第3章第2節(jié)遺傳信息的表達(dá)

第2節(jié)遺傳信息的表達(dá)基因：具有遺傳效應(yīng)的DNA片段原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游

編碼區(qū)下游

與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子，內(nèi)含子能轉(zhuǎn)錄為信使RNA

編碼區(qū)上游

編碼區(qū)下游

內(nèi)含子外顯子一個(gè)基因含有多個(gè)外顯子和內(nèi)含子細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)DNAmRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯基因的表達(dá)基因?yàn)槭裁碦NA適于作為DNA的信使？①RNA由基本單位核糖核苷酸組成，也能儲(chǔ)存遺傳信息。②在RNA和DNA的關(guān)系中，也遵循“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”A=U，G=C。③RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過(guò)核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。（一）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1.場(chǎng)所：2.模板：3.原料：4.原則：細(xì)胞核DNA分子中的一條鏈4種核糖核苷酸堿基互補(bǔ)配對(duì)原則5.條件：6.產(chǎn)物：①rRNA：主要的RNA，占RNA的80%左右。②tRNA：最小，占RNA的15%左右。③mRNA：含量很少，占RNA的5%左右。分子量較大，代謝非常活躍，是蛋白質(zhì)生物合成的模板。能量（ATP），酶（RNA聚合酶）RNA（mRNA，tRNA，rRNA）作為模板的DNA鏈被稱為非編碼鏈，或無(wú)意義鏈。與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈被稱為編碼鏈，或有意義鏈。RNA鏈的合成轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與作為模板鏈的DNA單鏈的堿基序列有什么關(guān)系？與該DNA的另一條鏈（非模板鏈）的堿基序列有哪些異同？TCATGATTAAG

T

AC

AA

A

T

轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核.這是一段展開的DNA.轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

AGCUGACGGUUU只有一條鏈作為模板。轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

RNA聚合酶AGCUGACGGUUU轉(zhuǎn)錄的過(guò)程下方為一個(gè)個(gè)的RNA核苷酸。AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUURNA聚合酶將RNA核苷酸連接起來(lái)，以堿基互補(bǔ)配對(duì)為原則。轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUURNA聚合酶沿著DNA移動(dòng)。轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUUUARNA聚合酶沿著DNA移動(dòng)。轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUUGUUARNA核苷酸一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUGUUAURNA核苷酸一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUURNA核苷酸一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUUARNA核苷酸一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GCGCGGUUAUUAURNA核苷酸一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCRNA核苷酸一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCRNA核苷酸一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)轉(zhuǎn)錄的過(guò)程AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNA細(xì)胞質(zhì)核孔轉(zhuǎn)錄的過(guò)程信使RNA（mRNA）通過(guò)核孔從細(xì)胞核中出來(lái)，到細(xì)胞質(zhì)中。細(xì)胞核信使RNA（mRNA）通過(guò)核孔從細(xì)胞核中出來(lái)，到細(xì)胞質(zhì)中。AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNA轉(zhuǎn)錄的過(guò)程細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)TCATGTTTAAG

T

AC

AA

A

T

AGUACAAAUmRNA外顯子和內(nèi)含子有些DNA分子中既含有編碼氨基酸的外顯子，又含有不編碼氨基酸的內(nèi)含子。前體信使RNA的內(nèi)含子在RNA自身的催化作用下被切除掉，外顯子連接在一起，形成信使RNA，信使RNA通過(guò)核孔，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。前體mRNA切除內(nèi)含子的過(guò)程1.依賴于蛋白質(zhì)的序列：利用蛋白質(zhì)水解釋放的能量，把新生的RNA鏈釋放出來(lái)；2.不依賴于蛋白質(zhì)的序列：由合成的RNA鏈的結(jié)構(gòu)決定的，這段RNA富含G-C，且可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)錄終止序列RNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)在發(fā)夾結(jié)構(gòu)的下游，新生的RNA鏈末端有一連串的U，A-U之間的氫鍵是最不穩(wěn)定的，因此RNA鏈被釋放出來(lái)。轉(zhuǎn)錄的結(jié)果經(jīng)過(guò)遺傳信息的轉(zhuǎn)錄，DNA序列上的基因信息傳遞到mRNA。mRNA通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，這樣，遺傳信息便由細(xì)胞核傳遞到細(xì)胞質(zhì)。轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制有什么異同處？思考轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制DNA的復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板原料酶產(chǎn)物DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較以DNA的兩條母鏈為模板游離的脫氧核苷酸DNA解旋酶、DNA聚合酶2個(gè)雙鏈DNA分子以DNA的一條鏈為模板游離的核糖核苷酸DNA解旋酶、RNA聚合酶1條RNA單鏈（二）遺傳信息的翻譯1.密碼子科技探索：1.20世紀(jì)50年代，迦莫夫提出三聯(lián)體密碼學(xué)說(shuō)；2.尼倫伯格和霍拉納破解了遺傳密碼。UCAUGAUUAmRNA密碼子密碼子密碼子堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是怎樣的？一個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸只能決定4種：41＝1，不行二個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸只能決定16種：42＝16，不行三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸只能決定64種：43＝64，足足有余

密碼子UCAUGAUUAmRNA

密碼子

密碼子密碼子：遺傳學(xué)上把mRNA上決定一個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰的堿基，叫做一個(gè)密碼子。注：密碼子（遺傳密碼）在mRNA上，而遺傳信息在DNA上，兩者不能混淆。①多個(gè)密碼子可對(duì)應(yīng)一種氨基酸。②一個(gè)密碼子只和一種氨基酸相對(duì)應(yīng)。④密碼子共64個(gè)，編碼氨基酸的密碼子只有61個(gè)。③起始密碼子可以編碼氨基酸，3個(gè)終止密碼子不編碼任何氨基酸。注意：Ⅰ.場(chǎng)所：Ⅱ.模板：Ⅲ.原料：Ⅳ.條件：Ⅴ.堿基配對(duì)：Ⅵ.產(chǎn)物：細(xì)胞質(zhì)的核糖體上mRNA20種氨基酸能量（ATP），酶，tRNA等mRNA與tRNA的堿基互補(bǔ)配對(duì)具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)（多肽）mRNA通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，很快便與核糖體結(jié)合起來(lái)，形成多聚核糖體。核糖體是細(xì)胞內(nèi)利用氨基酸合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。多聚核糖體ACU

天冬

酰氨反密碼子AUG異亮

氨酸反密碼子

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）：分子結(jié)構(gòu)呈三葉草形，其“葉柄”端能與一個(gè)特定的氨基酸結(jié)合，“葉片”端有三個(gè)特殊的堿基稱為“反密碼子”，能與mRNA上的“密碼子”相識(shí)別。tRNA的特點(diǎn)Ⅰ.一種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。Ⅱ.一種氨基酸可以由多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。Ⅲ.反密碼子的種類：61種。Ⅳ.終止密碼子沒有反密碼子。返幻燈片42回概念位置作用遺傳信息密碼子反密碼子DNA中能控制生物性狀的脫氧核苷酸排列順序

mRNA中決定一個(gè)氨基酸的相鄰的三個(gè)堿基tRNA中能識(shí)別信使RNA上相應(yīng)密碼子的三個(gè)特殊的堿基控制生物性狀決定蛋白質(zhì)中氨基酸的順序識(shí)別密碼子

遺傳信息、密碼子和反密碼子的比較翻譯的過(guò)程①當(dāng)tRNA運(yùn)載著一個(gè)氨基酸進(jìn)入核糖體以后，就以mRNA為模板，按照堿基配對(duì)原則，把轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的氨基酸放在相應(yīng)的位置上；②一個(gè)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)完畢以后，tRNA離開核糖體，又去轉(zhuǎn)運(yùn)下一個(gè)相應(yīng)的氨基酸；③被轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的這些氨基酸通過(guò)肽鍵一個(gè)一個(gè)連接起來(lái)，形成肽鏈；④肽鏈合成以后，從核糖體上脫離，再經(jīng)過(guò)一定的折疊盤曲及修飾，最終形成一個(gè)具有一定氨基酸順序的、有一定功能的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)的生物合成示意圖UCAUGAUUAmRNA細(xì)胞質(zhì)翻譯的過(guò)程：UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸核糖體mRNA與核糖體結(jié)合。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)RNA上的反密碼子與信使RNA上的密碼子相結(jié)合。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)RNA上的反密碼子與信使RNA上的密碼子相結(jié)合。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸兩個(gè)相鄰的氨基酸縮合反應(yīng)，形成肽鍵。肽鍵UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸核糖體

沿著

mRNA移動(dòng)。又一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（

tRNA）連接到密碼子上。第一個(gè)

tRNA

釋放到細(xì)胞質(zhì)中。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸后一氨基酸通過(guò)縮合反應(yīng)與前一個(gè)氨基酸連接起來(lái)。UCAUGAUUAAAU亮氨酸ACU天門冬氨酸AUG異亮氨酸一條肽鏈形成.UCAUGAUUAAAUACUAUG亮氨酸天門冬氨酸異亮氨酸mRNA和肽鏈被釋放到細(xì)胞質(zhì)中。一個(gè)mRNA分子上結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)合成多條多肽鏈

在細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個(gè)快速的過(guò)程。在370C時(shí)，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)合成肽鏈的速度約為每秒連接15個(gè)氨基酸。通常，一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄翻譯時(shí)間場(chǎng)所模板原料酶能量原則特點(diǎn)產(chǎn)物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程細(xì)胞核基因的一條鏈四種核糖核苷酸RNA聚合酶等ATPA-U、T-A、G-C，C-G邊解旋邊轉(zhuǎn)錄1個(gè)信使RNA生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程細(xì)胞質(zhì)（核糖體）mRNA20種氨基酸特定的酶等ATPmRNA與tRNA配對(duì)A-U,G-C蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較多起點(diǎn)

由遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程可以看出：1.DNA分子上脫氧核糖核苷酸的排列順序決定了mRNA中核糖核苷酸的排列順序；2.mRNA中的核糖核苷酸的排列順序又決定了氨基酸的排列順序；3.氨基酸的排列順序決定了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的特異性，從而使生物體表現(xiàn)出各種各樣的遺傳性狀。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要體現(xiàn)者，也就是說(shuō)，生命活動(dòng)是由蛋白質(zhì)來(lái)完成的，通過(guò)蛋白質(zhì)的活動(dòng)體現(xiàn)遺傳信息的差異。二基因表達(dá)的調(diào)控在生命活動(dòng)中，基因表達(dá)是嚴(yán)格有序的，它受調(diào)節(jié)基因和其他調(diào)節(jié)因素的控制與影響。對(duì)基因表達(dá)過(guò)程的調(diào)節(jié)作用就稱為基因表達(dá)的調(diào)控。不同的生物或同一種生物細(xì)胞分化發(fā)育的不同時(shí)期，其調(diào)控機(jī)制是不同的。基因表達(dá)調(diào)控的意義：

使各種蛋白質(zhì)只有在需要時(shí)才被合成，這樣就能使生物適應(yīng)多變的環(huán)境，防止生命活動(dòng)中的浪費(fèi)現(xiàn)象和有害后果的發(fā)生，保持體內(nèi)代謝過(guò)程的正常狀態(tài)。（一）原核生物基因表達(dá)的調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中。1961年，法國(guó)學(xué)者雅各布和莫諾的乳糖操縱子學(xué)說(shuō)。通常把在一個(gè)操縱基因控制下的一群相鄰的結(jié)構(gòu)基因以及啟動(dòng)子和調(diào)節(jié)基因，統(tǒng)稱為操縱子。它是原核生物基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)功能單位。現(xiàn)象：一般情況下，大腸桿菌只能直接利用葡萄糖作為碳元素的來(lái)源，其他糖類必須被分解成葡萄糖，才能被利用。但是，當(dāng)培養(yǎng)基中沒有葡萄糖而只有乳糖時(shí)，大腸桿菌便會(huì)合成半乳糖苷酶，使乳糖分解為葡萄糖和半乳糖，當(dāng)培養(yǎng)基中的乳糖被分解完畢時(shí)，大腸桿菌便不能合成半乳糖苷酶。這是為什么呢？乳糖操縱子學(xué)說(shuō)調(diào)節(jié)乳糖分解代謝的根本原因是大腸桿菌的DNA上存在著乳糖操縱子。乳糖操縱子1個(gè)操縱基因（O）1個(gè)啟動(dòng)子（P）1個(gè)調(diào)節(jié)基因（I）3個(gè)結(jié)構(gòu)基因LacZ（編碼半乳糖苷酶）LacY（編碼半乳糖苷透過(guò)酶）LacA（編碼半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶）培養(yǎng)基中乳糖的存在與否，直接影響3個(gè)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。1.培養(yǎng)基中沒有乳糖調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物調(diào)節(jié)蛋白會(huì)與操縱基因結(jié)合，從而阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，使3個(gè)結(jié)構(gòu)基因無(wú)法轉(zhuǎn)錄，也就不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。2.培養(yǎng)基中只有乳糖乳糖可與調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，使調(diào)節(jié)蛋白不能與操縱基因結(jié)合，從而使RNA聚合酶順利地與啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)3個(gè)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，也就促進(jìn)了半乳糖苷酶的合成，使乳糖被分解為葡萄糖和半乳糖，供給大腸桿菌生長(zhǎng)的需要。乳糖分解代謝基因表達(dá)調(diào)控模式圖（二）真核生物基因表達(dá)的調(diào)控在胚胎時(shí)期，基因表達(dá)的數(shù)量最多。但在以后的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，有些基因表達(dá)增強(qiáng)，有些基因表達(dá)減弱或被抑制。例：在植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，主要是與根、莖和葉發(fā)育相關(guān)的基因表達(dá)；在生殖生長(zhǎng)階段，主要是與花、果實(shí)和種子發(fā)育相關(guān)的基因逐漸得到表達(dá)。番茄的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)番茄的生殖生長(zhǎng)基因表達(dá)的調(diào)控是生物體生存必不可少的。尤其是當(dāng)周圍的營(yíng)養(yǎng)、溫度、濕度及pH等條件發(fā)生變化時(shí)，生物體就要在調(diào)節(jié)因素的作用下，調(diào)整自身的基因表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)功能的蛋白質(zhì)，通過(guò)改變生物體自身的代謝得以適應(yīng)環(huán)境。三中心法則中心法則是由克里克在1957年提出來(lái)的，指出了生物遺傳信息的主要流動(dòng)方向。內(nèi)容：遺傳信息可以由DNA流向DNA，完成DNA的自我復(fù)制；也可以由DNA流行RNA，完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄；然后由RNA流向蛋白質(zhì)，完成遺傳信息的翻譯過(guò)程。遺傳信息的主要流動(dòng)方向?qū)χ行姆▌t的補(bǔ)充：某些病毒遺傳物質(zhì)只有RNA，因此RNA既可以自我復(fù)制，還可以在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成DNA。使遺傳信息不僅可以由RNA流向RNA，還可以由RNA流向DNA。中心法則中心法則幾個(gè)過(guò)程的比較過(guò)程模板原料堿基互補(bǔ)產(chǎn)物實(shí)例DNA的復(fù)制DNA→DNADNA的轉(zhuǎn)錄DNA→RNA翻譯RNA→多肽RNA的復(fù)制RNA→RNARNA的逆轉(zhuǎn)錄RNA→DNADNA的兩條鏈DNA的一條鏈信使RNARNARNA四種脫氧核苷酸A→TT→AC→GG→CDNA以DNA作遺傳物質(zhì)的生物四種核糖核苷酸A→UT→AC→GG→CRNA幾乎所有生物20余種氨基酸A→UU→AC→GG→C多肽除病毒外的細(xì)胞生物四種核糖核苷酸A→UU→AC→GG→CRNA以RNA作遺傳物質(zhì)的生物四種脫氧核苷酸A→TU→AC→GG→CDNA某些致癌病毒、艾滋病病毒中心法則與生物的關(guān)系：翻譯復(fù)制DNARNA蛋白質(zhì)

轉(zhuǎn)錄1.以DNA為遺傳物質(zhì)的生物遺傳信息傳遞：2.以RNA為遺傳物質(zhì)的生物遺傳信息傳遞：復(fù)制翻譯RNA蛋白質(zhì)①?gòu)?fù)制DNARNA逆轉(zhuǎn)錄翻譯RNA蛋白質(zhì)

轉(zhuǎn)錄②課堂鞏固蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目與mRNA、DNA中堿基數(shù)目的關(guān)系1、如果某蛋白質(zhì)中有n個(gè)氨基酸，則指導(dǎo)該蛋白質(zhì)合成的mRNA的堿基數(shù)目為

，控制該蛋白質(zhì)合成的DNA（基因）中的堿基數(shù)目為

。3n6n6∶3∶1DNA中的堿基數(shù)目：mRNA中的堿基數(shù)目：氨基酸數(shù)=

。3、設(shè)控制某含a條肽鏈的蛋白質(zhì)合成的基因含X個(gè)堿基對(duì)，氨基酸的平均分子量為Y，則該蛋白質(zhì)的分子量約為

A.B.C.D.2、某基因有192個(gè)脫氧核苷酸，其控制合成的多肽應(yīng)脫掉的水分子為

A.191B.95C.32D.314、由n個(gè)堿基組成的基因，控制合成由1條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，氨基酸的平均分子量為a，則該蛋白質(zhì)的分子量最大為

A．na/6 B．na/3-18（n/3-1）

C．na-18(n-1)

D．na/6-18(n/6-1)5、某信使RNA中有堿基40個(gè)，其中C+U為15個(gè)，那么轉(zhuǎn)錄此RNA的DNA中G+A為