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(共38张PPT)
第三节 遗传信息控制生物的性状
第二章 遗传的分子基础
第1课时
电影《永不消逝的电波》讲述地下工作者在战斗中破译敌特的电报密码，获取了重要信息，使敌特遭受沉重打击。电报是19世纪30年代发展起来的通信技术，电报密码被用来替代文字或数字远距离传送信息。科学家在破译遗传密码的过程中是不是借鉴了电报编码的思路呢？
课前引入
积极思维
谁引领了遗传密码的破译？
实验证据
1961年克里克实验 课本p70
实验材料：T4噬菌体
实验过程：增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。
支持遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。
实验结果：
①增加或删除1个/2个碱基,无法正常产生蛋白质；
②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。
实验结论：
积极思维
谁引领了遗传密码的破译？
思考：
分析 克里克研究团队引领了遗传密码的破译工作。他们解决了哪些问题，还有哪些问题没有解决？
在克里克进行遗传密码破译工作的同时，其他许多科学家也在开展遗传密码研究。很快，遗传密码就被破译了。这样，DNA分子指导蛋白质合成的全过程也就清楚了。
细胞质
细胞核
DNA(2nm)
(遗传信息)
核孔0.9nm
核糖体
（蛋白质合成场所）

RNA
思考：基因主要存在哪里？蛋白质在哪里合成的？
信使
皇帝不出宫
DNA
核糖体
地方官员
核糖核苷酸
1.RNA的组成
C、H、O、N、P
基本单位：
核糖核苷酸
5’
1’
2’
3’
4’
元素组成：
一般为单链:
RNA的结构单位是什么？由哪些成分组成？
A(腺嘌呤）
U(尿嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鸟嘌呤)
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
功能
结构
示意图
识别并转运氨基酸
组成核糖体
单链
局部形成氢键，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
核糖体RNA(rRNA）
遗传信息传递的媒介蛋白质合成的模板
少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质
→蛋白质合成的“三剑客”
RNA的种类有哪三种？分别有什么样的功能？
种 类 DNA RNA
组 成 成 分 碱基
磷酸 五碳糖
全 称
基本组成单位
空间结构
分布（真核细胞）
特有：T
特有：U
共有： A、G、C
都有磷酸
脱氧核糖
核糖
脱氧核糖核酸
核糖核酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
多为规则双螺旋结构
多为单链
细胞核（主要）
线粒体、叶绿体
细胞质（主要）
RNA与DNA在化学组成和结构上的异同？
RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，碱基的排列顺序也能储存遗传信息。
RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以U与A配对。
RNA为什么适合作DNA的信使？
思考：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
转录
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
A
T
C
A
T
G
A
C
G
A
G
C
T
T
C
A
A
3'
5'
……
……
DNA上的遗传信息
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
RNA
5'
过程如何呢
遗传信息的转录
结合教材59页的文字，和图2-3-3探究下列问题。
转录的概念？
1
转录的场所？
2
转录的模板
3
转录的原料
4
转录的酶
5
转录的碱基配对方式
6
转录的产物？
7
转录的过程？
8
游离的核糖核苷酸
U
A
A
A
U
U
C
G
C
A
G
C
G
U
G
C
G
C
T
T
T
G
C
G
T
C
C
3’
5’
5’
3’
5’
3’
（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键）
1. 解旋
RNA聚合酶使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聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
2. 配对
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
3. 连接
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
4. 释放
遗传信息的转录的过程
真核生物：
原核生物：拟核、细胞质（质粒）
通过 以DNA的 为模板合成 的过程。
概念
场所
细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
产物
mRNA、rRNA、tRNA等
RNA聚合酶
一条链
RNA
病毒：宿主细胞内
遗传信息的转录
条件
原料：
模板：
能量：
酶：
RNA聚合酶（能解旋+聚合）
DNA的一条链的某片段
4种游离的核糖核苷酸
由ATP提供
特点
边解旋边转录
遗传信息的流动方向
DNA→mRNA
子链合成方向
5′ 端到3′端
遗传信息的转录
1.转录成的RNA的碱基序列与DNA的两条单链的碱基序列各有哪些异同？
RNA
DNA
2.转录与DNA复制有哪些共同之处？这对保证遗传信息的传递有什么意义？
转录与DNA复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。
模板链
非模板链
互补
配对
T换为U
碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
遗传信息的转录
看图回答下列问题：
A
T
C
G
A
G
C
G
A
G
T
C
T
T
C
G
T
C
A
A
T
C
G
A
T
G
A
C
A
T
C
G
G
C
DNA
U
C
G
C
U
A
G
C
mRNA
mRNA
基因1
基因2
a链
b链
部分解旋
不能，转录只能以基因的一条链为模板
不一定相同
不是，转录是以基因为单位进行
（2） 一个基因的两条链都能转录吗？
（3）不同基因的模板链是否相同？
（1）转录过程是对整个DNA分子进行转录吗？
遗传信息的转录
DNA复制 转录
时间
场所 解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
细胞分裂 间期
生长发育过程
先后 完全解旋
只解有遗传效应片段（基因）
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链为模板
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
2个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上,为后续翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
DNA复制和转录的比较
1961年蛋白质的体外合成实验
科学家：尼伦伯格、马太
实验技术：蛋白质的体外合成技术
实验过程：①在每个试管中分别加入1种氨基酸；
②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；
加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
RNA
3个碱基是如何与1个氨基酸对应的呢？如UUU对应哪种氨基酸？
实验结果：
③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
除去了DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
遗传密码是怎样被破译的？
积极思维
密码子
(1)定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(2)认读：
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
(2)位置：
mRNA上
DNA复制和转录的比较
遗传信息的翻译
密码子
(1)定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(2)认读：
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
(2)位置：
mRNA上
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 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U
C
A
G
密码子与氨基酸的关系：
①1种氨基酸可能由 . 种密码子决定（也叫密码子的简并性）。
②1种密码子只能决定______
氨基酸。
1种或几种
1种
遗传信息的翻译
G
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
C
G
A
C
C
G
A
C
G
A
错误mRNA
天冬氨酸
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸
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？
地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。说明所有生物可能有共同的祖先
通用性：
增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；
1.绝大多数氨基酸都有几个密码子，密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
分析密码子的特点
基因
信使物质
蛋白质的合成
转录
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
“搬运工”
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”。
形态
RNA单链经折叠（形成氢键），形成三叶草结构
功能
识别并转运特定的氨基酸
3'
5'
结合氨基酸的部位
U
G
A
反密码子
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
氨基酸与tRNA是否是一一对应的关系呢？
每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸；而一种氨基酸可由__________种tRNA转运；
一
一或多
遗传信息的翻译——tRNA（转运RNA）
位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
总结比较：遗传信息、密码子、反密码子的比较
DNA
碱基的排列顺序
直接决定mRNA中碱基排列顺序间接决定氨基酸排列顺序
mRNA
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
直接决定氨基酸排列顺序
tRNA
tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
识别密码子
翻译的过程
1.翻译的场所在哪？其产物是什么？
2.阐述翻译的具体过程，该过程中需要的条件有哪些？
3.遗传信息的流动方向？
观看视频，结合课本68页的文字和图4-7思考并回答以下问题。
起始密码子
mRNA进入细胞质，与 结合；携带 的tRNA通过与mRNA上的碱基AUG互补配对进入 。
翻译的过程
核糖体移动方向
E
1
2
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
M
核糖体
核糖体
甲硫氨酸
位点1
遗传信息的翻译
第1步：
起始
E
1
2
甲
携带 的tRNA以同样的方法进入 。
通过脱水缩合形成 ，甲硫氨酸被转移到 上。
H
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
某个氨基酸
位点2
肽键
位点2的tRNA
翻译的过程
第2步：进位
第3步：缩合
翻译的过程
E
1
2
沿 移动，读取下一个密码子，原占位点1的_______离开核糖体，原位点2的tRNA进入 ，一个新的携带氨基酸的tRNA进入 ，继续肽链的合成。
精
色
半
半
甲
组
5’
3’
5’
3’
5’
3’
脯
5’
3’
5’
3’
5’
3’
核糖体移动方向
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
核糖体
mRNA
tRNA
位点1
位点2
翻译的过程
第4步：
移位
翻译的过程
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
肽链合成后，从 上脱离， 成具有特定
的蛋白质分子。
核糖体
盘曲折叠
空间结构和功能
翻译的过程
终止
翻译的过程
①由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
②这样合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同。因为是以同一个mRNA为模板翻译出来的。
1.看图回答问题：
一个mRNA分子结合______核糖体，可以同时合成______肽链。
目的意义：
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
多个
多条
遗传信息的翻译
真核生物
先转录，后翻译
（转录和翻译的场所不同）
边转录边翻译
（无核膜，转录和翻译都在细胞质）
原核生物
2．请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。
遗传信息的翻译
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所）
细胞核（主要场所）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
21种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
遗传信息的翻译
概念：
场所：
条件：
产物：
原则：
游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
核糖体
模板：
原料：
能量：
工具：
多种酶
具有一定氨基酸序列的蛋白质（肽链）
碱基互补配对（A-U，U-A，C-G，G-C）
遗传信息传递的方向：
RNA→蛋白质
mRNA
21种氨基酸
ATP
tRNA
课堂小结
随堂小测
1.合成一条含1000个氨基酸的多肽链，需要转运RNA的个数，信使RNA上的碱基个数和双链DNA上的碱基对数至少依次是（不考虑终止密码子）( )
A.1000、3000和6000 B.1000、3000和3000 C.300、300和3000 D.1000、3000和1500
2.某信使RNA上有一密码子是CGA，则转运RNA上与其互补配对的三个碱基是( )
A.GCT B.GCU C.CGT D.CGU
1.答案：B
解析：含1000个氨基酸的多肽链，需要1000个转运RNA来运输，信使RNA上每3个碱基决定一个氨基酸，因此信使RNA上碱基个数至少为3000个，DNA为双链，碱基对数至少为3000对，ACD错误，B正确。
故选B。
2.答案：B
解析：某信使RNA上有一密码子是CGA,根据碱基互补配对原则,转运RNA上与其互补配对的三个碱基是GCU。
3.基因通过控制蛋白质的生物合成而使基因的遗传信息得以表达，从而实现基因对生物性状的控制。如图为真核细胞中正在发生的生理过程，下列叙述正确的是( )
A.图示表示翻译过程
B.①是DNA聚合酶
C.②是模板链
D.图中①正在从右往左移动
答案：C
解析：A、图示表示转录过程，A错误；
B、①是RNA聚合酶，B错误；
C、据图可知，合成的RNA链与②链进行碱基互补配对，故②是模板链，C正确；
D、RNA的合成方向为5'到3'，故图中①正在从左往右移动，D错误。
故选C。
随堂小测
4.关于真核细胞中转录的过程，下列叙述错误的是( )
A.不同细胞中可能会形成同种RNA
B.转录过程中，核糖核苷酸与DNA的碱基可以通过氢键相结合
C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D.转录的产物不都作为翻译的模板
答案：C
解析：A、不同细胞中可能会形成同种RNA，合成相同的蛋白质，A正确；B、转录时，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合，B正确；C、细胞中的RNA合成过程也会在细胞核外发生，如线粒体、叶绿体中，C错误；D、转录的产物有tRNA、rRNA和mRNA，只有mRNA作为翻译的模板，D正确。故选C。
随堂小测
感谢观看
汇报人

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