生物信息的传递[1]
分子生物学第四章生物信息的传递下
实验5: 多聚三核苷酸为模板时也可能只合 成2种多肽：
5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’ 或5’…UAG UAG UAG UAG UAG…3’ 或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共 培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且 可溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的 产物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程 的酶称为氨基酰合成酶。
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、 UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应 液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的 AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖 体或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这 样可把已结合与未结合的AA-tRNA分开。
受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和 3’端末配对的3-4个碱基所组成（CCA），最 后一个碱基—OH可以被氨酰化。
TφC臂是根据3个核苷酸命名的，其φ表示拟 尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。
反密码子臂是根据位于套索中央的三联Fra bibliotek密 码子命名的。
D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil） 命名的。
由于第二种读码方式产生的密码子UAG是 终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生 GUA（Val）或AGU（Ser）。
实验6: 以随机多聚物指导多肽合成。
北师大版高中高一生物必修1《遗传信息的传递》评课稿
北师大版高中高一生物必修1《遗传信息的传递》评课稿一、引言《遗传信息的传递》是北师大版高中高一生物必修1的一章内容。
本章主要介绍了遗传信息在生物体内的传递方式，包括DNA的复制、RNA的合成以及蛋白质的合成过程。
通过学习本章，学生能够理解遗传信息的传递机制，了解基因的功能和特性，培养科学的思维方式和解决问题的能力。
二、教材内容梳理2.1 DNA的结构和功能本节主要介绍DNA的组成结构和功能。
DNA通过两条互补的链以双螺旋的形式存在，包含了生物体遗传信息的全部。
DNA的结构中包含四种碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
这些碱基的排列顺序决定了生物体的遗传特性。
2.2 DNA的复制本节主要介绍DNA的复制过程。
DNA复制是指在细胞分裂前，DNA分子自我复制生成两个完全一样的分子。
复制过程中，DNA链分离，然后依靠模板链合成新的互补链，最后形成两个完全相同的DNA分子。
DNA复制是生物体的细胞分裂和遗传信息传递的基础。
2.3 RNA的合成与功能本节主要介绍RNA的合成和功能。
RNA是生物体中介导遗传信息传递的一种核酸。
RNA的主要功能是将DNA的遗传信息转录成RNA，然后通过翻译过程生成蛋白质。
RNA的合成过程包括三个步骤：转录起始、转录过程和转录终止。
2.4 蛋白质的合成本节主要介绍蛋白质的合成过程。
蛋白质合成是遗传信息传递的最终过程。
在合成过程中，mRNA被翻译成多肽链，然后通过折叠和修饰形成完整的蛋白质。
蛋白质是生物体的重要组成部分，对生命活动起着关键作用。
三、教学设计3.1 教学目标本节主要介绍了教学设计的目标和要求。
通过本节内容的学习，学生应能够了解DNA的结构和功能，掌握DNA的复制过程，理解RNA的合成和功能，了解蛋白质的合成过程，并能够将所学知识运用到实际问题中。
3.2 教学重点本节主要介绍了教学的重点。
教学重点包括DNA的结构和功能，DNA的复制过程，RNA的合成和功能，以及蛋白质的合成过程。
第3章 生物信息的传递(上)-转录
1. 增强子的定义
增强子(Enhancer)：
位于离转录起始点较远的位置上，具
有参与激活和增强转录起始功能的序列元
件。
2. 增强子的位置
Transcription is controlled by a promoter and enhancer
3. 增强子的作用特点
① 远距离效应
② 无方向性
③ 顺式调节
Lac启动子的-10区和-35区
3.3.2 启动子区的识别
一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱基 对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。 因此启动子功能既受DNA序列影响，又受其构 象影响。
应用：同一表达盒在基因组不同位置可 能有不同的转录强度。
3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合
◆全酶识别启动子形成闭合二元复合物 ◆解链区开链形成开放二元复合物
Catalytic site resumes elongation
3.1.4 转录终止
当RNA链延伸到转录终止位点时，
RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键， RNA-DNA杂合链分离，转录泡瓦解， DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和 RNA链都被从模板上释放出来。
3.2 转录机器的主要成分
3.2.1 RNA聚合酶 3.2.2 转录复合物
RNA聚合酶在起始阶段的尺寸改变
3.3 启动子与转录起始
3.3.1 启动子区的基本结构 3.3.2 启动子区的识别
3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合
3.3.4 -10区与-35区的最佳间距
3.3.5 增强子及其功能
3.3.6 真核生物启动子对转录的影响
3.3.7 转录的抑制
3.3.1 启动子区的基本结构
生物信息的传递--从RNA到蛋白质
（2） P位点：肽酰基－tRNA位点
❖大部分在小亚基内 ，小部分在大亚基内 16SrRNA的3‘末端 ❖L2、L27及L14 、L18、L24 、L33 ❖能够与起始tRNA（Pro中 fMet-tRNAf）相结合
（3）A位点：氨酰基-tRNA位点
❖在大亚基上 ❖ A位点内mRNA表面只对特定的aa—tRNA分子表 现出特异性。
G → C/U （Py） U＊（经过修饰） → G/A（Pu）
起 始
Ile
Arg
End of section 1
第二节 基本元件
一、核糖体及rRNA的结构
❖翻译场所，含大小亚基； ❖Prok中转录与翻译偶联， 多聚核糖体； ❖Euk中多与细胞骨架和内 质网膜结合。
图示尺寸比较显示核糖 体足以结合tRNA和mRNA
1、 核糖体的结构
有注
2、核糖体的装配
3、核糖体的活性位点
❖根据功能将核糖体上的活性部位分为两类
➢翻译区域 7个活性位点 占2/3 ➢逐出位点 2个位点（多肽的逐出）占1/3
膜
E2 位点
(1)mRNA结合位点
❖位于小亚基的头部； ❖S1 （防止mRNA链内碱基对的形成） ❖16S rRNA 3’端
主要内容
第一节 遗传密码 第二节 基本元件 第三节 肽链的合成 第四节 蛋白质前体的加工与转运机制
❖基因表达的第二步；
前言
❖tRNA，rRNA和mRNA共同参与；
❖tRNA起“译员”的作用；
❖tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体；
❖tRNA通过其自身的反密码子识别密码子；
❖（三联体）密码子有自身的特性 ➢连续性(不重叠性，无标点性)
❖Crick 1961 提出， 又称 “变偶假说”
人教版2019高中生物选择性必修2 生态系统的信息传递
7.生态系统中信息传递与物质循环和能量流动的关系
生态系统的结构
功能
非生物的物质和能量 分解者
循环 物质循环
(动力) (载体)
单向 递减
能量流动
(调节)
复杂 信息传递
双向
生产者
消费者
本模型来自国家课程中心
生态系统是通过物质流、能量流 和信息流形成的统一整体。
二.信息传递在生态系统中的作用
思考·讨论 生态系统中信息传递的重要性
(2)鸟类或其他动物报警，若通过声音(尖叫)则属于物理信息，若通过特殊的动作(突然飞 起)则属于行为信息。
(3)涉及声音、颜色、植物形状、磁场、温度、湿度这些信号，通过动物的皮肤、耳朵、眼 或植物的光敏色素、叶、芽等感觉，则判断为物理信息。
(4)若涉及化学物质的挥发性这一特点则判断为化学信息。
4.思考
阅读P12：科学家的故事，了解蝗灾的治理
物理信息
生 态
信息的种类
化学信息
系
行为信息
统 的 信 息
信息传递的 作用
保证生命活动的正常进行 保证种群的繁衍 调节种间关系，维持生态系统的稳定
传 递
信息传递在农业 生产中的应用
提高农畜产品的产量
对有害动物进行控制
思考·讨论 生态系统中信息传递的重要性
3.资料4中的化学物质能够将几种生物类群联系起来？ 将烟草、蛾和蛾幼虫的天敌三种生物联系起来。 4.烟草释放的化学物质，在白天与夜间是否都使它本身受益？ 是 5.请根据这些资料，总结信息传递对于生物生存的重要性。 信息传递对生物个体生命活动的正常进行和种群的繁衍都具有重要意义。
(1)概念: 动物的特殊行为，主要指各种动作，这些动作也能够向同种或 异种生物传递某种信息，即动物的行为特征可以体现为行为信息。 (2)来源: 动物的特殊行为。 (3)实例: 蜜蜂跳舞、孔雀开屏、鸟类的“求偶炫耀”等。
生物信息的传递 Transcription——从DNA到RNA
RNA聚合 酶Ⅱ
RNA聚合 酶Ⅲ
位置 核仁 核质 核质
转录产物 rRNA hnRNA
相对活 性
5070%
2040%
对α-鹅膏蕈碱的 敏感性 不敏感
敏感
tRNA 约10% 存在物种特异性
RNA聚合酶Ⅰ的活性最显著。位于核仁中，负 责转录rRNA基因(rDNA)，细胞内绝大部分是rRNA。 其活性不被α-鹅膏蕈碱所抑制。
• rRNA (ribosomal RNA）：直接参与核 糖体中蛋白质的合成。
Contents
● 基本概念 ● 转录起始：RNA聚合酶、启动子 ● 转录的基本过程 ● 转录后加工 ● 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 ● RNA合成与DNA合成异同点
思考题？
一、基本概念与基本特征
转录(transcription) ： 基因转录是在细胞核内进行的。它是指以 DNA的一条链为模板，按照碱基互补配 对原则，合成RNA的过程。
与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。
大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区
T85T83G81A61C69A52
T89A89T50A65A50T96
典型启动子的结构
-35
-10 转录起点
TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp
原核生物亦有少数启动子缺乏这两个序列 （-35和-10)之一。在这种情况下，RNA聚合 酶往往不能单独识别这种启动子，而需要有辅 助蛋白质的帮助。
抑制作用 与β亚基结合，阻止起始 与β亚基结合，阻止延长 与DNA结合，阻止延长
与RNA聚合酶Ⅱ结合
（二） 启动子(promoter)
启动子：指能被RNA聚合酶识别、结合并启 动基因转录的一段DNA序列。
生物信息的传递
生物信息的传递(上)—从DNA到RNA基因表达：是基因经过转录、翻译、产生有生物活性的蛋白质的整个过程。
转录(transcription)：以DNA为模板，按照碱基互补原则合成一条单链RNA，从而将DNA 中的遗传信息转移到RNA中去的过程称为转录。
编码链(coding strand)=有意义链模板链(template strand)=反义链不对称转录(asymmetric transcription)：转录仅发生在DNA的一条链上。
启动子(promoter)：是DNA转录起始信号的一段序列，它能指导全酶与模板正确的结合，并活化酶使之具有起始特异性转录形式。
终止子(terminator)：转录终止的信号，其作用是在DNA模板特异位置处终止RNA的合成。
转录单位：DNA链上从启动子直到终止子为止的长度称为一个转录单位。
3.1 RNA的转录转录的基本过程都包括：模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。
1、模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。
转录起始前，启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。
2、转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。
3、转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。
4、RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。
5、当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA 杂合物分离，这就是转录的终止。
3.1.1 转录的基本过程RNA合成的基本特点：1.底物是：ATP、GTP、CTP、UTP2.在聚合酶作用下形成磷酸酯键3.RNA的碱基顺序由DNA的顺序决定4.仅以一条DNA链作为模板5.合成方向为5’→3’6.合成中不需要引物3.1.2 转录机器的主要成分原核生物RNA聚合酶：亚基基因相对分子量亚基数组分功能αrpoA 3.65×10 4 2 核心酶核心酶组装，启动子识别βrpoB 1.51×10 5 1 核心酶β和β’共同形成RNA合成的活性中心β’rpoC 1.55×10 5 1 核心酶？11×10 4 1 核心酶未知σrpoD 7.0×10 4 1 σ因子存在多种σ因子，用于识别不同的启动子1、RNA聚合酶大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌RNA聚合酶由2个α亚基、一个β亚基、一个β’亚基和一个ω亚基组成，称为核心酶。
高中生物学中的信息传递举例
换 成为 电能 。
Ｎ端信号序列露 出核糖体后 ， 靠 自由碰撞与内质网膜 接触 ，然后靠 Ｎ端信号序列的疏水性插入 内质网的 膜； ③ 蛋白质继续合成 ， 并以袢环形式穿过 内质 网的 膜； ④ 如果合成的是分泌蛋 白， 除了信号被信号肽酶 切除外 ， 全部进入 内质网的腔 ； 若是膜蛋 白， 则由一个 或 多个 停止 转移 信号将 蛋 白质锚 定在 内质 网膜 上 。 之 后信号假说得到了许多实验的支持 。在核糖体上 ， 以
的个体之间是通过信息激素来通讯的， 它能调节诱导 同种个体的特殊行为。昆虫 的信息激素一般有 ： 性外
激素、 追踪激素、 聚集激素和告警激素。 性外激素的作 用是引诱异性个体的交尾 ， 如雌蛾 的性外激素 ， 在空 气流动时， 可分布到几百米甚至几千米远的空间。一 只雌蛾平均含有 ０ ～ｍ ｇ 的性外激素 ， 在１ ｋ ｍ外的雄 蛾对稀释 １ ０ ０ ０ ０个 分 子 的性 外 激 素 就 会 引起 反 应 ， 它们所嗅到的分子数只有几百个甚至更少。 性外激素
的电子 ， 经过一系列的传递 ， 最后传递给一种带正 电 荷的 Ｎ Ａ Ｄ Ｐ 。失去电子 的叶绿素 ａ 变成一种强氧化 剂， 从水 中夺得电子 ， 使水分子氧化成为 Ｏ 和Ｈ ＋ ， 叶 绿素 ａ 由于获得 电子而恢复了稳定。 因此在光的照射 下， 少数处 于特殊状态的叶绿素 ａ ， 连续不断地 丢失
子。 通过信息传递 ， 催促生物体顺利实现生命活动 ， 使 生命个体 、 群体及生命 系统处于相对稳定 的状态。 １ 细胞 内的信 息传 递
１ ． １ 以分 泌蛋 白为递 质
动物细胞和植物细胞都具有分泌某些化学物质 的能力。分泌 出的化学物质有 的是结构蛋 白质 ， 有的 是功能蛋 白质 。属于功能蛋 白质的如细胞外酶、 某些 蛋 白质类激素等 ； 属于结构蛋 白质如生长因子 、 血清 蛋白和细胞外基质蛋白等。 １ ９ ７ ５年 ， Ｂ ｌ ｏ ｂ ｅ ｌ 和Ｄ ｏ ｂ ｂ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ 根据对 信号作用 的研究 ， 正式提 出了信号假说 ， 其要点是 ： ① 分泌蛋 白的合成始于细胞质中的游离的核糖体 ；② 合成的
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•腺苷酸交换蛋 白
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•GTAase激活蛋 白
生物信息的传递[1]
真核生物蛋白质合成的特点
n 起始阶段
（1）在核内合成mRNA前体，加工并与多种蛋 白质结合成核蛋白颗粒，转入胞浆。起始时其 二级结构需要松解，并放出多余的蛋白质。
n 4、fmet-tRNA的结合：
fMet-tRNA进入小亚基的P位, 反密码子与mRNA起始密码子配对;
n 5、大亚基结合
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生物信息的传递[1]
n 6. 延伸
Step 1：进位 (注册) (1) 一个新的氨酰tRNA结合到核糖体的A位 (2) 校对（proofreading）:如错误的氨酰 tRNA进入了A位 （反密码子与密码子不能很好配对），可进行校正.
(2) 接着释放因子和tRNA从核糖体解离
(3) 最后，核糖体与mRNA解离，核糖体大小亚基解离
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生物信息的传递[1]
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生物信息的传递[1]
多聚核糖体（polyribosome)
n 在一条mRNA链上常结合有多个核糖体，呈串珠状排 列，同时进行多肽链的合成。
n 每个独立的核糖体都能合成一条完整的多肽链，因此 从同一模板上同时能合成多条多肽链。可提高mRNA 的利用率和蛋白质生物合成的速度。
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生物信息的传递[1]
•mRN A
•mRN A
•mRN A
•5′ •AUCGACCUGAGC •3′
•4
•20 •(×)
•5′ •AUCGACCUGAGC •3′
•42=16
•20 •(×)
•5′ •AUCGACCUGAGC •3′
•43=64
•20 •(√)
•mRN •5‘ •UUUUUUUUUUUU •3‘
A•多肽 •N •Phe-Phe-Phe-Phe
•C
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三联体密码（triplet code)
生物信息的传递[1]
tRNA
反密码子碱基
I
UG
mRNA 密码子碱基
A,C,U A,G C ,U
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1. 密码子的第三位 / 反密码子的第一位; 2. G = U; 3. G X I; 4. I 只出现在反密码子上; 5. 书写规则 5’3’
Step 2：转肽 大亚基的23S rRNA, 肽基转移酶, 形成肽键
Step 3：移位
n mRNA与肽基tRNA（peptidyl-tRNA）移动1个密码子的距离， 使肽基tRNA进入P位，而原在P位的tRNA离开核糖体
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生物信息的传递[1]
n 7. 终止
(1) 翻译到达终止密码子后，释放因子及GTP结合到核糖体的相应位 点，促使肽链与tRNA的连结断开
n met-tRNAemet;携带延长中的肽链上的蛋氨酸(真核生物）
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生物信息的传递[1]
•tRNA的二级结构 和三级结构
•三叶草型 •倒 L 型
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生物信息的传递[1]
氨基酰-tRNA合成酶
n 既能识别特定的氨基酸，又能识别转运该氨基酸的tRNA。
n 氨酰tRNA合成酶的专一性很高，共有20种，每一种只用于单一种氨 基酸与相应tRNA的结合 (氨基酸专一, tRNA有多个).
n 2. 核糖体解离
n 翻译起始复合物首先是在核糖体小亚基上组装起来 n 每一次翻译后，核糖体的大小亚基必须解离，以让新的翻
译起始复合物形成 n 核糖体解离需要起始因子（initiation factors，IF）的协助
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生物信息的传递[1]
n 3. mRNA与小亚基结合:
AUG上游8~13个碱基处存在SD序列能与小亚基中16S rRNA 3` 端序列互补。
生物信息的传递
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2020/11/26
生物信息的传递[1]
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生物信息的传递[1]
蛋白翻译通论
n 一.合成过程
n 1. 翻译的起始----2. 肽链的延伸----3. 肽链的终止及释放
n 二. 蛋白质生物合成体系
n
1、mRNA; 2、核糖体; 3、氨基酸; 4、 tRNA; 5、氨基酰-
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生物信息的传递[1]
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生物信息的传递[1]
GTPase与翻译
n IF-2、EF-Tu、EF-G、RF3等因子都需 要与GTP结合，并通过GTP水解而发挥 作用
n 它们是G蛋白（G proteins），具有内在 的GTPase活性
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生物信息的传递[1]
Generalized G protein cycle
•合计: 70s 80生s物信息的传递[1]
tRNA：接合器
n 一种tRNA只能与一种氨基酸结合，一种氨基酸可与几种 tRNA结合。(tRNA数目>20)
n 结合位点为：3`端CCA-OH。
n Ala-tRNAala;
n 起始tRNA fmet-tRNAfmet： (原核生物） Met-tRNAimet 起始tRNA (真核生物）
tRNA 合成酶; 6.起始因子、延长因子和终止因子
n 三.氨基酸的活化与搬运
n
AA-tRNA
n 四. 蛋白质前体的加工, 折叠
n 五. 蛋白的定向转运
n 六. 蛋白的降解
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生物信息的传递[1]
密码子的特点
n 遗UG, (原核中也用GUG))和终止密码(UAA,UAG,UGA) n 简并性 n 摆动性 n 通用性 n 偏好性
•密码子与反密码子配对的摆动现象
生物信息的传递[1]
n 密码子: GCA, AUG, CGU n 反密码子: GCA, AUG, CGU , I AC
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生物信息的传递[1]
核糖体
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•
原核 真
核
•小亚基 30s 40s
•大亚基 50s 60s
•----------------------------
n 氨基酸+ATP+tRNA 氨基酰-tRNA +AMP +PPi
n 氨基酰-tRNA合成酶可发挥较对功能，使误载的氨基酰-tRNA从tRNA 上释下，保证遗传信息翻译的准确性。
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生物信息的传递[1]
原核生物的蛋白翻译
n 1. tRNA装载
在氨酰tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）的作用下，使 氨基酸连接到tRNA 3’端的腺苷酸上，形成氨酰tRNA (fmet-tRNA)