資源簡介

(共42張PPT)
第4章 基因的表達
第1節 基因指導蛋白質的合成
課堂導入
①科學家最早發現與肥胖相關的基因的名稱是什么？
②該基因能合成什么物質？
肥胖與基因的關系
OB基因
瘦素
DNA
(OB基因)
蛋白質(瘦素)
指導
基因的表達
DNA能否直接作為模板指導蛋白質的合成？
OB基因
瘦素
對于真核細胞來說：
DNA主要存在于 中
蛋白質合成的場所是 。
細胞核
核糖體
科學家推測，在DNA和蛋白質之間，有一種中間物質充當信使。
RNA
那么，細胞核中的DNA分子是如何控制核糖體上的蛋白質合成的呢？
一、RNA的結構和功能
1、RNA的結構
基本單位
核糖核苷酸
堿基
磷酸
核糖
A
腺嘌呤
G
鳥嘌呤
C
胞嘧啶
U
尿嘧啶
空間結構
一般是單鏈，而且比DNA短
元素組成
C、H、O、N、P
比較項目 DNA RNA
中文名稱
基本單位
五碳糖
堿基
空間結構 一般為 ， 一般為_____
分布 主要在 、 ， 主要在 ，
核糖核苷酸
脫氧核糖
核糖
雙螺旋結構
單鏈
脫氧核糖核酸
2、DNA與RNA的比較
核糖核酸
脫氧(核糖)核苷酸
A、G、C、T
A、G、C、U
細胞核
細胞質
擬核
第4章 | 基因的表達
EXPRESSION OF GENES
信使 RNA
(mRNA)
轉運 RNA
(tRNA)
作為DNA的信使，翻譯的模板
核糖體 RNA
(rRNA)
3、RNA的種類及其作用
識別并轉運氨基酸
與蛋白質組成核糖體
tRNA
“三葉草型”
作為某些病毒的遺傳物質
某些RNA具有催化作用（酶）
RNA適于作DNA信使的原因
(1)它的基本結構與DNA很相似，具備準確傳遞遺傳信息的可能。
(2)RNA一般單鏈，且比DNA短，因此能夠通過核孔, 從細胞核進入細胞質。
思考：DNA的遺傳信息是怎樣傳給信使RNA的？
二、遺傳信息的轉錄
1、概念
2、場所
通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成RNA過程。
真核生物：
原核生物：
細胞核（主要）、葉綠體、線粒體
擬核（主要）
3、過程
DNA
3'
3'
5'
5'
5'
①解旋
RNA聚合酶與編碼蛋白質的一段DNA結合，使DNA雙鏈解開，堿基暴露出來。
不需要解旋酶
游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補配對，在RNA聚合酶的作用下開始mRNA的合成。
游離的4種核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA
DNA模板鏈
新結合的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上。
④釋放
合成的mRNA從DNA鏈上釋放。而后，DNA雙螺旋恢復。
3'
②配對
③連接
4、條件
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的一條鏈
RNA聚合酶
游離的4種核糖核苷酸
ATP
5、配對方式
A— 、G— 、C— 、T—
U
A
G
C
6、特點
邊解旋邊轉錄
7、產物
RNA
(mRNA、tRNA、rRNA)
從DNA釋放出來時還不成熟，還要在細胞核中加工
DNA復制與轉錄的比較表
比較項目 DNA復制 轉錄
時間
場所 模板
原料
酶
配對方式 ， ，
特點
產物
方向 細胞分裂前的間期
生長發育過程
主要在細胞核或擬核中，少部分在線粒體、葉綠體中
DNA的每一條鏈
DNA的一條鏈
游離的4種脫氧核苷酸
游離的4種核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
A—T、G—C、C—G、T—A
A—U、G—C、C—G、T—A
半保留復制、邊解旋邊復制
邊解旋邊轉錄
新鏈（酶）從5′-端→3′-端延伸
2個子代DNA分子
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
三、遺傳信息的翻譯
遺傳信息由DNA傳遞給了mRNA
轉錄的實質：
轉錄
？
RNA
蛋白質
DNA
翻譯
思考：轉錄得到的RNA仍是堿基序列，而不是蛋白質。那么，RNA上的堿基序列如何能變成蛋白質中氨基酸的種類、數量和排列順序呢？mRNA如何翻譯成蛋白質？
基因的表達：
轉錄
RNA
蛋白質
DNA
翻譯
游離在細胞質中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質，這一過程叫做翻譯。
mRNA的堿基序列
蛋白質的氨基酸序列
翻譯
1、概念
2、實質
蛋白質
mRNA
轉錄
（堿基）
（氨基酸）
DNA
翻譯
問題 1 ： mRNA 的堿基與氨基酸之間的對應關系是怎樣的？
問題 2 ：游離在細胞質中的氨基酸是怎樣運送到核糖體的？
（堿基）
1、堿基與氨基酸之間的對應關系
決定
？
4種堿基
21種氨基酸
1個堿基決定1個氨基酸，則4種堿基只能決定 種氨基酸；
2個堿基決定1個氨基酸，則4種堿基只能決定 種氨基酸；
3個堿基決定1個氨基酸，則4種堿基只能決定 種氨基酸。
氨基酸
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
4 (41)
64 (43)
16 (42)
AUCG
3個堿基決定1個氨基酸
1961年，克里克以T4噬菌體為實驗材料，將某個基因中增加或刪除1個、2個、3個堿基，觀察是否能正常產生蛋白質。（教材P70）
實驗結果：⑴增加或刪除1個、2個堿基，無法正常產生蛋白質；
⑵增加或刪除3個堿基，可以正常產生蛋白質。
密碼子
決定
纈氨酸
密碼子
密碼子
精氨酸
組氨酸
決定
決定
3'
5'
mRNA
mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基
密碼子
第一個 堿基 第二個堿基 第三個
堿基
U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 酪氨酸 酪氨酸 終止 終止 半胱氨酸 半胱氨酸 終止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 組氨酸 組氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 異亮氨酸 異亮氨酸 異亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 賴氨酸 賴氨酸 絲氨酸 絲氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸、甲硫氨酸 (起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
UUC
AAG
第一個 堿基 第二個堿基 第三個
堿基
U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 酪氨酸 酪氨酸 終止 終止 半胱氨酸 半胱氨酸 終止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 組氨酸 組氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 異亮氨酸 異亮氨酸 異亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 賴氨酸 賴氨酸 絲氨酸 絲氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸、甲硫氨酸 (起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
種類
( )種
起始密碼子: (真、原核， )；
(原核， )。
終止密碼子: 、 、
(特殊時編碼 )。
編碼氨基酸的密碼子一般有 個
64
GUG
甲硫氨酸
甲硫氨酸
AUG
UAA
UGA
UAG
硒代半胱氨酸
61
第一個 堿基 第二個堿基 第三個
堿基
U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 酪氨酸 酪氨酸 終止 終止 半胱氨酸 半胱氨酸 終止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 組氨酸 組氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 異亮氨酸 異亮氨酸 異亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 賴氨酸 賴氨酸 絲氨酸 絲氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸、甲硫氨酸 (起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
密碼子的特點
1種密碼子決定 種氨基酸
①專一性：
1
1種氨基酸可由 種密碼子決定
1種或多
②簡并性：
幾乎所有生物共用一套遺傳密碼子
增強密碼子的容錯性。當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的氨基酸。
③通用性：
生物可能有著共同的起源。
2、氨基酸的“搬運工”——tRNA
⑴形狀：
三葉草形
⑵結構：
一端是攜帶 的部位，另一端為 ，能與密碼子互補配對。
氨基酸
反密碼子
⑶特點：
反密碼子：
tRNA上可以與mRNA上的密碼子互補配對的3個堿基。
識別并轉運氨基酸
A A C
每種tRNA只能識別并轉運1種氨基酸
思考1：若反密碼子為GUA，則攜帶的氨基酸是？
思考2：若密碼子為UAA，則對應的反密碼子是？
（專一性）
密碼子為CAU，是組氨酸
UAA為終止密碼子，不決定氨基酸，所以沒有與之對應的反密碼子
(一般61種)
3、過程
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
甲
色
A
C
C
組
精
G
A
C
第1步：mRNA在細胞質中與核糖體結合
G
G
U
3、過程
3'
5'
位點1
位點2
U
C
A
甲
色
A
C
C
組
精
G
A
C
第1步：攜帶甲硫氨酸的tRNA，通過與堿基AUG互補配對，進入位點1
U
C
A
甲
U
C
A
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
甲
U
C
A
3'
5'
位點1
位點2
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
組
精
G
A
C
第2步：攜帶組氨酸的tRNA以同樣的方式進入位點2
甲
U
C
A
G
G
U
G
G
U
組
G
G
U
組
G
G
U
3'
5'
位點1
位點2
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
精
G
A
C
第3步：甲硫氨酸與組氨酸形成肽鍵，從而轉移到位點2的tRNA上
甲
U
C
A
組
G
G
U
甲
3'
5'
位點1
位點2
位點1
位點2
色
A
C
C
精
G
A
C
第4步：核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子。原位點1的tRNA離開核糖體，原位點2的tRNA進入位點1。
U
C
A
組
G
G
U
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
3'
5'
位點1
位點2
色
A
C
C
精
G
A
C
第4步：一個新的攜帶氨基酸的tRNA進入位點2，繼續肽鏈的合成
G
G
U
組
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
色
A
C
C
色
A
C
C
組
甲
3'
5'
翻譯方向
位點1
位點2
G
A
C
就這樣，隨著核糖體的移動，tRNA以上述方式將攜帶的氨基酸輸送過來，以合成肽鏈。直到核糖體遇到mRNA的終止密碼子，合成才告終止。
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
A
G
G
半
色
組
甲
精
谷
半
脯
絲
U
C
U
終止密碼子
3'
5'
翻譯方向
A— 、G— 、C— 、U—
5、條件
模板：
原料：
能量：
酶：
mRNA
21種氨基酸
ATP
7、產物
肽鏈
(脫離時不成熟，還要在內質網、高爾基體中加工成蛋白質)
4、場所
細胞質中的核糖體
搬運工具：
tRNA
6、配對方式
U
A
G
C
裝配機器：
核糖體
8、遺傳信息傳遞的方向
RNA→蛋白質
多種酶
項目 復制 轉錄 翻譯
場所
條件 模板
原料
能量 酶
產物
配對原則
主要在細胞核、擬核
主要在細胞核、擬核
核糖體
DNA的每一條鏈
DNA的一條鏈
mRNA
游離的4種脫氧核苷酸
游離的4種核糖核苷酸
21種氨基酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
肽鏈
堿基互補配對
A-T T-A G-C C-G
堿基互補配對
A-U T-A G-C C-G
堿基互補配對
A-U U-A G-C C-G
多種酶
①
②
③
④
⑤
⑥
mRNA
核糖體
3'
5'
在細胞質中，翻譯是一個快速高效的過程。通常一個mRNA分子上可以相繼結合 個核糖體，形成 ，同時進行 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。
多聚核糖體
多
多
意義
肽鏈
思考1：核糖體移動（翻譯）的方向是怎樣的？
思考2：最終合成的肽鏈②③④⑤的氨基酸序列相同嗎？為什么？
肽鏈 的翻譯在前
長
（從右到左）
相同。因為它們的模板是同一條mRNA。
思考 討論
1、請據圖概括真核生物和原核生物轉錄、翻譯的區別
先轉錄后翻譯
真核生物轉錄、翻譯示意圖
原核生物轉錄、翻譯示意圖
邊轉錄邊翻譯
四、中心法則
復制
DNA
RNA
蛋白質
轉錄
翻譯
1957年，克里克率先提出遺傳信息傳遞的一般規律——中心法則。
隨著研究的深入，科學家對中心法則做出了補充。
遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復制；也可以從DNA流向RNA ，進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。
少數生物（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 。
復制
DNA
RNA
蛋白質
轉錄
翻譯
復制
逆轉錄
生物種類 遺傳信息的傳遞過程
以DNA作為遺傳物質的生物 原核生物
真核生物 DNA病毒 以RNA作為遺傳物質的生物 一般RNA病毒
逆轉錄病毒 (HIV)
DNA
RNA
蛋白質
轉錄
翻譯
復制
復制
RNA
蛋白質
翻譯
逆轉錄
DNA
RNA
蛋白質
轉錄
翻譯
復制
RNA
逆轉錄酶
⑴DNA和RNA是__________的載體
⑵ _______是信息表達的產物
⑶ _______為信息的流動提供能量
遺傳信息
ATP
蛋白質
生命是物質、能量和信息的統一體
隨堂檢測
1、下列關于真核生物遺傳信息的轉錄過程的敘述，正確的是(　　)
A.轉錄以DNA的兩條鏈為模板
B.轉錄過程中不可能發生堿基T與A的配對
C.轉錄需要tRNA作運載工具
D.轉錄的產物與DNA的長度不相等
答案　D
解析　轉錄以DNA的一條鏈為模板，A錯誤；轉錄過程中存在堿基T和堿基A的配對，B錯誤；翻譯過程需要tRNA作運載工具，C錯誤；轉錄的產物的長度小于DNA的長度，D正確。
2、如圖為真核生物細胞核內轉錄過程的示意圖，下列說法正確的是(　　)
A.①鏈的堿基A與②鏈的堿基T互補配對
B.如果③表示酶，則它是DNA聚合酶
C.轉錄完成后，②需通過兩層生物膜才能與核糖體結合
D.②是以4種核糖核苷酸為原料合成的
答案　D
解析　①鏈的堿基A與②鏈的堿基U互補配對，A錯誤；如果③表示酶，則它是RNA聚合酶，B錯誤；轉錄完成后，②通過核孔從細胞核進入細胞質，與核糖體(無膜結構)結合，該過程中不需要通過生物膜，C錯誤；②為RNA，是以4種核糖核苷酸為原料合成的，D正確。
3、如圖表示某真核生物細胞內發生的一系列生理變化，Y表示具有某種功能的酶，請據圖分析下面有關敘述錯誤的是(　　)
A.Y為RNA聚合酶
B.該圖中最多含5種堿基、8種核苷酸
C.過程Ⅰ在細胞核內進行，過程Ⅱ在細胞質內進行
D.b部位發生的堿基配對方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C
答案　C
解析　分析題圖可知，過程Ⅰ和過程Ⅱ分別表示真核生物轉錄和翻譯過程，故Y為RNA聚合酶，A正確；圖中有DNA和RNA分子，因此最多含有5種堿基和8種核苷酸，B正確；過程Ⅰ為轉錄過程，主要在細胞核內進行，此外在線粒體和葉綠體內也可進行，Ⅱ為翻譯過程，在細胞質中的核糖體上進行，C錯誤；b部位發生轉錄，因此b部位發生的堿基配對方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C，D正確。

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