1、2011基因的表達(dá),第四節(jié) 遺傳信息的表達(dá) RNA和蛋白質(zhì)的合成,2011基因的表達(dá),基因,是什么物質(zhì)？,位于哪里？,對基因還了解什么？,什么作用？,2011基因的表達(dá),基因是遺傳的一個基本功能單位，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下控制生物的性狀。 一段包含一個完整的遺傳信息單位的有功能（有遺傳效應(yīng)）的核酸分子片段。 在大多數(shù)生物中是一段DNA，而在RNA病毒中則是一段RNA。 不同基因中核苷酸的排列順序不同，因此不同的基因含有不同的遺傳信息。,一、基因,1、概念(P70),2011基因的表達(dá),基因,是什么物質(zhì)？,在哪里？,有什么用？,對基因還了解什么？,基因與你有什么關(guān)系？,2011基因的表達(dá),科學(xué)家將深

2、海水母的熒光蛋白基因轉(zhuǎn)移到小鼠的受精卵內(nèi)，由此發(fā)育出能發(fā)熒光的小鼠。,2011基因的表達(dá),基因的表達(dá),基因(DNA) 蛋白質(zhì),2011基因的表達(dá),基因與染色體、DNA、脫氧核苷酸、遺傳信息的關(guān)系？,2011基因的表達(dá),(1)基因與染色體的關(guān)系？ (2)基因與DNA的關(guān)系？ (3)基因與脫氧核苷酸的 關(guān)系？ (4)基因與遺傳信息的關(guān)系？ (5)基因與蛋白質(zhì)（性狀） 的關(guān)系？ (6)DNA與染色體的關(guān)系？,(1)揭示了基因的位置 (2)揭示了基因的化學(xué)本質(zhì) (3)揭示了基因的化學(xué)組成 (4)揭示了基因的功能 (5)揭示了基因的功能,理清以下概念之間的關(guān)系,2011基因的表達(dá),某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出

3、耐高溫-淀粉酶基因a ，通過基因工程的方法將基因a轉(zhuǎn)移到馬鈴薯植物中，經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)耐高溫-淀粉酶在成熟塊莖細(xì)胞中存在。,資料,2011基因的表達(dá),資料一：科學(xué)家在細(xì)胞溶膠中沒有檢測到DNA，相反卻發(fā)現(xiàn)有大量RNA的存在。 資料二：1955年，有人用洋蔥根尖做實驗：如果加入 RNA酶分解細(xì)胞溶膠中的 RNA，蛋白質(zhì)合成就停止,如果再加入從酵母中提取的RNA，則又可重新合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)。,二、基因的表達(dá)（遺傳信息的表達(dá)）,資料三：美國加州理工學(xué)院的梅塞爾森通過實驗發(fā)現(xiàn)，這個RNA是與核糖體纏繞在一起的。,2011基因的表達(dá),RNA的結(jié)構(gòu),o,o,o,o,o,o,磷酸二酯鍵,2011基因的表達(dá),

4、資料四：拉斯特等人將變形蟲分為兩組：A組變形蟲用同位素標(biāo)記的尿嘧啶核苷培養(yǎng)液培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)有標(biāo)記的RNA分子首先在細(xì)胞核中合成。將該細(xì)胞核移植到未標(biāo)記的去核變形蟲中，發(fā)現(xiàn)大部分標(biāo)記的RNA從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)之中。,2011基因的表達(dá),資料五：1961年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了依賴DNA的RNA聚合酶。只要給予模板DNA分子和合成RNA所需的四種核糖核苷酸(A、G、C、U)，這種酶就能催化合成RNA，并且合成的RNA的堿基排列順序能充分反映作為模板的DNA分子的堿基排列順序。,2011基因的表達(dá),主要在細(xì)胞核內(nèi),以DNA(基因)的一條鏈為模板,按照堿基互補(bǔ)配對的原則合成RNA的過程。,1、轉(zhuǎn)錄,RNA聚合酶,模

5、板鏈,編碼鏈,DNA,2011基因的表達(dá),主要在細(xì)胞核內(nèi),以DNA(基因)的一條鏈為模板,按照堿基互補(bǔ)配對的原則合成RNA的過程。,1、轉(zhuǎn)錄,2011基因的表達(dá),1、指出各部分的名稱。 2、指出RNA聚合酶沿RNA的移動方向。,RNA聚合酶,模板鏈,編碼鏈,DNA,RNA,核糖核苷酸,酶移動方向,2011基因的表達(dá),思考：1、RNA聚合酶是否將整個DNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄？,解開雙螺旋的DNA片段包括一個或幾個基因。,2、轉(zhuǎn)錄合成的RNA可以直接作為合成相應(yīng)蛋白質(zhì)的 模板嗎 ？,真核細(xì)胞中，細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄合成的RNA必須經(jīng)過加工 成為成熟的mRNA后，才能轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。,2011基因的表達(dá),細(xì)胞質(zhì),細(xì)胞

6、核,核孔,DNA,2011基因的表達(dá),細(xì)胞質(zhì),細(xì)胞核,加工后的mRNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),2011基因的表達(dá),2、翻譯,RNA 蛋白質(zhì),翻譯,蛋白質(zhì),氨基酸,核糖體,tRNA,2011基因的表達(dá),2011基因的表達(dá),2、翻譯,RNA 蛋白質(zhì),翻譯,在細(xì)胞質(zhì)中，以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。,蛋白質(zhì),2011基因的表達(dá),資料六： 1961年，克里克和他的同事通過誘導(dǎo)T4噬菌體突變的實驗發(fā)現(xiàn)，若在T4噬菌體DNA的模板鏈中插入一個堿基，其后面的氨基酸序列完全發(fā)生變化，若插入連續(xù)的三個堿基，則其后面的氨基酸序列就不發(fā)生變化。,插入堿基,2011基因的表達(dá),密碼子,密碼子,密

7、碼子,密碼子：mRNA上決定一種氨基酸的三個相鄰堿基排列而成的三聯(lián)體。,2011基因的表達(dá),資料五：尼倫伯格把尿嘧啶核苷酸聚合成一個長鏈，即UUUUUUUU ，將此長鏈作為mRNA模板進(jìn)行細(xì)胞外蛋白質(zhì)合成，結(jié)果只能合成苯丙氨酸多肽鏈，從而知道苯丙氨酸的密碼子是UUU。不久，尼倫伯格等人用同樣方法又鑒定出AAA是賴氨酸的密碼子，CCC是脯氨酸的密碼子等等。,2011基因的表達(dá),除少數(shù)密碼子外，生物界的遺傳密碼是統(tǒng)一的。 大多數(shù)氨基酸有兩個以上的遺傳密碼。,2011基因的表達(dá),已知一段mRNA的堿基序列如下： AUG GAA GCA UAG CCC 請寫出對應(yīng)的多肽的氨基酸序列，并 推測出DNA分

8、子相應(yīng)的堿基序列。,2011基因的表達(dá),2011基因的表達(dá),tRNA,tRNA作為轉(zhuǎn)運氨基酸的工具，必須能識別兩種信息，即密碼子信息和氨基酸信息。每種tRNA只能識別轉(zhuǎn)運一種氨基酸。,反密碼子,亮氨酸,2011基因的表達(dá),核糖體由蛋白質(zhì)和rRNA組成，包括大、小兩個亞基。,2011基因的表達(dá),細(xì)胞質(zhì)中,tRNA,tRNA上的反密碼子與 mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對,2011基因的表達(dá),甲硫氨酸,細(xì)胞質(zhì)中,形成肽鍵,U A A,2011基因的表達(dá),甲硫氨酸,細(xì)胞質(zhì)中,U A A,2011基因的表達(dá),細(xì)胞質(zhì)中,2011基因的表達(dá),轉(zhuǎn)錄和翻譯,2011基因的表達(dá),轉(zhuǎn)錄,翻譯,轉(zhuǎn)錄,2011基因的表達(dá),

9、多肽鏈合成時，在一個mRNA分子上可以有若干個核糖體同時工作，增加了翻譯的效率。,思考：已知 B基因可編碼瘦素蛋白。翻譯時，一個核糖體從起始密碼子到達(dá)終止密碼子約需4秒鐘，實際上合成100個瘦素蛋白分子所需的時間約為1分鐘，其原因是什么？,A,B,2011基因的表達(dá),轉(zhuǎn)錄,翻譯,DNA模板鏈,mRNA,多肽鏈,多肽鏈形成以后，與核糖體分離，再發(fā)生一定的盤曲折疊。蛋白質(zhì)就是由多肽鏈或多肽鏈結(jié)合其他物質(zhì)形成的高分子化合物。,基因形成RNA產(chǎn)物，以及mRNA被翻譯為基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的過程，都稱為基因表達(dá)。,2011基因的表達(dá),DNA(基因),轉(zhuǎn)錄,翻譯,基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程,2011基因的表達(dá),

10、DNA的一條鏈,DNA的兩條鏈,主要在細(xì)胞核內(nèi),主要在細(xì)胞核內(nèi),RNA,DNA,核糖核苷酸,脫氧核苷酸,RNA聚合酶等,解旋酶、DNA聚合酶等,三、轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的比較,需,需,2011基因的表達(dá),DNA的一條鏈,mRNA,主要在細(xì)胞核內(nèi),細(xì)胞質(zhì)的核糖體上,RNA,具有一定氨基酸順序的多肽,核糖核苷酸,氨基酸,能量 酶 等,能量 酶 tRNA等,基因控制蛋白質(zhì)的合成過程,原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯的場所、時間與真核細(xì)胞相比，有什么不同？,2011基因的表達(dá),原核細(xì)胞基因表達(dá)的過程,原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯的場所、時間與真核細(xì)胞相比，有什么不同？,2011基因的表達(dá),下圖為原核細(xì)胞內(nèi)某一區(qū)域的基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的

11、示意圖。據(jù)圖分析正確的是,A.兩處都有大分子的生物合成，圖中DNA可以與有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)合成染色體,B.兩處都發(fā)生堿基互補(bǔ)配對，配對方式均為A和U、 G和C,C.處有DNA聚合酶參與，處沒有DNA聚合酶參與,D.處有DNA-RNA雜合雙鏈片段，處沒有DNA-RNA雜合雙鏈片段,2011基因的表達(dá),轉(zhuǎn)錄場所：,表達(dá)過程：,真核細(xì)胞和原核細(xì)胞遺傳信息表達(dá)示意圖（局部）,細(xì)胞核、線粒體、葉綠體,擬核,細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄成的mRNA經(jīng)加工后從核孔出來，與核糖體結(jié)合,邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯,問：原核細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯的場所、時間與真核細(xì)胞相比，有什么不同？,2011基因的表達(dá),基因如何控制性狀?,白化病,鐮刀型細(xì)胞貧血癥,

12、2011基因的表達(dá),從基因的角度來解釋孟德爾的圓粒與皺粒豌豆,無編碼淀粉分支酶的 正?；?r),淀粉分支酶不能正常合成,蔗糖不能合成為淀粉，蔗糖含量升高,淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮,編碼淀粉分支酶的 基因正常(R),淀粉分支酶正常合成,蔗糖合成為淀粉， 淀粉含量升高,淀粉含量高，有效保持 水分，豌豆顯得圓鼓鼓,2011基因的表達(dá),編碼血紅蛋白的 基因中一個堿基變化,血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,紅細(xì)胞成鐮刀型,容易破裂，患溶血性貧血,基因還能通過控制蛋白質(zhì)的_而_ 控制生物體的_,結(jié)構(gòu),直接,性狀,2011基因的表達(dá),控制酪氨酸酶的基因異常,酪氨酸酶不能正常合成,酪氨酸不能正常轉(zhuǎn)化為黑色素

13、,缺乏黑色素表現(xiàn)為白化病,基因通過控制_合成來控制代謝過程，進(jìn)而控 制生物體的_,酶的,性狀,2011基因的表達(dá),說出自身體內(nèi)遺傳信息的傳遞方向,2011基因的表達(dá),2011基因的表達(dá),四、中心法則及其發(fā)展,DNA,RNA,蛋白質(zhì),復(fù)制,轉(zhuǎn)錄,翻譯,逆轉(zhuǎn)錄,復(fù)制,煙草花葉病毒、HIV分別發(fā)生哪些過程？,2011基因的表達(dá),你問我答,遺傳信息 遺傳密碼 mRNA tRNA rRNA 反密碼子 基因,翻譯,轉(zhuǎn)錄,2011基因的表達(dá),轉(zhuǎn)錄,翻譯,DNA復(fù)制,轉(zhuǎn)錄,翻譯,轉(zhuǎn)錄,2011基因的表達(dá),G,mRNA,替換為U,？,肽鏈延伸方向,亮氨酸,2011基因的表達(dá),G,mRNA,替換為U,？,亮氨酸,

14、肽鏈延伸方向,2011基因的表達(dá),G,mRNA,丟失,？,亮氨酸,肽鏈延伸方向,2011基因的表達(dá),科學(xué)探索的腳步, 1953年，沃森和克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型獲諾貝爾獎。 1957年，克里克提出“中心法則”。 1960年，信使RNA被發(fā)現(xiàn)。 1965年，RNA復(fù)制酶被發(fā)現(xiàn)。 1966年，巴爾的摩和特明發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象獲諾貝爾獎。 1968年，尼倫伯格等因破譯了遺傳密碼獲諾貝爾獎。 1997年，普魯西納因發(fā)現(xiàn)朊蛋白，并其致病機(jī)理獲得諾貝爾獎。 2006年，羅杰因在真核轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)研究的貢獻(xiàn)獲諾貝爾獎 2009年，阿達(dá)約納特等三科學(xué)家因“對核糖體結(jié)構(gòu)和功能的研究”而獲獎 ,2011基因的表

15、達(dá),已知摻入多肽鏈中的氨基酸種類是由mRNA中的三聯(lián)體遺傳密碼決定的。查資料得知當(dāng)時尼倫伯格破譯的第一個遺傳密碼是UUU。若反應(yīng)體系中的Mg2+濃度高，人工合成的多聚核苷酸不需要起始密碼子就能指導(dǎo)多肽的生物合成，讀碼是隨機(jī)的。已知實驗室能夠合成各種RNA，能用一定方法檢測多肽鏈?zhǔn)欠窈铣伞?現(xiàn)提供如下材料：多聚尿嘧啶核苷酸鏈(UUUUU)；除去DNA、mRNA的細(xì)胞提取液（Mg2+濃度高）；20種氨基酸，多支試管等。 請根據(jù)上述材料，設(shè)計破譯“UUU”的實驗步驟。,2011基因的表達(dá),完成下表,C,C,G,A,G,T,G,C,T,G,G,G,U,C,A,C,G,G,G,U,G,C,U,甘氨酸,丙

16、氨酸,模板鏈,2011基因的表達(dá),多肽中氨基酸數(shù)與 mRNA、DNA中堿基數(shù)的關(guān)系,如果某細(xì)菌多肽中有 n 個氨基酸，則指導(dǎo)該 多肽鏈合成的 mRNA的堿基數(shù)目至少為 ， 控制該多肽合成的DNA(基因)中的堿基數(shù)目至少 為 。,3n,6n,2011基因的表達(dá),5、水蛭素是由65個氨基酸組成的蛋白質(zhì)，控制該蛋白質(zhì)合成的基因的堿基數(shù)至少應(yīng)是( ) A390 B195 C65 D260 14已知某蛋白質(zhì)分子由2條肽鏈組成，連接蛋白質(zhì)分子中氨基酸的肽鍵共有198個，翻譯成這個蛋白質(zhì)的mRNA中有堿基 個，基因中有堿基 對。,A,600,600,2011基因的表達(dá),思考：DNA有什么功能呢？,產(chǎn)生配子,

17、親代DNA復(fù)制,子代DNA,表現(xiàn)出相似的性狀,生長發(fā)育,遺傳信息傳遞,遺傳信息 表達(dá),DNA具有攜帶遺傳信息和表達(dá)遺傳信息的雙重功能。,遺傳信息：基因中堿基的排序,2011基因的表達(dá),課堂練習(xí),1.對一個基因的正確描述是（ ） A.是有遺傳效應(yīng)的染色體片段 B.其化學(xué)成分是堿基、核糖和磷酸 C.每個基因含有一個DNA分子 D.是決定生物性狀的基本單位 2.對大多數(shù)生物來說,“遺傳信息”是指（ ） A.基因的脫氧核苷酸排列順序 B.RNA的堿基對排列順序 C.信使RNA的核苷酸排列順序 D.蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序,D,A,2011基因的表達(dá),3.一個轉(zhuǎn)運RNA的一端堿基為CGA，此 轉(zhuǎn)運RNA運載的氨基酸是 ( ) A.精氨酸(CGA) B.絲氨酸(AGU) C.谷氨酸(GAG) D.丙氨酸(GCU) 4.一段信使RNA分子共有60個堿基，其中A有15個