从基因到蛋白质

RNA复制
20世纪70年代，科学家发现烟草花叶病的病毒在环境 条件适宜的夏季没有DNA而只有RNA！显然，烟草 花叶病病毒是以RNA为遗传物质的！
烟草花叶病病毒能够正常繁殖，说明RNA也是可以进 行复制的。
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＵＵＵＧＣＣＧＧＡＡＡＡＵＧ ＵＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＵＵＵＵＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
补充修正的中心法则
复 制
转录 DNA
逆转录
RNA翻译
蛋白质
RNA复
绝大多数生物制的遗传物质是DNA，
极少数生物的遗传物质是RNA或RNA和
细胞核
U U A G AU AUC
mRNA
核孔
细胞质
mRNA通过核孔进入细胞质 细胞核 A A T C A A T A G
细胞质
U U A G AU AUC mRNA
转录
场所： 细胞核 模板： DNA的一条链 原料： 核糖核苷酸
条件： ATP、酶
产物： mRNA
碱基互补 配对：
遗传信息 的流动：
G
A A T C AA T AG U UA G UU
G
A A T C AA T AG U UA G UU A
G
A A T C AA T AG U UA G UU AU
G
A A T C AA T AG U UA G UU AUC
G
DNA
A A T C AA T AG U UA G UU AUC
RNA
G
形成的 mRNA 链，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
作为转录模板的是 DNA一条或两条链？ 是整条链或是片段？
GC UA AT CG
RNA
DNA
关于模板链：
RNA U AGC A T CG
基因2
a
DNA A G T C
T T CGT CAGC
T C AG T AG C AA
T CG
亮氨酸
天冬 氨酸
异亮氨酸
A AU CU A UAG 反密码子
对翻译过程的理解：
百度文库
UA U
UA C C U G
甲硫氨酸
起 始 密 码 UA C
反密码子 密码子
碱基互补配对
AUGGCACCUGACAUAUAGA
mRNA
起始密核码糖体密码子 密码子 密码子 密码子 终止密码
DNA、mRNA的碱基和氨基酸的数量关系
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＵＵＵＧＣＣＧＧＡＡＡＡＵＧ ＴＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＴＴＴＴＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
逆转录
科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有RNA的 烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又 有DNA了。显然，这些DNA是以RNA为模板合成的
信使RNA（mRNA） 由DNA转录来的，有遗传密码。
转运RNA（tRNA） 运载特定的氨基酸，有反密码子。
核糖体RNA（rRNA） 参与核糖体的构成。
构成人体的核酸有两种，构成人体 核酸的基本单位－－核苷酸有（ D）
A.2种 B.4种 C.5种 D.8种
问题： DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？
翻译：在细胞质中的核糖体上,以 mRNA为模板,tRNA为运载工具， 合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质 的过程。
运载工具：转运RNA(tRNA)
？ 甲硫氨酸
U AC
注意：一种tRNA只 能携带一种氨基酸
1、起始阶段： mRNA、tRNA与核 糖体相结合。
2、延伸阶段：携带 着特定的氨基酸的 tRNA按照碱基配补 原则，识别并进入第 二阶段。
问题：RNA为什么适合作为信使？
（一）RNA — 与DNA结构的比较：
DNA
RNA
结构
规则的双螺旋结构
单链结构
组成基本单位 脱氧核苷酸
核糖核苷酸
嘌呤 腺(A)、鸟(G)嘌呤 腺(A)、鸟(G)嘌呤 碱基
嘧啶 胞(C)、胸腺(T)嘧啶 胞(C)、尿(U)嘧啶
五碳糖
脱氧核糖
核糖
无机酸
磷酸
磷酸
（二）RNA的种类：
RNA复制
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＵＵＵＧＣＣＧＧＡＡＡＡＵＧ ＵＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＵＵＵＵＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＵＵＵＧＣＣＧＧＡＡＡＡＵＧ ＵＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＵＵＵＵＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
RNA复制
20世纪70年代，科学家发现烟草花叶病病毒在环境条 件适宜的夏季没有DNA而只有RNA！显然，此时的 烟草花叶病病毒是以RNA为遗传物质的！
烟草花叶病病毒能够正常繁殖，说明RNA也是可以进 行复制的。当然，RNA的复制也遵循碱基互补配对 原则。
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＵＵＵＧＣＣＧＧＡＡＡＡＵＧ ＵＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＵＵＵＵＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
2.一种氨基酸可能有几个密 码子（简并性）。在一定程 度上能防止由于碱基的改变 而导致的遗传信息的改变。
3.有3个终止密码子，没有对应的氨基 酸，所以，在64个遗传密码子中，能 决定氨基酸的遗传密码子只有61个。
4.通用性：地球上几乎所有的生物共用 一套密码子表。
每个tRNA的一端是携带氨基酸的部位， 另一端是有3个碱基， 每个tRNA上的这3个碱基，都只能专一地与 mRNA上的特定的3个碱基配对，称为反密码子
逆转录
科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有RNA的 烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又 具有DNA了。显然，这些DNA是以RNA为模板合 成的。
以RNA为模板合成DNA的过程叫“逆转录”，这， 需要逆转录酶来催化它。
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＵＵＵＧＣＣＧＧＡＡＡＡＵＧ
酶 解旋酶、RNA聚合酶
缩合酶
能量
ATP
配对
A—U G—C
A—U G—C
原料
四种核糖核苷酸
约二十种氨基酸
产物 信使RNA、转运RNA
多肽链
基因控制蛋白质合成的过程
DNA的遗传信息 转录
mRNA的遗传信息 翻译
蛋白质的氨基酸排列顺序
mRNA： 碱基的数量
决定
蛋白质：氨基酸的数量
排列顺序
决定
排列顺序
ＴＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＴＴＴＴＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
以RNA为模板合成的DNA单链
逆转录
科学家们同时还发现，在环境适宜的夏季只有RNA的 烟草花叶病病毒到了环境严酷的冬季，它们体内又 有DNA了。显然，这些DNA是以RNA为模板合成的
以RNA为模板合成DNA的过程叫“逆转录”，这，需 要逆转录酶来催化它。
RNA 聚合酶
G
DNA与RNA的碱基互补配对：A——U；T——C；C——G；T—A
A A T C AA T AG UU
G
组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来
A A T C AA T AG UU
G
A A T C AA T AG U UA
G
A A T C AA T AG U UA G
G
A A T C AA T AG U UA G U
密码子： mRNA上决 定一个氨基 酸的三个相 邻的碱基。
密码子
密码子
密码子
UU A G A U A UC
mRNA
a、一种氨基酸可 以和多个密码子相 对应
b、一个密码子只 和一种氨基酸相对 应
c、三个终止密码： UAA、UAG、UGA； 一个起始密码子： AUG
遗传密码子的特性：
1.一个密码子，决定一个特 定的氨基酸；
基因控制蛋白质的合成
转录：在细胞核内，以DNA的一 条链为模板，按照碱基互补配对 的原则合成RNA的过程。
DNA的平面结构图
A A T C AA T AG T T A G AT AT C
以DNA的一条链为模板合成RNA
DNA
A A T C AA T AG
G
游离的核糖核苷酸
A A T C AA T AG
3、终止阶段：多肽 链合成并被释放。
翻译
场所： 细胞质（核糖体） 模板： mRNA 原料：氨基酸 条件： ATP、酶 、转运RNA（tRNA） 产物： 蛋白质
碱基互补配对： G－C、C－G、U－A、A－U
遗传信息流动： mRNA
蛋白质
转录与翻译的比较：
转录
场所
细胞核
翻译
细胞质（核糖体）
模板 基因的一条链（信息链） mRNA上的遗传密码
RNA复制 通过RNA复制，繁殖出大量的RNA型病毒！
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＵＵＵＧＣＣＧＧＡＡＡＡＵＧ ＵＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＵＵＵＵＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＵＧＧＴＴＴＧＣＣＧＧＡＡＡＡＴＧ ＵＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＵＵＵＵＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
DNA
CGT GACCAT GCACT GGT A
mRNA tRNA
C G U GA G C A U GCACUGGUA
氨基酸 精氨酸 谷氨酸 组氨酸 氨基酸序列
结论: 基因的碱基 信使RNA的碱基 氨基酸 = 6 3 1
思考：
当某DNA碱基发生改变，是否一定 会导致生物性状发生改变？
不一定。
b
基因1
GC AG
C GUC
RNA
▲ 作为模板的只是DNA链中的某个片段—基因；
说 ▲ DNA两条链中只有一条链是有意义链，另一条为无
明
意义链，到底哪条链是有意义链不是固定不变的。 ▲ 基因的两条链中，一条是有意义链，另一条是
无意义链。
mRNA在细胞核中合成 A A T C A A T A G DNA
果蝇某一条染色体 上的几个基因
基因 控制生物 性状
指导 合成
体现者
蛋白质
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
？基因是怎样指导蛋白质的合成呢？
1.DNA主要存在于哪里？ 2.蛋白质在哪里合成？
DNA 指导 蛋白质的合成
主要在 细胞核
在细胞 质进行
通过RNA
问题：为什么RNA适于作DNA的信使呢？
逆转录
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＴＧＧＴＴＴＧＣＣＧＧＡＡＡＡＴＧ ＴＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＴＴＴＴＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
通过DNA复制，繁殖出大量DNA型病 ┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯毒┯┯。┯
ＡＴＧＧＴＴＴＧＣＣＧＧＡＡＡＡＴＧ ＴＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＴＴＴＴＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
以RNA为模板合成DNA的过程叫“逆转录”，这，需 要逆转录酶来催化它。
DNA双螺旋
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＴＧＧＴＴＴＧＣＣＧＧＡＡＡＡＴＧ ＴＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＴＴＴＴＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
逆转录
然后，双螺旋的DNA又可以进行多次的复制！
DNA双螺旋
┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯┯ ＡＴＧＧＴＴＴＧＣＣＧＧＡＡＡＡＴＧ ＴＡＣＣＡＡＡＣＧＧＣＣＴＴＴＴＡＣ ┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷┷
从基因到蛋白质
思考：为什么子女长的像自己的父母？
是因为子代获得了亲代复制的一 份DNA的缘故
DNA的基本功能
1、通过复制，在后代的传种接代中传 递遗传信息 2、在后代的个体发育过程中，使遗传 信息得以表达
现代遗传学认为：生物的性状是有基 因控制的
一.基因的概念
基因：是决定生物性状的遗传物 质的基本单位，是有遗传效应的 DNA片段
因为发生改变的碱基可能有以下两 种情况：
1、该碱基位于DNA无效片段上； 2、该碱基改变后形成的密码子与原 来的密码子决定同一种氨基酸
基因对性状的控制
性状：生物形态结构和生理特征，由蛋白 质体现。
酶的合成：白化病
根本原因：基因异常导致酪氨酸酶不 能合成
直接原因：体内缺少酪氨酸酶
蛋白质分子的结构： 镰刀型贫血症
每个基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序， 它代表着遗传信息。
基因、染色体、 DNA 三者有什么关系呢？
功能上：控制生物性状的遗传物质结构、功能的基本单 位。 本质上（与DNA的关系）：具有遗传效应的DNA片段。
位置上（与染色体的关系）：在染色体上呈直线排列。
在染色体上
有遗传效应的 DNA片段
基因
控制生物的性状?
种类 4?种
决定
种类 ?2种0种
讨论：
一个氨基酸的编码至少需要多 少个碱基才能够决定20种不同的氨基 酸？
知识点：
▪ 人体正常的生理活动需要20种氨基酸
▪ 其中8种为人体必须氨基酸（不可由其 他氨基酸转化得来）：
赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、缬氨 酸。
三个碱基决定一个氨基酸，43=64
G－C、C－G、T－A、A－U
DNA mRNA
复制与转录的比较：
场所 解旋
复制
转录
细胞核
完全解旋
只解有遗传效应的片段
模板 亲代DNA的两条链 基因的一条链（信息链）
酶
解旋酶、聚合酶等
能量
ATP
配对 A—T G—C 原料 四种脱氧核苷酸
A—U G—C 四种核糖核苷酸
产物 两个相同的DNA
mRNA
基因控制蛋白质的合成