《基因的表达》PPT课件.ppt

当我们认识到基因的本质后，能不能利用这一当我们认识到基因的本质后，能不能利用这一认识，分析现实中一些具体的问题呢？例如：在现实认识，分析现实中一些具体的问题呢？例如：在现实生活中，我们能不能像电影侏罗纪公园中描述的生活中，我们能不能像电影侏罗纪公园中描述的那样，利用恐龙的那样，利用恐龙的DNA，使恐龙复活呢？，使恐龙复活呢？如果能利用恐龙的如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，你认为主要使恐龙复活，你认为主要要解决什么问题呢？要解决什么问题呢？蛋白质是生命活动的体现者，而蛋白质蛋白质是生命活动的体现者，而蛋白质 的合成是由基因控制的，那是不是有基的合成是由基因控制的，那是不是有基 因就能合成蛋白质呢？因就能合成蛋白质呢？真的能复制恐龙吗？真的能复制恐龙吗？基因是怎样指导蛋白质的合成的呢？基因是怎样指导蛋白质的合成的呢？通过上一章的学习，我们知道，基因通过上一章的学习，我们知道，基因是有遗传效应的是有遗传效应的DNA片段，片段，DNA主要主要存在于细胞核中，而蛋白质的合成是存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质（核糖体）中进行的。那么，在细胞质（核糖体）中进行的。那么，DNA携带的遗传信息是怎样传递到细携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢？当遗传信息到达细胞质胞质中去的呢？当遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的呢？后，细胞又是怎样解读的呢？科学家发现，能够作为传达科学家发现，能够作为传达DNA信息的信息的 信使是信使是RNA。为什么为什么RNA适于作适于作DNA的信使呢？的信使呢？DNA和和RNA的区别是什么？的区别是什么？RNA有几种？有几种？为什么为什么RNA适于作适于作DNA的信使呢？的信使呢？RNA是另一类核酸，它的分子结构与是另一类核酸，它的分子结构与DNA很相似，适于作很相似，适于作DNA的信使的信使的原因是：的原因是：RNA也是由基本单位也是由基本单位核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基 （A、G、C、U）共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。）共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。在在RNA与与DNA的关系中，也遵循的关系中，也遵循“碱基互补配对原则碱基互补配对原则”，但由于，但由于RNA中中 没有没有T，DNA中没有中没有U，所以当，所以当RNA与与DNA有关系时，有关系时，U与与A配对。配对。RNA一般是单链，而且比一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移短，因此能够通过核孔，从细胞核转移 到细胞质中。到细胞质中。DNA和和RNA的区别是什么？的区别是什么？嘧啶碱基有一个不同：嘧啶碱基有一个不同：RNA是尿嘧啶（是尿嘧啶（U），），DNA则为胸腺嘧啶（则为胸腺嘧啶（T）。）。五碳糖不同：组成五碳糖不同：组成RNA的是核糖，的是核糖，组成组成DNA的是脱氧核糖。的是脱氧核糖。RNA有几种？有几种？信使信使RNAmRNA：这种：这种RNA起的是信使起的是信使传递信息传递信息 的作用。的作用。转运转运RNAtRNA：这种：这种RNA担负的是运输的任务。担负的是运输的任务。核糖体核糖体RNArRNA。1、转录的定义：、转录的定义：2、转录的场所：、转录的场所：3、转录的模板：、转录的模板：4、转录的原料：、转录的原料：5、转录的条件：、转录的条件：6、转录的产物：、转录的产物：在细胞核中，以在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成的一条链为模板合成mRNA的过程。的过程。细胞核细胞核DNA分子的一条链分子的一条链四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸能量（能量（ATP）、酶）、酶mRNA转转录录的的过过程程合成的合成的mRNA：A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 思考与讨论思考与讨论1、转录与、转录与DNA复制有什么共同之处？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？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？l转录和转录和DNA复制都是以复制都是以DNA为模板并严格按碱基互补为模板并严格按碱基互补 配对原则进行的。配对原则进行的。l碱基互补配对原则能够保证遗传信息准确无误地传递碱基互补配对原则能够保证遗传信息准确无误地传递 下去，从而保证了遗传的稳定性。下去，从而保证了遗传的稳定性。2、转录成的、转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有哪些单链的碱基序列有哪些 异同？与该异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有哪些异同？的另一条链的碱基序列有哪些异同？l转录成的转录成的RNA碱基序列与模板碱基序列与模板DNA单链的碱基序列互补配对。单链的碱基序列互补配对。l与与DNA的另一条链的碱基序列相同（但的另一条链的碱基序列相同（但DNA单链上的单链上的T换成换成U）。）。通过以上分析，同学们应该深刻认识到转录的过程通过以上分析，同学们应该深刻认识到转录的过程就是：首先是就是：首先是RNA聚合酶结合在聚合酶结合在DNA的模板区上，的模板区上，该部位的双螺旋解开成为单链。接着以一条该部位的双螺旋解开成为单链。接着以一条DNA为为模板，按碱基互补配对原则，利用细胞核内游离的模板，按碱基互补配对原则，利用细胞核内游离的核糖核苷酸，在核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下合成一条聚合酶的作用下合成一条RNA链。最后合成的链。最后合成的RNA链逐渐被甩开，解旋的两条链逐渐被甩开，解旋的两条DNA链很快又结合在一起，恢复为原来的双螺旋结链很快又结合在一起，恢复为原来的双螺旋结构，构，DNA上的遗传信息就被传到了上的遗传信息就被传到了mRNA上，上，mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程翻译。翻译。mRNA合成以后，通过核孔到达细胞质合成以后，通过核孔到达细胞质的核糖体上，直接指导蛋白质的合成。的核糖体上，直接指导蛋白质的合成。遗传学上把以信使遗传学上把以信使RNA为模板，合成为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译。叫做翻译。组成生物体蛋白质的氨基酸有组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，而种，而RNA只有只有4种种核苷酸，核苷酸，4种碱基种碱基AGCU如何决定如何决定20种氨基酸呢？种氨基酸呢？逻辑推理：逻辑推理：l一个碱基决定一个氨基酸，有一个碱基决定一个氨基酸，有 种种l两个碱基决定一个氨基酸，有两个碱基决定一个氨基酸，有 种种l三个碱基决定一个氨基酸，有三个碱基决定一个氨基酸，有 种种41664 1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由信使信使RNA的三个碱基决定即三联体密码子。也就是说，的三个碱基决定即三联体密码子。也就是说，mRNA上上3个相邻的碱基决定个相邻的碱基决定1个氨基酸，每个氨基酸，每3个这样的碱基个这样的碱基又称作又称作1个密码子。个密码子。美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同学用人工合成方式，美国年轻的生物化学家尼伦伯格和同学用人工合成方式，首先阐明了遗传密码的第一个字首先阐明了遗传密码的第一个字UUU，即决定苯丙氨酸，即决定苯丙氨酸的密码子。的密码子。1967年科学家已将年科学家已将20种氨基酸的密码全部破译。种氨基酸的密码全部破译。思考与讨论思考与讨论1、已知一段、已知一段mRNA的碱基序列是的碱基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，你能写出对应的氨基酸序列吗？，你能写出对应的氨基酸序列吗？甲硫氨酸甲硫氨酸 谷氨酸谷氨酸 丙氨酸丙氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 脯氨酸脯氨酸 丝氨酸丝氨酸 赖氨酸赖氨酸 脯氨酸脯氨酸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，你能、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，你能想到什么？想到什么？地球上的所有生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都地球上的所有生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。具有相同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。3、从密码子表中可以看到，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象、从密码子表中可以看到，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称做密码的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？称做密码的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？如果密码子中的一个碱基发生变化，可能影响到蛋白质氨基酸的种类，如果密码子中的一个碱基发生变化，可能影响到蛋白质氨基酸的种类，也有可能蛋白质氨基酸的种类不发生变化，这就保证了生物遗传的相对也有可能蛋白质氨基酸的种类不发生变化，这就保证了生物遗传的相对稳定性，又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化。稳定性，又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化。氨基酸是在什么场所合成的？氨基酸是在什么场所合成的？核核 糖糖 体体mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器装配机器”核糖体结合起来，形成合成蛋白质的核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线生产线”。有了有了“生产线生产线”，还要有，还要有“工人工人”，才能生产产品。，才能生产产品。那那么，游离在细胞质的氨基酸是怎样运送到合成蛋白么，游离在细胞质的氨基酸是怎样运送到合成蛋白质的质的“生产线生产线”上的呢？也就是说这个工人是谁呢？上的呢？也就是说这个工人是谁呢？t RNA细胞质中的氨基酸要进入核糖体是靠搬运工细胞质中的氨基酸要进入核糖体是靠搬运工tRNA来完成的，一种来完成的，一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸。转运只能转运一种特定的氨基酸。转运RNA的另一端有三个碱基，能与信使的另一端有三个碱基，能与信使RNA碱基相配对。例如：信使碱基相配对。例如：信使RNA上的三个碱基上的三个碱基AUG就是一个三联体就是一个三联体密码子，转运密码子，转运RNA中转运甲硫氨酸的转运中转运甲硫氨酸的转运RNA一端的三个碱基是一端的三个碱基是UAC，只有它才能按碱基互补配对原则配对。因此，信使只有它才能按碱基互补配对原则配对。因此，信使RNA中的中的AUG叫做叫做一个一个“密码子密码子”，转运，转运RNA的的UAC叫做叫做“反密码子反密码子”。总之，核糖体中。总之，核糖体中的的信使信使RNA有许多有许多“密码子密码子”，每个，每个“密码子密码子”与转运特定氨基酸的与转运特定氨基酸的RNA能够能够碱基配对，才能对号入座。也就是说，一种转运碱基配对，才能对号入座。也就是说，一种转运RNA在哪个位置上对号在哪个位置上对号入座是靠转运入座是靠转运RNA的反密码子去识别，而位置则是信使的反密码子去识别，而位置则是信使RNA按遗传信息按遗传信息预先定了的。预先定了的。蛋蛋白白质质的的合合成成过过程程蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程1、翻译的起始码是：、翻译的起始码是：终止码是：终止码是：2、决定氨基酸的密码子有、决定氨基酸的密码子有 种。种。3、翻译的位点：、翻译的位点：4、肽链由、肽链由 连接形成。连接形成。5、翻译的概念：、翻译的概念：AUG、GUGUAA、UAG、UGA61 一个核糖体与一个核糖体与mRNA的结合部位形成的结合部位形成2个个tRNA的结合位点。一种的结合位点。一种tRNA携带相应的氨基酸进入携带相应的氨基酸进入相应的位点。相应的位点。相邻的氨基酸通过肽键相邻的氨基酸通过肽键 游离在细胞质中的各种氨基酸，以游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。遗传信息的翻译。实际上，在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在实际上，在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。个氨基酸。通常，一个通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。成出大量的蛋白质。肽链合成后，就从核糖体与肽链合成后，就从核糖体与mRNA复合物脱离，经过一复合物脱离，经过一系列步骤，被运送到各自的系列步骤，被运送到各自的“岗位岗位”，盘曲折叠成具有特定，盘曲折叠成具有特定空空间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。职责。我们再回到探讨恐龙能否复活的问题上来，答案是我们再回到探讨恐龙能否复活的问题上来，答案是再清楚不过了：即使恐龙的再清楚不过了：即使恐龙的DNA确实包含了全部的确实包含了全部的遗传信息，复制仅为纯技术问题的话，我们也仍然遗传信息，复制仅为纯技术问题的话，我们也仍然无能为力。因为它并不描述一只恐龙，而是像开了无能为力。因为它并不描述一只恐龙，而是像开了一张处方（即计算机的软件），必须在另一头恐龙一张处方（即计算机的软件），必须在另一头恐龙（即计算机的硬件）体内去实行，也就是为了获得（即计算机的硬件）体内去实行，也就是为了获得子恐龙，仍然需要母恐龙。子恐龙，仍然需要母恐龙。