1、第第1节节 基因基因指导指导蛋白质的合成蛋白质的合成第第4 4章章 基因的表达基因的表达基因在染色体上呈线性排列基因是有遗传效应的DNA片段基因基因控制生物体的控制生物体的性状性状蛋白质蛋白质指指导导 合合成成体体现现基因指导蛋白质合成的过程，基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。叫基因的表达。位于位于细胞核细胞核中中在在细胞质的核糖体细胞质的核糖体上上合成合成？一、一、RNA(一一)结构结构核糖核糖含氮碱基含氮碱基(A(A、G G、C C、U U)C C、H H、O O、N N、P PRNARNA链链(二二)结构特点结构特点一般是单链，且比一般是单链，且比DNA短，能够通过核孔。短，能够通
2、过核孔。一、一、RNA(三三)种类及功能种类及功能1.信使信使RNA(mRNAmRNA)传递信息，并在翻译过程中起模板作用；传递信息，并在翻译过程中起模板作用；2.转运转运RNA(tRNAtRNA)识别并转运氨基酸；识别并转运氨基酸；3.核糖体核糖体RNA(rRNArRNA)参与构成核糖体。参与构成核糖体。(一一)定义：定义：在在细胞核细胞核中，通过中，通过RNA聚合酶聚合酶以以DNA的一条链的一条链为模板为模板合成合成RNA的过程。的过程。1.场所：主要在细胞核场所：主要在细胞核2.酶：酶：RNA聚合酶聚合酶3.模板：模板：DNA的一条链的一条链4.产物：产物：RNA5.原料：原料：4种游离
3、的核糖核苷酸种游离的核糖核苷酸6.能量：能量：ATP直接供能直接供能二、二、遗传信息的转录遗传信息的转录（使氢键断裂）（使氢键断裂）（mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA）（形成核糖核苷酸之间的磷酸二酯键）（形成核糖核苷酸之间的磷酸二酯键）（其次有线粒体、叶绿体）（其次有线粒体、叶绿体）当细胞开始合成某种蛋白质时，当细胞开始合成某种蛋白质时，RNARNA聚合酶与编码这个蛋白质聚合酶与编码这个蛋白质的一端的一端DNADNA结合，使结合，使DNADNA双链解开，双链的碱基得以暴露。双链解开，双链的碱基得以暴露。细胞中游离的核糖核苷酸与细胞中游离的核糖核苷酸与DNADNA模板链上的碱
4、基互补配对，模板链上的碱基互补配对，在在RNARNA聚合酶的作用下，依次连接，然后形成一个聚合酶的作用下，依次连接，然后形成一个mRNAmRNA分子。分子。(二二)过程过程（以（以mRNA为例）为例）整个生命过程中整个生命过程中催化氢键的断裂催化氢键的断裂1.解旋DNADNAmRNAmRNAU UU U连接 A AG G T T A AC C A AA A A A T T A AG GC CG GA AC CG GU UU UC CC CA AA AU U起始信号起始信号 U UU UA AG G T T A AC C A AA A A A T T A AG GC CG GA AC CG GU
5、 UU UC CC CA AA AU UDNADNAmRNAmRNA连接 U UU UA AA AG G T T A AC C A AA A A A T T G GC CG GA AC CG GU UU UC CC CA AA AU UDNADNAmRNAmRNA连接 G GU UU UA AA AG G T T A AC C A AA A A A T T G GC CA AC CG GU UU UC CC CA AA AU UDNADNAmRNAmRNA连接 G GU UU UA AU UA AG G T T A AC C A AA A A A T T G GC CA AC CG GU UC
6、 CC CA AA AU UDNADNAmRNAmRNA连接 G GU UU UA AU UU UA AG G T T A AC C A AA A A A T T G GC CA AC CG GU UC CC CA AA ADNADNAmRNAmRNA连接 G GU UU UA AU UU UA AA AG G T T A AC C A AA A A A T T G GC CA AC CG GU UC CC CA ADNADNAmRNAmRNA连接 G GU UU UA AU UU UA AU UA AG G T T A AC C A AA A A A T T G GA AC CG GC CC
7、 CA ADNADNAmRNAmRNA连接 G GU UU UA AU UU UA AU UC CA AG G T T A AC C A AA A A A T T G GA AC CG GC CA ADNADNAmRNAmRNA连接 G GU UU UA AU UU UA AU UC CDNADNAmRNAmRNA终止信号终止信号 A AG G T T A AC C A AA A A A T T G GC CG GC CA AA A连接 当细胞开始合成某种蛋白质时，当细胞开始合成某种蛋白质时，RNARNA聚合酶与编码这个蛋白质聚合酶与编码这个蛋白质的一端的一端DNADNA结合，使结合，使DNA
8、DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。双链解开，双链的碱基得以暴露。细胞中游离的核糖核苷酸与细胞中游离的核糖核苷酸与DNADNA模板链上的碱基互补配对，模板链上的碱基互补配对，在在RNARNA聚合酶的作用下，依次连接，然后形成一个聚合酶的作用下，依次连接，然后形成一个mRNAmRNA分子。分子。(二二)过程过程（以（以mRNA为例）为例）整个生命过程中整个生命过程中催化氢键的断裂催化氢键的断裂原料原料DNADNA的一条链的一条链A-UA-U,T-A,C-G,G-C,T-A,C-G,G-C催化催化形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键方向：方向：mRNAmRNA的的531.解旋2.配对4.释放未成熟的未成熟
9、的3.连接转录过程（转录过程（以以mRNA为例）为例）(三三)实质实质DNA上的碱基序列上的碱基序列（遗传信息）（遗传信息）mRNA上的碱基序列上的碱基序列（遗传密码）（遗传密码）(四四)特点特点1.边解旋边转录；边解旋边转录；3.同一同一DNA上，不同基因转录的模板不一定是同一条上，不同基因转录的模板不一定是同一条DNA链；链；2.1个个DNA分子可转录多种分子可转录多种多个多个mRNA，且转录前后，且转录前后DNA结构不变；结构不变；4.真核生物中，真核生物中，刚合成刚合成的的mRNA还需要剪切加工，之后才还需要剪切加工，之后才通通过核孔过核孔进入细胞质中。进入细胞质中。（五）转录与（五）
10、转录与DNA复制的比较复制的比较复制转录模板原料配对方式酶产物相同点均遵循碱基互补配对原则；均遵循碱基互补配对原则；均由均由ATP供能供能均主要在细胞核；均主要在细胞核；A-T,T-A,C-G,G-CDNA的的两条链两条链DNA的的一条链一条链4种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸4种种核糖核苷酸核糖核苷酸解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶DNAmRNA、tRNA、rRNA等等A-U,T-A,C-G,G-C不同点（五）转录与（五）转录与DNA复制的比较复制的比较转录复制模板原料配对方式酶产物相同点均遵循碱基互补配对原则；均遵循碱基互补配对原则；均由均由ATP供能供能均主要在细胞核；均主要
11、在细胞核；不同点(一一)定义：定义：游离在细胞质中的游离在细胞质中的各种氨基酸各种氨基酸，就以，就以mRNA为模板为模板合成合成具有一定氨基具有一定氨基酸序列的蛋白质酸序列的蛋白质，这一过程叫做翻译。，这一过程叫做翻译。1.场所：核糖体；场所：核糖体；3.模板：模板：mRNA;4.产物：具有产物：具有一定氨基酸序列一定氨基酸序列的蛋白质；的蛋白质；5.实质：实质：mRNAmRNA上的碱基序列上的碱基序列（遗传密码）（遗传密码）蛋白质中氨基酸的排列顺序。蛋白质中氨基酸的排列顺序。三、三、遗传信息的翻译遗传信息的翻译2.原料：组成蛋白质的原料：组成蛋白质的21种种氨基酸；氨基酸；（已（已剪切加工剪
12、切加工）（或多肽链）（或多肽链）思考U UC CA AU UG GA AU UU UA AmRNA翻译翻译蛋白质蛋白质碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的呢？1961年，克里克和同事用实验证明：年，克里克和同事用实验证明：一个氨基酸是由一个氨基酸是由mRNA的的3个碱基决定。个碱基决定。(二二)基础知识基础知识1.密码子：密码子：(1)概念：概念：mRNA上决定上决定1个个氨基酸的氨基酸的3个相邻个相邻的碱基。的碱基。错误考点：密码子位于错误考点：密码子位于DNADNA上；上；只要是只要是mRNAmRNA上的上的3 3个碱基，就是个碱基，就是1 1个密码子。个密码子。(2)种类：种类：64种种（
13、或（或64个）个）第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸(起始)苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬、甲硫（起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG(二二)基础知识基础知识1.密码子：密码子：(1)概念：概念：mRNA
14、上决定上决定1个个氨基酸的氨基酸的3个相邻个相邻的碱基。的碱基。错误考点：密码子位于错误考点：密码子位于DNADNA上；上；只要是只要是mRNAmRNA上的上的3 3个碱基，就是个碱基，就是1 1个密码子。个密码子。(2)种类：种类：64种种（或（或64个）个）有有61个个对应对应氨基酸，包括氨基酸，包括2个个起始密码子起始密码子。AUGAUG甲硫氨酸；甲硫氨酸；GUGGUG缬氨酸、甲硫氨酸（原核）缬氨酸、甲硫氨酸（原核）起始翻译过程起始翻译过程有有3个个不对应不对应氨基酸，氨基酸，为为终止密码子终止密码子。UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA(特殊情况特殊情况硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸)终
15、止翻译过程终止翻译过程 mRNA -AUGGAAGCAUGUAGACGCAAGUAA-甲硫氨酸甲硫氨酸-谷氨酸谷氨酸-丙氨酸丙氨酸-半胱胺酸半胱胺酸-精氨酸精氨酸-精氨酸精氨酸-赖氨酸赖氨酸-(3)特点特点密码子的简并性：密码子的简并性：绝大多数绝大多数氨基酸有氨基酸有几个几个或或多个多个密码子；密码子；（egeg色氨酸只有一个色氨酸只有一个UGGUGG）意义：在一定程度上防止由于碱基的改变而导致生物性状的改变。意义：在一定程度上防止由于碱基的改变而导致生物性状的改变。mRNA 5-AUGGAAGCAUGUAGACGCAAGUAA-3-甲硫氨酸甲硫氨酸-谷氨酸谷氨酸-丙氨酸丙氨酸-半胱胺酸半胱
16、胺酸-精氨酸精氨酸-精氨酸精氨酸-赖氨酸赖氨酸-(3)特点特点密码子的通用性：几乎所有的生物体都密码子的通用性：几乎所有的生物体都共用一套共用一套密码子。密码子。（阐明生物界的统一性，（阐明生物界的统一性，暗示当今生物可能有共同的起源暗示当今生物可能有共同的起源）2.tRNA(1)“三叶草三叶草”结构结构(二二)基础知识基础知识(2)功能：功能：识别识别并并转运转运氨基酸氨基酸35与氨基酸结合与氨基酸结合反密码子反密码子能与能与mRNAmRNA上的密码子上的密码子互补配对互补配对一条一条RNARNA单链单链内含氢键内含氢键碱基互补配对方式为碱基互补配对方式为A-U,U-A,G-C,C-G(4)
17、特点：特点：每种每种tRNA只能只能识别并转运识别并转运一种一种氨基酸；氨基酸；一种氨基酸可由一种或多种一种氨基酸可由一种或多种tRNA转运；转运；(3)种类：种类：61种种(因为因为对应氨基酸的密码子有对应氨基酸的密码子有6161种种)C A GACGUC A CUAUAA位点1核糖体核糖体mRNA53MCU AtRNA(三三)过程过程注意：核糖体是沿着注意：核糖体是沿着mRNAmRNA的的5端端3端端移动的。移动的。1.1.mRNAmRNA进入细胞质，与核糖体结合，携带进入细胞质，与核糖体结合，携带甲硫氨酸甲硫氨酸的的tRNAtRNA，通过与，通过与碱基碱基AUGAUG互补配对，互补配对，
18、进入位点进入位点1 1。C A GACGUC A CUAUAA位点1核糖体核糖体mRNA53MCU AtRNA(三三)过程过程2.2.携带某个氨基酸的携带某个氨基酸的tRNAtRNA，以同样的方式以同样的方式进入位点进入位点2 2。HGG UtRNA位点2(三三)过程过程C A GACGUC A CUAUAA位点1核糖体核糖体mRNA53MCU AtRNAHGG UtRNA位点23.3.甲硫氨酸与这个氨基酸形成甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键肽键，从而，从而转移到位点转移到位点2 2上上的的tRNAtRNA上。上。(三三)过程过程C A GACGUC A CUAUAA核糖体核糖体mRNA53MCU
19、 AtRNAHGG UtRNA4.4.核糖体沿核糖体沿mRNAmRNA移动移动，读取下一个密码子。原位点，读取下一个密码子。原位点1 1的的tRNAtRNA离开核糖体，离开核糖体，原位点原位点2 2的的tRNAtRNA进入位点进入位点1 1，一个新的携带氨基酸的，一个新的携带氨基酸的tRNAtRNA进入位点进入位点2 2，继，继续肽链的合成。续肽链的合成。位点1 位点2SGU AtRNA翻译过程翻译过程(三三)过程过程进位进位 转移转移 移位移位 终止终止(四四)特点特点1.mRNA，tRNA，rRNA均由参与翻译；均由参与翻译；2.一个一个mRNA可可相继结合相继结合多个核糖体，多个核糖体，
20、同时合成多条肽链同时合成多条肽链。每个核糖体都每个核糖体都各自各自合成了一条合成了一条完整的完整的肽链；肽链；方向：从肽链短的方向：从肽链短的长的；长的；意义：意义：少量少量mRNAmRNA分子可以分子可以迅速迅速合成合成大量大量的蛋白质。的蛋白质。（五）（五）DNA复制、转录、翻译的比较复制、转录、翻译的比较过程DNA复制转录翻译场所原料条件模板产物信息传递方向补充：补充：1.1.真核生物，转录在前，翻译在后；真核生物，转录在前，翻译在后；补充：补充：2.2.原核生物，转录和翻译同时进行原核生物，转录和翻译同时进行原核生物：转录和翻译同时进行原核生物：转录和翻译同时进行“至少至少”不考虑终止
21、密码子不考虑终止密码子不考虑不具有遗传效应的不考虑不具有遗传效应的DNADNA片段片段(六六)相关计算相关计算逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白质复制复制复制复制1.1.克里克只提出了克里克只提出了DNADNA复制复制、转录转录和和翻译翻译；2.2.补充：补充：一些一些RNARNA病毒病毒能进行能进行RNARNA复制复制或者或者逆转录逆转录；四、中心法则四、中心法则含有含有RNARNA复制酶复制酶含有含有逆转录酶逆转录酶1 1种病毒只含有其中一种酶种病毒只含有其中一种酶补充：真补充：真/原核生物和原核生物和DNADNA病毒病毒egeg 艾滋病病毒（艾滋病病毒（HIV
22、HIV）烟草花叶病毒烟草花叶病毒含逆转录酶含逆转录酶含含RNARNA复制酶复制酶四、中心法则四、中心法则3.3.五个过程均有碱基互补配对，但方式略有不同。五个过程均有碱基互补配对，但方式略有不同。(1)DNA(1)DNA复制：复制：A-T,T-A,G-C,C-G;A-T,T-A,G-C,C-G;(2)(2)转录：转录：A-U,A-U,T-AT-A,G-C,C-G;,G-C,C-G;(3)(3)翻译：翻译：A-U,U-A,G-C,C-G;A-U,U-A,G-C,C-G;(4)(4)逆转录：逆转录：U-A,U-A,A-TA-T,G-C,C-G;,G-C,C-G;(5)RNA(5)RNA复制：复制：A-U,U-A,G-C,C-G;A-U,U-A,G-C,C-G;练习答案：答案：(1)DNA复制转录翻译逆转录复制转录翻译逆转录(2)c (3)间间
