遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯

關(guān)于遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯第1頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六對基因概念的理解（1）與性狀的關(guān)系：控制性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位（功能）。（2）與DNA的關(guān)系：具有遺傳效應(yīng)的DNA片斷（成分）。（3）與染色體的關(guān)系：染色體為主要載體，且在染色體上呈線性排列（位置）。第2頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六補充：基因的結(jié)構(gòu)RNA聚合酶結(jié)合位點編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子內(nèi)含子非編碼區(qū)：調(diào)控遺傳信息的表達連續(xù)的，能轉(zhuǎn)錄為mRNA，并翻譯成蛋白質(zhì)間隔、不連續(xù)，外顯子編碼蛋白質(zhì)編碼區(qū)原核細胞真核細胞原核細胞基因結(jié)構(gòu)真核細胞基因結(jié)構(gòu)RNA聚合酶：催化DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA，從編碼區(qū)開始進行轉(zhuǎn)錄第3頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六基因的功能：①通過

——傳遞遺傳信息。②通過

——表達遺

傳信息。復(fù)制控制蛋白質(zhì)的合成第4頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六基因（DNA）主要在細胞核中蛋白質(zhì)的合成在細胞質(zhì)里進行控制通過信使RNAGUUAUUAUCmRNA第5頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六RNA的組成及分類

基本單位：核糖核苷酸化學(xué)成分：結(jié)構(gòu)：由許多核糖核苷酸通過脫水聚合形成3，5-磷酸二酯鍵而連接成單鏈結(jié)構(gòu)，長度比DNA短；能通過核孔，從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中含氮堿基核糖磷酸A（腺嘌呤）C（胞嘧啶）U（尿嘧啶）G（鳥嘌呤）核苷核苷酸第6頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六A核糖PC核糖PU核糖PPG核糖★

一般是單鏈，比DNA短，通過核孔從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中?！镉珊塑账徇B接而成，能儲存遺傳信息。RNA適合做DNA信使的原因：★

RNA與DNA的關(guān)系中，也遵循“堿基互補配對原則”。第7頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六RNA的種類（信使RNA）(核糖體RNA)（轉(zhuǎn)運RNA）名稱結(jié)構(gòu)特點功能mRNA信使RNAtRNA轉(zhuǎn)運RNArRNA核糖體RNA線形三葉草形遺傳信息的攜帶者運輸氨基酸，識別密碼子組成核糖體第8頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六DNA與RNA的區(qū)別DNARNA基本單位無機酸五碳糖堿基分類存在部位結(jié)構(gòu)鑒別通常是雙鏈結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸（4種）A、G、C、T脫氧核糖通常是單鏈結(jié)構(gòu)核糖核苷酸（4種）核糖A、G、C、U基本單位組成成分核DNA、mRNA、質(zhì)DNAtRNA、rRNA核、線粒體、葉綠體主要存在于細胞質(zhì)中甲基綠吡羅紅PiPi第9頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六DNA（脫氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）功能

作為遺傳物質(zhì)，儲存、傳遞、表達遺傳信息①在少數(shù)病毒中作為遺傳物質(zhì)②參與基因的表達

a、mRNA：攜帶DNA中的遺傳的信息，在翻譯過程中作為蛋白質(zhì)合成的模板

b、tRNA：識別密碼子，搬運特定氨基酸至核糖體

c、rRNA：參與構(gòu)成核糖體③少數(shù)RNA具有催化功能聯(lián)系RNA可作為DNA遺傳信息傳遞的信使第10頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六DNA與RNA判定方法①若某核酸分子中有脫氧核糖，一定為DNA；有核糖一定為RNA②若含“T”，一定為DNA；若含“U”，一定為RNA③用反射性同位素標記“T”或“U”可探知DNA或RNA。若細胞中大量利用“T”，可認為進行DNA的復(fù)制；若大量利用“U”，可認為進行RNA的合成第11頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六遺傳信息的轉(zhuǎn)錄（1）概念：在細胞核內(nèi)，以DNA的一條鏈為模板，按堿基互補配對原則，合成RNA的過程（2）場所：真核生物：主要在細胞核內(nèi)，少數(shù)發(fā)生線粒體和葉綠體中原核生物：細胞質(zhì)

DNA病毒：宿主活細胞內(nèi)第12頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六①解旋：DNA一片段雙鏈解開，即基因的雙鏈解開②配對：細胞中游離的核糖核苷酸與基因的一條鏈（模板鏈）的堿基互補配對

注意：

以基因解開的一條鏈作為模板，以4種游離的核糖核苷酸為原料，按照堿基互補配對原則，從轉(zhuǎn)錄起點開始轉(zhuǎn)錄基因的編碼區(qū)直至轉(zhuǎn)錄的終點

堿基互補配對原則：DNA：ATCGRNA：UAGC

產(chǎn)物RNA的堿基數(shù)：基因的堿基數(shù)約等于1：2③連接：在RNA聚合酶的作用下，依次連接核糖核苷酸，形成一個RNA分子注意：RNA聚合酶：催化DNA轉(zhuǎn)錄形成RNA，即催化核糖核苷酸進行脫水聚合反應(yīng)，形成3,5-磷酸二酯鍵④脫離：合成的RNA從基因的模板鏈釋放，而后基因雙鏈結(jié)構(gòu)恢復(fù)注意：RNA從基因的模板鏈釋放需要消耗能量；RNA合成以后，可通過核孔進入細胞質(zhì)中（3）過程：第13頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGUUUAmRNA

細胞質(zhì)

細胞核

核孔DNAmRNA在細胞核中合成第14頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六AG

T

AC

AA

A

T

TCATGTTTA

細胞質(zhì)

細胞核

核孔DNAmRNA通過核孔進入細胞質(zhì)UCAUGUUUAmRNA第15頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六（4）條件：①原料：4種游離的核糖核苷酸②模板：基因的一條鏈③能量：細胞呼吸提供的能量④酶：RNA聚合酶（5）產(chǎn)物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA）

結(jié)果：DNA上的遺傳信息就傳遞到mRNA上第16頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六思考：組成蛋白質(zhì)的氨基酸：信使RNA的堿基：20種4種4種堿基如何決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸呢？如果1個堿基決定1個氨基酸就只能決定__種,即如果3個堿基決定1個氨基酸就可決定___種,即

如果2個堿基決定1個氨基酸就只能決定___種,即41664實驗驗證：1961年英國的克里克和同事用實驗證明一個氨基酸是由mRNA的3個堿基決定，即三聯(lián)體密碼子第17頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六密碼子

①概念：mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基稱為1個密碼子②種類：64種，61種能夠編碼氨基酸（其中包括2種起始密碼子，即AUG、GUG，既是是肽鏈合成開始的信號，也是編碼氨基酸的密碼子），3種終止密碼子不編碼任何氨基酸，即UAA、UAG、UGA，是肽鏈合成終止的信號第18頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六③特點：

一種密碼子只能決定一種氨基酸。

密碼子的連續(xù)性：2個密碼子之間沒有任何其他的核苷酸予以隔開。因此要正確地閱讀密碼必須從一個正確的起點開始，以后連續(xù)不斷地一個一個往下閱讀，直至讀到終止信號

密碼子的簡并性：是指一種氨基酸可能對應(yīng)幾個密碼子

密碼子的通用性：密碼子無論是病毒，還是原核生物或真核生物都是通用的第19頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六簡并性的意義：防止堿基的改變而導(dǎo)致遺傳信息的改變。當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應(yīng)的氨基酸。通用性的啟示：

說明所有生物可能有相同的起源?；蛏诒举|(zhì)上是統(tǒng)一的。第20頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六DNA主要在細胞核中蛋白質(zhì)進入到細胞質(zhì)里轉(zhuǎn)錄mRNA氨基酸轉(zhuǎn)運RNA在細胞質(zhì)里游離在核糖體合成一定順序排列AAU氨基酸第21頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六1、每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸。2、一種氨基酸可由一種或幾種轉(zhuǎn)運RNA來運輸。ACU3、理論上tRNA有61種。反密碼子：與mRNA分子中密碼子互補配對的tRNA上的3個堿基第22頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六遺傳信息、密碼子(遺傳密碼)、反密碼子的區(qū)分：第23頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六遺傳信息的翻譯

（1）概念：游離的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程（2）場所：真核生物：主要在細胞質(zhì)的核糖體中，少數(shù)發(fā)生線粒體和葉綠體的核糖體中原核生物：細胞質(zhì)的核糖體中

DNA病毒：宿主活細胞核糖體上（3）工具：裝配機器：核糖體搬運工（翻譯者）：tRNA（4）條件：①原料：20種游離的氨基酸②模板：mRNA③能量：細胞呼吸提供的能量④酶：

第24頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六（5）過程：CUCAUGGGCUAGmRNA第25頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六CUCAUGGGCUAGmRNA第26頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六CUCAUGGGCUAGmRNA第27頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六

2、tRNA攜帶下一個氨基酸進入位點2CUCAUGGGCmRNA……①②GUG組氨酸UACUAG甲硫氨酸1、mRNA與核糖體結(jié)合，

tRNA攜帶第一個氨基酸進入位點1第28頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六①②CUCAUGGGCmRNA……GUG組氨酸UACUAG甲硫氨酸肽鍵H2O

3、核糖體上的兩個氨基酸形成肽鍵，轉(zhuǎn)移到位點2的tRNA上4、核糖體讀取下一個密碼子位點1的tRNA離開核糖體，占據(jù)位點2的tRNA進入位點1

重復(fù)第2、3、4步驟，直至終止密碼第29頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六①②CUCAUGGGCmRNA……GUGUAG組氨酸甲硫氨酸肽鍵H2OACC色氨酸4、核糖體讀取下一個密碼子位點1的tRNA離開核糖體，占據(jù)位點2的tRNA進入位點1

重復(fù)第2、3、4步驟，直至終止密碼第30頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六1、起始階段：mRNA、tRNA與核糖體相結(jié)合。2、延伸階段：攜帶著特定的氨基酸的tRNA按照堿基配補原則，識別并進入第二階段。3、終止階段：多肽鏈合成并被釋放。第31頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六翻譯后加工：從核糖體釋放的多肽鏈，不一定具備生物活性。肽鏈從核糖體釋放后，經(jīng)過細胞內(nèi)各種修飾處理過程，成為有活性的成熟蛋白質(zhì)，稱為翻譯后加工。如：切除部分氨基酸，盤曲、折疊、糖基化、羥基化、磷酸化、形成二硫鍵等修飾。該過程需要哪些細胞器的參與？需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體、線粒體。第32頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體游離細胞質(zhì)中的核糖體

肽鏈合成后，經(jīng)過一系列步驟，被運送到各自的“崗位”，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，開始承擔細胞生命活動的各項職責(zé)。真核細胞蛋白質(zhì)的“分選”第33頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六多聚核糖體：一個mRNA上連接多個核糖體。意義：短時間內(nèi)能同時合成多條相同肽鏈第34頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六原核細胞中的多聚核糖體常與DNA結(jié)合在一起原核細胞中的轉(zhuǎn)錄和翻譯是同時同地點進行的第35頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六第36頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六第37頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六轉(zhuǎn)錄、翻譯過程基因中，堿基數(shù)∶mRNA堿基數(shù)∶多肽鏈中氨基酸數(shù)＝6∶3∶1，圖解如下：[特別提醒]由于基因中有的片段不轉(zhuǎn)錄以及轉(zhuǎn)錄出的mRNA中有終止密碼子等原因，所以基因中堿基數(shù)比蛋白質(zhì)中氨基酸目的6倍多。第38頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六一、中心法則的提出：1957年，克里克DNA蛋白質(zhì)RNA轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制中心法則體現(xiàn)了基因的兩大基本功能(1)對遺傳信息的傳遞功能，它是通過DNA復(fù)制完成的。(2)對遺傳信息的表達功能，它是通過轉(zhuǎn)錄和翻譯完成的。第39頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六資料分析1965年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)RNA復(fù)制酶2.1970年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶3.1982年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)瘋牛病是由一種結(jié)構(gòu)異常的蛋白質(zhì)“增殖”引起。RNA

RNARNADNA第40頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六中心法則的發(fā)展：轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯是所有具有細胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法則；RNA復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄是某些病毒才會出現(xiàn)的，并且只有寄生到寄主細胞中才能進行。中心法則實質(zhì)蘊涵著______和________這兩類生物大分子之間的相互______和相互作用。核酸蛋白質(zhì)聯(lián)系第41頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六中心法則與生物種類的關(guān)系(1)以DNA為遺傳物質(zhì)的生物遺傳信息的傳遞：(2)以RNA為遺傳物質(zhì)的生物遺傳信息的傳遞：①對于不含逆轉(zhuǎn)錄酶的RNA病毒來說，如SARS病毒、RNA腫瘤病毒，其遺傳物質(zhì)是RNA，其RNA分子本身也可作為mRNA翻譯合成病毒的蛋白質(zhì)，同時又可以RNA分子自身作為模板復(fù)制新的RNA分子第42頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六②對于含有逆轉(zhuǎn)錄酶的RNA病毒來說，如HIV病毒，其遺傳物質(zhì)是RNA，其RNA在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA，整合到宿主細胞的DNA上，再以整合的DNA為模板轉(zhuǎn)錄成mRNA和新的病毒RNA，并翻譯合成病毒的蛋白質(zhì)第43頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六中心法則幾個過程的比較過程原料產(chǎn)物模板堿基配對代表生物脫氧核苷酸（4種）DNADNA兩條解開的單鏈A-T、G-C以DNA作遺傳物質(zhì)的生物核糖核苷酸（4種）RNADNA的一條鏈A-T、A-UG-C幾乎所有生物氨基酸（20種）蛋白質(zhì)mRNAA-U、G-C除病毒外的細胞生物核糖核苷酸（4種）RNARNAA-U、G-C不含逆轉(zhuǎn)錄酶的RNA病毒，如腫瘤病毒脫氧核苷酸（4種）DNARNAA-T、A-UG-C含有逆轉(zhuǎn)錄酶的RNA病毒，如致癌病毒、艾滋病毒DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯RNA復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄第44頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六淀粉分支酶基因正常淀粉分支酶正常合成蔗糖合成為淀粉，淀粉含量升高淀粉含量高，有效保留水分，豌豆顯得圓鼓鼓（性狀：圓粒）DNA中插入了一段外來的DNA序列，打亂了淀粉分支酶基因淀粉分支酶不能正常合成蔗糖不合成為淀粉，蔗糖含量升高淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮（性狀：皺粒）實例一：豌豆的圓粒與皺粒二、基因控制性狀的途徑第45頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六酪氨酸酶合成基因正常酪氨酸酶正常合成酪氨酸能正常轉(zhuǎn)化為黑色素表現(xiàn)正常酪氨酸酶合成基因異常酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸不能正常轉(zhuǎn)化為黑色素缺乏黑色素而表現(xiàn)為白化病實例二：白化病第46頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六途徑一：

基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。第47頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六CFTR基因缺失3個堿基CFTR蛋白結(jié)構(gòu)異常，導(dǎo)致功能異?；颊咧夤軆?nèi)黏液增多黏液清除困難，細菌繁殖，肺部感染實例三：囊性纖維病第48頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六控制血紅蛋白形成的基因中一個堿基對變化血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化紅細胞呈鐮刀狀紅細胞容易破裂，患溶血性貧血實例四：鐮刀型細胞貧血癥第49頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六

基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

直接控制生物體的性狀。途徑二：第50頁，共57頁，2022年，5月20日，10點48分，星期六基因控制性狀的方式：基因→酶或激素→代謝過程→性狀基因→結(jié)構(gòu)蛋白→性狀1、間接控制2、直接控制第51頁，