1、第四章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成 目录01遗传信息的转录和翻译。02中心法则的内容问题探讨问题探讨思考思考一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。思考从DNA到蛋白质又经历了哪些过程呢？基因如何指导蛋白质的合成？l DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质是在细胞质（核糖体）中合成的。DNA和核糖体两者在空间上是隔开的。那么，DNA携带的遗传信息是怎么传递到细胞质中的呢？l
2、已知，DNA不能出核孔（核孔有选择性）l 科学家推测：在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。DNADNA和蛋白质之间和蛋白质之间的的信使信使RNARNA能和能和DNA一一样储存遗样储存遗传信息传信息能和能和DNA碱碱基互补配对，基互补配对，储存下储存下DNA的序列信息的序列信息RNA比比DNA短，短，可以自由的通可以自由的通过核孔，从细过核孔，从细胞核到细胞质胞核到细胞质结构相似，结构相似，都是核酸都是核酸长链。长链。RNARNA的种类的种类mRNArRNAtRNA 信使信使RNA转运转运RNA核糖体核糖体RNA转录的过程转录的过程解旋解旋利用细胞提供的能量，在RNA聚合酶的作用下，
3、DNA双链中（编码这个蛋白质的一段）将解开。DNA双链的碱基得以暴露。解旋细胞中游离的核糖核苷酸与供转录用的DNA的一条链上的碱基互补配对。A T G CU A C G碱基互补配对方式：转录的过程转录的过程配对配对配对转录的过程转录的过程连接连接在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸依次连接到正在合成的mRNA上。连接转录的过程转录的过程释放释放RNA聚合酶遇到终止序列时，合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双链恢复。释放转录转录回顾回顾DNADNA的复制的复制问题探讨转录与DNA复制有什么相同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则
4、等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。问题探讨与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。问题探讨转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。翻译转录得到的是RNA，而不是蛋
5、白质。l 那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢？l mRNA通过核孔进入细胞质中，与核糖体结合，开始它新的历程翻译。l 翻译的实质mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。最多可以决定64（43）种氨基酸若1个碱基决定1个氨基酸最多可以决定4种氨基酸若2个碱基决定1个氨基酸最多可以决定16（42）种氨基酸若3个碱基决定1个氨基酸组成人体蛋白质的氨基酸有21种，至少需要3个碱基对应1个氨基酸密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子UCAUG A UUAmRNA2121种氨基酸的密码子表种氨基酸的密码子表密码子的特点二通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子
6、表。说明生物之间存在或近或远的亲缘关系。一简并性：一种氨基酸可由一种或几种密码子决定在一定程度上能防止由于DNA中碱基的改变而导致的蛋白质的改变。思考 讨论从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？可以从增强密码子容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子的使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。思考 讨论根据这一事实能想到地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，说
7、明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。2.几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？氨基酸是在什么场所合成的？RNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”一核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。有了“生产线”，还要有“工人”，才能生产产品。那么，游离在细胞质的氨基酸是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？也是说这个“工人”是谁呢？mRNA5353结合氨基酸的部位密码子密码子反密码子OHA AC碱基配对翻译翻译mRNA 进入细胞质 细胞质细胞质细胞质中的细胞质中的mRNAmRNAC C C CC CA AC CG GU UC CA AC CU U
8、A A翻译翻译mRNA 与核糖体结合G GG GU U 组氨酸组氨酸C CA AU U 甲硫氨甲硫氨酸酸位点位点1 1位点位点2 2C C C CC CA AC CG GU UC CA AC CU UA A翻译翻译 tRNA上的反密码子与 mRNA上的密码子互补配对位点位点1 1位点位点2 2C CA AU U 甲硫氨甲硫氨酸酸G GG GU U组氨酸组氨酸C C C CC CA AC CG GU UC CA AC CU UA A翻译翻译两个氨基酸分子脱水缩合C CA AU U 甲硫氨甲硫氨酸酸G GG GU U 组氨酸组氨酸A A G GU U 异亮氨酸异亮氨酸肽键肽键C C C CC CA
9、 AC CG GU UC CA AC CU UA A翻译翻译tRNA离开后，可转运新的氨基酸C CA AU U 甲硫氨甲硫氨酸酸G GG GU U 组氨酸组氨酸A A G GU U 异亮氨酸异亮氨酸肽键肽键C C C CC CA AC CG GU UC CA AC CU UA A基因的碱基、基因的碱基、RNARNA的碱基和氨基酸的数量关系的碱基和氨基酸的数量关系ACUGGAUCUACTGGATCTTGACCTAGA苏氨酸甘氨酸丝氨酸 肽键 肽键（假设以B链为模板进行转录）转录翻译中心法则中心法则复制转录翻译蛋白质DNARNA逆转录复制在蛋白质的合成过程完全弄清楚之前，科学家克里克首先预见了遗传
10、信息传递的一般规律，并于1957年提出了中心法则（central dogma）：随着研究的不断深入，科学家对中心法则作出了补充：少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA中心法则在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。小试牛刀小试牛刀1.真核生物mRNA上的起始密码子是AUG，起始密码子对应的氨基酸是甲硫氨酸，但蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸。产生此结果的原因可能是()A.甲硫氨酸可能对应多种密码子B.起始密码子是核糖体进行翻译的起点C.转录生成
11、的mRNA可能经过了加工修饰D.经翻译得到的多肽链可能被进一步地加工修饰答案：D解析：真核生物中甲硫氨酸只对应一种密码子，A错误；起始密码子是核糖体进行翻译的起点，但这不能解释为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸，B错误；转录生成的mRNA可能经过了加工修饰，但不会把起始密码子剪切掉，否则无法正常翻译，C错误；真核生物中起始密码子对应的氨基酸是甲硫氨酸，但蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸，原因是翻译生成的多肽链可能在内质网中被进一步地加工修饰，甲硫氨酸被剪切掉，D正确。小试牛刀小试牛刀2.假设一段mRNA上有60个碱基，其中A有15个，G有25个，那么转录该mRNA的DNA区段中，“
12、C+T”的个数以及该mRNA翻译成的蛋白质所含氨基酸的个数分别是（不考虑终止密码子）()A.60、20B.80、40C.40、20D.40、30答案：A解析：所有双链DNA中T+C占碱基总数的比例都是T+G=50%，因为双链DNA中T=A，G=C，所以2等式左右相加得：T+C=A+G=50%，又因为DNA是双链，RNA是单链，所以DNA碱基总数是120，所以T+C=50%120=60，mRNA上3个碱基编码1个氨基酸。所以60/3=20，A正确。学生对基因表达中碱基数量推算方法理解不清。小试牛刀小试牛刀3.在转录后，mRNA进入细胞质，与蛋白质的“装配机器”结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”
13、，有了“生产线”还要有“工人”才能生产“产品”，下列叙述错误的是()A.同一条“生产线”上生产出的“产品”的氨基酸序列相同B.翻译过程中，“生产线”上会出现氢键的形成和断裂现象C.翻译过程中不同的“工人”只能处理不同的氨基酸D.蛋白质的“生产线”上可同时含有多个“装配机器”，以提高“产品”的生产效率答案：C解析：同一条“生产线”上生产出的“产品”，即以相同的mRNA为模板合成的肽链，这些肽链的氨基酸序列相同，A正确；翻译过程中，“生产线”上会出现密码子和反密码子的结合与分离，即会出现氢键的形成和断裂现象，B正确；一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，同一种氨基酸可由不同的tRNA转运，即不同的“工人”（tRNA）可以处理相同的氨基酸，C错误；一个RNA上可结合多个核糖体进行肽链的合成，这样少量的mRNA就可以迅速合成大量的肽链，从而提高翻译出蛋白质的效率，D正确。
