基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成鄔志龍

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成鄔志龍第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四普通高中課程標準實驗教科書生物必修1分子與細胞人民教育出版社課件制作：萬載中學鄔志龍時間：2016、11、20本節(jié)聚焦：1.哪些細胞組分參與了蛋白質(zhì)的合成？2.什么是遺傳密碼？3.基因如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成？第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成第4

章基因的表達——基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，叫基因的表達。第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四溫故知新關(guān)于基因的幾個問題：膚色眼皮單雙血型基因基因間區(qū)1.基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段2.基因控制生物的性狀3.基因在染色體上呈線性排列4.基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。DNA第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者和承擔者?；蛉绾沃笇?dǎo)蛋白質(zhì)的合成?基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段；DNA主要存在于細胞核中，而蛋白質(zhì)的合成是在細胞質(zhì)中進行的。細胞核中的DNA攜帶的遺傳信息是怎樣傳遞到細胞質(zhì)中去的呢？一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄細胞核中的DNA如何指導(dǎo)細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)的合成？基因蛋白質(zhì)的合成指導(dǎo)RNA充當信使第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四

（一）DNA與RNA在化學組成上的區(qū)別核糖與脫氧核糖三種RNADNA與RNA在化學組成上的區(qū)別第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（二）關(guān)于RNA1.元素組成：C、H、O、N、P2.基本單位：核糖核苷酸①結(jié)構(gòu)簡圖：②種類：根據(jù)含氮堿基的不同，核糖核苷酸可分為4種。A腺嘌呤核糖核苷酸G鳥嘌呤核糖核苷酸C胞嘧啶核糖核苷酸U尿嘧啶核糖核苷酸核糖核苷酸的種類含氮堿基磷酸核糖第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四3.結(jié)構(gòu)：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?！蚨?，RNA適合做DNA的信使?！cDNA相比，單鏈的RNA更不穩(wěn)定。4.種類：三種：信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)、核糖體RNA(rRNA)三種RNA的共同點：都是通過轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的，基本單位都相同，都與翻譯的過程有關(guān)。但由于基因的選擇性表達，導(dǎo)致同種生物不同細胞中的mRNA的種類和數(shù)量不完全相同，但tRNA、rRNA的種類沒有差異。①mRNA：圖示：特點：單鏈，帶有從DNA轉(zhuǎn)錄的遺傳信息。功能：作為翻譯的直接模板。信使RNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基叫做密碼子。第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四②tRNA：圖示：特點：功能：單鏈，呈三葉草形。一端為氨基酸結(jié)合的部位，另一端為反密碼子，能與mRNA上的密碼子互補配對?！谌NRNA中，只有tRNA中有氫鍵；只有mRNA攜帶遺傳信息。識別密碼子，運載特定的氨基酸。tRNA具有特異性，即一種tRNA只能識別一種密碼子、轉(zhuǎn)運一種氨基酸，共有61種。③rRNA：單鏈，核糖體的組成成分。第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四

比較項目DNARNA組成元素C、H、O、N、P基本單位脫氧核苷酸（4種）核糖核苷酸（4種）含氮堿基A、T、C、GA、U、C、G五碳糖

脫氧核糖核糖分布

主要分布在細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)一般單鏈結(jié)構(gòu)，較短主要存在于細胞核中，少量存在線粒體、葉綠體基質(zhì)中功能主要的遺傳物質(zhì)，儲存和傳遞遺傳信息是RNA病毒的遺傳物質(zhì)；mRNA作為蛋白質(zhì)合成的直接模板；tRNA識別密碼子并運載特定的氨基酸；rRNA是核糖體的組成成分。(三)細胞中的兩種核酸的比較第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四UCAUGAUUAmRNA密碼子密碼子密碼子（四）關(guān)于密碼子：①概念：②密碼子種類：③決定氨基酸的密碼子共有___種6164種④密碼子的特點：簡并性：專一性：通用性：一種氨基酸對應(yīng)一種或幾種密碼子一種密碼子只對應(yīng)一種氨基酸自然界中的生物都共用一套密碼子不重復(fù)性和不間斷性：信使RNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（五）基因的結(jié)構(gòu)：編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)啟動子與RNA聚合酶結(jié)合位點終止子原核基因編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)啟動子與RNA聚合酶結(jié)合位點外顯子內(nèi)含子終止子真核基因第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四RNA聚合酶第一步：解旋第二步：互補配對RNA第三步：RNA合成第四步：釋放基因的轉(zhuǎn)錄是由RNA聚合酶催化進行的。RNA聚合酶與啟動子結(jié)合后，在特定區(qū)域?qū)NA雙螺旋兩條鏈之間的氫鍵斷開，使DNA解旋，形成單鏈區(qū)，以其中一條鏈為模板合成RNA的轉(zhuǎn)錄過程就開始了。合成的mRNA從DNA鏈上釋放。之后，DNA雙鏈恢復(fù)。（六）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四圖4-4以DNA為模板轉(zhuǎn)錄RNA的圖解要準確判斷轉(zhuǎn)錄的方向、DNA分子正在解旋的部位和恢復(fù)雙螺旋狀態(tài)的部位。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四（七）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄小結(jié)：1.定義：在細胞核中，以DNA的一條鏈為模板，合成mRNA的過程。2.場所：主要在細胞核（線粒體、葉綠體中也有轉(zhuǎn)錄）3.模板：DNA分子的一條鏈（不同基因的模板鏈可能不同）4.原料：四種核糖核苷酸5.條件：模板、原料、能量(ATP)、酶(RNA聚合酶)6.轉(zhuǎn)錄時的堿基配對：DNA與RNA之間的配對：G－C、C－G、T－A、A－U7.產(chǎn)物：RNA（包括mRNA、tRNA、rRNA）8.遺傳信息傳遞的方向：DNA→mRNA9.過程：DNA分子中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄功能，這條鏈叫做模板鏈或反義鏈，另一條無轉(zhuǎn)錄功能的鏈叫做編碼鏈或有義鏈。第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四圖4-6蛋白質(zhì)的合成示意圖二、遺傳信息的翻譯的過程第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四UCU谷氨酸

核糖體AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUAUCU谷氨酸AAGUGAAAGmRNAUAC甲硫氨酸第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四AAGUGAAAGmRNA脫水縮合UCU谷氨酸UAC甲硫氨酸UCU谷氨酸AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUA第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯的動態(tài)過程第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四2.場所：核糖體3.模板：mRNA4.原料：游離的20種氨基酸5.工具：tRNA7.堿基配對：8.產(chǎn)物：多肽鏈（蛋白質(zhì)）G－C、C－G、U－A、A－U6.條件：ATP、酶、轉(zhuǎn)運RNA、mRNA、氨基酸9.遺傳信息流動：mRNA蛋白質(zhì)遺傳信息的翻譯小結(jié)：1.概念：游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，就以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四1.含義：通常一個mRNA同時結(jié)合多個核糖體，進行多個肽鏈的合成。

關(guān)于多聚核糖體：2.圖解：少量的mRNA分子就可迅速合成大量的蛋白質(zhì)。3.意義：——說明細胞質(zhì)中的翻譯是個快速的過程特別提醒：②原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯在空間上沒有分開，是同步進行的。③圖中不同核糖體合成的肽鏈的氨基酸序列相同。①在真核細胞中，轉(zhuǎn)錄在細胞核中進行，翻譯在細胞質(zhì)中進行。即轉(zhuǎn)錄、翻譯在時間上有先后，在空間上不同。因以同一條mRNA為模板翻譯形成，所以圖示4個核糖體合成的肽鏈的氨基酸序列相同。第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四關(guān)于遺傳信息、密碼子、反密碼子、啟動子、終止子遺傳信息通過密碼子間接控制氨基酸排序；

密碼子直接控制氨基酸的排序；

反密碼子則運載相應(yīng)氨基酸的作用。1.位置：①遺傳信息：位于DNA分子上；②密碼子：位于mRNA上；③反密碼子：位于tRNA上；④啟動子、終止子：位于基因上；2.關(guān)系：第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四比較項目復(fù)制

轉(zhuǎn)錄

翻譯場所

細胞核

細胞核細胞質(zhì)模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA酶解旋酶，DNA聚合酶等RNA聚合酶等多種酶能量ATPATPATP原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸氨基酸產(chǎn)物子代DNARNA

多肽鏈堿基配對A-TT-AG-CC-GA-UT-AG-CC-GA-UU-AG-CC-GDNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較：發(fā)生堿基配對的場所：細胞核、線粒體、葉綠體、核糖體發(fā)生堿基配對的過程：DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四三、基因表達過程中相關(guān)數(shù)量的計算1、蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)與mRNA、DNA中堿基數(shù)的關(guān)系：CTACCACTGGATGGTGACGAUGGUGACDNA的遺傳信息mRNA的遺傳信息蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序轉(zhuǎn)錄翻譯氨基酸n3n6n氨基酸:mRNA堿基數(shù):DNA堿基數(shù)＝1:3:6第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四啟動子與RNA聚合酶結(jié)合位點編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子內(nèi)含子終止子轉(zhuǎn)錄前體mRNA成熟mRNAGCAAGCAUUGCUAGCU翻譯肽鏈肽鏈中1個氨基酸——mRNA中3個堿基——基因中6個堿基最多至少第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四2、計算中“最多”和“最少”的分析：①翻譯時，mRNA上的終止密碼不決定氨基酸，因此準確地說，mRNA上的堿基數(shù)目比蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的3倍還要多一些。②基因或DNA上的堿基數(shù)目比對應(yīng)的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的6倍還要多一些。③在回答有關(guān)問題時，應(yīng)加上最多或最少等字。如：mRNA上有n個堿基，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生它的基因中至少有2n個堿基，該mRNA指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)最多有n/3個氨基酸。例.某基因中含有1200個堿基，則由它控制合成的一條肽鏈的最多含有肽鍵的個數(shù)是(

)A.198個B.199個C.200個D.201個B第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四作業(yè)1、教材練習；2、同步解析與測評。第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四例1.如圖是真核生物信使RNA的合成過程示意圖，請據(jù)圖判斷，下列敘述正確的是（）A.R所示的節(jié)段①正處于解旋狀態(tài)，形成這種狀態(tài)需要解旋酶B.圖中②是以4種核糖核苷酸為原料合成的C.如果圖中③表示酶分子，則它的名稱是DNA聚合酶D.圖中的②合成后，再穿過雙層膜結(jié)構(gòu)與核糖體結(jié)合，并控制蛋白質(zhì)的合成【解析】因為是向右進行轉(zhuǎn)錄的，R所示的節(jié)段①應(yīng)處于恢復(fù)雙螺旋的狀態(tài)，A錯。圖中②是mRNA是以4種核糖核苷酸合成的，B正確。如果③是酶，應(yīng)是RNA聚合酶，C錯。圖中的②合成后是經(jīng)過核孔到細胞質(zhì)與核糖體結(jié)合的，故D錯誤。B第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四例2.下列關(guān)于基因控制蛋白質(zhì)合成過程的敘述，不正確的是（）A.轉(zhuǎn)錄時一個基因的兩條鏈可同時作為模板B.在細胞周期中，mRNA的種類和含量均不斷發(fā)生變化C.一種tRNA只能攜帶一種氨基酸D.不同密碼子可編碼同種氨基酸例3.某科學家用15N標記胸腺嘧啶脫氧核苷酸，32P標記尿嘧啶核糖核苷酸，研究某植物細胞的有絲分裂。已知這種植物細胞的細胞周期為20h，兩種核苷酸被利用的情況如右圖所示，圖中32P和15N的利用峰值分別表示（）A.復(fù)制、轉(zhuǎn)錄B.復(fù)制、蛋白質(zhì)合成C.轉(zhuǎn)錄、復(fù)制D.轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成AC第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期四例4.下圖是起始甲硫氨酸和相鄰氨基酸形成肽鍵的示意圖，下列敘述正確的是（）A.圖中結(jié)構(gòu)含有核糖體RNAB.甲硫氨酸處于圖中a的位置C.密碼子位于tRNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)上D.mRNA上堿基改變即可改變肽鏈中氨基酸的種類A例5.