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4.1 基因指导蛋白质的合成
——第四章 基因的表达
问题探讨
科学家将苏云金杆菌抗虫蛋白基因(Bt抗虫蛋白基因)转入普通棉花，并且Bt抗虫蛋白基因整合到了染色体DNA上，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白，转基因棉花具有了抗虫性状。
思考：①上述过程中转入的是基因，得到的却是蛋白质，为什么？
②染色体DNA能出核孔吗？蛋白质合成在哪里进行？
③细胞核中的DNA是如何指导细胞质中的核糖体合成蛋白质的？
基因可以控制蛋白质的合成，这就是基因表达出蛋白质的过程；
染色体DNA不能出核孔； 蛋白质是在细胞质核糖体上合成的。
必然存在一种物质充当信使，将细胞核DNA上的遗传信息，传递到细胞质中，指导蛋白质的合成。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
一、为什么RNA适合做DNA的信使？
教材64、65页
1、作为信使需要具备什么条件？
①能在细胞核中产生并转移到细胞质中。
②能储存（或携带）携带遗传信息
RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。
RNA与DNA很相似，遵循“碱基互补配对原则”, 可将遗传信息传递到细胞质中。
一、为什么RNA适合做DNA的信使？
教材64、65页
构成RNA
构成DNA
2、RNA与DNA对比：
比较项目 DNA RNA
结 构
基本单位
五碳糖
含氮碱基
功能
主要存在部位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核 糖
A T C G
A U C G
通常双螺旋结构
一般单链结构
细胞核
细胞质
遗传信息的储存、传递、表达
传递
一、为什么RNA适合做DNA的信使？
教材64、65页
3、三种RNA
种类 mRNA tRNA rRNA
名称
分布
功能
结构
共同点
核糖体RNA
主要在细胞质中
主要在细胞质中
与蛋白质结合成核糖体
作为DNA的信使
识别并转运氨基酸
信使RNA
转运RNA
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
组成核糖体
单链
①基本单位相同
②都是转录产物
二、DNA是如何将遗传信息传递给RNA的？
教材65页
主要在细胞核中，通过____________以_______________为模板合成RNA的过程叫做转录。
RNA聚合酶
DNA的一条链
1、转录概念：
2、转录过程
以mRNA为例
RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对
在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上
合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复
3
3
5
5
5
RNA与模板链是反向的
④释放 ③连接 ②配对 ①解旋
→
→
→
二、DNA是如何将遗传信息传递给RNA的？
教材65页
⑴转录的定义：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿　　　　　　　　
⑵转录的场所：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿　　　　　　　　　　
⑶转录的模板：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑷转录的原料：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑸转录的条件：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑹转录时的碱基配对＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑺转录的产物：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
(8)遗传信息传递的方向＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
主要在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。
主要在细胞核
DNA分子的一条链
四种核糖核苷酸
模板、原料、能量、酶
G－C、C－G、T－A、A－U
各种RNA（如mRNA）
DNA → RNA
转录
二、DNA是如何将遗传信息传递给RNA的？
课堂练习：依据DNA转录链画出RNA链与DNA非转录链
DNA非转录链
A
T
T
C
A
G
C
A
C
T
3′
5′
DNA转录链
T
A
A
G
T
C
G
T
G
A
5′
3′
RNA链
A
U
U
C
A
G
C
A
C
U
3′
5′
转录
①RNA链与DNA转录链的碱基是互补配对的关系。
②RNA链与DNA非转录链的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非转录链上的碱基是T。
复制 转录
时间
场所
原料
模板
条件
配对原则
特点
产物
意义
有丝分裂间期和减数第一次分裂间期
生长发育过程
主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体
T—A、 G—C
T—A、G—C、A—U、C—G
边解旋边复制、半保留复制
边解旋边转录
两个双链DNA分子
一条单链RNA
将复制的遗传信息从亲代传给子代
传递遗传信息，为翻译做准备
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
DNA的两条链
DNA中的一条链
模板、原料、ATP、酶
DNA复制与转录对比分析：
巩固练习
1、构成人体的核酸有两种,构成核酸的基本单位---核苷酸有多少种 碱基有多少种 ( )
A.2种 4种 B.4种 4种
C.5种 5种 D.8种 5种
2、下列哪一组物质是RNA的组成成分( )
A.脱氧核糖核酸和磷酸 B.脱氧核糖﹑碱基和磷酸
C.核糖﹑碱基和磷酸 D.核糖﹑嘧啶和核酸
D
C
巩固练习
3、DNA分子的解旋发生在 ___ 过程中( )
A 复制 B 转录
C 翻译 D 复制和转录
4、一个DNA分子转录出多少种多少个mRNA( )
A 一种一个 B 一种多个
C 多种多个 D 无数种无数个
D
C
巩固练习
5、 mRNA上有25％的腺嘌呤，35％的尿嘧啶，则转录该mRNA的DNA分子上腺嘌呤占碱基总数的（ ）
A 50％ B 25％ C 30％ D 35％
C
6、烟草、烟草花叶病毒中，所含的核苷酸种类和碱基种类各有多少？
烟草中的核苷酸种类有8种，碱基种类有5种。
烟草花叶病毒中所含的核苷酸种类有4种，碱基种类有4种。
二、DNA是如何将遗传信息传递给RNA的？
教材65页
⑴转录的定义：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿　　　　　　　　
⑵转录的场所：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿　　　　　　　　　　
⑶转录的模板：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑷转录的原料：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑸转录的条件：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑹转录时的碱基配对＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
⑺转录的产物：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
(8)遗传信息传递的方向＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
主要在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。
主要在细胞核
DNA分子的一条链
四种核糖核苷酸
模板、原料、能量、酶
G－C、C－G、T－A、A－U
各种RNA（如mRNA）
DNA → RNA
转录
三、mRNA遗传信息如何翻译成氨基酸顺序的？
DNA转录合成mRNA后，DNA上的遗传信息就转移到mRNA上。mRNA携带遗传信息出核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的21种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质——翻译。
（1）经翻译，mRNA上的遗传信息传递到哪儿去了？
（2）上述过程为什么叫翻译？
（3）mRNA上的碱基顺序与氨基酸是如何对应的？
mRNA上的碱基顺序变成了蛋白质中氨基酸的排列顺序了。
遗传信息(碱基排列顺序)转变为氨基酸排列顺序。
（3）mRNA上碱基与氨基酸的对应关系是怎样的？
★数学归纳法：
①假设每种氨基酸分别由1个碱基、2个碱基、3个碱基决定，mRNA上的四种碱基最多能决定多少种氨基酸？
★实验法验证：
最多分别能决定：4种、42种、43种。
克里克用噬菌体为实验材料，发现相关序列增减1或2个碱基，基因指导合成的蛋白质发生重大变化而无活性。
但增减3个碱基，合成的蛋白质仍有活性。增减1或2个碱基，为什么蛋白质无活性？增减3个碱基，蛋白质为什么有活性？
当增减1或2个碱基，会导致蛋白质氨基酸排序发生发生重大变化；当增减3个碱基时，蛋白质只会增减1个氨基酸。
三、mRNA遗传信息如何翻译成氨基酸顺序的？
即每种氨基酸由3个碱基决定时，才能满足21种氨基酸的要求。
密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
三、mRNA遗传信息如何翻译成氨基酸顺序的？
碱基与氨基酸之间的对应关系：
密码子
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
①一共有多少个密码子？
②真核生物的起始密码子是哪一个？
③终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？编码氨基酸的密码子一般有多少个？
64个
AUG
3个；
一般不编码；
一般有61个
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
一种密码子决定一种氨基酸；
但一种氨基酸可以由 不同的密码子决定。
一种或多种
密码子的简并：
1、绝大多数氨基酸都有好几个密码子，这一现象称为密码的简并（性），你认为密码的简并对生物体的生存和发展有什么意义？
思考与讨论（P67）
①增强密码子容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能不会改变其对应的氨基酸（如GAU→GAC都决定天冬氨酸）。这就保证了生物遗传的相对稳定性，又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化 。
地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的。
2、几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？
②从密码子的使用频率角度，当某种氨基酸使用频率较高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
（4）氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢？
转运RNA(tRNA)
①tRNA的本质是什么？
②tRNA搬运氨基酸的种类取决于什么？
③决定氨基酸的tRNA一般有多少种？
一条局部碱基配对的RNA单链。一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，能与mRNA上的密码子互补配对，叫做反密码子。
取决于反密码子的种类
因为决定氨基酸的密码子一般有61种，所以反密码子61种，所以搬运氨基酸的tRNA一般61种。
三、mRNA遗传信息如何翻译成氨基酸顺序的？
结合氨基酸的部位
反密码子
P
OH
结合氨基酸的部位
反密码子
5
3
5
3
A
C
A
这个tRNA转运的氨基酸是？
mRNA
tRNA
☆翻译的过程
5
3
位点1
位点2
第1步
mRNA 进入细胞质,与核糖体结合。（起始）
携带甲硫氨酸(M)的tRNA（运输）,通过与碱基AUG互补配对,进入位点1。
（延伸）
5
3
位点1
位点2
（延伸）
第2步
携带某个氨基酸(H)的tRNA以同样的方式进入位点2。
5
3
位点1
位点2
（延伸）
第3步
甲硫氨酸与这个氨基酸(H)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上。
（延伸）
5
3
位点1
位点2
第4步
一个新的携带氨基酸(W)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成。
（终止、释放）
直到核糖体遇到mRNA的终止子，合成终止，肽链释放
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天门冬酰氨
A
U
G
异亮氨酸
脱水缩合
翻译过程
小结：
场所：
产物：
模板：
原料：
条件：
细胞质（核糖体）
mRNA
蛋白质
氨基酸
模板、原料、ATP、酶、tRNA
碱基互补配对：
G－C、C－G、U－A、A－U
遗传信息流动：
mRNA
蛋白质
三、mRNA遗传信息如何翻译成氨基酸顺序的？
阶段 项目 转录 翻译
定义
场所
模板
遗传信息传递的方向
原料
产物
实质
在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。
以信使RNA为模板，合成有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程
主要在细胞核
细胞质的核糖体
DNA的一条链
信使RNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
游离的4种核糖核苷酸
合成蛋白质的21种氨基酸
信使RNA
有一定氨基酸排列顺序的多肽，进一步加工为蛋白质
是遗传信息的转录
是遗传信息的表达
遗传信息 遗传密码 遗传性状
A
G
U
mRNA
A
T
A
T
A
T
DNA
DNA的碱基序列—遗传信息
mRNA的碱基序列—遗传密码
DNA碱基数：6n
mRNA碱基数：3n
氨基酸数：n
转录
翻译
蛋白质—遗传性状
DNA碱基数： mRNA碱基数 : 氨基酸数＝6：3：1
不考虑终止子等其他情况！
①通常一条mRNA上会有多个核糖体相继结合上去，同时进行多条肽链的合成意义是什么？
②图中合成的多条肽链氨基酸顺序是否相同？
③你能从图中信息推断翻译的方向吗？
同时进行多条肽链的合成，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质
多条肽链的模板是一条mRNA，所以氨基酸顺序相同。
图中翻译沿着mRNA从左往右进行，因为先合成的肽链更长。
三、mRNA遗传信息如何翻译成氨基酸顺序的？
5′
3′
1、原核生物基因转录和翻译可同时进行。
2、真核生物的核基因先转录完成后再翻译。
①核膜阻隔，核糖体无法与刚转录形成的mRNA结合
②真核生物的核基因转录后形成的mRNA一般要进行加工，然后再翻译。
拓展——高效翻译的机制
1957年克里克提出中心法则——遗传信息传递一般规律。
逆转录:以RNA为模板合成DNA
补充后的中心法则
中心法则的5个过程都遵循碱基互补配对原则。
不同生物都遵循中心法则，这对你来说有何启示？
四、中心法则
中心法则图解(虚线表示少数生物的遗传信息的流向)
逆转录:以RNA为模板合成DNA
补充后的中心法则
不同生物都遵循中心法则，这对你来说有何启示？
四、中心法则
中心法则图解(虚线表示少数生物的遗传信息的流向)
在遗传信息的流动过程中， __________是信息的载体，_ ____是信息的表达产物，而______为信息的流动提供能量，可见，生命是______________ ___的统一体。
DNA和RNA
蛋白质
ATP
物质、能量和信息
视频：从DNA到蛋白质
练习与应用（P69）
一、概念检测
1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（ ）
(2)一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。（ ）
×
×
课后习题
2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指（ ）
A.基因上3个相邻的碱基
B.DNA上3个相邻的碱基
C.tRNA上3个相邻的碱基
D.mRNA上3个相邻的碱基
D
二、拓展应用
红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。

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