第1節基因指導蛋白質的合成（第二課時）第四章基因的表達轉錄（mRNA釋放，DNA雙鏈恢復）DNA分子

堿基互補配對主要在細胞核四種核糖核苷酸DNA的一條鏈（模板鏈）ATP、RNA聚合酶A－U、T－AG－C、C－GDNA→mRNA場所：原則：模板：條件：

遺傳信息流動：時間：活細胞新陳代謝過程中mRNA轉錄溫故知新遺傳信息儲存在細胞核的DNA中蛋白質的合成在細胞質的核糖體上充當信使的中間物質——mRNA遺傳信息的轉錄遺傳信息的翻譯1.遺傳信息是怎樣從mRNA傳遞給蛋白質的?翻譯的實質：是將mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質的氨基酸序列。一、遺傳信息的翻譯2.堿基與氨基酸之間的對應關系是怎樣的?41=4種，顯然是不夠的；（1）如果1個堿基決定1個氨基酸，4種堿基能決定多少種氨基酸？（2）如果2個堿基決定1個氨基酸，4種堿基能決定多少種氨基酸？（3）如果3個堿基決定1個氨基酸，4種堿基能決定多少種氨基酸？42=16種，還是不夠；43=64種，足夠有余；如果3個堿基決定1個氨基酸，4種堿基能決定64種氨基酸。這種方式能夠滿足組成蛋白質的21種氨基酸的需要。一、遺傳信息的翻譯mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸。每3個這樣的堿基叫作1個密碼子。密碼子密碼子密碼子決定決定決定mRNA5'3'GUGGAACCU纈氨酸組氨酸精氨酸翻譯時密碼子的讀取方向從mRNA的5'→3'。相鄰的密碼子無間隔、不重疊2.堿基與氨基酸之間的對應關系是怎樣的?一、遺傳信息的翻譯1961年，英國的克里克和同事用實驗證明的1961年克里克實驗實驗材料：T4噬菌體實驗思路：研究其中某個基因的堿基增加或減少對其編碼蛋白質的影響。實驗過程：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。實驗結果：①增加或刪除1個/2個堿基，無法正常產生蛋白質；②增加或刪除3個堿基，可以正常產生蛋白質。實驗結論：遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸。遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀，密碼子之間沒有分隔符。遺傳密碼的破譯1961年蛋白質的體外合成實驗科學家：尼倫伯格、馬太實驗過程：①在每個試管中分別加入1種氨基酸；②在每個試管中加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液；③在每個試管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。實驗結果：加入苯丙氨酸的試管中，出現了多聚苯丙氨酸的肽鏈。遺傳密碼的破譯除去DNA和mRNA的細胞提取液人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸肽鏈實驗結論：與苯丙氨酸對應的密碼子是UUU（第一個被破譯的密碼子）。在多位科學家的不斷實驗下，終于破譯了全部64密碼子，并編制出密碼子表。遺傳密碼的破譯第一個堿基第二個堿基第三個堿基UCAGU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①色氨酸UCAGC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UCAGA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UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸(起始②)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UCAG注:①在正常情況下，UGA是終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼硒代半胱氨酸。②在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時它編碼甲硫氨酸。【讀取密碼子】1.密碼子UGG對應

氨基酸是

。2.密碼子ACU對應

氨基酸是

。3.苯丙氨酸對應

密碼子是

。色氨酸蘇氨酸UUU和UUC一、遺傳信息的翻譯已知一段mRNA的堿基序列是5?-AUGUACAACCGGCCCCUACAGGAUUAA-3?，你能寫出對應的氨基酸序列嗎？甲硫氨酸-酪氨酸-天冬酰胺-精氨酸-脯氨酸-亮氨酸-谷氨酰胺-天冬氨酸【任務1】一、遺傳信息的翻譯第一個堿基第二個堿基第三個堿基UCAGU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①色氨酸UCAGC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UCAGA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UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸(起始②)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UCAG注:①在正常情況下，UGA是終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼硒代半胱氨酸。②在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時它編碼甲硫氨酸。一、遺傳信息的翻譯種類()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GUG甲硫氨酸甲硫氨酸AUGUAAUGAUAG硒代半胱氨酸6461/62第一個堿基第二個堿基第三個堿基UCAGU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UCAGC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UCAGA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UCAGG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UCAG密碼子的特點1種密碼子決定

種氨基酸①專一性：11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。1.你認為密碼子的簡并對生物體的生存和發展有什么意義？2.根據密碼子的通用性這一事實，你能想到什么？①增強密碼子容錯性，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;②從密碼子的使用頻率來考慮，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。說明當今生物可能有著共同的起源。思考?討論密碼子讀取方向：mRNA的5'→3'，從起始密碼子開始，相鄰的密碼子無間隔、不重疊。

3、已知一段mRNA的堿基序列是5’-AUG

GAA

GCA

UGU

CCG-3’，你能寫出對應的氨基酸序列嗎？

4、已知一段mRNA的堿基序列是3’-AUG

GAA

GCA

UGU

GUA-5’，你能寫出對應的氨基酸序列嗎？

甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸甲硫氨酸—半胱氨酸—蘇氨酸—賴氨酸—纈氨酸思考?討論mRNA進入細胞質后，與什么結構結合，形成合成蛋白質的“生產線”?將氨基酸運送到“生產線”上去的“搬運工”是什么？裝配機器——核糖體。轉運RNA（tRNA）。【思考】一、遺傳信息的翻譯⑴形狀：三葉草形（部分區域堿基互補配對，含有氫鍵）⑵結構：一端是攜帶

的部位，另一端為

，能與密碼子互補配對。氨基酸反密碼子反密碼子：tRNA上可以與mRNA上的密碼子互補配對的3個堿基。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，UAG則對應的反密碼子是？密碼子為CAU，是組氨酸UAA、UAG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5’3’5’3’一、遺傳信息的翻譯氨基酸的“搬運工”——tRNA識別并轉運氨基酸tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子相互識別時是

的。故密碼子的讀取反向是：

端；反密碼子的讀取反向是：

端；反向平行3’→5’5’→3’3'5'結合氨基酸的部位mRNA5'3'ACU密碼子UGA反密碼子【思考】密碼子有64種，反密碼子/tRNA有多少種？正常情況下，終止密碼子均不編碼氨基酸，反密碼子有61種。特殊情況下，終止密碼子UGA可以編碼硒代半胱氨酸，反密碼子有62種。一、遺傳信息的翻譯氨基酸的“搬運工”——tRNAPOH結合氨基酸的部位反密碼子5′3′5′3′ACAmRNAtRNAtRNA與mRNA也是反向連接的。反密碼子的閱讀方向：3′→5′遺傳信息、密碼子(遺傳密碼)、反密碼子三者關系DNA

mRNA

tRNA遺傳信息密碼子反密碼子DNA中的堿基序列mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰堿基tRNA上與密碼子對應的3個相鄰堿基決定蛋白質中氨基酸序列的最終模板決定蛋白質中氨基酸序列的直接模板識別并轉運氨基酸；識別密碼子每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸；每種氨基酸可由一種或幾種tRNA轉運。(4)特點3'5'結合氨基酸的部位mRNA5'3'GAU反密碼子(3)功能轉運氨基酸：tRNA的3’端-OH結合氨基酸。識別密碼子：依靠tRNA的反密碼子。ACU堿基配對氨基酸的“搬運工”——tRNA一、遺傳信息的翻譯易錯知識點判斷：一個tRNA只有三個堿基

（

）RNA通常都是單鏈，因此不存在堿基對

（

）一個tRNA分子只有一個反密碼子（

）因為tRNA只有一個3’-端和5’-端，所以即使tRNA有部分片段互補配對形成堿基對，tRNA依然是單鏈構成的。

（

）××√√注意：tRNA上反密碼子所含的堿基有3個，但整個tRNA上不止3個堿基，且tRNA分子中含有氫鍵。游離在細胞質中的氨基酸，是怎樣被運送到合成蛋白質的“生產線”上的呢？時間場所條件模板原料酶能量原則特點產物實質一、遺傳信息的翻譯UAC甲硫氨酸組氨酸G

U

G色氨酸A

CCAGUCCAUAAGGU5′3′細胞質中的mRNA與核糖體結合過程組氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸AGUCCAUAAGGU5′3′tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子互補配對

過程組氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸AGUCCAUAAGGU5′3′tRNA將氨基酸轉運到

mRNA上的相應位置

過程組氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸肽鍵AGUCCAUAAGGU5′3′過程5′3′AGUCCAUAAGGU組氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸過程5′3′AGUCCAUAAGGU組氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸過程5′3′AGUCCAUAAGGU組氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸核糖體隨著mRNA滑動，另一個tRNA上的堿基與mRNA上的密碼子配對過程5′3′AGUCCAUAAGGU組氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸一個個氨基酸分子縮合成鏈狀結構過程5′3′AGUCCAUAAGGU組氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸tRNA離開，再去轉運新的氨基酸過程5′3′AGUCCAUAAGGU組氨酸色氨酸A

CC甲硫氨酸過程5′3′AGUCCAUAAGGU組氨酸色氨酸XXX甲硫氨酸XXX過程5′3′AGUCCAUAAGGU甲硫氨酸組氨酸色氨酸XXXX以mRNA為模板形成了有一定氨基酸順序的蛋白質

過程時間場所條件模板原料酶能量原則特點產物實質生長發育過程細胞質的核糖體mRNA21種氨基酸多種酶ATP特定氨基酸順序的肽鏈A-U、U-A、G-C、C-G一個mRNA可結合多個核糖體同時翻譯多條肽鏈將mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質的氨基酸序列一、遺傳信息的翻譯盤曲折疊盤繞聚集tRNA轉運來的氨基酸在核糖體上發生了什么反應？氨基酸鏈能直接發揮作用嗎？一、遺傳信息的翻譯①②③④⑤⑥1.如何快速高效地進行翻譯呢？

一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成。2.圖中①、⑥分別是什么分子或結構？最終合成的多肽鏈②、③、④、⑤的氨基酸序列相同嗎？為什么？3.核糖體移動的方向是怎樣的？4.翻譯合成的肽鏈具相應生物學功能嗎？mRNA核糖體相同。因為它們的模板是同一條mRNA。不具有生物學功能，還需加工。由肽鏈_____→肽鏈_____的方向進行短長任務一：分析翻譯的過程①②③④⑤⑥5.翻譯能夠精確進行的原因是什么？①mRNA為翻譯提供了精確的模板；②通過mRNA上密碼子和tRNA上反密碼子堿基互補配對，保證翻譯能夠準確進行。6.圖所示的翻譯特點，其意義是什么？少量mRNA分子可迅速合成大量蛋白質。7．請據圖概括真核細胞和原核細胞轉錄、翻譯的區別。原核生物：邊轉錄邊翻譯真核生物：先轉錄，后翻譯復制DNARNA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