基因的表达与基因对性状的控制.ppt

基因的表达和基因的表达和基因对性状的控制基因对性状的控制 11 1、概念、概念 基因表达是一个把遗传信息反映到蛋白质分子基因表达是一个把遗传信息反映到蛋白质分子结构上的结构上的控制蛋白质合成的控制蛋白质合成的过程。过程。一、基因的表达一、基因的表达DNA RNA DNA RNA DNA RNA DNA RNA 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译2（1）RNA分子结构与分子结构与DNA的比较：的比较：碱碱 基基五碳糖五碳糖组成单位组成单位结结 构构RNA DNA 分分 布布 双链结构双链结构 单链结构单链结构脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖脱氧核糖核核 糖糖A A、T T T T、C C、G GA A、U U U U、C C、G G 主要在细胞核主要在细胞核 其余在线粒体其余在线粒体 叶绿体、质粒叶绿体、质粒主要在细胞质主要在细胞质如何区别某核酸分如何区别某核酸分子是子是DNA还是还是RNA？3（2 2）RNARNA的种类和功能的种类和功能把把把把DNADNADNADNA的遗传信息传递给蛋白质的遗传信息传递给蛋白质的遗传信息传递给蛋白质的遗传信息传递给蛋白质运输氨基酸运输氨基酸运输氨基酸运输氨基酸和蛋白质共同组成核糖体和蛋白质共同组成核糖体和蛋白质共同组成核糖体和蛋白质共同组成核糖体mRNA(mRNA(信使信使RNA)RNA)tRNAtRNA（转运（转运RNA)RNA)rRNArRNA（核糖体（核糖体RNARNA）4DNAmRNA蛋白质蛋白质核核孔孔1 1）mRNAmRNA mRNAmRNAmRNAmRNA上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的三个相邻碱基叫做三个相邻碱基叫做三个相邻碱基叫做三个相邻碱基叫做密码子密码子密码子密码子。UCAUG A UUAmRNA 密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子提醒：三种提醒：三种RNA中，能中，能储存遗传信储存遗传信息的只有息的只有mRNA。5密码子的特点：密码子的特点：密码子的特点：密码子的特点：一种密码子只对应一种氨基酸一种密码子只对应一种氨基酸一种密码子只对应一种氨基酸一种密码子只对应一种氨基酸一种氨基酸可有一种或多种密码子（一种氨基酸可有一种或多种密码子（一种氨基酸可有一种或多种密码子（一种氨基酸可有一种或多种密码子（简并性简并性简并性简并性）（一种氨基酸具有两个或多个密码子的现象称为密码子的（一种氨基酸具有两个或多个密码子的现象称为密码子的简并性简并性）（对应于同一种氨基酸的不同（对应于同一种氨基酸的不同 密码子称为同义密码子）密码子称为同义密码子）起始密码可以编码氨基酸起始密码可以编码氨基酸起始密码可以编码氨基酸起始密码可以编码氨基酸,终止密码不编码氨基酸终止密码不编码氨基酸终止密码不编码氨基酸终止密码不编码氨基酸（因无与终止密码对应的（因无与终止密码对应的（因无与终止密码对应的（因无与终止密码对应的tRNAtRNAtRNAtRNA）通用性通用性通用性通用性自然界中的各种自然界中的各种自然界中的各种自然界中的各种 生物共用一套密码子表生物共用一套密码子表生物共用一套密码子表生物共用一套密码子表6tRNA2)2)2)2)转运转运转运转运RNARNA（tRNAtRNAtRNAtRNA）：）：）：）：含有反密码子含有反密码子含有反密码子含有反密码子一个转运一个转运一个转运一个转运RNA RNA RNA RNA 只能携带一种特定的氨基酸！只能携带一种特定的氨基酸！只能携带一种特定的氨基酸！只能携带一种特定的氨基酸！细胞中的转运细胞中的转运细胞中的转运细胞中的转运RNARNARNARNA至少有至少有至少有至少有 种！种！种！种！6161 U A U7 U A U携带什么氨基酸？携带什么氨基酸？携带什么氨基酸？携带什么氨基酸？异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸A U AA U AmRNAmRNA思考：氨基酸与思考：氨基酸与tRNAtRNA之间的对应之间的对应关系如何？关系如何？8遗传信息、密码子、反密码子的区别与联系区别：遗传信息遗传信息是指是指DNA分子中分子中基因上的脱氧核苷基因上的脱氧核苷(碱基碱基)排列顺序。排列顺序。密码子密码子是指是指信使信使RNA上上决定一个氨基酸的三个相邻碱基的排列顺序。决定一个氨基酸的三个相邻碱基的排列顺序。反密码子反密码子是指是指转运转运RNA上上的一端的三个碱基排列顺序。的一端的三个碱基排列顺序。联系：DNA(基因基因)的遗传信息通过转录传递到信使的遗传信息通过转录传递到信使RNA上，转运上，转运RNA一端一端携带氨基酸，另一端反密码子与信使携带氨基酸，另一端反密码子与信使RNA上的密码子上的密码子(碱基碱基)配对。配对。92.2.转录转录地点：地点：地点：地点：模板：模板：模板：模板：原料：原料：原料：原料：条件：条件：条件：条件：原则：原则：原则：原则：产物产物产物产物主要在细胞核主要在细胞核主要在细胞核主要在细胞核DNADNA的一条链的一条链的一条链的一条链4 4 种核糖核苷酸种核糖核苷酸种核糖核苷酸种核糖核苷酸DNA DNA m mRNARNA 遵循碱基互补配对原则遵循碱基互补配对原则遵循碱基互补配对原则遵循碱基互补配对原则 A A ;T T ;GG ;C CU A C GU A C G转录：转录：转录：转录：在在在在细胞核内细胞核内细胞核内细胞核内以以以以DNADNADNADNA的一条链为模板的一条链为模板的一条链为模板的一条链为模板按照按照按照按照碱基互补配碱基互补配碱基互补配碱基互补配对原则对原则对原则对原则合成合成合成合成RNARNARNARNA 的过程。的过程。的过程。的过程。RNARNARNARNA聚合酶、聚合酶、聚合酶、聚合酶、ATPATPATPATP103.3.翻译翻译场所：场所：原料：原料：模板：模板：条件：条件：原则：原则：产物：产物：核糖体核糖体氨基酸氨基酸mRNAmRNAtRNAtRNA、酶、能量、酶、能量碱基互补配对原则碱基互补配对原则(A-(A-U U U-U-A A C-C-G G G-G-C C)多肽多肽翻译：翻译：在在核糖体核糖体上，以上，以mRNAmRNA为模板为模板，合成具有一定，合成具有一定氨基酸顺序的氨基酸顺序的蛋白质蛋白质的过程。的过程。11UC U谷氨酸谷氨酸 核糖体核糖体AGTAC A AATUCAUGUUUAUCU谷氨酸谷氨酸AAGUG A AAGmRNAU A C甲硫氨酸甲硫氨酸12AAGUG A AAGmRNA脱水缩合脱水缩合UCU谷氨酸谷氨酸U A C甲硫氨酸甲硫氨酸UC U谷氨酸谷氨酸AGTAC A AATUCAUGUUUA注意：翻译时，注意：翻译时，核糖体在核糖体在mRNAmRNA上以密码子为上以密码子为单位进行移动。单位进行移动。13 通常一个通常一个通常一个通常一个mRNAmRNA同时结合多个核糖体，进行多同时结合多个核糖体，进行多同时结合多个核糖体，进行多同时结合多个核糖体，进行多个肽链的合成。个肽链的合成。个肽链的合成。个肽链的合成。1.1.以同一条以同一条mRNAmRNA合成的多条肽链是相同的。合成的多条肽链是相同的。2.2.根据肽链的长短可判断翻译的方向。根据肽链的长短可判断翻译的方向。14ACUGGAUC UmRNA转转录录翻翻译译蛋白质蛋白质 mRNA（遗传密码）（遗传密码）ACU GGA UCUDNA双链双链 ACTGGATC TTGACC TAGA tRNA（反密码子）（反密码子）UGA CCU AGA苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸 肽键肽键肽键肽键 肽键肽键肽键肽键观察碱基之间的关系：观察碱基之间的关系：1.非模板链和非模板链和mRNA2.模板链和模板链和tRNA16下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中不正确的是（据图判断，下列描述中不正确的是（）A A图中表示图中表示4 4条多肽链正在合成条多肽链正在合成B B转录尚未结束，翻译即已开始转录尚未结束，翻译即已开始C C每个核糖体各自在完成一条多肽链的翻译每个核糖体各自在完成一条多肽链的翻译D D一个基因在短时间内可表达出多条多肽链一个基因在短时间内可表达出多条多肽链核糖体核糖体核糖体核糖体mRNAmRNA多肽多肽多肽多肽转录方向转录方向转录方向转录方向RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶A17基因中碱基数、基因中碱基数、mRNA中碱基数、肽链中氨基中碱基数、肽链中氨基酸数的关系。酸数的关系。6n ：3n ：n特特别别提醒：提醒：翻翻译译时时，mRNA上上的的终终止止密密码码子子不不决决定定氨氨基基酸酸，因因此此准准确确地地说说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。倍还要多一些。基基因因或或DNA上上的的碱碱基基数数目目比比对对应应的的蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸的的数数目目的的6倍倍还要多一些。还要多一些。在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。18u编码蛋白质的基因所含的碱基数编码蛋白质的基因所含的碱基数例例1:一条多肽链上有氨基酸一条多肽链上有氨基酸300个，则作为个，则作为合成该多肽链模板的信使合成该多肽链模板的信使RNA分子和转录分子和转录信使信使RNA的的DNA分子分子至少至少要有碱基多少个要有碱基多少个A.300；600 B.900；1800 ()C.900；900 D.600；900B基因碱基数：基因碱基数：mRNA碱基数：氨基酸数碱基数：氨基酸数=6：3：1（不考虑非编码区和内含子）（不考虑非编码区和内含子）蛋白质类的计算归类19例例3.(07上海高考题)一个mRNA分子有m个碱基，其中G+C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是 ()A.B.C.D.m、3m1m、3m22（m n）、3m12（m n）、3m2Du编码蛋白质的基因所含的碱基数编码蛋白质的基因所含的碱基数蛋白质类的计算归类20DNA（基因）（基因）mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复复复复制制制制复复复复制制制制逆转录逆转录逆转录逆转录二、遗传信息流二、遗传信息流中心法则中心法则 遗传信息可以遗传信息可以遗传信息可以遗传信息可以从从从从DNADNADNADNA流向流向流向流向DNADNADNADNA，即完成，即完成，即完成，即完成DNADNADNADNA的自我复制过程；的自我复制过程；的自我复制过程；的自我复制过程；遗遗遗遗传信息传信息传信息传信息也可以从也可以从也可以从也可以从DNADNADNADNA流向流向流向流向RNARNARNARNA，进而流向蛋白质，进而流向蛋白质，进而流向蛋白质，进而流向蛋白质，即完成遗传信息的即完成遗传信息的即完成遗传信息的即完成遗传信息的转录和翻译过程。转录和翻译过程。转录和翻译过程。转录和翻译过程。在某些病毒中，在某些病毒中，在某些病毒中，在某些病毒中，RNARNARNARNA也可以自我复制也可以自我复制也可以自我复制也可以自我复制，并且还发现在一些病毒蛋，并且还发现在一些病毒蛋，并且还发现在一些病毒蛋，并且还发现在一些病毒蛋白质的合成过程中，白质的合成过程中，白质的合成过程中，白质的合成过程中，RNARNARNARNA可以在逆转录酶的作用下合成可以在逆转录酶的作用下合成可以在逆转录酶的作用下合成可以在逆转录酶的作用下合成DNADNADNADNA。中心法则体现了遗传信息的两大功能：中心法则体现了遗传信息的两大功能：中心法则体现了遗传信息的两大功能：中心法则体现了遗传信息的两大功能：传递传递传递传递和和和和表达表达表达表达遗传信息。遗传信息。遗传信息。遗传信息。21 在某些病毒中，在某些病毒中，在某些病毒中，在某些病毒中，RNARNARNARNA也可以自我复制，并且还发现在也可以自我复制，并且还发现在也可以自我复制，并且还发现在也可以自我复制，并且还发现在一些病毒蛋白质的合成过程中，一些病毒蛋白质的合成过程中，一些病毒蛋白质的合成过程中，一些病毒蛋白质的合成过程中，RNARNARNARNA可以在可以在可以在可以在逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶的作的作的作的作用下合成用下合成用下合成用下合成DNADNADNADNA。逆转录病毒：逆转录病毒：逆转录病毒：逆转录病毒：劳斯肿瘤病毒、劳斯肿瘤病毒、劳斯肿瘤病毒、劳斯肿瘤病毒、HIVHIVHIVHIV病毒病毒病毒病毒RNARNADNADNARNARNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质RNARNARNARNA自我复制的病毒自我复制的病毒自我复制的病毒自我复制的病毒：烟草花叶病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒逆转录逆转录逆转录逆转录转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译中心法则补充中心法则补充RNARNADNADNA蛋白质蛋白质翻译翻译翻译翻译转录转录转录转录逆转录逆转录逆转录逆转录复复复复制制制制复复复复制制制制22HIVHIV病毒病毒逆转录病毒逆转录病毒RNARNARNARNA病毒病毒病毒病毒：逆转录、：逆转录、：逆转录、：逆转录、DNADNADNADNA自我复制、转录、翻译自我复制、转录、翻译自我复制、转录、翻译自我复制、转录、翻译（RNARNARNARNA自我复制、自我复制、自我复制、自我复制、转录、转录、转录、转录、翻译）翻译）翻译）翻译）逆转录逆转录逆转录逆转录转录转录转录转录转录、翻译转录、翻译转录、翻译转录、翻译组组组组装装装装23DNADNA复制复制转录转录翻译翻译逆转录逆转录时间时间分裂间期分裂间期生命历程生命历程生命历程生命历程病毒侵入细病毒侵入细胞时胞时场所场所只有分裂的细胞只有分裂的细胞才有，细胞核、才有，细胞核、线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体所有活细胞，所有活细胞，细胞核、线细胞核、线粒体、叶绿粒体、叶绿体体所有活细胞，所有活细胞，核糖体核糖体寄主细胞中寄主细胞中模板模板两条链两条链基因编码区基因编码区的一条链，的一条链，有遗传信息；有遗传信息；DNADNA两链的两链的遗传信息不遗传信息不同同mRNAmRNA，上有，上有密码子密码子病毒的病毒的RNARNA原料原料脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸氨基酸氨基酸寄主细胞的寄主细胞的脱氧核苷酸脱氧核苷酸24DNADNA复制复制转录转录翻译翻译逆转录逆转录酶酶解旋酶、解旋酶、DNADNA聚聚合酶等合酶等解旋酶、解旋酶、RNARNA聚合酶聚合酶等等略略逆转录酶逆转录酶碱基配碱基配对对A-TA-T、G-CG-C，涉及，涉及4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸A-TA-T、G-CG-C、A-UA-U涉及涉及8 8种种核苷酸核苷酸G-CG-C、A-UA-U涉涉及及4 4种核苷种核苷酸酸A-TA-T、G-CG-C、A-UA-U涉及涉及8 8种核苷酸种核苷酸同生物同生物不同体不同体细胞产细胞产物比较物比较核核DNADNA同，数量同，数量不同不同不同不同略略 略略25三、基因对性状的控制三、基因对性状的控制三、基因对性状的控制三、基因对性状的控制1 1 1 1、基因通过、基因通过、基因通过、基因通过控制酶的合成来控制代谢过程控制酶的合成来控制代谢过程控制酶的合成来控制代谢过程控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生，从而控制生，从而控制生，从而控制生物的性状。如；物的性状。如；物的性状。如；物的性状。如；酪氨酸酶与酪氨酸酶与酪氨酸酶与酪氨酸酶与白化病。白化病。白化病。白化病。食物中的蛋白质经消化、吸收和食物中的蛋白质经消化、吸收和食物中的蛋白质经消化、吸收和食物中的蛋白质经消化、吸收和水解后产生出苯丙氨酸，首先苯丙氨酸水解后产生出苯丙氨酸，首先苯丙氨酸水解后产生出苯丙氨酸，首先苯丙氨酸水解后产生出苯丙氨酸，首先苯丙氨酸在在在在(1)(1)(1)(1)苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶的作用下变成酪的作用下变成酪的作用下变成酪的作用下变成酪氨酸，然后酪氨酸转化为氨酸，然后酪氨酸转化为氨酸，然后酪氨酸转化为氨酸，然后酪氨酸转化为3 3 3 3，4 4 4 4双羟苯丙双羟苯丙双羟苯丙双羟苯丙氨酸，氨酸，氨酸，氨酸，3 3 3 3，4 4 4 4双羟苯丙氨酸在双羟苯丙氨酸在双羟苯丙氨酸在双羟苯丙氨酸在(2)(2)(2)(2)酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸酶酶酶酶的作用下，可以生成的作用下，可以生成的作用下，可以生成的作用下，可以生成黑色素黑色素黑色素黑色素。酪氨酸酶酪氨酸酶酪氨酸酶酪氨酸酶 苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶区别：白化病患者的区别：白化病患者的白发与老年人的白发白发与老年人的白发262 2 2 2、基因通过、基因通过、基因通过、基因通过控制蛋白质分子的结构控制蛋白质分子的结构控制蛋白质分子的结构控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。来直接影响性状。来直接影响性状。来直接影响性状。例如：镰刀型细胞贫血症例如：镰刀型细胞贫血症例如：镰刀型细胞贫血症例如：镰刀型细胞贫血症273基因与性状的对应关系基因与性状的对应关系28基因、蛋白质、性状的关系：基因、蛋白质、性状的关系：性状性状=基因基因+环境境多基因多基因遗传细胞胞质遗传29 小小 结：结：基因的表达基因的表达控制蛋白质的合成控制蛋白质的合成脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列核糖核苷酸序列核糖核苷酸序列氨基酸序列氨基酸序列DNAmRNA蛋白质蛋白质复制复制转录转录翻译翻译（基因）（基因）遗传信息遗传信息遗传密码遗传密码细胞核内进行细胞核内进行细胞质内进行细胞质内进行30