基因指导蛋白质的合成

基因的表达思考：为什么子女长的像自己的父母？是因为子代获得了亲代复制的一份DNA的缘故DNA的基本功能1、通过复制，在后代的传种接代中传递遗传信息2、在后代的个体发育过程中，使遗传信息得以表达思考：生物体细胞核中染色体和DNA分子数是相对恒定的，而生物的性状却是多种多样的。这如何解释？现代遗传学认为：每个DNA分子上有很多个基因，这些基因分别控制着不同的性状，也就是说，生物的性状是由基因控制的。基因：是有遗传效应的DNA片段，是决定生物性状的基本单位。每个基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序，它代表着遗传信息一、基因与染色体的关系：基因在染色体上呈直线排列，染色体是基因的载体。二、基因与DNA的关系染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系：染色体复制后，1条染色体含有2个DNA分子。1条染色体1个DNA分子多个基因许多脱氧核苷酸含有通常含有含有基因控制生物性状指导合成蛋白质体现者基因通过指导蛋白质的合成来控制性状的过程，叫基因的表达。问题：基因是怎样指导蛋白质的合成呢？1.DNA主要存在哪里？2.蛋白质在哪里合成？DNA主要在细胞核蛋白质的合成在细胞质的核糖体上进行指导通过RNA问题：为什么RNA适于作DNA的信使？遗传信息是如何从细胞核传到核糖体，从而控制蛋白质合成的？RNA的种类信使RNA(mRNA)核糖体RNA(rRNA)转运RNA(tRNA)三叶草形有臂一端可携带氨基酸有环另一端有三个碱基是反密码子三种RNA的比较mRNAtRNArRNA分布部位常与核糖体结合细胞质中与蛋白质结合形成核糖体功能翻译时作模板翻译时作搬运氨基酸的工具翻译时核糖体为场所结构单链单链，常有部分碱基配对形成三叶草结构单链共同点①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关DNA与RNA的比较比较项目DNARNA全称脱氧核糖核酸核糖核酸分布主要存在于细胞核中主要存在于细胞质中化学组成基本组成单位碱基五碳糖无机酸嘌呤脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸腺嘌呤A、鸟嘌呤G腺嘌呤A、鸟嘌呤G胞嘧啶C、胸腺嘧啶T胞嘧啶C、尿嘧啶U脱氧核糖核糖磷酸磷酸空间结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构分类通常只有一类mRNA、tRNA、rRNA三类功能主要的遗传物质，只要生物体内存在DNA，DNA就是遗传物质嘧啶①生物体内若无DNA时，RNA是遗传物质；若存在DNA时，RNA辅助DNA完成功能②少数RNA具有催化作用相同点：①化学组成成分中都有磷酸及碱基A、C、G②二者都是核酸，核酸中的碱基序列就是遗传信息联系：RNA是以DNA的一条链为模板转录产生的，即RNA的遗传信息来自DNADNA和RNA的判断（1）若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖，则必为DNA。（2）若A≠T、C≠G，则为单链DNA；若A=T、C=G，则一般认为是双链DNA。（3）若出现碱基U或五碳糖为核糖，则必为RNA（4）要确定是DNA还是RNA，必须知道碱基的种类或五碳糖的种类，是单链还是双链，还必须知道碱基比率。1.在细胞生物中嘌呤碱基数一般不等于嘧啶碱基数，这是为什么？一般哪些生物嘌呤碱基等于嘧啶碱基数？2.RNA有哪三种？它们都参与翻译过程吗？它们是如何产生的？【答案】细胞生物中DNA和RNA共同存在，RNA是单链结构，因此细胞生物中嘌呤碱基数一般不等于嘧啶碱基数；DNA病毒。【答案】mRNA、tRNA和rRNA；都参与翻译过程；这三种RNA都是转录产生的。练一练经测定，甲、乙、丙3种生物的核酸中碱基之比如下表，这3种生物的核酸分别为()A.双链DNA、单链DNA、RNAB.单链DNA、双链DNA、RNAC.双链DNA、RNA、单链DNAD.RNA、单链DNA、双链DNAAGCTU甲60406040-乙30202030-丙412344-28B构成人体的核酸有两种，构成人体核酸的基本单位－－核苷酸有（）A.2种B.4种C.5种D.8种D问题：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？1.遗传信息的转录：1、转录：在细胞核内，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成RNA的过程。TCATGATTAAGTACTAATDNA的平面结构图细胞核中AGTACTAATDNA的一条链G游离的核糖核苷酸(原料）DNA解旋，以一条链为模板合成RNA细胞核中AGTACTAATGDNA与RNA的碱基互补配对：A——U；T——A；C——G；G—CRNA聚合酶细胞核中AGTACTAATGUU组成RNA的核糖核苷酸一个个连接起来细胞核中AGTACTAATGUUA细胞核中AGTACTAATGGUUA细胞核中AGTACTAATGGUUAA细胞核中AGTACTAATGGUUAAU细胞核中AGTACTAATGGUUAAUA细胞核中AGTACTAATGGUUAAUAU细胞核中AGTACTAATGGUUAAUAUC细胞核中AGTACTAATGGUUAAUAUCDNA上的遗传信息就传递到mRNA上mRNADNA细胞核中问题：1、转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？2、转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有哪些异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有哪些异同？转录场所：产物：模板：原料：条件：碱基互补配对：细胞核核糖核苷酸DNA的一条链mRNAATP、酶G－C、C－G、T－A、A－U遗传信息流动：DNAmRNA转录与DNA复制的异同点是什么？1、模板链2、原料3、结果转录DNA复制一条两条核糖核苷酸脱氧核苷酸信使RNA子代DNAAGTACTAATUCAUGAUUAmRNA细胞质细胞核核孔DNAmRNA在细胞核中合成AGTACTAATUCAUGAUUAmRNA细胞质细胞核mRNA通过核孔进入细胞质UCAUGAUUAmRNA2、翻译在细胞质中,以mRNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。信使RNA一定碱基的排列顺序蛋白质（一定氨基酸顺序排列）基因中的碱基如何控制氨基酸的种类？mRNA：碱基的数量排列顺序种类蛋白质：氨基酸的数量排列顺序种类决定决定决定?种?种4种20种讨论：一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基才能够决定20种不同的氨基酸？UUAGAUAUCmRNA密码子密码子密码子三个碱基决定一个氨基酸，43=64密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。UCAUGAUUAmRNA（模板）密码子密码子密码子密码子mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基RNA有4种核苷酸，而氨基酸有20种，4种核苷酸如何决定20种氨基酸？一个碱基决定一种氨基酸，只能决定种氨基酸二个碱基决定一种氨基酸，只能决定种氨基酸；三个碱基决定一种氨基酸，能够决定种氨基酸。1、一个密码子，决定一个特定的氨基酸。2、一种氨基酸可能有几个密码子（简并性）。3、在64个遗传密码子中，能决定氨基酸的遗传密码子只有61个，另外3个为终止密码。4、通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。遗传密码子的特性：种类起始密码子：2种，AUG、GUG，也编码氨基酸普通密码子：59种，只编码氨基酸终止密码子：3种，UAA、UGA、UAG，不编码氨基酸，只是终止信号•对应的氨基酸序列为：甲硫氨酸－谷氨酸－丙氨酸－半胱氨酸－脯氨酸－丝氨酸－赖氨酸－脯氨酸1、已知一段mRNA的碱基序列是AUGGAAGCAUGCCGCAAGCCG,你能写出对应的氨基酸序列？2、地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子表。根据这一事实说明什么？说明地球上所有的生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有共同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。思考和讨论：p653、密码子的简并性对生物体的生存发展有何重要意义？P65提示：可从变异和进化角度考虑。①增加密码子的容错性，当密码子中的一个碱基对改变时，由于密码子的简并性，可能不会改变相应的氨基酸，（氨基酸不改变即性状不改变）。②当氨基酸使用频率高时，可启动不同的密码子编码同一种氨基酸以保证其翻译的速度。4、生物表现出多样性的根本原因和直接原因是什么？根本原因：DNA分子上的脱氧核苷酸的排列顺序不同。思考和讨论直接原因：氨基酸的种类，数目和排列顺序不同，肽链的空间结构不同。游离在细胞质中的各种氨基酸就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。叫做翻译。2.遗传信息的翻译:问题：氨基酸是怎样运送到核糖体上呢？运载工具：转运RNA(tRNA)一种tRNA只能携带一种氨基酸反密码子概念：与mRNA分子中密码子互补配对的tRNA上的3个碱基特点：反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基相同，只是DNA链上碱基T的位置在tRNA上为U种类：61种，反密码子与61种决定氨基酸的密码子对应ACU转运RNA（tRNA)（运载工具）亮氨酸天冬氨酸异亮氨酸氨基酸（原料）AAU亮氨酸ACU天冬氨酸tRNA的一端运载着氨基酸反密码子翻译第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。起始码(甲硫氨酸)第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2。第3步：甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。形成肽键第4步：核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码。终止密码mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系图①数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体。②目的意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。③方向：从左向右（见上图），判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，但mRNA不移动④结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。提醒图示中4个核糖体合成的4条多肽链因为模板mRNA相同，所以合成了4条相同的肽链，而不是4个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出4条不同的肽链。翻译场所：产物：模板：原料：条件：细胞质（核糖体）mRNA多个多肽或蛋白质氨基酸ATP、酶、转运RNA（tRNA）碱基互补配对：G－C、C－G、U－A、A－U信息流动：mRNA蛋白质归纳：基因控制蛋白质合成的过程DNA的遗传信息mRNA的遗传信息蛋白质的氨基酸排列顺序转录翻译拓展：蛋白质合成过程中涉及到的细胞结构（以分泌蛋白的合成为例）DNAmRNA转录翻译多肽初加工较成熟的蛋白质再加工成熟的蛋白质细胞核核糖体内质网高尔基体细胞质线粒体时间场所模板原料条件产物模板去向特点碱基配对遗传信息传递意义复制转录翻译个体生长发育的整个过程细胞质的核糖体DNA的一条链mRNA4种脱氧核苷酸20种氨基酸多肽链细胞分裂（有丝分裂和减数第一次分裂）的间期主要在细胞核主要在细胞核DNA的两条链4种核糖核苷酸酶（DNA解旋酶、DNA聚合酶等）、ATP酶（RNA聚合酶等）、ATP酶、ATP、tRNA2个双链DNA一个单链RNA（3种）分别进入2个子代DNA分子恢复原样，与非模板链重新绕成双螺旋结构分解成单个核苷酸半保留，边解旋边复制边解旋边转录一个mRNA上结合多个核糖体，顺次合成多条肽链A-T、T-A、C-G、G-CA-U、U-A、C-G、G-CA-U、T-A、C-G、G-CDNAmRNADNADNAmRNA蛋白质使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物表现出各种性状DNA分子的复制、转录、翻译的比较1.DNA（基因）、mRNA中碱基与肽链中氨基酸个数关系图解四、基因表达中相关数量计算2.析图得规律(1)基因中碱基数与mRNA中碱基数的关系转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。基因为双链结构而RNA为单链结构，因此转录形成的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。（2）mRNA中碱基数与氨基酸的关系翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是信使RNA碱基数目的1/3，是DNA（基因）中碱基数目的1/6（3）计算中“最多”和“最少”的分析①翻译时，mR