基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成鄔志龍

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成鄔志龍第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物必修1分子與細(xì)胞人民教育出版社課件制作：萬(wàn)載中學(xué)鄔志龍時(shí)間：2016、11、20本節(jié)聚焦：1.哪些細(xì)胞組分參與了蛋白質(zhì)的合成？2.什么是遺傳密碼？3.基因如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成？第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成第4

章基因的表達(dá)——基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過(guò)程，叫基因的表達(dá)。第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四溫故知新關(guān)于基因的幾個(gè)問(wèn)題：膚色眼皮單雙血型基因基因間區(qū)1.基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段2.基因控制生物的性狀3.基因在染色體上呈線性排列4.基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。DNA第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者和承擔(dān)者?；蛉绾沃笇?dǎo)蛋白質(zhì)的合成?基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段；DNA主要存在于細(xì)胞核中，而蛋白質(zhì)的合成是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的。細(xì)胞核中的DNA攜帶的遺傳信息是怎樣傳遞到細(xì)胞質(zhì)中去的呢？一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄細(xì)胞核中的DNA如何指導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)的合成？基因蛋白質(zhì)的合成指導(dǎo)RNA充當(dāng)信使第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

（一）DNA與RNA在化學(xué)組成上的區(qū)別核糖與脫氧核糖三種RNADNA與RNA在化學(xué)組成上的區(qū)別第5頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）關(guān)于RNA1.元素組成：C、H、O、N、P2.基本單位：核糖核苷酸①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：②種類：根據(jù)含氮堿基的不同，核糖核苷酸可分為4種。A腺嘌呤核糖核苷酸G鳥(niǎo)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種類含氮堿基磷酸核糖第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.結(jié)構(gòu)：一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過(guò)核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。——因而，RNA適合做DNA的信使。——與DNA相比，單鏈的RNA更不穩(wěn)定。4.種類：三種：信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)、核糖體RNA(rRNA)三種RNA的共同點(diǎn)：都是通過(guò)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的，基本單位都相同，都與翻譯的過(guò)程有關(guān)。但由于基因的選擇性表達(dá)，導(dǎo)致同種生物不同細(xì)胞中的mRNA的種類和數(shù)量不完全相同，但tRNA、rRNA的種類沒(méi)有差異。①mRNA：圖示：特點(diǎn)：?jiǎn)捂?，帶有從DNA轉(zhuǎn)錄的遺傳信息。功能：作為翻譯的直接模板。信使RNA上決定一個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰的堿基叫做密碼子。第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②tRNA：圖示：特點(diǎn)：功能：?jiǎn)捂?，呈三葉草形。一端為氨基酸結(jié)合的部位，另一端為反密碼子，能與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)?！谌NRNA中，只有tRNA中有氫鍵；只有mRNA攜帶遺傳信息。識(shí)別密碼子，運(yùn)載特定的氨基酸。tRNA具有特異性，即一種tRNA只能識(shí)別一種密碼子、轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，共有61種。③rRNA：?jiǎn)捂湥颂求w的組成成分。第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

比較項(xiàng)目DNARNA組成元素C、H、O、N、P基本單位脫氧核苷酸（4種）核糖核苷酸（4種）含氮堿基A、T、C、GA、U、C、G五碳糖

脫氧核糖核糖分布

主要分布在細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)一般單鏈結(jié)構(gòu)，較短主要存在于細(xì)胞核中，少量存在線粒體、葉綠體基質(zhì)中功能主要的遺傳物質(zhì)，儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息是RNA病毒的遺傳物質(zhì)；mRNA作為蛋白質(zhì)合成的直接模板；tRNA識(shí)別密碼子并運(yùn)載特定的氨基酸；rRNA是核糖體的組成成分。(三)細(xì)胞中的兩種核酸的比較第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四UCAUGAUUAmRNA密碼子密碼子密碼子（四）關(guān)于密碼子：①概念：②密碼子種類：③決定氨基酸的密碼子共有___種6164種④密碼子的特點(diǎn)：簡(jiǎn)并性：專一性：通用性：一種氨基酸對(duì)應(yīng)一種或幾種密碼子一種密碼子只對(duì)應(yīng)一種氨基酸自然界中的生物都共用一套密碼子不重復(fù)性和不間斷性：信使RNA上決定一個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰的堿基第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（五）基因的結(jié)構(gòu)：編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)啟動(dòng)子與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)終止子原核基因編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)啟動(dòng)子與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)外顯子內(nèi)含子終止子真核基因第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四RNA聚合酶第一步：解旋第二步：互補(bǔ)配對(duì)RNA第三步：RNA合成第四步：釋放基因的轉(zhuǎn)錄是由RNA聚合酶催化進(jìn)行的。RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合后，在特定區(qū)域?qū)NA雙螺旋兩條鏈之間的氫鍵斷開(kāi)，使DNA解旋，形成單鏈區(qū)，以其中一條鏈為模板合成RNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程就開(kāi)始了。合成的mRNA從DNA鏈上釋放。之后，DNA雙鏈恢復(fù)。（六）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖4-4以DNA為模板轉(zhuǎn)錄RNA的圖解要準(zhǔn)確判斷轉(zhuǎn)錄的方向、DNA分子正在解旋的部位和恢復(fù)雙螺旋狀態(tài)的部位。第13頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（七）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄小結(jié)：1.定義：在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板，合成mRNA的過(guò)程。2.場(chǎng)所：主要在細(xì)胞核（線粒體、葉綠體中也有轉(zhuǎn)錄）3.模板：DNA分子的一條鏈（不同基因的模板鏈可能不同）4.原料：四種核糖核苷酸5.條件：模板、原料、能量(ATP)、酶(RNA聚合酶)6.轉(zhuǎn)錄時(shí)的堿基配對(duì)：DNA與RNA之間的配對(duì)：G－C、C－G、T－A、A－U7.產(chǎn)物：RNA（包括mRNA、tRNA、rRNA）8.遺傳信息傳遞的方向：DNA→mRNA9.過(guò)程：DNA分子中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄功能，這條鏈叫做模板鏈或反義鏈，另一條無(wú)轉(zhuǎn)錄功能的鏈叫做編碼鏈或有義鏈。第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖4-6蛋白質(zhì)的合成示意圖二、遺傳信息的翻譯的過(guò)程第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四UCU谷氨酸

核糖體AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUAUCU谷氨酸AAGUGAAAGmRNAUAC甲硫氨酸第16頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四AAGUGAAAGmRNA脫水縮合UCU谷氨酸UAC甲硫氨酸UCU谷氨酸AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUA第17頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯的動(dòng)態(tài)過(guò)程第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.場(chǎng)所：核糖體3.模板：mRNA4.原料：游離的20種氨基酸5.工具：tRNA7.堿基配對(duì)：8.產(chǎn)物：多肽鏈（蛋白質(zhì)）G－C、C－G、U－A、A－U6.條件：ATP、酶、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA、mRNA、氨基酸9.遺傳信息流動(dòng)：mRNA蛋白質(zhì)遺傳信息的翻譯小結(jié)：1.概念：游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，就以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程。第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.含義：通常一個(gè)mRNA同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體，進(jìn)行多個(gè)肽鏈的合成。

關(guān)于多聚核糖體：2.圖解：少量的mRNA分子就可迅速合成大量的蛋白質(zhì)。3.意義：——說(shuō)明細(xì)胞質(zhì)中的翻譯是個(gè)快速的過(guò)程特別提醒：②原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯在空間上沒(méi)有分開(kāi)，是同步進(jìn)行的。③圖中不同核糖體合成的肽鏈的氨基酸序列相同。①在真核細(xì)胞中，轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核中進(jìn)行，翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。即轉(zhuǎn)錄、翻譯在時(shí)間上有先后，在空間上不同。因以同一條mRNA為模板翻譯形成，所以圖示4個(gè)核糖體合成的肽鏈的氨基酸序列相同。第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四關(guān)于遺傳信息、密碼子、反密碼子、啟動(dòng)子、終止子遺傳信息通過(guò)密碼子間接控制氨基酸排序；

密碼子直接控制氨基酸的排序；

反密碼子則運(yùn)載相應(yīng)氨基酸的作用。1.位置：①遺傳信息：位于DNA分子上；②密碼子：位于mRNA上；③反密碼子：位于tRNA上；④啟動(dòng)子、終止子：位于基因上；2.關(guān)系：第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四比較項(xiàng)目復(fù)制

轉(zhuǎn)錄

翻譯場(chǎng)所

細(xì)胞核

細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA酶解旋酶，DNA聚合酶等RNA聚合酶等多種酶能量ATPATPATP原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸氨基酸產(chǎn)物子代DNARNA

多肽鏈堿基配對(duì)A-TT-AG-CC-GA-UT-AG-CC-GA-UU-AG-CC-GDNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較：發(fā)生堿基配對(duì)的場(chǎng)所：細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、核糖體發(fā)生堿基配對(duì)的過(guò)程：DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、基因表達(dá)過(guò)程中相關(guān)數(shù)量的計(jì)算1、蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)與mRNA、DNA中堿基數(shù)的關(guān)系：CTACCACTGGATGGTGACGAUGGUGACDNA的遺傳信息mRNA的遺傳信息蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序轉(zhuǎn)錄翻譯氨基酸n3n6n氨基酸:mRNA堿基數(shù):DNA堿基數(shù)＝1:3:6第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四啟動(dòng)子與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子內(nèi)含子終止子轉(zhuǎn)錄前體mRNA成熟mRNAGCAAGCAUUGCUAGCU翻譯肽鏈肽鏈中1個(gè)氨基酸——mRNA中3個(gè)堿基——基因中6個(gè)堿基最多至少第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、計(jì)算中“最多”和“最少”的分析：①翻譯時(shí)，mRNA上的終止密碼不決定氨基酸，因此準(zhǔn)確地說(shuō)，mRNA上的堿基數(shù)目比蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的3倍還要多一些。②基因或DNA上的堿基數(shù)目比對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的6倍還要多一些。③在回答有關(guān)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)加上最多或最少等字。如：mRNA上有n個(gè)堿基，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生它的基因中至少有2n個(gè)堿基，該mRNA指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)最多有n/3個(gè)氨基酸。例.某基因中含有1200個(gè)堿基，則由它控制合成的一條肽鏈的最多含有肽鍵的個(gè)數(shù)是(

)A.198個(gè)B.199個(gè)C.200個(gè)D.201個(gè)B第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四作業(yè)1、教材練習(xí)；2、同步解析與測(cè)評(píng)。第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例1.如圖是真核生物信使RNA的合成過(guò)程示意圖，請(qǐng)據(jù)圖判斷，下列敘述正確的是（）A.R所示的節(jié)段①正處于解旋狀態(tài)，形成這種狀態(tài)需要解旋酶B.圖中②是以4種核糖核苷酸為原料合成的C.如果圖中③表示酶分子，則它的名稱是DNA聚合酶D.圖中的②合成后，再穿過(guò)雙層膜結(jié)構(gòu)與核糖體結(jié)合，并控制蛋白質(zhì)的合成【解析】因?yàn)槭窍蛴疫M(jìn)行轉(zhuǎn)錄的，R所示的節(jié)段①應(yīng)處于恢復(fù)雙螺旋的狀態(tài)，A錯(cuò)。圖中②是mRNA是以4種核糖核苷酸合成的，B正確。如果③是酶，應(yīng)是RNA聚合酶，C錯(cuò)。圖中的②合成后是經(jīng)過(guò)核孔到細(xì)胞質(zhì)與核糖體結(jié)合的，故D錯(cuò)誤。B第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例2.下列關(guān)于基因控制蛋白質(zhì)合成過(guò)程的敘述，不正確的是（）A.轉(zhuǎn)錄時(shí)一個(gè)基因的兩條鏈可同時(shí)作為模板B.在細(xì)胞周期中，mRNA的種類和含量均不斷發(fā)生變化C.一種tRNA只能攜帶一種氨基酸D.不同密碼子可編碼同種氨基酸例3.某科學(xué)家用15N標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷酸，32P標(biāo)記尿嘧啶核糖核苷酸，研究某植物細(xì)胞的有絲分裂。已知這種植物細(xì)胞的細(xì)胞周期為20h，兩種核苷酸被利用的情況如右圖所示，圖中32P和15N的利用峰值分別表示（）A.復(fù)制、轉(zhuǎn)錄B.復(fù)制、蛋白質(zhì)合成C.轉(zhuǎn)錄、復(fù)制D.轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成AC第28頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例4.下圖是起始甲硫氨酸和相鄰氨基酸形成肽鍵的示意圖，下列敘述正確的是（）A.圖中結(jié)構(gòu)含有核糖體RNAB.甲硫氨酸處于圖中a的位置C.密碼子位于tRNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)上D.mRNA上堿基改變即可改變肽鏈中氨基酸的種類A例5.