基因指导蛋白质的合成课件新人教版必修

基因指导蛋白质的合成中储存的遗传信息决定了细胞内蛋白质的合成过程这个过程涉及多个步DNA骤包括转录和翻译最终将遗传信息转化为所需的功能性蛋白质理解这个过程,,对于生物学和医学研究都很重要基因结构简介基因的组成基因的长度基因的结构基因的功能基因由脱氧核糖核酸组不同生物体中基因的长度差异基因包括编码区和非编码区基因通过编码蛋白质或参与基DNA,成其中包含编码遗传信息的很大从数百个碱基对到数十编码区包含遗传信息可以指因调控直接或间接地影响生,,,,碱基序列基因通常由一系列万个碱基对不等反映了生物导蛋白质的合成非编码区调物体的各种生命活动,;连续排列的碱基对组成体的复杂程度控基因的表达双螺旋结构DNA分子采取双螺旋的结构形式两条多聚核酸链相互缠绕形成DNA,每条链由核酸碱基、脱氧核糖和磷酸根三种基本成分组成碱基对,通过氢键相连形成稳定的双螺旋结构,双螺旋结构使遗传信息得以有效传递和复制是生命活动的基DNA,础它不仅具有高度的稳定性还具有良好的伸缩性方便染色体的,,卷曲和紧缩碱基配对原则DNA腺嘌呤胸腺嘧啶鸟嘌呤胞嘧啶A T G C与胸腺嘧啶配对形成两个氢与腺嘌呤配对形成两个氢与胞嘧啶配对形成三个氢与鸟嘌呤配对形成三个氢T,A,C,G,键键键键遗传信息在中的存储DNA双螺旋结构碱基配对原则1DNA2遗传信息以双螺旋的形式碱基以腺嘌呤与胸腺DNA DNAA存储在细胞核中嘧啶、鸟嘌呤与胞嘧啶T G配对的方式存储信息C染色体上的基因密码子编码蛋白质34将遗传信息排列在染色体序列中的三个碱基密码子DNA DNA上的基因序列中规定了蛋白质的氨基酸序列基因的化学组成结构碱基配对碱基种类DNA分子由两条相互缠绕的糖磷酸骨架组碱基遵循特定的配对原则腺嘌呤分子由四种碱基构成腺嘌呤、胸腺DNA-DNA:A DNA:A成并包含四种碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶配对胸腺嘧啶鸟嘌呤配对胞嘧啶嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶这些碱,:A T,G TG C、鸟嘌呤和胞嘧啶这种特殊的这种精确的配对确保了遗传信息的正基的不同组合和排列决定了所携带的TGC C,DNA双螺旋结构为遗传信息的存储和传递奠定了确复制和传递遗传信息基础基因的转录过程模板DNA1基因的序列用作转录的模板DNA聚合酶RNA2将碱基序列转录成互补的碱基序列DNA RNA转录起始3聚合酶识别基因启动子区域开始转录RNA延伸和终止4聚合酶沿模板合成互补的分子RNA DNA mRNA基因的转录过程指的是将上的遗传信息复制成可溶性的分子的过程这一过程由聚合酶酶催化完成，涉及模板识别、转录起始、DNAmRNA RNA DNA延伸和转录终止等多个关键步骤mRNA的转录和加工RNA转录为DNA RNA通过转录过程被复制为分子携带遗传信息DNA RNA,RNA加工和编辑RNA经过剪切、帽子加工、尾巴加工等过程形成成熟的转录RNA,本核糖体识别和翻译成熟的转录本被核糖体识别和翻译为相应的蛋白质信使的结构和功能RNA单链结构三大结构域与双螺旋不同信使是一信使包含、编码区和DNA,RNARNA5UTR条单链分子具有更加灵活的结三大功能结构域共同决定,3UTR,构其生物学功能载体作用高度保守信使将中遗传信息转运信使的核苷酸序列在同一生RNA DNARNA到核糖体指导蛋白质合成是遗传物体内以及不同生物体之间具有,,信息的重要载体高度保守性核糖体的结构和功能结构组成核糖体由核糖核酸和蛋白质组成形成小核糖体和大核糖体两个亚基rRNA,翻译过程核糖体负责将信使上的遗传信息翻译成相应的蛋白质序列RNAmRNA功能作用核糖体不仅进行蛋白质合成还参与细胞内物质的运输和代谢过程,氨基酸的种类和性质氨基酸的种类氨基酸的性质氨基酸的电荷氨基酸分为种标准氨基酸包括精氨酸、氨基酸可以分为极性和非极性两种根据氨基酸还可以根据官能团的电荷分为阳离20,,组氨酸、亮氨酸等它们在蛋白质中起重要的决定极性氨基子、阴离子和无电荷三类电荷性质影响氨,side chainchemistry作用此外还有一些非标准氨基酸如半胱酸能与水形成氢键而非极性氨基酸则更容基酸在酸碱环境下的离子化状态从而影响,,,氨酸和氨基酸易参与疏水性相互作用这些性质决定了蛋蛋白质的构象和活性D-白质的结构和功能蛋白质的基本结构蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物蛋白质的基本结构可分为一级、二级、三级和四级结构一级结构是指氨基酸序列二级结构包括螺旋,α-和折叠三级结构是指空间构象四级结构是由两个或多个多肽链组成的高级结β-,,构这些结构决定了蛋白质的功能和性质蛋白质的一级结构单一多肽链氨基酸顺序蛋白质的一级结构由一个或多个这些氨基酸按特定的顺序排列构,由氨基酸链接而成的多肽链组成蛋白质独特的一级结构成化学键连结氨基酸种类氨基酸通过肽键连结形成长链决蛋白质由种标准氨基酸组成每,20,定了蛋白质的基本性质种氨基酸有不同的性质蛋白质的二级结构螺旋结构折叠结构无规则卷曲特殊二级结构α-β-螺旋是最稳定的二级结构之折叠由两条或多条链通过蛋白质的一些区域不呈现规则除了常见的螺旋和折叠α-β-β-α-β-,一由氢键稳定形成氨基酸氢键相互平行或反平行排列而的二级结构而是表现为无规蛋白质还可能形成一些特殊的,,残基呈现规则的螺旋排列赋形成这种结构为蛋白质提供则的卷曲这种结构可赋予蛋二级结构如转角、发夹,,β-β-予蛋白质刚性和稳定的三维结了更大的表面积有利于与其白质灵活性有利于与底物或等这些结构有助于蛋白质的,,,构他分子结合配体的结合功能发挥蛋白质的三级结构空间折叠构型氢键和离子键作用12蛋白质的三级结构是指肽链在空间中的具体折叠形态展现三级结构由氢键、离子键等非共价键相互作用稳定维持形,,出复杂的空间构型成独特的折叠模式区域性二级结构功能性构象34蛋白质三级结构中保留有螺旋和折叠等特有的二级结构三级结构的特异性折叠能赋予蛋白质独特的生物学功能和活αβ域性蛋白质的四级结构立体空间结构多肽链折叠多亚基组装蛋白质的四级结构是指蛋白质在空间中的立蛋白质的四级结构依赖于多肽链的折叠方许多蛋白质由两个或更多个亚基通过非共价体结构由一级、二级和三级结构组成形成式形成独特的三维构象决定了蛋白质的功键相互作用组装而成形成复杂的四级结,,,,,复杂的三维构象能和性质构翻译过程中的核糖体作用识别mRNA1核糖体能准确识别并结合到上mRNA调动tRNA2核糖体能调用所需的氨基酸分子tRNA催化肽键形成3核糖体能催化氨基酸之间的肽键的形成确保蛋白质折叠4核糖体能帮助蛋白质分子正确折叠核糖体在蛋白质合成过程中起着关键作用它能识别和结合调用所需的并在正确的位置上催化肽键的形成此外核糖体还能帮助蛋白mRNA,tRNA,,质分子折叠成正确的立体结构确保蛋白质具有正确的功能,蛋白质的翻译过程启动1信使进入核糖体与运载和氨基酸结合启动蛋白质的RNA,RNA,合成过程延长2随后运载将氨基酸逐个加到正在合成的多肽链上直至完,RNA,成全部蛋白质序列终止3当翻译过程到达终止密码子时释放因子将多肚链从核糖体上分,离完成蛋白质的合成,蛋白质的修饰和折叠蛋白质的翻译后修饰蛋白质的折叠过程蛋白质质量控制蛋白质的转运蛋白质合成完成后会通过各刚合成的蛋白质需要折叠成特细胞内有专门的机制监测蛋白修饰和折叠完成的蛋白质需要,种化学修饰来完善其结构和功定的三维结构才能发挥作用质的折叠状态及时识别和清被运输到正确的细胞区域发挥,能如磷酸化、甲基化、糖基这个过程由分子伴侣蛋白协助除不正确折叠的蛋白质维护作用这需要特殊的信号序列,,化等这些修饰可以调节蛋白完成确保蛋白质正确折叠并细胞蛋白质的正常功能和转运系统参与,质的活性、定位和生命周期避免形成错误构象蛋白质的运输和定位细胞内运输细胞间转运12蛋白质在细胞内部通过膜泡运输系统在不同细胞器间进行定蛋白质可通过细胞膜孔道或泌尿系统在细胞间进行转运向运输靶向定位翻译后修饰34蛋白质在细胞内或细胞间具有特定的定位信号能准确定位蛋白质合成后还需进行各种修饰如糖基化、磷酸化等以确,,,到目标区域定其最终结构和功能蛋白质的功能和特性化学反应物质运输蛋白质是生物体内重要的生化反应催蛋白质可以作为载体帮助小分子物质化剂参与各种化学反应的调节和控在细胞内外进行有选择性的运输,制信号传递结构支撑蛋白质参与细胞间或细胞内的信号传蛋白质是细胞骨架的重要组成部分为,递调节生命活动的各个过程细胞和组织提供机械支持和保护,蛋白质与生命活动的关系生长发育能量供给蛋白质是生长发育的关键物质参蛋白质可经过代谢转化为能量为,,与细胞分裂、组织修复等过程生命活动提供所需的动力免疫功能信号传递免疫球蛋白和白细胞等蛋白质参蛋白质可作为信号分子参与各种,与机体免疫防御抵御病原体入生理代谢过程的调控和调节,侵基因表达的调控机制双螺旋结构转录调控机制翻译调控机制DNA双螺旋结构为基因表达的调控提供了通过调控转录因子、染色质结构等因素可在翻译过程中通过调控的稳定性、DNA,,mRNA结构基础通过基因序列的排列和折叠可以以实现对基因表达的精细调控影响转录的编码序列、起始密码子等因素可以调控蛋,,,,控制基因的转录和翻译时间、空间和水平白质的合成水平和种类基因和蛋白质的关系编码转录翻译DNA基因通过序列携带生物体的遗传基因的遗传信息通过转录和翻译的过DNA信息上的基因序列决定了蛋白程被转化为蛋白质这是基因表达的DNA质的氨基酸顺序核心过程蛋白质折叠基因调控蛋白质的三维结构决定了其功能基基因的表达水平受到复杂的调控机因编码的氨基酸序列决定了蛋白质的制这些调控机制决定了细胞内蛋白最终结构质的合成水平生物体内蛋白质合成的意义维持生命活动促进生长发育12蛋白质在生物体内担当着维持蛋白质参与调节生命活动的各基本生命活动的重要角色如细个环节在生物体生长发育过程,,胞结构、酶催化、免疫防御中发挥关键作用等传递遗传信息维持代谢平衡34基因组中的通过遗传密码蛋白质参与各种代谢反应维持DNA,指导蛋白质的合成确保遗传信生物体内物质和能量的平衡确,,息的传递与表达保机体的正常运转蛋白质合成失常与疾病遗传性疾病代谢障碍基因突变导致的蛋白质合成失常蛋白质合成失调会影响代谢过程,可引发遗传性疾病如囊性纤维导致代谢性疾病如苯丙酮尿症、,,化、地中海贫血等戈谢病等神经系统疾病肿瘤发生蛋白质聚集和错误折叠会导致神蛋白质合成调控失衡与细胞癌变经退行性疾病如阿尔茨海默病、和肿瘤发生有关如某些癌基因的,,帕金森病等表达异常实验课提取和鉴定蛋白质样品制备1从生物样品中分离细胞并破碎提取可溶性蛋白质使用缓冲液,保护蛋白质的结构和性质蛋白质分离2采用层析技术如离子交换色谱、凝胶过滤等方法根据蛋白质的,性质进行分离鉴定与定量3通过电泳、印迹等方法确定蛋白质的分子SDS-PAGE Western量和表达水平结合质谱等技术精确鉴定蛋白质细胞中蛋白质的定位蛋白质合成1蛋白质在核糖体上合成蛋白质转运2蛋白质沿细胞器转运蛋白质定位3蛋白质定位于特定细胞器通过实验课程学生可以了解蛋白质在细胞中的定位过程这包括观察蛋白质合成、转运和定位于不同细胞器的情况并分析影响因素理解,,,蛋白质定位在细胞功能中的重要作用实验课蛋白质的结构分析电泳分离使用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质，根据分子量和电荷区分不同种类的蛋白质色谱分离通过亲和层析、离子交换层析或凝胶过滤层析等方法，进一步纯化感兴趣的蛋白质质谱分析利用质谱技术测定蛋白质的分子量、氨基酸序列和化学修饰，了解其结构特点X射线衍射通过X射线衍射实验测定蛋白质的三维晶体结构,揭示其精确的空间构象总结与思考通过系统地学习了基因如何指导蛋白质的合成过程我们对生命的基本奥秘有了,更深入的认知让我们回顾并思考这一基础知识对我们的未来发展意味着什么。