第4章-第1节基因指导蛋白质的合成mintyppt课件.ppt
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1、遗传因子的发现遗传因子的发现基因和染色体的关系基因和染色体的关系基因的本质基因的本质人类是怎样认识到基因人类是怎样认识到基因的存在的?的存在的?基因在哪里?基因在哪里?基因是什么基因是什么?温故知新温故知新 从功能上看从功能上看,基因是控制生物性状的功能单位基因是控制生物性状的功能单位,特定的,特定的基因决定特定的性状。基因决定特定的性状。 从结构上看从结构上看,基因是,基因是DNADNA分子上一个个特定的片段,是分子上一个个特定的片段,是由四种脱氧核苷酸按一定顺序排列而成的序列。由四种脱氧核苷酸按一定顺序排列而成的序列。 不同的基因所含碱基的数目及排列顺序不同,从而决定不同的基因所含碱基的数
2、目及排列顺序不同,从而决定不同的性状。不同的性状。基因是什么?基因是什么?基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA片段:片段:第第4 4章章 基因的表达基因的表达基因基因控制生物控制生物性状性状蛋白质是生命活动的蛋白质是生命活动的_者和者和_者者体现体现承担承担性状的形成离不开性状的形成离不开_(_(特特别是酶别是酶) )的作用的作用蛋白质蛋白质基因基因_蛋白质蛋白质_来来_性状!性状!通过指导通过指导的合成的合成控制控制第第1 1节节 基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成主要存在于主要存在于细胞核细胞核中中蛋白质的合成蛋白质的合成在细胞质中的在细胞质中的核核糖体糖体上进行上进行指导?指
3、导?通过通过RNARNA作为信使作为信使问题问题1 1:为什么:为什么RNARNA适于作适于作DNADNA的信使?的信使?问题问题1 1:为什么:为什么RNARNA适于作适于作DNADNA的信使?的信使?RNARNA一般为一般为单链单链,比,比DNADNA短短,能通过核孔能通过核孔,从细胞,从细胞核转移到细胞质中。核转移到细胞质中。 RNARNA是由核苷酸连接而成,跟是由核苷酸连接而成,跟DNADNA一样能储存一样能储存遗传信息。遗传信息。在在RNARNA与与DNADNA关系中,也遵循关系中,也遵循“碱基互补配对碱基互补配对原则原则”(但由于(但由于DNADNA中没有中没有U U,RNARNA
4、中没有中没有T T,因,因此,配对时,此,配对时,AUAU配对);配对); 1 1、RNARNA与与DNADNA的区别的区别脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖比较项目比较项目DNADNARNARNA基本单位基本单位五碳糖五碳糖含氮碱基含氮碱基结构结构主要存在部位主要存在部位DNADNA与与RNA RNA 的主要区别的主要区别脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖A A T T C G C GA A U U C G C G通常是规则的双通常是规则的双螺旋结构螺旋结构通常是单链结构通常是单链结构细胞核细胞核细胞质细胞质核酸有核酸有2 2类类,构成核酸的碱基共,构成核酸的碱基共5 5
5、种种,核苷酸共,核苷酸共8 8种种。信使信使RNARNA(mRNAmRNA):):将将DNADNA的遗传信息转录下来,以遗传的遗传信息转录下来,以遗传密码的形式传递至细胞质的核糖体密码的形式传递至细胞质的核糖体上,成为上,成为蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板。转运转运RNARNA(tRNAtRNA):):氨基酸的运载工具。氨基酸的运载工具。核糖体核糖体RNARNA(rRNArRNA):):核糖体的重要组成成分。核糖体的重要组成成分。DNADNA的遗传信息的遗传信息?2 2、RNARNA的类型的类型问题问题2:DNA的遗传信息是怎样传给的遗传信息是怎样传给mRNA的?的?在细胞核中,以在细胞核中
6、,以DNADNA的一条链为模板合的一条链为模板合成成RNARNA的过程。的过程。1 1、定义、定义2 2、转录的场所、转录的场所细胞核细胞核3 3、转录的条件、转录的条件 模板:模板:DNADNA的一条链的一条链 原料:原料: 4 4种游离的核糖核苷酸种游离的核糖核苷酸能量:能量:ATPATP酶:酶: RNARNA聚合酶聚合酶一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录4、转录时的碱基配对、转录时的碱基配对5、转录的产物、转录的产物转录的过程转录的过程RNA解旋解旋 按照碱基互补配对原则合成按照碱基互补配对原则合成RNA 释放释放形成形成mRNAmRNA链,链,DNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传
7、信息就传递到mRNAmRNA上上DNADNA的平面结构图的平面结构图AG T AC A A A T TCATG A TT A转录的过程转录的过程以以DNADNA的一条链为模板合成的一条链为模板合成RNARNADNADNA游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸AG T AC A A A T UUGGACUGCUGAAG T AC A A A T AGCUGACGGUUU DNADNA与与RNARNA的碱基互补配对:的碱基互补配对:AUAU;GCGC;CGCG;TATARNA RNA 聚合酶聚合酶AG T AC A A A T AGCGACGGUUUU 组成组成RNARNA的核糖核苷酸一个个连接起来的核
8、糖核苷酸一个个连接起来AG T AC A A A T GCGACGGUUU UAAG T AC A A A T GCGACGUUGU UAAG T AC A A A T GCGACGUGU UAUAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAAG T AC A A A T GCGCGGU UAU UA UAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U CAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U C形成的形成的mRNAmRNA链,链,DNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传信息就传递
9、到mRNAmRNA上上RNARNADNADNAAG T AC A A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核 核孔核孔DNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成AG T AC A A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质4、转录时的碱基配对、转录时的碱基配对5、转录的产物、转录的产物GC、CG、TA、AURNA( mRNA、rRNA 和和 tRNA )6、遗传信息传递的方向、遗传信息传递的方向 DNA mRNA场所场所: :模板模板: :原料原料: :酶酶: :能量能量产物产物
10、: :特点特点: :原则原则: :过程:过程:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体细胞核(主要)、线粒体、叶绿体DNADNA的的一条一条链链4 4种游离核糖核苷酸种游离核糖核苷酸(A(A、GG、C C、U U)RNARNA聚合酶聚合酶RNARNA边解旋边转录边解旋边转录碱基互补配对原则(碱基互补配对原则(A-U,T-AA-U,T-A,G-C,C-GG-C,C-G)解旋解旋配对配对连接连接脱离脱离ATPATP转录小结转录小结条条件件遗传信息传递的方向:遗传信息传递的方向: DNA mRNA 转录和转录和DNADNA复制都是以复制都是以DNADNA为模板并按碱基互补为模板并按碱基互补配对原则进行的,碱基
11、互补配对原则能够保证遗配对原则进行的,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,从而保证了遗传的传信息准确无误地传递下去,从而保证了遗传的稳定性。稳定性。 1 1、转录与、转录与DNADNA复制有什么共同之处?这对保证遗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?传信息的准确转录有什么意义?2 2、转录成的、转录成的RNARNA的碱基序列,与作为模板的的碱基序列,与作为模板的DNADNA单链的碱基序列有那些异同?与该单链的碱基序列有那些异同?与该DNADNA的另一条链的另一条链的碱基序列有那些异同?的碱基序列有那些异同? 转录的转录的RNARNA碱基序列和模板碱基序列和
12、模板DNADNA单链的碱基序列单链的碱基序列互补配对互补配对,与,与DNADNA的另一条链的的另一条链的碱基序列相同碱基序列相同(但(但DNADNA单链上的单链上的T T换成换成U U)。)。思考:思考:从时间、场所、原料、模板、能量、酶、特点、从时间、场所、原料、模板、能量、酶、特点、产物、碱基配对方式、信息流动方向等方面以产物、碱基配对方式、信息流动方向等方面以表格的形式比较转录和表格的形式比较转录和DNA复制。复制。比较项目比较项目DNA复制复制转录转录时间时间场所场所原料原料模板模板酶酶能量能量配对原则配对原则特点特点信息传递信息传递方向方向有丝分裂间期和减数第一有丝分裂间期和减数第一
13、次分裂前的间期次分裂前的间期生长发育过程生长发育过程主要在细胞核,少部分在线粒体和叶绿体主要在细胞核,少部分在线粒体和叶绿体边解旋边复制,半保留复制边解旋边复制,半保留复制边解旋边转录边解旋边转录亲代亲代DNA DNA 子代子代DNADNADNA DNA mRNA mRNA四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸DNADNA的两条链的两条链DNADNA中的一条链中的一条链ATPDNARNADNADNA解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶思考:与思考:与DNA复制相比,转录特有的碱基配对方式是?复制相比,转录特有的碱基配对方式是?AU1、DNARNA如
14、何转录,特点是什么?如何转录,特点是什么? 问题:问题: 2、转录的单位是什么?、转录的单位是什么?3、DNA的两条链都能转录吗?的两条链都能转录吗? 4、DNA链完全解开吗?链完全解开吗?5、在转录过程中碱基互补配对原、在转录过程中碱基互补配对原 则有什则有什么特殊情况?么特殊情况? 转录得到的转录得到的mRNAmRNA仍是碱基序列,而不是蛋仍是碱基序列,而不是蛋白质。那么,白质。那么,RNARNA上的碱基序列如何能变成蛋白上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢?质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢?转录后,转录后,mRNAmRNA通过核孔进入细胞质中。此通过核孔进入细胞
15、质中。此时时核糖体核糖体结合到结合到mRNAmRNA上,以游离在细胞质上,以游离在细胞质中的中的各种氨基酸各种氨基酸为原料,以为原料,以mRNAmRNA为模板为模板合合成具有成具有一定氨基酸一定氨基酸顺序顺序的蛋白质的过程,称为的蛋白质的过程,称为翻译翻译。二、遗传信息的翻译DNADNA( (基因基因) )蛋白质蛋白质mRNAmRNA转录转录翻译翻译基因中碱基因中碱基对的排基对的排列顺序列顺序mRNA上上碱基的排碱基的排列顺序列顺序蛋白质中蛋白质中氨基酸的氨基酸的排列顺序排列顺序? DNADNA和和RNARNA都只含有都只含有4 4种碱基,而组成生物体蛋种碱基,而组成生物体蛋白质的氨基酸有白质
16、的氨基酸有2020种。种。4 4种碱基怎样决定蛋白质种碱基怎样决定蛋白质2020种氨基酸?种氨基酸? 如果如果1 1个碱基编码个碱基编码1 1个氨基酸,个氨基酸,4 4种碱基能决定多种碱基能决定多少种氨基酸?少种氨基酸? 如果如果2 2个碱基编码一个氨基酸,最多能编码多少个碱基编码一个氨基酸,最多能编码多少种氨基酸?种氨基酸? 一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基,才足以一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基,才足以组合出构成蛋白质的组合出构成蛋白质的2020种氨基酸?种氨基酸?4 41 14 4,不行,不行4 42 21616,不行,不行4 43 36464,足足有余,足足有余碱基与氨基酸之间的对
17、应关系碱基与氨基酸之间的对应关系 实验证明:实验证明:19611961年英国的克里克和同事年英国的克里克和同事用实验证明了一个氨基酸是由用实验证明了一个氨基酸是由mRNAmRNA上的上的3 3个碱基决定的,即个碱基决定的,即mRNAmRNA上的上的3 3个相邻的碱个相邻的碱基基决定一个氨基酸。决定一个氨基酸。到底是如何决定的呢?到底是如何决定的呢? mRNA mRNA上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的3 3个相邻碱基个相邻碱基叫做叫做三联体密码子三联体密码子,简称简称密码子密码子。 密码子密码子UCAUG A UUAmRNA 密码子密码子 密码子密码子遗传密码:遗传密码: 遗传学上把遗传学上
18、把mRNAmRNA中决定氨基酸的不同碱基排中决定氨基酸的不同碱基排列顺序,叫做列顺序,叫做“遗传密码遗传密码”。 mRNAmRNA上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的3 3个相邻碱基叫做个相邻碱基叫做密码子密码子。2020种氨基酸的密码子种氨基酸的密码子 对应的氨基酸序列为: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丝氨酸赖氨酸脯氨酸a a、mRNAmRNA的碱基序列是的碱基序列是AUGGAAGCAUGCCGCAAGCCGAUGGAAGCAUGCCGCAAGCCG, , 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?思
19、考和讨论思考和讨论2020种氨基酸的密码子种氨基酸的密码子种类:种类:起始密码子:起始密码子:普通密码子:普通密码子:终止密码子:终止密码子:2种,种,AUG(甲硫氨酸)、(甲硫氨酸)、GUG(缬氨酸)翻译的开始(缬氨酸)翻译的开始59种,只编码氨基酸种,只编码氨基酸3种,种,UAA,UAG,UGA不编码氨基酸,只是终止信号不编码氨基酸,只是终止信号 遗传密码的特性:遗传密码的特性:1 1、有、有3 3个终止密码子,没有对应的氨基酸,所以,在个终止密码子,没有对应的氨基酸,所以,在6464个遗传密码中,能决定氨基酸的遗传密码子只有个遗传密码中,能决定氨基酸的遗传密码子只有6161个。个。2 2
20、、通用性:、通用性: 所有的生物共用一套密码子表,说明所有的生物共用一套密码子表,说明所有生物有共同的起源所有生物有共同的起源一种氨基酸可以有多个密码子的情况一种氨基酸可以有多个密码子的情况 。3 3、简并性:、简并性:注意:一个密码子只和一种氨基酸相对应注意:一个密码子只和一种氨基酸相对应4 4、遗传密码无逗号遗传密码无逗号:即密码子之间没有:即密码子之间没有空格,阅读空格,阅读mRNAmRNA时是连续的,一次阅读时是连续的,一次阅读3 3个核苷酸,不会跳过任何碱基。个核苷酸,不会跳过任何碱基。5 5、遗传密码不重叠遗传密码不重叠:阅读:阅读mRNAmRNA时是以密码时是以密码子为单位,连续
21、阅读。子为单位,连续阅读。b b、地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子表。根据、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?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。生物都具有共同的遗传语言,或者生命在本质上是统一的。思考和讨论思考和讨论c c、从密码子表可以看出,一种氨基酸可能由几个密码子、从密码子表可以看出,一种氨基酸可能由几个密码子决定,这一现象称做决定,这一现象称做密码子的简并性密码子的简并性。你认为密码子的。你认为密码子的简并性对生物
22、体的生存发展有什么意义?简并性对生物体的生存发展有什么意义?从增强密码子的容错性的角度来解释:当密码子中从增强密码子的容错性的角度来解释:当密码子中的一个碱基发生变化,可能并不会改变其相应的氨的一个碱基发生变化,可能并不会改变其相应的氨基酸(例如基酸(例如GAUGAU、GACGAC都决定天冬氨酸)都决定天冬氨酸) 问题:氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢?问题:氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢?三叶草形、三叶草形、 有臂有臂一端可携带特定氨基酸,一端可携带特定氨基酸,有环;有环;另一端有三个特殊的碱基,另一端有三个特殊的碱基,能与能与mRNAmRNA上的上的密码子密码子互补配互补配对,称为对,称为反
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