第3章-第2节-遗传信息的表达.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因：,具有遗传效应的DNA片段,原核细胞的基因结构,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,与,RNA,聚合,酶结合位点,真核细胞的基因结构,编码区,非编码区,非编码区,与,RNA,聚合,酶结合位点,内含子,外显子,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子能转录为信使,RNA,编码区上游,编码区下游,内含子,外显子,一个基因含有多个外显子和内含子,（一）遗传信息的转录,1.场所：,2.模板：,3.原料：,4.原则：,细胞核,DNA分子中的一条链,4种核糖核苷酸,碱基互补配对原则,5.条件：,6.产物：,rRNA：,主要的RNA，占RNA的80%左右。,tRNA：,最小，占RNA的15%左右。,mRNA：,含量很少，占RNA的5%左右。分子量较大，代谢非常活跃，,是蛋白质生物合成的模板,。,能量（ATP），酶（RNA聚合酶）,RNA（mRNA，tRNA，rRNA）,作为模板的DNA链被称为,非编码链,，或,无意义链,。,与模板链互补的DNA链被称为,编码链,，或,有意义链,。,RNA,链的合成,转录成的RNA的碱基序列，与作为,模板链,的DNA单链的碱基序列有什么关系？与该DNA的另一条链（,非模板链,）的碱基序列有哪些异同？,T,C,A,T,G,A,T,T,A,A,G,T,A,C,A,A,A,T,转录发生在细胞核,.这是一段展开的,DNA.,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,A,G,C,U,G,A,C,G,G,U,U,U,只有一条链作为模板。,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,RNA,聚合酶,A,G,C,U,G,A,C,G,G,U,U,U,转录的过程,下方为一个个的,R,NA核苷酸。,A,G,T,A,C,A,A,A,T,A,G,C,G,A,C,G,G,U,U,U,U,RNA聚合酶将RNA核苷酸连接起来，以碱基互补配对为原则。,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,A,G,C,G,A,C,G,G,U,UU,U,RNA聚合酶沿着DNA移动,。,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,U,U,U,U,A,RNA聚合酶沿着DNA移动,。,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,C,G,A,C,G,U,U,G,U,U,A,RNA核苷酸一个一个连接起来,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,C,G,A,C,G,U,G,U,U,A,U,RNA核苷酸一个一个连接起来,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,U,U,A,U,U,RNA核苷酸一个一个连接起来,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,U,U,A,U,U,A,RNA核苷酸一个一个连接起来,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,C,G,C,G,G,U,U,A,U,U,A,U,RNA核苷酸一个一个连接起来,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,G,C,G,G,U,U,A,U,U,A,U,C,RNA核苷酸一个一个连接起来,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,G,G,C,G,G,U,U,A,U,U,A,U,C,RNA核苷酸一个一个连接起来,转录的过程,A,G,T,A,C,A,A,A,T,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,细胞质,核孔,转录的过程,信使RNA（mRNA）通过核孔从细胞核中出来，到细胞质中。,细胞核,信使RNA（,mRNA）通过核孔从细胞核中出来，到细胞质中。,A,G,T,A,C,A,A,A,T,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,转录的过程,细胞核,细胞质,T,C,A,T,G,T,T,T,A,A,G,T,A,C,A,A,A,T,A,G,U,A,C,A,A,A,U,mRNA,外显子和内含子,有些DNA分子中既含有,编码氨基酸,的外显子，又含有,不编码氨基酸,的内含子。,前体信使RNA,的内含子在RNA自身的催化作用下被切除掉，外显子连接在一起，形成,信使RNA,，信使RNA通过,核孔,，进入,细胞质,。,前体mRNA切除内含子的过程,1.,依赖于蛋白质的序列,：利用蛋白质水解释放的能量，把新生的RNA链释放出来；,2.,不依赖于蛋白质的序列,：由合成的RNA链的结构决定的，这段RNA富含G-C，且可以形成发夹结构。,转录终止序列,RNA发夹结构,在发夹结构的下游，新生的RNA链末端有,一连串的U,，,A-U之间的氢键是最不稳定的,，因此RNA链被释放出来。,转录的结果,经过遗传信息的转录，,DNA序列上的基因信息传递到mRNA,。,mRNA通过核孔进入细胞质，指导蛋白质的合成，这样，遗传信息便由细胞核传递到细胞质,。,转录,与,DNA复制,有什么异同处？,思 考,转录,DNA复制,DNA的复制,转录,模板,原料酶,产物,DNA复制与转录的比较,以DNA的,两条,母链为模板,游离的,脱氧核苷酸,DNA解旋酶、,DNA聚合酶,2个双链,DNA分子,以DNA的,一条,链为模板,游离的,核糖核苷酸,DNA解旋酶、,RNA聚合酶,1条,RNA,单链,（二）遗传信息的翻译,1.密码子,科技探索：,1.20世纪50年代，迦莫夫提出三联体密码学说；,2.尼伦伯格和霍拉纳破解了遗传密码。,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,密码子,密码子,密码子,碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？,一个碱基决定一个氨基酸只能决定4种：,4,1,1，不行,二个碱基决定一个氨基酸只能决定16种：,4,2,16，不行,三个碱基决定一个氨基酸只能决定64种：,4,3,64，足足有余,密码子,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,密码子,密码子,密码子：,遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的,3个相邻的碱基,，叫做一个密码子。,注：,密码子（遗传密码）在,mRNA,上，而遗传信息在,DNA,上，两者不能混淆。,多个,密码子可对应,一种,氨基酸。,一个,密码子只和,一种,氨基酸相对应。,密码子共64个，编码氨基酸的密码子只有61个。,起始密码子可以编码氨基酸，3个终止密码子不编码任何氨基酸。,注意：,.场所：,.模板：,.原料：,.条件：,.碱基配对：,.产物：,细胞质的核糖体上,mRNA,20种氨基酸,能量（ATP），酶，tRNA等,mRNA与tRNA的碱基互补配对,具有一定氨基酸顺序的蛋白质,（多肽）,mRNA通过核孔进入细胞质后，很快便与核糖体结合起来，形成多聚核糖体。核糖体是细胞内利用氨基酸合成蛋白质的场所。,多聚核糖体,A,C,U,天冬酰氨,反密码子,A,U,G,异亮氨酸,反密码子,转运RNA（tRNA）：,分子结构呈三叶草形，其“叶柄”端能与一个特定的氨基酸结合，“叶片”端有三个特殊的碱基称为“反密码子”，能与mRNA上的“密码子”相识别。,tRNA的特点,.一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。,.一种氨基酸可以由多种tRNA转运。,.反密码子的种类：,61种,。,.终止密码子没有反密码子。,返,幻灯片 42,回,概 念,位 置,作 用,遗传,信息,密码子,反密,码子,DNA,中能,控制,生物性状的,脱氧核苷酸,排列顺序,mRNA,中,决定一个氨基酸的,相邻的三个碱基,tRNA,中能,识别,信使RNA上相应密码子的,三个特殊,的碱基,控制生物性状,决定蛋白质中氨基酸的顺序,识别密码子,遗传信息、密码子和反密码子的比较,翻译的过程,当tRNA运载着一个氨基酸进入核糖体以后，就,以mRNA为模板,，,按照碱基配对原则,，,把转运来的氨基酸放在相应的位置上,；,一个氨基酸转运完毕以后，tRNA离开核糖体，又去转运下一个相应的氨基酸；,被转运来的这些氨基酸通过,肽键,一个一个连接起来，形成,肽链,；,肽链合成以后，从核糖体上脱离，再经过一定的折叠盘曲及修饰，,最终形成一个具有一定氨基酸顺序的、有一定功能的蛋白质分子,。,蛋白质的生物合成示意图,U,C,A,U,G,A,U,U,A,mRNA,细胞质,翻译的过程：,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,亮氨酸,A,C,U,天门冬氨酸,核糖体,mRNA 与核糖体结合。,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,亮氨酸,A,C,U,天门冬氨酸,转运RNA上的反密码子与信使RNA上的密码子相结合。,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,亮氨酸,A,C,U,天门冬氨酸,A,U,G,异亮氨酸,转运RNA上的反密码子与信使RNA上的密码子相结合。,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,亮氨酸,A,C,U,天门冬氨酸,A,U,G,异亮氨酸,两个相邻的氨基酸缩合反应，形成肽键。,肽键,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,亮氨酸,A,C,U,天门冬氨酸,A,U,G,异亮氨酸,核糖体,沿着,mRNA,移动,。,又一个转运RNA（,tRNA）,连接到密码子上,。,第一个,tRNA,释放到细胞质中,。,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,亮氨酸,A,C,U,天门冬氨酸,A,U,G,异亮氨酸,后一氨基酸通过缩合反应与前一个氨基酸连接起来。,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,亮氨酸,A,C,U,天门冬氨酸,A,U,G,异亮氨酸,一条肽链形成,.,U,C,A,U,G,A,U,U,A,A,A,U,A,C,U,A,U,G,亮氨酸,天门冬氨酸,异亮氨酸,mRNA,和肽链被释放到细胞质中。,一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链,在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37,0,C时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。通常，一个mRNA分子上可以,相继,结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。,转录,翻译,时间,场所,模板,原料,酶,能量,原则,特点,产物,生长发育过程,细胞核,基因的,一条,链,四种核糖核苷酸,RNA聚合酶等,ATP,A-U、T-A、,G-C，C-G,边解旋边转录,1个信使RNA,生长发育过程,细胞质（核糖体）,mRNA,20种氨基酸,特定的酶等,ATP,mRNA与tRNA配对A-U,G-C,蛋白质,转录、翻译的比较,多起点,由遗传信息的转录和翻译过程可以看出：,1.DNA分子上脱氧核糖核苷酸的排列顺序决定了,mRNA中核糖核苷酸,的排列顺序；,2.mRNA中的核糖核苷酸的排列顺序又决定了,氨基酸,的排列顺序；,3.氨基酸的排列顺序决定了,蛋白质,结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种各样的,遗传性状,。,蛋白质是生命活动的主要体现者，也就是说，生命活动是由蛋白质来完成的，通过蛋白质的活动体现遗传信息的差异。,二 基因表达的调控,在生命活动中，基因表达是严格有序的，它受,调节基因,和,其他调节因素,的控制与影响。,对基因表达过程的调节作用就称为,基因表达的调控,。不同的生物或同一种生物细胞分化发育的不同时期，其调控机制是不同的。,基因表达调控的意义：,使各种蛋白质只有在需要时才被合成，这样就能使生物适应多变的环境，防止生命活动中的浪费现象和有害后果的发生，保持体内代谢过程的正常状态。,（一）原核生物基因表达的调控,原核生物基因表达的调控主要发生在,转录,过程中。,1961年，法国学者,雅各布,和,莫诺,的,乳糖操纵子学说,。,通常把在一个,操纵基因,控制下的一群相邻的,结构基因,以及,启动子,和,调节基因,，统称为,操纵子,。,它是原核生物基因表达调控的一个功能单位,。,现象：,一般情况下，大肠杆菌只能直接利用葡萄糖作为碳元素的来源，其他糖类必须被分解成葡萄糖，才能被利用。但是，当培养基中没有葡萄糖而只有乳糖时，大肠杆菌便会合成半乳糖苷酶，使乳糖分解为葡萄糖和半乳糖，当培养基中的乳糖被分解完毕时，大肠杆菌便不能合成半乳糖苷酶。,这是为什么呢？,乳糖操纵子学说,调节乳糖分解代谢的,根本原因,是大肠杆菌的DNA上存在着乳糖操纵子。,乳糖操纵子,1个操纵基因（O）,1个启动子（P）,1个调节基因（I）,3个结构基因,LacZ（编码半乳糖苷酶）,LacY（编码半乳糖苷透过酶）,LacA（编码半乳糖苷转乙酰酶）,培养基中,乳糖,的存在与否，直接影响3个结构基因的表达。,1.培养基中没有乳糖,调节基因的产物,调节蛋白,会与,操纵基因,结合，从而,阻碍RNA聚合酶与启动子的结合,，,使3个结构基因无法转录,，也就不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。,2.培养基中只有乳糖,乳糖,可与调节基因的产物,调节蛋白,结合，,使调节蛋白不能与,操纵基因,结合,，从而使RNA聚合酶顺利地与启动子结合，,促进3个结构基因的转录，也就促进了,半乳糖苷酶,的合成,，使乳糖被分解为葡萄糖和半乳糖，供给大肠杆菌生长的需要。,乳糖分解代谢基因表达调控模式图,（二）真核生物基因表达的调控,在胚胎时期，基因表达的数量最多。但在以后的生长发育过程中，有些基因表达增强，有些基因表达减弱或被抑制。,例：在植物的营养生长阶段，主要是与根、茎和叶发育相关的基因表达；在生殖生长阶段，主要是与花、果实和种子发育相关的基因逐渐得到表达。,番茄的营养生长,番茄的生殖生长,基因表达的调控是生物体生存必不可少的。,尤其是当周围的营养、温度、湿度及pH等条件发生变化时，生物体就要在调节因素的作用下，调整自身的基因表达，产生相应功能的蛋白质，通过改变生物体自身的代谢得以适应环境。,三 中心法则,中心法则,是由,克里克,在1957年提出来的，指出了,生物遗传信息的,主要流动方向,。,内容：,遗传信息可以由DNA流向DNA，完成DNA的自我,复制,；也可以由DNA流行RNA，完成遗传信息的,转录,；然后由RNA流向蛋白质，完成遗传信息的,翻译,过程。,遗传信息的主要流动方向,对中心法则的补充：,某些病毒遗传物质只有RNA，因此RNA既可以自我复制，还可以在,逆转录酶,的作用下合成DNA。,使遗传信息不仅可以由RNA流向RNA，还可以由RNA流向DNA。,中心法则,中心法则几个过程的比较,过程,模板,原料,碱基互补,产物,实例,DNA的复制,DNADNA,DNA的转录,DNARNA,翻译,RNA多肽,RNA的复制,RNARNA,RNA的逆转录RNADNA,DNA的,两条链,DNA的一条链,信使RNA,RNA,RNA,四种脱氧核苷酸,AT TA,CG GC,DNA,以DNA作遗传物质的生物,四种核糖核苷酸,AU TA,CG GC,RNA,几乎所有生物,20余种氨基酸,AU UA,CG GC,多肽,除病毒外的细胞生物,四种核糖核苷酸,AU UA,CG GC,RNA,以RNA作遗传物质的生物,四种脱氧核苷酸,AT UA,CG GC,DNA,某些致癌病毒、艾滋病病毒,中心法则与生物的关系：,翻译,复制,DNA,RNA,蛋 白 质,转录,1.以DNA为遗传物质的生物遗传信息传递：,2.以RNA为遗传物质的生物遗传信息传递：,复制,翻译,RNA,蛋 白 质,复制,DNA,RNA,逆,转,录,翻译,RNA,蛋 白 质,转录,课堂巩固,蛋白质中氨基酸数目与mRNA、DNA中碱基数目的关系,1、如果某蛋白质中有n个氨基酸，则指导该蛋白质合成的mRNA的碱基数目为,，控制该蛋白质合成的DNA（基因）中的碱基数目为,。,3n,6n,631,DNA中的碱基数目：mRNA中的碱基数目：氨基酸数,=,。,3、设控制某含,a,条肽链的蛋白质合成的基因含,X,个碱基,对，氨基酸的平均分子量为,Y,，则该蛋白质的分子量,约为,A.B.,C.D.,2、某基因有192个脱氧核苷酸，其控制合成的多肽应脱,掉的水分子为,A.191 B.95 C.32 D.31,4、由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成,的蛋白质，氨基酸的平均分子量为a，则该蛋白质的,分子量最大为,Ana/6 Bna/3-18（n/3-1）,Cna-18(n-1),Dna/6-18(n/6-1),5、某信使RNA中有碱基40个，其中C+U为15个，那么转录,此RNA的DNA中G+A为,A15 B25 C30 D40,6、一种人工合成的信使RNA只含有两种核苷酸U和A，其,中U的含量是A的5倍，这种人工合成的信使RNA理论上最多有多少种可能的密码子,A.4种 B.6种 C.8种 D.无法确定,7、某生物基因单链的一段是GCAGACAAA 若以此链为模板，经转录翻译形成的多肽链上所对应的氨基酸顺序是,苯丙氨酸UUU；天冬氨酸GAC；亮氨酸CUG；,赖氨酸AAA；精氨酸CGU；丙氨酸GCA,A.B.,C.D.,8、DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终,翻译的氨基酸如下表,则右图所示的tRNA所携带的氨基酸是,A,赖氨酸 B丙氨酸,C半胱氨酸 D苏氨酸,9、根据转录和翻译过程填充,DNA双链,G,信使RNA,转运RNA,氨基酸,丙氨酸（密码 GCA）,C,A,C,G,T,G,C,A,C,G,U,10、一个DNA分子中的碱基A+T为70%，其转录成的信,使RNA上的U为25%，则信使RNA上的碱基A为_,45%,(A,1,+T,1,)%=(A,2,+T,2,)%=总(A+T)%,(G,1,+C,1,)%=(G,2,+C,2,)%=总(G+C)%,=（A,R,+U,R,）%,=（G,R,+C,R,）%,谢谢！,