4.1基因指導蛋白質的合成-第1課時RNA適于作為信使的原因轉錄過程堿基與氨基酸之間的對應關系運輸氨基酸的工具——tRNA翻譯的過程美國科幻電影《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。討論從原理上分析,利用已滅絕生物的DNA，真的能夠使它們復活嗎?問題探討電影《侏羅紀公園》中的恐龍討論從原理上分析,利用已滅絕生物的DNA，真的能夠使它們復活嗎?問題探討一種生物的整套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。基因如何指導蛋白質合成？1.基因是___________的DNA片段。有遺傳效應2.DNA主要存在于真核細胞的_______中。細胞核3.蛋白質是在______中的核糖體中合成的。細胞質在DNA和蛋白質之間,還有一種中間物質充當信使。后來發現細胞中的確有這樣的物質,它就是RNA。一、遺傳信息的轉錄1.如何設計一個實驗驗證RNA就是基因與蛋白質之間的信使？實驗思路：加入RNA酶降解細胞中的RNA后，蛋白質合成停止，再加入細胞中提取的RNA后，細胞又可重新合成蛋白質。說明RNA就是基因與蛋白質之間的信使。實驗結果及結論：加入RNA酶降解細胞中的RNA，觀察蛋白質合成情況，再加入從細胞提取的RNA，觀察蛋白質的合成情況。減法原理一、遺傳信息的轉錄1.如何設計一個實驗說明RNA可能就是基因與蛋白質之間的信使？

1955年Brachet用洋蔥根尖和變形蟲進行了實驗；若加入RNA酶降解細胞中的RNA，則蛋白質合成就停止，若再加入從酵母中提取的RNA，則又可以重新合成一些蛋白質。2.作為信使需要具備什么條件？①能在細胞核中產生并轉移到細胞質中。②能儲存（或攜帶）攜帶遺傳信息如何設計實驗追蹤RNA的產生和轉移？1955Goldstein和Plaut用放射性同位素標記變形蟲RNA的原料，發現放射性都在核內，然后將細胞核轉移到未標記的變形蟲中。經過一段時間發現放射性已在細胞質中。放射性標記的RNA原料最可能是：_____________。3H-尿嘧啶3.RNA適于作為信使的原因①能夠儲存遺傳信息它的分子結構與DNA很相似，也是由基本單位——核苷酸連接而成，也能儲存遺傳信息。②容易轉移到細胞質RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔轉移到細胞質中。DNA與RNA在化學組成的異同4.轉錄過程①定義：主要在細胞核中，通過____________以_______________為模板合成RNA的過程叫做轉錄。RNA聚合酶DNA的一條鏈①②③④DNARNARNA聚合酶游離的核糖核苷酸②過程：第1步：DNA雙螺旋鏈解開，堿基暴露出來。②過程：第2步：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。②過程：第3步：新結合的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上。②過程：第4步：合成的mRNA從DNA鏈上釋放。而后，DNA雙螺旋恢復。②過程：總結：①解旋→②配對→③連接→④釋放③轉錄所需的基本條件模板原料酶能量DNA的一條鏈４種游離的核糖核苷酸RNA聚合酶等細胞提供（如：ATP提供）④轉錄產物(RNA的類型)思考：轉錄成的RNA的堿基序列,與DNA兩條單鏈的堿基序列各有哪些異同?ATTCAGCACTTAAGTCGTGA3′5′5′3′AUUCAGCACU3′5′轉錄編碼鏈模板鏈mRNA轉錄成的RNA的堿基與DNA模板鏈的堿基是互補配對的關系。該RNA的堿基序列與DNA另一條鏈（非模板鏈）的堿基序列的區別是RNA鏈上的堿基U，對應在非模板鏈上的堿基是T。二、遺傳信息的翻譯1.定義：mRNA合成以后，通過核孔進入細胞質中。游離在細胞質中各種氨基酸，就以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質，這一過程叫做翻譯。mRNA→蛋白質2.堿基與氨基酸之間的對應關系密碼子①定義：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。②種類：64(43)種3種終止密碼61種編碼20種氨基酸UAAUAGUGA→在特殊情況下可編碼第21種氨基酸：硒代半胱氨酸

UAG編碼甲硫氨酸同時作為起始密碼GUG編碼纈氨酸，在原核生物中作為起始密碼時編碼甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸、色氨酸和硒代半胱氨酸只有1個密碼子。a.簡并性含義：絕大多數氨基酸都有幾個密碼子，這一現象稱為密碼子的簡并性。意義：可以減少有害突變。簡并性使得那些由于基因突變造成的使密碼子中堿基被改變，仍然能編碼原來氨基酸的可能性大為提高。③密碼子的特點：當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。b.通用性說明地球上生物有共同起源。③密碼子的特點：幾乎一切生物共用一套遺傳密碼含義：意義：3.運輸氨基酸的工具——tRNA堿基互補配對三葉草結構：比mRNA小，RNA單鏈經過折疊形成4環4臂，環的部分沒有堿基互補配對，臂的部分由于堿基互補配對形成氫鍵。3.運輸氨基酸的工具——tRNA反密碼子反密碼子：反密碼子環中有三個相鄰堿基可以與mRNA上的密碼子互補配對，叫做反密碼子。3`端是結合氨基酸的部位。每種tRNA只能識別并運輸一種氨基酸。結合氨基酸的部位堿基配對（反密碼子）tRNA（61種密碼子）mRNA氨基酸（20種）運輸編碼互補配對mRNA、tRNA和氨基酸之間的對應關系①一種tRNA只能識別并運輸一種氨基酸，一種氨基酸可能被多種tRNA運輸。②不是所有的密碼子都有與之對應的反密碼子AUGCACUGGCGU5′3′MUAC第1步mRNA進入細胞質,與核糖體結合。位點1位點24.翻譯的過程攜帶甲硫氨酸(M)的tRNA,通過與堿基AUG互補配對,進入位點1AUGCACUGGCGU5′3′MUACHUGG第2步位點1位點2攜帶某個氨基酸(H)的tRNA以同樣的方式進入位點2AUGCACUGGCGU5′3′HUGG第2步位點1位點2攜帶某個氨基酸(H)的tRNA以同樣的方式進入位點2MUACAUGCACUGGCGU5′3′HUGG位點1位點2UACM第3步甲硫氨酸與這個氨基酸(H)形成肽鍵,從而轉移到位點2的tRNA上AUGCACUGGCGU5′3′HUGG位點1位點2UACM第4步核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子。AUGCACUGGCGU5′3′HUGG位點1位點2UACM第4步原位點1的tRNA離開核糖體,原位點2的tRNA進入位點1AUGCACUGGCGU5′3′HUGG位點1位點2UACM第4步一個新的攜帶氨基酸(W)的tRNA進入位點2,繼續肽鏈的合成CAWCAUGCACUGGCGU5′3′HUGG位點1位點2M第4步一個新的攜帶氨基酸(W)的tRNA進入位點2,繼續肽鏈的合成CAWCCACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位點1位點2二肽(M-H)與這個氨基酸(W)形成肽鍵,從而轉移到位點2的tRNA上。CACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位點1位點2核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子。CACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位點1位點2原位點1的tRNA離開核糖體,原位點2的tRNA進入位點1CACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位點1位點2GACR一個新的攜帶氨基酸(R)的tRNA進入位點2,繼續肽鏈的合成CACUGGCGU5′3′AUGCAWCMHGACR位點1位點2一個新的攜帶氨基酸(R)的tRNA進入位點2,繼續肽鏈的合成CACUGGCGU5′3′AUGCACGACRMHW三肽(M-H-W)與這個氨基酸(R)形成肽鍵,從而轉移到位點2的tRNA上。位點1位點2CACUGGU5′3′AUG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。AAR

M

H

W

翻譯所需基本條件1.模板：____________2.原料：____________3.酶：____________4.能量：____________5.工具：___________6.裝配機器：___________mRNA氨基酸多種酶ATP等提供tRNA核糖體總結細胞核（主要）細胞核（主要）細胞質/核糖體總結細胞核（主要）細胞核（主要）細胞質/核糖體親代DNA兩條鏈DNA的一條鏈mRNA總結細胞核（主要）細胞核（主要）細胞質/核糖體親代DNA兩條鏈DNA的一條鏈mRNA4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸總結細胞核（主要）細胞核（主要）細胞質/核糖體親代DNA兩條鏈DNA的一條鏈mRNA4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶多種酶總結細胞核（主要）細胞核（主要）細胞質/核糖體親代DNA兩條鏈DNA的一條鏈mRNA4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶多種酶ATP等提供ATP等提供ATP等提供總結細胞核（主要）細胞核（主要）細胞質/核糖體親代DNA兩條鏈DNA的一條鏈mRNA4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶多種酶A-T，T-AC-G，G-CA-U，T-AC-G，G-CA-U，U-AC-G，G-CATP等提供ATP等提供ATP等提供總結4.1基因指導蛋白質的合成-第2課時蛋白質的形成翻譯的高效性中心法則遺傳密碼的破譯溫故DNA前體mRNA成熟mRNA多肽鏈蛋白質轉錄加工翻譯加工生命的圖案樸素迷離從信息到物質從藍圖到現實復雜、簡約、粗放、精細是誰創造出如此的和諧和統一肽鏈合成后，就從_______________的復合物上脫離，通常經過一系列步驟,盤曲折疊成具有特定_________和功能的蛋白質分子，然后開始承擔細胞生命活動的各項職責。知新一、蛋白質的形成5′3′H2NCOOH脫離H2NCOOH加工核糖體與mRNA空間結構二、高效翻譯的機制①一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，同進行多條肽鏈的合成。5′3′②意義：利用少量的mRNA分子迅速合成大量的蛋白質。多聚核糖體二、高效翻譯的機制1.原核生物基因轉錄和翻譯可同時進行。2.真核生物的核基因先轉錄完成后在翻譯。①核膜阻隔，核糖體無法與剛轉錄形成的mRNA結合②真核生物的核基因轉錄后形成的mRNA一般要進行加工，然后再翻譯。三、中心法則1.1957年克里克提出中心法則2.內容①遺傳信息從DNA流向DNA,即DNA的復制②遺傳信息從DNA流向RNA，③進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯三、中心法則3.補充少數生物（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。DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯逆轉錄復制中心法則圖解(虛線表示少數生物的遺傳信息的流向)在遺傳信息的流動過程中，__________是信息的載體，_____是信息的表達產物，而______為信息的流動提供能量，可見，生命是_________________的統一體。DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯逆轉錄復制三、中心法則DNA和RNA蛋白質ATP物質、能量和信息生物科學史話遺傳密碼的破譯1.提出問題遺傳密碼真的是以3個堿基為一組的嗎?遺傳密碼的閱讀方式究竟是重疊的還是非重疊的?密碼子之間是否有分隔符?遺傳密碼的閱讀方式思考：①當圖中DNA的第三個堿基(T)發生改變時，如果密碼子是非重疊閱讀的，這一改變將影響多少個氨基酸？如果密碼子是重疊閱讀的，又將產生怎樣的影響？密碼是非重疊閱讀的：改變1個氨基酸，密碼是重疊閱讀的：改變3個氨基酸遺傳密碼的閱讀方式思考：②當圖中DNA的第三個堿基(T)后插入一個堿基時，如果密碼子是非重疊閱讀的，這一改變將影響多少個氨基酸？如果插入2個、3個堿基呢？插入1或2個堿基，后面所有的氨基酸都改變，插入3個堿基將會在原氨基酸序列中多一個氨基酸。密碼子重疊閱讀①插入1個堿基，可能改變了原多肽鏈中的____個氨基酸，比原多肽鏈多____個氨基酸。②插入2個堿基，可能改變了原多肽鏈中的____個氨基酸，比原多肽鏈多____個氨基酸。③插入3個堿基，可能改變了原多肽鏈中的____個氨基酸，比原多肽鏈多____個氨基酸。212223二、克里克的實驗證據T4噬菌體野生型能在大腸桿菌K菌株上生長，形成嗜菌斑。用藥物處理T4噬菌體，研究某個基因堿基發生增加或缺失對其所編碼的蛋白質影響。①缺失一個核苷酸時，在K菌株上不生長

插入一個核苷酸時，在K菌株上不生長②缺失兩個核苷酸時，在K菌株上不生長插入兩個核苷酸時，在K菌株上不生長③缺失三個核苷酸時，在K菌株上生長插入三個核苷酸時，在K菌株上生長1.實驗思路2.實驗結果①在相關堿基序列中增加或刪除1個堿基，②在相關堿基序列中增加或刪除2個堿基，③在相關堿基序列中增加或刪除3個堿基，無法產生正常功能的蛋白質；無法產生正常功能的蛋白質；卻合成了正常功能的蛋白質。3.實驗結果分析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。4.實驗結論克里克實驗無法說明一個密碼子對應的究竟是哪個氨基酸。三、遺傳密碼的破譯尼倫柏格和馬太的實驗1.實驗思路每個試管中分別加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液一種氨基酸人工合成的多聚尿嘧啶核糖核苷酸(多聚U)Tyr：酪氨酸Ser：絲氨酸Phe：苯丙氨酸Phe：半胱氨酸2.實驗結果加入了苯丙氨酸的試管中出現了多聚苯丙氨酸的肽鏈。一段時間后多聚U導致了多聚苯丙氨酸的合成，而多聚尿嘧啶的堿基序列是由多個尿嘧啶組成（UUUUUU······），可見尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈；即苯丙氨酸對應的密碼子是UUU。3、結果說明（結論）UUUUUUUUUUUUPhePhePhePhe5′3′H2NCOOH1.實驗中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？思考·討論2.為什么要除去細胞提取液中的DNA和mRNA？作為模板mRNA直接控制蛋白質（多肽）的合成原有的mRNA會作為合成蛋白質的模板干擾實驗結果；DNA可能作為mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也會干擾實驗結果。3.如果你是馬太或尼伯格，為使實驗結果更具說服力，你將如何設計對照組？4.要想知道更多氨基酸的密碼子，你如何改變上述實驗？依次用不同種類的多聚核糖核苷酸替換上述實驗中的多聚尿嘧啶核苷酸。作為對照實驗的試管中，所有成分都與實驗組的試管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。在此后的六七年里，科學家沿著體外合成蛋白質的思路，不斷地改進實驗方法，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表。思考·討論DNA(基因)、mRNA上堿基數目與氨基酸數目之間的關系至多至多至少至少相關計算1.已知一段mRNA中有30個堿基，其中U和C共有14個，那么轉錄成mRNA的一段DNA分子中G和A的數目以及該mRNA經翻譯合成肽鏈時，應脫去的水分子數目分別是(不考慮終止密碼子)(）

A.16和10B.30和10

C.16和9D.30和9

D2.已知一段信使RNA含有30個堿基，其中A和G共有12個，轉錄該信使RNA的DNA分子中應共有C和T的個數是()A.12B.30C.18D.60B3.一段原核生物的mRNA通過翻譯可合成一條含有11個肽鍵的多肽，則此mRNA分子至少含有的堿基個數及合成這段多肽需要的tRNA個數，依次為()A.3311B.3612C.1236

D.1136B4.某條多肽的相對分子質量為2778，若氨基酸的平均相對分子質量為110，如考慮終止密碼子，則編碼該多肽的基因長度至少是（）A．75對堿基 B．78對堿基 C．90對堿基 D．93對堿基D5.有一多肽，分子式為C55H70O19N10，將它徹底水解后，得到下列四種氨基酸：谷氨酸(C5H9NO4)、甘氨酸(C2H5NO2)、丙氨酸(C3H7NO2)、苯丙氨酸(C9H11NO2)。控制該多肽形成的基因中至少含有堿基對()A．10

B．30

C．60D．29B6.某蛋白質由n條肽鏈組成，氨基酸的平均分子量為a，控制該蛋白質合成的基因含b個堿基對，則該蛋白質的分子量最大約為（

）A.2/3ab－6b＋18n

B.1/3ab－6bC.（1/3b－a）×18 D.1/3ab－（1/3b－n）×18D7.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，氨基酸的平均相對分子質量為a，則該蛋白質的相對分子質量最大為（）A.na/6B.na/3—18(n/3—1)C.na—18(n—1)D.na/6—18(n/6—1)D1.用體外實驗的方法可合成多肽鏈。已知苯丙氨酸的密碼子是UUU，若要在體外合成同位素標記的多肽鏈，所需的材料組合是()①同位素標記的tRNA②蛋白質合成所需的酶③同位素標記的苯丙氨酸④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸⑤除去了DNA和mRNA的細胞裂解液A.①②④B.②③④C.③④⑤D.①③⑤C練習題2.細胞內有些tRNA分子的反密碼子中含有稀有堿基次黃嘌呤(I)。含有I的反密碼子在與mRNA中的密碼子互補配對時，存在如圖所示的配對方式(GIy表示甘氨酸)。下列說法錯誤的是（）A.一種反密碼子可以識別不同的密碼子B.密碼子與反密碼子的堿基之間通過氫鍵結合C.tRNA分子由兩條鏈組成，mRNA分子由單鏈組成D.mRNA中的堿基改變不一定造成所編碼氨基酸的改變C3.為分析細胞中肽鏈合成過程中肽鏈的延伸方向，研究人員用含3H的亮氨酸標記合成中的蛋白質（氨基酸序列已知）。適宜時間后從細胞中分離出合成完成的此蛋白質的肽鏈，用蛋白酶處理肽鏈，獲得6種肽段，檢測不同肽段3H的相對摻入量（肽段的放射性強度占這一肽段所有亮氨酸均被標記后的放射強度的百分比）。用3H的相對摻入量對N端至C端排序的肽段作圖,結果如下圖所示。關于此實驗分析不正確的是（）A.3H標記的亮氨酸會同時摻入多條正在合成的肽鏈中B.亮氨酸在肽鏈中分布不均，故不能直接比較各肽段的放射性強度C.帶3H標記的完整肽鏈被蛋白酶處理后得到的六個肽段也均具有放射性D.離C端近的肽段上3H相對摻入量高，可推測肽鏈合成從N端開始C4.下圖為原核細胞中轉錄、翻譯的示意圖。據圖判斷，下列描述中正確的是()A.圖中表示4條多肽鏈正在合成B.轉錄尚未結束，翻譯即已開始C.多個核糖體共同完成一條多肽鏈的翻譯D.多個基因在短時