量為Y，則該蛋白質(zhì)的分子量約為

A.B.C.D.2、某基因有192個脫氧核苷酸，其控制合成的多肽應脫掉的水分子為

A.191B.95C.32D.314、由n個堿基組成的基因，控制合成由1條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，氨基酸的平均分子量為a，則該蛋白質(zhì)的分子量最大為

A．na/6 B．na/3-18（n/3-1）

C．na-18(n-1)

D．na/6-18(n/6-1)5、某信使RNA中有堿基40個，其中C+U為15個，那么轉(zhuǎn)錄此RNA的DNA中G+A為