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(共40张PPT)
生 物 学
（新苏教版）
必修2 遗传与进化
第二章 遗传的分子基础
第3节 遗传信息控制生物的性状
第一课时 DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成
果蝇某X染色体上基因的示意图
2、一条染色体上有许多个基因
1、基因在染色体上呈线性排列
温故知新
基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，可独立起作用，从而获得某种性状（具有遗传效应）。
水母这一荧光性状为什么能在小鼠身上表现？
基因 控制 性状
指导
合成
蛋白质
体现者
基因通过指导蛋白质合成来控制性状，这一过程称为基因的表达
水母这一荧光性状为什么能在小鼠身上表现？
资料3:人类基因组计划测定的是24条染色体（22条染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有1个DNA分子（复制后每条染色体上有2个DNA分子）。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
分析基因与DNA的关系
基因是DNA的片段，DNA中存在大量的非基因片段。基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。基因能控制生物性状，基因具有遗传效应。它可以独立起作用。
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
基因通常是具有遗传效应（功能）的DNA片段。
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是
DNA的主要载体
每个染色体上有1个或2个DNA分子
基因通常是有
遗传效应的DNA片断
每个DNA分子
上有许多基因
基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息
每个基因由许多
脱氧核苷酸组成
DNA是
主要的遗传物质
基因、DNA与染色体的关系
每分子脱氧核苷酸由一分子磷酸，一分子脱氧核糖一分子碱基组成
思考一：位于细胞核的基因如何控制细胞质核糖体进行蛋白质的合成？
DNA(基因)
蛋白质
？
细胞核
细胞质核糖体
基因
思考二：RNA为何适于作为DNA信使？
DNA(基因)
蛋白质
细胞核
细胞质核糖体
RNA
问题探讨
5’
3’
5’
3’
脱氧
核糖
碱基
DNA
AGCT
5’
3’
U
RNA
核糖
碱基
AGCU
RNA适于作DNA的信使的原因
RNA含4种核糖核苷酸，也可储存遗传信息；
RNA是单链，比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
功能
结构
示 意 图
共同点 传递遗传信息；
蛋白质合成的模板
识别并转运特定氨基酸
组成核糖体
单链
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
①都是转录的产物；②基本单位相同；③都与翻译过程有关。
RNA的种类、结构及功能
少数RNA还具有催化作用，有的作为少量病毒的遗传物质
5'
5'
3'
3'
3'
5'
转录过程
RNA聚合酶
游离的核糖核苷酸
DNA
转录的方向
第1步 RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来
第2步 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
第3步 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上
第4步 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复
mRNA
1.概念
2.时间
3.场所
4.产物
在______中，通过 以____ _______为模板合成的，这一过程叫做转录。
细胞核
RNA聚合酶
DNA的一条链
个体生长发育的整个过程（几乎所有活细胞中）
主要在_ _____中
细胞核
*实际上，DNA在哪里，转录就在哪里发生
RNA
转录
（线粒体和叶绿体也能发生）
mRNA
tRNA
rRNA
①解旋
第1步：DNA双链解开（_________的催化），_____暴露出来；
RNA聚合酶
碱基
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
②配对
第2步：游离的 与 上的碱基互补配对，在__________的作用下开始mRNA的合成；
核糖核苷酸
DNA模板链
RNA聚合酶
③连接
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（_________的催化形成__________）
RNA聚合酶
磷酸二酯键
④释放
第4步：合成的_____从_______上释放，而后DNA__________。
mRNA
DNA链
双螺旋恢复
（先合成先释放）
6.条件
①模板：
②原料：
③能量：
④酶：
DNA的一条链
游离4种核糖核苷酸
细胞提供的能量（ATP等）
RNA聚合酶等
*打开氢键、形成磷酸二酯键
7.意义
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。
8.原则
碱基互补配对原则
A-___ G-___ C-___ T-___
U
C
G
A
转录
9.特点
边______边_______。
解旋
转录
10.转录方向
RNA新链的延伸也是从 端到 端。
5’
3’
**RNA与模板链是反向连接的
转录
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——翻译。
遗传信息的翻译过程
核DNA的遗传信息
mRNA的遗传信息
细胞质中的蛋白质
转录
翻译
思考：mRNA的4种碱基如何决定组成蛋白质的20种氨基酸？
mRNA：
排列顺序
种类
蛋白质：
排列顺序
种类
决定
决定
20种
讨论：这4种碱基是怎样决定蛋白质的20种氨基酸的？
1个碱基决定1个氨基酸
2个碱基决定1个氨基酸
3个碱基决定1个氨基酸
最多决定4种氨基酸
最多决定16种氨基酸
最多决定氨基酸64种
G
U
G
C
A
U
C
G
A
mRNA
5'
3'
密码子
缬氨酸
密码子
组氨酸
密码子
精氨酸
翻译
4种
遗传信息的翻译过程
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；
③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
1960年蛋白质的体外合成实验
积极思维：遗传密码是怎样被破译的？
除去DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
肽链
与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。
实验结果：
加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
实验结论：
积极思维：遗传密码是怎样被破译的？
密码子
识别：
从mRNA上5’开始阅读
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基（核苷酸）
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
密码子
密码子
密码子
注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸（目前公认的第21种氨基酸）。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
③翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束
20种氨基酸的密码子表
密码子
一共有多少个密码子？
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有多少个？
真核生物的起始密码子是哪一个？
共64种密码子，
一般情况下3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不决定氨基酸，特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下，决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。
真核生物只有1种—____，编码_________；
原核生物可以有2种—_____（编码_________）和____
（编码_________，如果该密码子不作为起始密码子时，其编码
_________）
AUG
甲硫氨酸
GUG
缬氨酸
甲硫氨酸
AUG
甲硫氨酸
1.从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
分析密码子的特点
（1）当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。
（2）当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。
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起源或生命在本质上是统一的。
密码子的通用性
3.一种密码子只决定一种氨基酸说明了什么？
密码子的简并性
(1)形态：
RNA链经过折叠，形成三叶草形
一端是携带氨基酸的部位，游离的基团为_____，是此单链RNA的____ _；
3'
5'
(2)功能特点：
识别并转运特定的氨基酸。
结合氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
氨基酸的“搬运工”——tRNA
-OH
3’-端
(3)反密码子
____一端可以________________ ________的__个碱基。
tRNA
与mRNA上的密码子碱基互补配对
3
※一般情况下，tRNA和反密码子有 种。特殊情况下 种
61
62
（4）反密码子的识别
tRNA的___ __ _往__ ____识别，tRNA与mRNA也是反向连接的；
3’-端
5’-端
5’
3’
5’
3’
氨基酸的“搬运工”——tRNA
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
tRNA上反密码子所含的碱基有3个，但整个tRNA上不止3个碱基，且tRNA分子中含有氢键。
P
E
A
甲
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
C
A
U
5’
3’
翻译的过程
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入P位点。
P
E
A
甲
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入A位点。
C
A
U
5’
3’
组
G
U
G
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
3’
5’
起始
密码子
第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据A位点的tRNA上
翻译的过程
P
E
A
甲
C
A
U
5’
3’
色
C
C
A
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
3’
5’
起始
密码子
组
G
U
G
5’
3’
精
A
C
G
5’
3’
半
G
C
A
5’
3’
半
A
C
A
5’
3’
脯
A
G
G
5’
3’
第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，合成肽链。
翻译的过程
P
E
A
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
A
C
A
5’
3’
甲
色
组
精
半
半
脯
A
G
G
5’
3’
释放因子
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
肽链释放后，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
翻译的过程
肽链合成后，就从______ ____________上脱离，通常经过一系列步骤，________成________ ____________的蛋白质分子。
核糖体与mRNA的复合物
盘曲折叠
具有特定空间结构和功能
翻译的产物
（1）数量关系
（2）意义
（3）翻译的方向
（即核糖体移动的方向）
一个mRNA分子上可以相继结合___个核糖体，同时进行____条相同肽链的合成。
多
多
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
（从左到右）
多聚核糖体现象
mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系
1、概念：
2、场所：_________________
细胞质中的核糖体
5、产物：_________
多肽链
在细胞质中，游离的各种氨基酸，以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
4、转运工具：______
tRNA
小结：遗传信息的翻译过程
3、条件
①模板：
②原料：
③能量：
④酶：
细胞提供的能量（ATP等）
21种氨基酸
mRNA
6、实质：
mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
肽酰转移酶
8、碱基互补配对方式
A-____ G-____ C-____ U-____
U
C
G
A
思考：与转录过程中的配对方式一样吗？
mRNA和tRNA碱基互补配对
9、结果：
合成的仅是肽链，还需要运送至内质网和高尔基体或细胞质基质等结构进一步加工，作为结构蛋白或功能蛋白。
翻译结束后，mRNA被迅速降解成单体，以保证生物体生命活动的有序进行。
翻译结束后，mRNA去向？
7、遗传信息传递方向：_______________
mRNA
蛋白质
小结：遗传信息的翻译过程
真核细胞中复制、转录、翻译的比较
DNA复制 转录 翻译
时间 场所
模板
原料
酶
能量
原则
特点
产物
方向
信息传递
细胞分裂间期
主要是细胞核，少部分在线粒体、叶绿体
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶
ATP
A-T,T-A,C-G,G-C
半保留复制
边解旋边复制
子代DNA分子
基因特定的一条链
四种核糖核苷酸
RNA聚合酶
ATP
A-U,T-A,G-C ,C-G
边解旋边转录
mRNA、tRNA、rRNA
生长发育过程
细胞质中的核糖体
mRNA
20种氨基酸
肽酰转移酶
ATP
特定氨基酸顺序的肽链
A-U,U-A,G-C,C-G
一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
从起始密码子到终止密码子
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
DNA
翻 译
蛋白质
苏氨酸
甘氨酸
丝氨酸
肽键
基因中碱基数
mRNA中碱基数
蛋白质中氨基酸数
1
3
6
肽键
基因表达过程中碱基和氨基酸的数量关系
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
mRNA
A—C—U—G—G—A—U—C—U
转 录（假设以b链为模板进行转录）
b链
a链
∶
∶
课堂小练
1．关于基因、DNA、染色体的关系，错误的是（　　）A．每条DNA上有许多个基因
B．每条染色体上有许多个DNA分子
C．每条染色体上有许多个蛋白质分子
D．基因是有遗传效应的DNA片段
B
D
课堂小练
2．若某细菌拟核区DNA分子上的一个片段是基因，下列关于该片段的叙述，错误的是（ ）
A．能转录合成mRNA
B．能控制某种性状
C．能携带遗传信息
D．其上有密码子
3.一条多肽链上有氨基酸300个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA分子和转录信使RNA的DNA分子至少要有碱基多少个（ ）
A.300；600 B.900；1800
C.900；900 D.600；900
B
4.某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( 　 )
A．198个 B．199个
C．200个 D．201个
B
课堂小练

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