基因指导蛋白质的合成邬志龙

基因指导蛋白质的合成邬志龙第1页，共31页，2023年，2月20日，星期四普通高中课程标准实验教科书生物必修1分子与细胞人民教育出版社课件制作：万载中学邬志龙时间：2016、11、20本节聚焦：1.哪些细胞组分参与了蛋白质的合成？2.什么是遗传密码？3.基因如何指导蛋白质的合成？第1节基因指导蛋白质的合成第4

章基因的表达——基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。第2页，共31页，2023年，2月20日，星期四温故知新关于基因的几个问题：肤色眼皮单双血型基因基因间区1.基因是有遗传效应的DNA片段2.基因控制生物的性状3.基因在染色体上呈线性排列4.基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能的基本单位。DNA第3页，共31页，2023年，2月20日，星期四第1节基因指导蛋白质的合成蛋白质是生命活动的体现者和承担者。基因如何指导蛋白质的合成?基因是有遗传效应的DNA片段；DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中进行的。细胞核中的DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢？一、遗传信息的转录细胞核中的DNA如何指导细胞质中的蛋白质的合成？基因蛋白质的合成指导RNA充当信使第4页，共31页，2023年，2月20日，星期四

（一）DNA与RNA在化学组成上的区别核糖与脱氧核糖三种RNADNA与RNA在化学组成上的区别第5页，共31页，2023年，2月20日，星期四（二）关于RNA1.元素组成：C、H、O、N、P2.基本单位：核糖核苷酸①结构简图：②种类：根据含氮碱基的不同，核糖核苷酸可分为4种。A腺嘌呤核糖核苷酸G鸟嘌呤核糖核苷酸C胞嘧啶核糖核苷酸U尿嘧啶核糖核苷酸核糖核苷酸的种类含氮碱基磷酸核糖第6页，共31页，2023年，2月20日，星期四3.结构：一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。——因而，RNA适合做DNA的信使。——与DNA相比，单链的RNA更不稳定。4.种类：三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)三种RNA的共同点：都是通过转录产生的，基本单位都相同，都与翻译的过程有关。但由于基因的选择性表达，导致同种生物不同细胞中的mRNA的种类和数量不完全相同，但tRNA、rRNA的种类没有差异。①mRNA：图示：特点：单链，带有从DNA转录的遗传信息。功能：作为翻译的直接模板。信使RNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做密码子。第7页，共31页，2023年，2月20日，星期四②tRNA：图示：特点：功能：单链，呈三叶草形。一端为氨基酸结合的部位，另一端为反密码子，能与mRNA上的密码子互补配对。——在三种RNA中，只有tRNA中有氢键；只有mRNA携带遗传信息。识别密码子，运载特定的氨基酸。tRNA具有特异性，即一种tRNA只能识别一种密码子、转运一种氨基酸，共有61种。③rRNA：单链，核糖体的组成成分。第8页，共31页，2023年，2月20日，星期四

比较项目DNARNA组成元素C、H、O、N、P基本单位脱氧核苷酸（4种）核糖核苷酸（4种）含氮碱基A、T、C、GA、U、C、G五碳糖

脱氧核糖核糖分布

主要分布在细胞质结构规则的双螺旋结构一般单链结构，较短主要存在于细胞核中，少量存在线粒体、叶绿体基质中功能主要的遗传物质，储存和传递遗传信息是RNA病毒的遗传物质；mRNA作为蛋白质合成的直接模板；tRNA识别密码子并运载特定的氨基酸；rRNA是核糖体的组成成分。(三)细胞中的两种核酸的比较第9页，共31页，2023年，2月20日，星期四UCAUGAUUAmRNA密码子密码子密码子（四）关于密码子：①概念：②密码子种类：③决定氨基酸的密码子共有___种6164种④密码子的特点：简并性：专一性：通用性：一种氨基酸对应一种或几种密码子一种密码子只对应一种氨基酸自然界中的生物都共用一套密码子不重复性和不间断性：信使RNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基第10页，共31页，2023年，2月20日，星期四（五）基因的结构：编码区非编码区非编码区启动子与RNA聚合酶结合位点终止子原核基因编码区非编码区非编码区启动子与RNA聚合酶结合位点外显子内含子终止子真核基因第11页，共31页，2023年，2月20日，星期四RNA聚合酶第一步：解旋第二步：互补配对RNA第三步：RNA合成第四步：释放基因的转录是由RNA聚合酶催化进行的。RNA聚合酶与启动子结合后，在特定区域将DNA双螺旋两条链之间的氢键断开，使DNA解旋，形成单链区，以其中一条链为模板合成RNA的转录过程就开始了。合成的mRNA从DNA链上释放。之后，DNA双链恢复。（六）遗传信息的转录过程第12页，共31页，2023年，2月20日，星期四图4-4以DNA为模板转录RNA的图解要准确判断转录的方向、DNA分子正在解旋的部位和恢复双螺旋状态的部位。第13页，共31页，2023年，2月20日，星期四（七）遗传信息的转录小结：1.定义：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，合成mRNA的过程。2.场所：主要在细胞核（线粒体、叶绿体中也有转录）3.模板：DNA分子的一条链（不同基因的模板链可能不同）4.原料：四种核糖核苷酸5.条件：模板、原料、能量(ATP)、酶(RNA聚合酶)6.转录时的碱基配对：DNA与RNA之间的配对：G－C、C－G、T－A、A－U7.产物：RNA（包括mRNA、tRNA、rRNA）8.遗传信息传递的方向：DNA→mRNA9.过程：DNA分子中只有一条链具有转录功能，这条链叫做模板链或反义链，另一条无转录功能的链叫做编码链或有义链。第14页，共31页，2023年，2月20日，星期四图4-6蛋白质的合成示意图二、遗传信息的翻译的过程第15页，共31页，2023年，2月20日，星期四UCU谷氨酸

核糖体AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUAUCU谷氨酸AAGUGAAAGmRNAUAC甲硫氨酸第16页，共31页，2023年，2月20日，星期四AAGUGAAAGmRNA脱水缩合UCU谷氨酸UAC甲硫氨酸UCU谷氨酸AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUA第17页，共31页，2023年，2月20日，星期四DNA的转录和翻译的动态过程第18页，共31页，2023年，2月20日，星期四2.场所：核糖体3.模板：mRNA4.原料：游离的20种氨基酸5.工具：tRNA7.碱基配对：8.产物：多肽链（蛋白质）G－C、C－G、U－A、A－U6.条件：ATP、酶、转运RNA、mRNA、氨基酸9.遗传信息流动：mRNA蛋白质遗传信息的翻译小结：1.概念：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。第19页，共31页，2023年，2月20日，星期四1.含义：通常一个mRNA同时结合多个核糖体，进行多个肽链的合成。

关于多聚核糖体：2.图解：少量的mRNA分子就可迅速合成大量的蛋白质。3.意义：——说明细胞质中的翻译是个快速的过程特别提醒：②原核生物的转录和翻译在空间上没有分开，是同步进行的。③图中不同核糖体合成的肽链的氨基酸序列相同。①在真核细胞中，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行。即转录、翻译在时间上有先后，在空间上不同。因以同一条mRNA为模板翻译形成，所以图示4个核糖体合成的肽链的氨基酸序列相同。第20页，共31页，2023年，2月20日，星期四关于遗传信息、密码子、反密码子、启动子、终止子遗传信息通过密码子间接控制氨基酸排序；

密码子直接控制氨基酸的排序；

反密码子则运载相应氨基酸的作用。1.位置：①遗传信息：位于DNA分子上；②密码子：位于mRNA上；③反密码子：位于tRNA上；④启动子、终止子：位于基因上；2.关系：第21页，共31页，2023年，2月20日，星期四比较项目复制

转录

翻译场所

细胞核

细胞核细胞质模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA酶解旋酶，DNA聚合酶等RNA聚合酶等多种酶能量ATPATPATP原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸氨基酸产物子代DNARNA

多肽链碱基配对A-TT-AG-CC-GA-UT-AG-CC-GA-UU-AG-CC-GDNA复制、转录、翻译的比较：发生碱基配对的场所：细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体发生碱基配对的过程：DNA复制、转录、翻译等第22页，共31页，2023年，2月20日，星期四三、基因表达过程中相关数量的计算1、蛋白质中氨基酸数与mRNA、DNA中碱基数的关系：CTACCACTGGATGGTGACGAUGGUGACDNA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氨基酸n3n6n氨基酸:mRNA碱基数:DNA碱基数＝1:3:6第23页，共31页，2023年，2月20日，星期四启动子与RNA聚合酶结合位点编码区非编码区非编码区外显子内含子终止子转录前体mRNA成熟mRNAGCAAGCAUUGCUAGCU翻译肽链肽链中1个氨基酸——mRNA中3个碱基——基因中6个碱基最多至少第24页，共31页，2023年，2月20日，星期四2、计算中“最多”和“最少”的分析：①翻译时，mRNA上的终止密码不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。②基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。③在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质最多有n/3个氨基酸。例.某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是(

)A.198个B.199个C.200个D.201个B第25页，共31页，2023年，2月20日，星期四作业1、教材练习；2、同步解析与测评。第26页，共31页，2023年，2月20日，星期四例1.如图是真核生物信使RNA的合成过程示意图，请据图判断，下列叙述正确的是（）A.R所示的节段①正处于解旋状态，形成这种状态需要解旋酶B.图中②是以4种核糖核苷酸为原料合成的C.如果图中③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶D.图中的②合成后，再穿过双层膜结构与核糖体结合，并控制蛋白质的合成【解析】因为是向右进行转录的，R所示的节段①应处于恢复双螺旋的状态，A错。图中②是mRNA是以4种核糖核苷酸合成的，B正确。如果③是酶，应是RNA聚合酶，C错。图中的②合成后是经过核孔到细胞质与核糖体结合的，故D错误。B第27页，共31页，2023年，2月20日，星期四例2.下列关于基因控制蛋白质合成过程的叙述，不正确的是（）A.转录时一个基因的两条链可同时作为模板B.在细胞周期中，mRNA的种类和含量均不断发生变化C.一种tRNA只能携带一种氨基酸D.不同密码子可编码同种氨基酸例3.某科学家用15N标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸，32P标记尿嘧啶核糖核苷酸，研究某植物细胞的有丝分裂。已知这种植物细胞的细胞周期为20h，两种核苷酸被利用的情况如右图所示，图中32P和15N的利用峰值分别表示（）A.复制、转录B.复制、蛋白质合成C.转录、复制D.转录、蛋白质合成AC第28页，共31页，2023年，2月20日，星期四例4.下图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述正确的是（）A.图中结构含有核糖体RNAB.甲硫氨酸处于图中a的位置C.密码子位于tRNA的环状结构上D.mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类A例5.