《2011基因的表达》课件

1、2011基因的表达,第四节 遗传信息的表达 RNA和蛋白质的合成,2011基因的表达,基因,是什么物质？,位于哪里？,对基因还了解什么？,什么作用？,2011基因的表达,基因是遗传的一个基本功能单位，在适当的环境条件下控制生物的性状。 一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能（有遗传效应）的核酸分子片段。 在大多数生物中是一段DNA，而在RNA病毒中则是一段RNA。 不同基因中核苷酸的排列顺序不同，因此不同的基因含有不同的遗传信息。,一、基因,1、概念(P70),2011基因的表达,基因,是什么物质？,在哪里？,有什么用？,对基因还了解什么？,基因与你有什么关系？,2011基因的表达,科学家将深

2、海水母的荧光蛋白基因转移到小鼠的受精卵内，由此发育出能发荧光的小鼠。,2011基因的表达,基因的表达,基因(DNA) 蛋白质,2011基因的表达,基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸、遗传信息的关系？,2011基因的表达,(1)基因与染色体的关系？ (2)基因与DNA的关系？ (3)基因与脱氧核苷酸的 关系？ (4)基因与遗传信息的关系？ (5)基因与蛋白质（性状） 的关系？ (6)DNA与染色体的关系？,(1)揭示了基因的位置 (2)揭示了基因的化学本质 (3)揭示了基因的化学组成 (4)揭示了基因的功能 (5)揭示了基因的功能,理清以下概念之间的关系,2011基因的表达,某科学家从细菌中分离出

3、耐高温-淀粉酶基因a ，通过基因工程的方法将基因a转移到马铃薯植物中，经检测，发现耐高温-淀粉酶在成熟块茎细胞中存在。,资料,2011基因的表达,资料一：科学家在细胞溶胶中没有检测到DNA，相反却发现有大量RNA的存在。 资料二：1955年，有人用洋葱根尖做实验：如果加入 RNA酶分解细胞溶胶中的 RNA，蛋白质合成就停止,如果再加入从酵母中提取的RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质。,二、基因的表达（遗传信息的表达）,资料三：美国加州理工学院的梅塞尔森通过实验发现，这个RNA是与核糖体缠绕在一起的。,2011基因的表达,RNA的结构,o,o,o,o,o,o,磷酸二酯键,2011基因的表达,

4、资料四：拉斯特等人将变形虫分为两组：A组变形虫用同位素标记的尿嘧啶核苷培养液培养，发现有标记的RNA分子首先在细胞核中合成。将该细胞核移植到未标记的去核变形虫中，发现大部分标记的RNA从细胞核进入细胞质之中。,2011基因的表达,资料五：1961年科学家发现了依赖DNA的RNA聚合酶。只要给予模板DNA分子和合成RNA所需的四种核糖核苷酸(A、G、C、U)，这种酶就能催化合成RNA，并且合成的RNA的碱基排列顺序能充分反映作为模板的DNA分子的碱基排列顺序。,2011基因的表达,主要在细胞核内,以DNA(基因)的一条链为模板,按照碱基互补配对的原则合成RNA的过程。,1、转录,RNA聚合酶,模

5、板链,编码链,DNA,2011基因的表达,主要在细胞核内,以DNA(基因)的一条链为模板,按照碱基互补配对的原则合成RNA的过程。,1、转录,2011基因的表达,1、指出各部分的名称。 2、指出RNA聚合酶沿RNA的移动方向。,RNA聚合酶,模板链,编码链,DNA,RNA,核糖核苷酸,酶移动方向,2011基因的表达,思考：1、RNA聚合酶是否将整个DNA进行转录？,解开双螺旋的DNA片段包括一个或几个基因。,2、转录合成的RNA可以直接作为合成相应蛋白质的 模板吗 ？,真核细胞中，细胞核内转录合成的RNA必须经过加工 成为成熟的mRNA后，才能转移到细胞质中。,2011基因的表达,细胞质,细胞

6、核,核孔,DNA,2011基因的表达,细胞质,细胞核,加工后的mRNA通过核孔进入细胞质,2011基因的表达,2、翻译,RNA 蛋白质,翻译,蛋白质,氨基酸,核糖体,tRNA,2011基因的表达,2011基因的表达,2、翻译,RNA 蛋白质,翻译,在细胞质中，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。,蛋白质,2011基因的表达,资料六： 1961年，克里克和他的同事通过诱导T4噬菌体突变的实验发现，若在T4噬菌体DNA的模板链中插入一个碱基，其后面的氨基酸序列完全发生变化，若插入连续的三个碱基，则其后面的氨基酸序列就不发生变化。,插入碱基,2011基因的表达,密码子,密码子,密

7、码子,密码子：mRNA上决定一种氨基酸的三个相邻碱基排列而成的三联体。,2011基因的表达,资料五：尼伦伯格把尿嘧啶核苷酸聚合成一个长链，即UUUUUUUU ，将此长链作为mRNA模板进行细胞外蛋白质合成，结果只能合成苯丙氨酸多肽链，从而知道苯丙氨酸的密码子是UUU。不久，尼伦伯格等人用同样方法又鉴定出AAA是赖氨酸的密码子，CCC是脯氨酸的密码子等等。,2011基因的表达,除少数密码子外，生物界的遗传密码是统一的。 大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。,2011基因的表达,已知一段mRNA的碱基序列如下： AUG GAA GCA UAG CCC 请写出对应的多肽的氨基酸序列，并 推测出DNA分

8、子相应的碱基序列。,2011基因的表达,2011基因的表达,tRNA,tRNA作为转运氨基酸的工具，必须能识别两种信息，即密码子信息和氨基酸信息。每种tRNA只能识别转运一种氨基酸。,反密码子,亮氨酸,2011基因的表达,核糖体由蛋白质和rRNA组成，包括大、小两个亚基。,2011基因的表达,细胞质中,tRNA,tRNA上的反密码子与 mRNA上的密码子互补配对,2011基因的表达,甲硫氨酸,细胞质中,形成肽键,U A A,2011基因的表达,甲硫氨酸,细胞质中,U A A,2011基因的表达,细胞质中,2011基因的表达,转录和翻译,2011基因的表达,转录,翻译,转录,2011基因的表达,

9、多肽链合成时，在一个mRNA分子上可以有若干个核糖体同时工作，增加了翻译的效率。,思考：已知 B基因可编码瘦素蛋白。翻译时，一个核糖体从起始密码子到达终止密码子约需4秒钟，实际上合成100个瘦素蛋白分子所需的时间约为1分钟，其原因是什么？,A,B,2011基因的表达,转录,翻译,DNA模板链,mRNA,多肽链,多肽链形成以后，与核糖体分离，再发生一定的盘曲折叠。蛋白质就是由多肽链或多肽链结合其他物质形成的高分子化合物。,基因形成RNA产物，以及mRNA被翻译为基因的蛋白质产物的过程，都称为基因表达。,2011基因的表达,DNA(基因),转录,翻译,基因指导蛋白质合成的过程,2011基因的表达,

10、DNA的一条链,DNA的两条链,主要在细胞核内,主要在细胞核内,RNA,DNA,核糖核苷酸,脱氧核苷酸,RNA聚合酶等,解旋酶、DNA聚合酶等,三、转录和复制的比较,需,需,2011基因的表达,DNA的一条链,mRNA,主要在细胞核内,细胞质的核糖体上,RNA,具有一定氨基酸顺序的多肽,核糖核苷酸,氨基酸,能量 酶 等,能量 酶 tRNA等,基因控制蛋白质的合成过程,原核细胞转录和翻译的场所、时间与真核细胞相比，有什么不同？,2011基因的表达,原核细胞基因表达的过程,原核细胞转录和翻译的场所、时间与真核细胞相比，有什么不同？,2011基因的表达,下图为原核细胞内某一区域的基因指导蛋白质合成的

11、示意图。据图分析正确的是,A.两处都有大分子的生物合成，图中DNA可以与有关蛋白质结合成染色体,B.两处都发生碱基互补配对，配对方式均为A和U、 G和C,C.处有DNA聚合酶参与，处没有DNA聚合酶参与,D.处有DNA-RNA杂合双链片段，处没有DNA-RNA杂合双链片段,2011基因的表达,转录场所：,表达过程：,真核细胞和原核细胞遗传信息表达示意图（局部）,细胞核、线粒体、叶绿体,拟核,细胞核内转录成的mRNA经加工后从核孔出来，与核糖体结合,边转录边翻译,问：原核细胞进行转录和翻译的场所、时间与真核细胞相比，有什么不同？,2011基因的表达,基因如何控制性状?,白化病,镰刀型细胞贫血症,

12、2011基因的表达,从基因的角度来解释孟德尔的圆粒与皱粒豌豆,无编码淀粉分支酶的 正常基因(r),淀粉分支酶不能正常合成,蔗糖不能合成为淀粉，蔗糖含量升高,淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩,编码淀粉分支酶的 基因正常(R),淀粉分支酶正常合成,蔗糖合成为淀粉， 淀粉含量升高,淀粉含量高，有效保持 水分，豌豆显得圆鼓鼓,2011基因的表达,编码血红蛋白的 基因中一个碱基变化,血红蛋白的结构发生变化,红细胞成镰刀型,容易破裂，患溶血性贫血,基因还能通过控制蛋白质的_而_ 控制生物体的_,结构,直接,性状,2011基因的表达,控制酪氨酸酶的基因异常,酪氨酸酶不能正常合成,酪氨酸不能正常转化为黑色素

13、,缺乏黑色素表现为白化病,基因通过控制_合成来控制代谢过程，进而控 制生物体的_,酶的,性状,2011基因的表达,说出自身体内遗传信息的传递方向,2011基因的表达,2011基因的表达,四、中心法则及其发展,DNA,RNA,蛋白质,复制,转录,翻译,逆转录,复制,烟草花叶病毒、HIV分别发生哪些过程？,2011基因的表达,你问我答,遗传信息 遗传密码 mRNA tRNA rRNA 反密码子 基因,翻译,转录,2011基因的表达,转录,翻译,DNA复制,转录,翻译,转录,2011基因的表达,G,mRNA,替换为U,？,肽链延伸方向,亮氨酸,2011基因的表达,G,mRNA,替换为U,？,亮氨酸,

14、肽链延伸方向,2011基因的表达,G,mRNA,丢失,？,亮氨酸,肽链延伸方向,2011基因的表达,科学探索的脚步, 1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型获诺贝尔奖。 1957年，克里克提出“中心法则”。 1960年，信使RNA被发现。 1965年，RNA复制酶被发现。 1966年，巴尔的摩和特明发现逆转录现象获诺贝尔奖。 1968年，尼伦伯格等因破译了遗传密码获诺贝尔奖。 1997年，普鲁西纳因发现朊蛋白，并其致病机理获得诺贝尔奖。 2006年，罗杰因在真核转录的分子基础研究的贡献获诺贝尔奖 2009年，阿达约纳特等三科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获奖 ,2011基因的表

15、达,已知掺入多肽链中的氨基酸种类是由mRNA中的三联体遗传密码决定的。查资料得知当时尼伦伯格破译的第一个遗传密码是UUU。若反应体系中的Mg2+浓度高，人工合成的多聚核苷酸不需要起始密码子就能指导多肽的生物合成，读码是随机的。已知实验室能够合成各种RNA，能用一定方法检测多肽链是否合成。 现提供如下材料：多聚尿嘧啶核苷酸链(UUUUU)；除去DNA、mRNA的细胞提取液（Mg2+浓度高）；20种氨基酸，多支试管等。 请根据上述材料，设计破译“UUU”的实验步骤。,2011基因的表达,完成下表,C,C,G,A,G,T,G,C,T,G,G,G,U,C,A,C,G,G,G,U,G,C,U,甘氨酸,丙

16、氨酸,模板链,2011基因的表达,多肽中氨基酸数与 mRNA、DNA中碱基数的关系,如果某细菌多肽中有 n 个氨基酸，则指导该 多肽链合成的 mRNA的碱基数目至少为 ， 控制该多肽合成的DNA(基因)中的碱基数目至少 为 。,3n,6n,2011基因的表达,5、水蛭素是由65个氨基酸组成的蛋白质，控制该蛋白质合成的基因的碱基数至少应是( ) A390 B195 C65 D260 14已知某蛋白质分子由2条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个，翻译成这个蛋白质的mRNA中有碱基 个，基因中有碱基 对。,A,600,600,2011基因的表达,思考：DNA有什么功能呢？,产生配子,

17、亲代DNA复制,子代DNA,表现出相似的性状,生长发育,遗传信息传递,遗传信息 表达,DNA具有携带遗传信息和表达遗传信息的双重功能。,遗传信息：基因中碱基的排序,2011基因的表达,课堂练习,1.对一个基因的正确描述是（ ） A.是有遗传效应的染色体片段 B.其化学成分是碱基、核糖和磷酸 C.每个基因含有一个DNA分子 D.是决定生物性状的基本单位 2.对大多数生物来说,“遗传信息”是指（ ） A.基因的脱氧核苷酸排列顺序 B.RNA的碱基对排列顺序 C.信使RNA的核苷酸排列顺序 D.蛋白质的氨基酸排列顺序,D,A,2011基因的表达,3.一个转运RNA的一端碱基为CGA，此 转运RNA运载的氨基酸是 ( ) A.精氨酸(CGA) B.丝氨酸(AGU) C.谷氨酸(GAG) D.丙氨酸(GCU) 4.一段信使RNA分子共有60个碱基，其中A有15个