4.1基因指導蛋白質的合成教學課件高一下學期生物人教版(2019)必修2_第1頁
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文檔簡介

典區(qū)要帥|

些)如督(獄鹽四賬陽糖尿病是一種嚴重危害健康的常見病,胰島素是治療糖尿病的特效藥。以往臨床上給病人注射用的胰島素主要從

牛的胰腺中提取,用這種方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低、價格昂貴,遠遠不能滿足

需求。1978年,科學家將控制人胰島素

基因轉人大腸桿菌中,利用大腸桿菌高

效生產(chǎn)人胰島素。”思考:為什么轉入的是基因,能夠獲得蛋白質?指導基

因蛋白質合基因的表達資

料問題:細胞核DNA是如

何控制蛋白質合成的?推測:在DNA和蛋白質之間,存在一種中間物質充當信使能夠通過核孔能夠準確傳遞遺傳信息核糖體DNA信使發(fā)現(xiàn)問題實驗1:1955年,戈德斯坦和普勞特觀察到放射性物質標記

的RNA從細胞核轉移到細胞質。實驗2:1955年,布拉切特用洋蔥根尖和變形蟲進行了實驗,

發(fā)現(xiàn)若加入RNA酶降解細胞中的RNA,

則蛋白質合成

停止;若再加入從酵母細胞中提取的RNA,則

以重新合成一些蛋白質。實驗結論:RNA能從細胞核轉移到細胞質實驗結論:蛋白質的合成與RNA有關尋找溝通DNA和蛋白質之間的信使實驗3:1961年,南非生物學家布倫納等經(jīng)過實驗發(fā)

現(xiàn),用噬菌體侵染細菌,在培養(yǎng)基中添加含

14C標記的尿嘧啶(RNA

特有的堿基),培養(yǎng)一

段時間后,把細菌裂解離心,分離出RNA與核

糖體。分離出的RNA有14C的標記,將分離得到

的RNA分別與細菌的DNA和噬菌體的DNA雜交,發(fā)現(xiàn)RNA只能與噬菌體DNA形成雙鏈雜交分子。實驗結論:新合成的噬菌體RNA是以噬菌體的DNA為模板合成的,DNA

上的遺傳信息可以傳遞給RNA噬菌體侵染細菌將細菌轉移到含14C-U

標記的培養(yǎng)基中裂解細菌,離心并分離細菌的核糖體

噬菌體的RNA(含14C)噬菌體的DNA

細菌的DNA尋找溝通DNA和蛋白質之間的信使不能形成DNA-RNA

雙鏈雜交分子DNA-RNA雙鏈雜交分子RNA活

:閱讀課本P64-65,思考什么是RNA

?RNA與

DNA在化學組成和結構上有什么區(qū)別?為什么RNA

適于作DNA

的信使?H

H

HOH

H

脫氧核使DNA與RNA在化學組

成上的區(qū)別磷酸腺嘌呤(A)

鳥嘌呤(G)

胞嘧啶(C)CH?OH

OH

CH?OH

OH

0

0核糖和脫氧核糖的結構模式圖脫氧核糖DNA胸腺嘧啶(T)HHOH核糖核糖RNA尿嘧啶(U)日OHHH●RNA一般為單鏈,比

DNA短,可以通過核

孔從細胞核轉移到細

胞質中●

RNA是由核苷酸連接而成的,核苷酸也含

有4中堿基,可以儲

存遺傳信息●RNA和DNA的關系中,

也遵循“堿基互補配

對原則”,因此可將

遺傳信息傳遞到細胞

質中胞嘧啶Cytosine腺嘌呤Adenine尿嘧啶Uracil取代DNA中的含氮堿基Nitrogenous

bases腺嘌呤

Adenine含氮堿基Nitrogenous

basesRNA適于作為DNA信使的原因RNA

類活動二:嘗試以DNA為模板合成RNA已知人胰島素的基因部分序列如圖所示,

請嘗試寫出對應的mRNA序列5

'TT

…—3

’ATGGCCCTGTG

G

A

T

GCG

C

TA

A3

TACCGGGACACCTACGCGA

—5’序列1:

15

'

TTT

3

’AUGGCCCUGUGGAUGCGCUA

A序列2:3

U

ACCGGGACACCUACGCG

AUU

—5’LTT探尋遺傳信息的轉錄過程實驗4:噬菌體SP8的DNA分子由兩條堿

基組成很不平均的鏈構成,其

中一條鏈富含嘌呤(重鏈),另一條互補鏈則富含嘧啶(輕鏈

)

。

1

9

6

3

,Marmur和Duty利用噬菌體SP8侵染枯草桿

菌后,從枯草桿菌中分離出RNA,

分別與DNA的重鏈和輕鏈混合并緩慢冷卻。他們發(fā)現(xiàn)SP8侵染后

形成的RNA只跟重鏈形成DNA-RNA的雜交分子。輕

鏈b重鏈變性CsCl

密度梯度離心一

實驗結論:RNA是以DNA的一條鏈為模板合成的探尋遺傳信息的轉錄過程分

離十b重鏈c

RNA形成雜交分子SP8

DNA二aC2

9十探尋遺傳信息的轉錄過程活

:已知人胰島素的基因部分序列如圖所示,請寫出對應的mRNA序列5

TATGGCCCTGT

G

G

A

T

GCG

CTACCGGGACACCTACGCG

3

轉錄

序列1:5

t

TrAUGGCCCUGUGGAUGCGCUAA3

’編碼鏈—

5模板鏈TTAA

A

TT

LT3mRNA探尋遺傳信息的轉錄過程活動三:類比推理RNA合成過程類比DNA復制的條件和過程,推理轉錄所

需要的條件,形成轉錄的概念,并嘗試說出RNA合

成(轉錄)過程以母鏈為模板進

行堿基互補配對解旋酶DNA復制示意圖DN

A

制模

板原

料堿基配對方式酶能

量產(chǎn)物DNA

制轉

錄模

板DNA

鏈DN

A

鏈原

料4

酸4

酸堿基配

對方式A-T;T-AC-G;G-CA-U;T-AC-G;G-C酶解

酶、DNA聚

酶RNA

酶能

量ATPATP產(chǎn)物DNARNARNA聚合酶的功能:1、與編碼蛋白質的一段DNA結合2、使DNA雙鏈解開,堿基暴

露出來3、催化游離的核糖核苷酸通過磷酸二酯鍵依次連接,

形成RNA分子活動三:類比推理RNA合成過程類比DNA復制的條件和過程,推理轉錄所

需要的條件,形成轉錄的概念,并嘗試說出RNA合

成(轉錄)過程轉錄:在細胞核中,通過

RNA聚合酶以DNA

的一條鏈為

模板合成RNA的過程稱為轉

錄探尋遺傳信息的轉錄過程轉錄的方向RNA聚合酶游離的核糖核苷酸配對第2步游離的核糖核苷酸與DNA

鏈上的堿基互補配對,在RNA

的作用下開始mRNA的合成釋放第

4步

成的mRNA從

DNA

鏈上釋放。而

,DNA

雙螺旋恢復連接第3步新結合的核

糖核苷酸連接到正

在合成的mRNA

分子上解鏈第1步DNA

鏈解開,堿基暴

露出來探尋遺傳信息的轉錄過程NAmRNA3'基因的表達RNA

蛋白質條

件模板:DNA的一條鏈(模板鏈)原料:4種核糖核苷酸酶

:RNA聚合酶能

:ATP基因過

程解

鏈—配

對連接1釋

放轉錄小

結作業(yè)請查閱資料,思考:大腸桿菌沒有細胞核,人胰

島素基因轉入大腸桿菌后轉錄與在人體內(nèi)轉錄是

否有區(qū)別?若有,有哪些區(qū)別?典區(qū)要帥陽四些如督(獄I賬留)轉錄的方向RNA

聚合酶游離的核糖核苷酸配對第2步游離的核糖核苷酸與DNA

鏈上的堿基互補配對,在RNA

的作用下開始mRNA的合成釋放第

4步

成的mRNA從

DNA

鏈上釋放。而

,DNA

雙螺旋恢復連接第3步新結合的核

糖核苷酸連接到正

在合成的mRNA

分子上解鏈第

1

DNA雙

鏈解開,堿基暴

露出來NAmRNA轉錄3'轉錄mRNA

(堿基的排列順序)核糖體翻

譯蛋白質(氨基酸的排列順序)問題:4種堿基怎么決定蛋白質的21種氨基酸?翻譯:游離在細胞質中的各種

氨基酸,以mRNA

為模板合成具有

氨基酸順序的蛋

白質的過程稱為翻

譯提

題DNA

(堿基的排列順序)mRNA背景:組成mRNA的堿基只有4種,組成生物體蛋白

質的氨基酸有21種。思考:mRNA

上至少有幾個堿基決定一個氨基酸?

請從排列組合的角度預測。1個堿基決定1種氨基酸,4種堿基可決定4

種氨基嚴基決定1種氨基酸,4種堿基可決定

16

種氨琴成基決定1種氨基酸,4種堿基可決定64種氨科學史1954年,物理學家伽莫夫根據(jù)數(shù)學計算提出“假說”:

mRNA上3個堿基決定一個氨基酸遺傳密碼的破譯1961年,克里克以T?噬菌體為實驗材料,研究其中某

個基因堿基的增加或減少對其所編碼的蛋白質的影響,

在相關堿基序列中增加或刪除1個或2個堿基,無法產(chǎn)

生具有正常功能的蛋白質,但是當增加或刪除3個堿基

時,卻合成了具有正常功能的蛋白質。實驗結論:遺傳密碼是由3個堿基編碼一個氨基酸;遺傳密碼從一個固定的起點開始,以非重疊的方式閱讀,編碼之間沒有分隔符遺傳密碼的破譯實

:遺傳密碼的破譯密碼子:

mRNA上,決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基5’

G

U

C

U

C

A

3’mRNA密碼子1

密碼子2

密碼子3問題:如何確定64個密碼子分別對應哪種氨基酸呢?實

:1961年,尼倫伯格和馬太采用了

蛋白質體外合成技術破譯了第一

個密碼子。他們在每個試管中分

別加入一種氨基酸,再加入除去

了DNA

和mRNA的細胞提取液,以

及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸(

UUUUUU…),結果加入苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈實驗結論:苯丙氨酸對應的密碼子是UUU多聚苯丙氨

酸的肽鏈Ser

Phe

Cys+除去DNA和mRNA的細

胞提取液十多聚尿嘧啶核苷酸(…UUUUUU…)Tyr:酪氨酸Ser:絲氨酸Phe:苯丙氨酸

Cys:半胱氨酸Cys提供除模板外翻譯所需的條件提供翻譯的模板TyrTyr遺傳密碼的破譯SerPhe第一個堿

基第二個堿基第三個堿基UCAGU苯丙氨酸苯

酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸略氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸色

酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸

組氨酸

谷氨酰胺

谷氨酰胺精

酸精氨酸精

酸精

酸UCAGAUCAG異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴

酸絲

酸絲

酸精

酸精

酸G纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸

天冬氨酸

谷氨酸

谷氨酸甘

酸甘

酸甘

酸甘氨酸UCAG思考1:怎樣查閱密碼子表?思考2:64種密碼子是否都決定

了特定的氨基酸?思考3:通過分析遺傳密碼與氨基酸的種類之間的對應關系,又

能得出什么結論?其意義是什么?專一性簡并性遺傳密碼的破譯第一個

堿基第二個堿基第三個堿基思

4

:

的生

?UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸略氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAG思

5

:

共用上述密碼子

根據(jù)這一事實

,你能想到什么

?C亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸

組氨酸

谷氨酰胺

谷氨酰胺精

酸精氨酸精

酸精

酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴

酸絲

酸絲

酸精

酸精

酸UCAG專一性遺傳密碼的特點簡并性G纈氨酸纈氨酸纈

酸纈氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸

天冬氨酸

谷氨酸

谷氨酸甘

酸甘

酸甘

酸甘氨酸UCAG通用性遺傳密碼的破譯探尋翻譯的過程思考:將氨基酸運送到核糖體上的t

RNA具有什么結特異性結合氨基酸的部位堿基配對形成氫鍵構特點?里

硫氨酸反密碼子3’

哩UAC5’活動一

:模擬翻譯的過程參考課本P68中圖4-7,嘗試用所提供的材料(可手繪或打印),推斷并構建人胰島素合成的過程模

。人胰島素-

3mRNA

若干種類

的氨基酸,AUGGCCCUGUG

GGUGGAAUAA核糖體

若干tRNA探尋翻譯的過程5探尋翻譯的過程芴

亮丙C

G

GUA

CGUG

GAAUAAI

,AUGGCC

CU

GUG

G3’A

C

CG

A

CUA

C位

2探尋翻譯的過程C

G

GGA

CGU

G

G

A

AUA

AI1AUGGCCCUGUGG-3’位點1A

C

C甲5UA

C位

2探尋翻譯的過程C

G

GGA

CGU

G

G

A

AUA

AI1AUGGCCCUGUGG-3’位點1A

C

C甲5位點2UAC,A

UG

GC

C

CUGU

G

GGUG

GA

AUA

A-3’探尋翻譯的過程C

G

GGA

CA

C

C5丙C

G

GGUG

GA

AUA

A

-3’I1甲位點2UAC,A

UG

GC

C

CUGU

G

G5探尋翻譯的過程探尋翻譯的過程肽鍵UAC

C

G

GAUGGCCCUGUGGGUG

GA

AUA

AI

-3’5探尋翻譯的過程甲丙UAC

CG

GAUGGCCCU

GUGGGUG

GAAUAAI

-3’5UAcC

G

GAUGGCC

CU

GU

G

G

5探尋翻譯的過程甲丙GUG

GAAUAA-3’G

A

CUAcC

G

GAUGGCC

CU

GU

G

G

5探尋翻譯的過程甲丙GUG

GAAUAA-3’G

A

CCG

G

GA

CAUGGCC

CU

GU

G

G5GUG

GAAUAA3’探尋翻譯的過程丙甲CG

G

GA

CAUGGCC

CU

GU

G

G5GUG

GAAUAA3’探尋翻譯的過程丙甲CGGG

A

C探尋翻譯的過程,AUGGCC

C

UGUGG丙亮GUGGAAUAA—3’甲5GA

CA

CC,AUGGCCCUGUGGGUGGAAUAA5探尋翻譯的過程—3’亮丙探尋翻譯的過程甲丙亮蘇纈C

AC

A

CC

GU

GGA

A

UA

A,AUGGCCCUGUG

G-3’5CAcA

CC,AUGGCCCUGUGG

GUGG

AA

U

AA5

3’亮蘇纈谷探尋翻譯的過程甲丙探尋翻譯的過程甲丙

亮蘇纈ACc,AUGGCCCUGUGGG

UGGAAUAA—3’5探尋翻譯的過程甲丙

亮蘇盤曲折具有特定空間結構

和功能的人胰島素

3

’AUGG

CCCUGU

GGGUGGAAUAA谷纈5場

所核糖體條

件模

板mRNA原

料2

1

酸酶相關酶能

量ATP轉運工具tRNA堿

式A-U;C-G產(chǎn)

物多

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