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(共44张PPT)
4.1 基因指导蛋白质的形成
第四章 基因的表达
问题探讨：
哈蒙德博士召集大批科学家利用凝结在琥珀中的史前蚊子体内的恐龙血液提取出恐龙的遗传基因，将已绝迹6500万年的史前庞然大物复生，使整个努布拉岛成为恐龙的乐园，即“侏罗纪公园”。
讨论:
1.从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
2.如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，你认为主要要解决什么问题？
一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需要的全部遗传信息， 但是，从DNA到具体有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
什么是基因？基因有什么功能？
生命活动的主要承担者是什么？
肤色
眼皮单双
血型
基因控制生物性状
蛋白质
指导
合成
体现者
蛋白质的合成（核糖体）
基因
主要在细胞核中
核孔
指导
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
媒介：RNA
（信使）
DNA → RNA → 蛋白质
1.RNA的结构单位是什么？
2.RNA与DNA在化学组成上的区别有哪些？
3.RNA的种类有哪三种？
4.分析为什么RNA适于作DNA的信使？
阅读课本P64-65，回答问题：
五碳糖、碱基、结构
一、关于RNA
H
一、关于RNA
3.RNA的种类：
蛋白质
rRNA
核糖体
tRNA
mRNA
mRNA（信使RNA）
携带遗传信息，蛋白质合成的模板
rRNA（核糖体RNA）
核糖体的组成成分
tRNA（转运RNA）
识别并运载氨基酸
①与DNA结构相似，也能储存遗传信息。
一、关于RNA
4.分析为什么RNA适于作DNA的信使？
②容易通过核孔，转移到细胞质中.
总结：RNA一般是____链，而且比 DNA 短，因此能够通过_______，从________转移到________中。
单
核孔
细胞核
细胞质
DNA的遗传信息是怎样传递给mRNA的？
——转录
二、转录
1.定义：
2.过程：
场所： 模板：
原料： 能量：
酶： 产物：
原则：
在细胞核内，以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶酶的作用下，连接成一个RNA的过程。
细胞核（主要），线粒体、叶绿体、质粒
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
RNA
碱基互补配对原则
T-A A-U
细胞核
细胞质中的核糖体
转录场所
RNA聚合酶
T
C
G
A
T
C
G
A
T
T
G
C
A
A
C
G
T
A
C
A
C
G
G
T
A
A
T
T
⑴解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
只解有遗传效应片段（基因）
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
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A
A
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T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
游离的核糖核苷酸
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
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U
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G
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A
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A
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A
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5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
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C
G
G
G
A
U
C
A
A
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G
G
G
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U
U
U
U
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G
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A
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3’
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3’
转录方向
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3’
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G
G
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A
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G
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转录方向
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G
G
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G
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3’
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转录方向
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3’
C
G
G
G
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G
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3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
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G
G
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U
U
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G
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G
G
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A
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A
A
A
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A
A
T
T
A
A
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3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
（2）在RNA聚合酶的作用下，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
模板链
（3）新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成磷酸二酯键）
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
C
G
G
G
A
U
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A
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G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
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C
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T
C
G
T
T
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C
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G
G
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A
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A
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G
G
G
A
U
C
A
A
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G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
（4）合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
二、转录
解旋
RNA聚合酶——氢键断裂
配对
碱基互补配对原则
连接
RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键
释放
RNA释放到细胞质，DNA恢复双螺旋
2.过程
3.意义：
携带DNA传递的遗传信息，作为翻译的模板
DNA复制 转录
时间
场所 解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
产物
意义
细胞分裂间期
生长发育过程
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
(2017·全国卷丙·T1)下列关于真核细胞中转录的叙述,错误的是　(　 　)
A.tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
C
转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能决定蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？
翻译
1.定义：
三、翻译
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，称为遗传信息的翻译。
RNA是怎样把DNA的遗传信息翻译成蛋白质的？
碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
组成蛋白质的氨基酸：
信使RNA的碱基：
21种
4种
如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种
如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种
如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定 种
4
16
64
1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA的3个碱基决定。
三、翻译
2.密码子：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
密码子
密码子
密码子
阅读P67的密码子表，找出这三种密码子决定的氨基酸分别是什么？
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① 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 谷氨酸 谷氨酸 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 天冬氨酸 天冬氨酸 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②） 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
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① 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 谷氨酸 谷氨酸 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 天冬氨酸 天冬氨酸 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②） 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
三、翻译
2.密码子：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。
共有64种密码子
61或62种密码子决定21种氨基酸：一个密码子决定 个特定的氨基酸；有的氨基酸可能有 的密码子。
起始密码子 种( AUG甲硫氨酸; GUG缬氨酸、甲硫氨酸 )。
终止密码子 种 ( UAA; UAG; UGA 硒代半胱氨酸)
1
一个或一个以上
2
3
绝大多数的氨基酸可以对应多个密码子，这一现象叫密码子的简并性
已知一段mRNA的碱基序列是UUAUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，你能写出对应的氨基酸序列吗？
UUAUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG
密码子编码氨基酸时要从起始密码子开始到终止密码子结束
甲硫氨酸
— 谷氨酸
— 丙氨酸
— 半胱氨酸
— 脯氨酸
— 丝氨酸
— 赖氨酸
— 脯氨酸
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，形成“生产线”。游离于细胞质中的氨基酸是怎样到达核糖体的呢
搬运工——tRNA
三、翻译
3.tRNA：
C A U
氨基酸
反密码子
tRNA呈__________；一端为携带_______的部位；另一端有3个相邻的碱基，可以与mRNA配对，叫作 。
三叶草形
氨基酸
反密码子
功能：识别密码子，转运氨基酸
所携带的氨基酸是哪一种？
密码子
G U A
缬氨酸
A
C
G
U
C
A
C
U
A
C
A
C
……
……
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
当读取到mRNA上的起始密码子，翻译开始
脱水缩合，形成肽键
①
②
A
U
G
异亮氨酸
核糖体
A
G
C
精氨酸
5’
3’
遗传信息的翻译
3、翻译过程：
核糖体与mRNA的结合部位形成2个结合位点
①
②
A
G
G
U
C
A
C
G
U
C
A
C
甲硫氨酸
U
A
C
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
……
……
A
U
G
异亮氨酸
A
G
C
精氨酸
5’
3’
遗传信息的翻译
3、翻译过程：
①
②
A
G
G
U
C
A
C
G
U
C
G
U
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
A
G
C
精氨酸
……
当读取到mRNA上的终止密码子，翻译结束
……
……
A
U
G
异亮氨酸
5’
3’
遗传信息的翻译
3、翻译过程：
碳链合成后从核糖体与mRNA上脱离，盘区折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子
翻译从
mRNA的5'→3'
翻译具有方向性
三、翻译
5.多聚核糖体
在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。
（1）数量关系：通常一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
（2）意义：少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
（3）产物之间的关系：
①多个核糖体各自合成各自的链，产物是多条肽链，不是一条；
②由于模板是同一段mRNA，所以图示多个核糖体合成的肽链是相同的
真核生物
先转录，后翻译
DNA
mRNA
RNA聚合酶
边转录边翻译
原核生物
遗传信息的翻译
8、真核与原核生物转录翻译的区别
现学现练：由下图判断翻译的方向
（从左到右）
（从右到左）
项目 DNA复制 转录 翻译
场所
原料
模板
遗传信息传递方向
产物
两个双链DNA分子
肽链
RNA
细胞核（主要）
细胞核（主要）
核糖体
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
1.1957年克里克的预测：
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
（预见了遗传信息传递的一般规律）
三、中心法则
阅读以下资料，对中心法则进行补充
2.在RNA病毒中发现了RNA复制酶，能对RNA进行复制。
3.在RNA病毒中发现逆转录酶，能以RNA为模板合成DNA。
**虚线表示少数生物的遗传信息的流向
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
①_________ ②______ ③______
④__________ ⑤_______
DNA复制
转录
翻译
RNA复制
逆转录
生物种类 遗传信息的传递过程
以DNA作为遗传物质的生物 原核生物
真核生物 DNA病毒 以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒
逆转录病毒 (HIV)
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
复制
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
RNA
各种生物的遗传信息传递过程
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。
[对点练4] (2020·闵行区高一期末)新型冠状病毒(2019－nCoV)是一种RNA病毒，可以通过荧光PCR技术快速检测，该方法首先要将新型冠状病毒的核酸转换成DNA，图中表示该过程的是(　　)
B
A.① B.② C.③ D.④
2.(2021·山东菏泽期中)下列关于图中①②两种分子的说法正确的是(　　)
A
A.①为DNA，在正常情况下复制后形成两个相同的DNA
B.②为tRNA，一种tRNA可携带不同的氨基酸
C.遗传信息位于①上，密码子位于②上
D.①和②共有的碱基是A、C、G、T
4.(2021·湖北仙桃期末)如图表示真核细胞的翻译过程，下列有关叙述错误的是(　　)
B
A.核糖体由rRNA和蛋白质组成
B.异亮氨酸的密码子是UAG
C.翻译时，核糖体沿着②向右移动
D.一个mRNA分子可结合多个核糖体
[典例4] (2021·浙南名校联盟期末)某病毒的遗传物质是单链RNA(－RNA)，宿主细胞内病毒的增殖过程如图，－RNA和＋RNA的碱基序列是互补的。下列叙述正确的是(　　)
C
A.－RNA和＋RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板
B.据图推测，只有－RNA上有RNA聚合酶的结合位点
C.过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同
D.过程②需要的tRNA来自病毒，原料及场所都由宿主细胞提供

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