資源簡介

§4-1 基因指導蛋白質的合成（第一課時）
基因的表達
從原理上分析，利用已滅絕生物的DNA，真的能夠使他們復活嗎？
1.背景——問題探討
美國科幻電影《侏羅紀公園》曾轟動一時，影片圍繞著虛構的“侏羅紀公園”，展現了豐富而新奇的科學幻想，各種各樣的恐龍飛奔跳躍，相互爭斗，而這些復活的恐龍是科學家利用提取的恐龍DNA還原而來的。
一種生物的整套DNA中儲存著該種生物生長、發育等生命活動所需的全部遺傳信息，也可以說是構建生物體的藍圖。
但是，從DNA到具有各種性狀的生物體，需要通過極其復雜的基因表達及調控過程才能實現。
因此，在可預見的將來，利用DNA來使滅絕的生物復活仍是難以做到的。
討論
電影《侏羅紀公園》中的恐龍
思考
Thinking
對于真核細胞來說：
DNA主要存在于細胞核中
蛋白質合成的場所是核糖體
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？
思考1：這就需要一種把細胞核中的遺傳信息傳遞到核糖體上的工具，這個工具是什么：
1.背景——問題探討
思考
Thinking
思考1：這就需要一種把細胞核中的遺傳信息傳遞到核糖體上的工具，這個工具是什么：
mRNA
1.背景——問題探討
資料1、1955年，科學家用RNA酶分解變形蟲細胞中的RNA，蛋白質合成停止。
資料2、1955年，科學家用放射性標記尿嘧啶核苷酸的培養液變形蟲細胞，檢測發現該標記先出現在細胞核，隨后出現在細胞質。
2.RNA——結構（與DNA結構的比較）
①堿基不同
(只存在于DNA)
嘌呤
(只存在于RNA)
(DNA和RNA共有)
RNA有U無T，DNA中有T無U
嘧啶
②五碳糖不同
組成RNA的是核糖；組成DNA的是脫氧核糖
核糖(C5H10O5)
脫氧核糖(C5H10O4)
2.RNA——結構（與DNA結構的比較）
③核苷酸鏈
RNA一般是單鏈
DNA一般呈雙螺旋結構
2.RNA——結構（與DNA結構的比較）
④其它區別
長度不同：
RNA比DNA短。
能否通過核孔：
RNA能通過核孔，從細胞核轉移到細胞質；
DNA不能通過核孔。
2.RNA——結構（與DNA結構的比較）
2.RNA——結構（與DNA結構的比較）
名稱
DNA
RNA
組成元素
基本單位
五碳糖
特有含氮堿基
空間結構
真核細胞中的分布
產生途徑
功能
脫氧核苷酸
核糖核苷酸
脫氧核糖
核糖
T
?
U
?
規則的雙螺旋結構
多呈單鏈結構
主要在細胞核中,
少量在線粒體、葉綠體中
主要在細胞質中
儲存、傳遞和表達遺傳信息
C、H、O、N、P
C、H、O、N、P
DNA復制、逆轉錄
①生物體內若無DNA時，RNA是遺傳物質；
若有DNA時，RNA輔助DNA完成功能。
②少數RNA具有催化作用。
轉錄、RNA復制
2.RNA——結構（與DNA結構的比較）
例1.下列敘述正確的是( )。
A.胞嘧啶存在于RNA中而不存在于DNA中
B.核糖存在于RNA中而不存在于DNA中
C.mRNA合成于細胞核并在細胞核中發揮作用
D.DNA都是雙螺旋結構，RNA都是單鏈結構
B
2.RNA——種類
轉運RNA（transfer RNA, tRNA）
核糖體RNA（ribosomal RNA, rRNA）
信使RNA（messenger RNA, mRNA）
2.RNA——種類
mRNA
tRNA
rRNA
分布部位

結構
功能

聯系
mRNA
分布部位

結構
功能

聯系
信使RNA（messenger RNA, mRNA）
轉運RNA（transfer RNA, tRNA）
核糖體RNA（ribosomal RNA, rRNA）
常與核糖體結合
細胞質中
與蛋白質結合形成核糖體
翻譯時作為模板
翻譯時作為搬運氨基酸的工具
參與核糖體的組成
①組成相同：4種核糖核苷酸
②來源相同：都由轉錄產生
③功能協同：都與翻譯有關
3.遺傳信息的轉錄（RNA的合成）
定義
在細胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成RNA過程。
條件
模板：DNA的一條鏈
原料：4種核糖核苷酸
能量：由細胞呼吸提供
酶：RNA聚合酶等
場所：真核：細胞核、線粒體、葉綠體
原核：細胞質中
3.遺傳信息的轉錄（RNA的合成）
③延伸：核糖核苷酸依次連接到mRNA上。
①解旋：RNA聚合酶一段DNA結合，使DNA雙鏈解開，堿基得以暴露。
②配對：游離的核糖核苷酸與DNA互補配對，在RNA聚合酶作用下合成mRNA。
④釋放：mRNA從DNA鏈上釋放。DNA雙螺旋恢復。
轉錄的過程
3.遺傳信息的轉錄（RNA的合成）
RNA與模板鏈是反向的
3.遺傳信息的轉錄（RNA的合成）
3?
5?
3?
5?
5?
聯系細胞分化：
不是所有基因都會轉錄，轉錄是有選擇的。
細胞分化時基因選擇性表達源于基因的選擇性轉錄。
mRNA、rRNA和tRNA都是轉錄而來的。
轉錄的基本單位是基因，而非整個DNA
轉錄得到的mRNA需要經過加工才有活性
3.遺傳信息的轉錄（比較DNA復制和DNA轉錄）
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}比較項目
DNA復制
DNA轉錄
模板
原料
堿基互補配對原則
酶
產物
DNA
RNA
DNA的兩條鏈
DNA的一條鏈
四種脫氧核苷酸
四種核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
模板鏈
定義：
4.遺傳信息的翻譯——定義
mRNA在細胞核中通過轉錄形成后，通過核孔到細胞質中與核糖體結合，直接控制蛋白質的合成。
定義
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的過程。
條件
模板：mRNA
原料：21種氨基酸
場所：核糖體（細胞質中）
運載工具：tRNA
能量：ATP
產物：具有一定氨基酸順序的蛋白質
酶（多種）
4.遺傳信息的翻譯——定義
思考2：組成生物體蛋白質的氨基酸有21種，mRNA的4種堿基怎么決定蛋白質的21種氨基酸的呢？
思考
Thinking
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
野生型噬菌體
插入或刪掉3個相鄰堿基
噬菌體能侵染細菌，使死菌死亡
野生型噬菌體
噬菌體不能侵染細菌，不能使細菌死亡
插入或刪掉1個或2個相鄰堿基
①遺傳密碼中3個堿基編碼一個氨基酸。
②遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重讀的方式閱讀，編碼之間沒有分隔符。
mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基叫做1個密碼子。
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
如果mRNA上的1個堿基決定1種氨基酸：4種堿基→_______種氨基酸
如果mRNA上的2個堿基決定1種氨基酸：4種堿基→_______種氨基酸
如果mRNA上的3個堿基決定1種氨基酸：4種堿基→_______種氨基酸
能夠滿足組成蛋白質的21種氨基酸的需要。
后來，科學家以通過一步步的推測與實驗，最終破解了遺傳密碼。
推導
4
42（16）
43（64）
mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基，叫做1個密碼子。
密碼子
纈氨酸
決定
密碼子
甘氨酸
決定
密碼子
組氨酸
決定
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
思考3：組成生物體蛋白質的氨基酸有21種，mRNA的4種堿基決定了64種密碼子，那氨基酸和密碼子之間是怎樣對應的？
思考
Thinking
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}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 (原核起始)
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
21種氨基酸的密碼子表
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}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 (原核起始)
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
21種氨基酸的密碼子表
真核生物的起始密碼子為AUG，編碼甲硫氨酸。
AUG可作為原核生物的起始密碼子，編碼甲硫氨酸。
原核生物也可以使用GUG作為起始密碼子，此時編碼的是甲硫氨酸。
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}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 (原核起始)
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
21種氨基酸的密碼子表
UAA、UAG為終止密碼子，提供翻譯終止的信號。
UGA正常情況下為終止密碼子，特殊情況下，可編碼硒代半胱氨酸。
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
4.遺傳信息的翻譯——密碼子
例2.下列相關敘述正確的是( )。
A.密碼子有64種，每個密碼子都與一個反密碼子相對應
B.反密碼子位于mRNA上，密碼子位于 tRNA 上
C.除原核生物外，一個密碼子最多只能對應一個氨基酸
D.每種氨基酸可以對應多種 tRNA ，每種 tRNA 也可以對應多種氨基酸
?
C
本課學習結束

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