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第4章　基因的表达
第2课时
遗传信息的翻译和中心法则
人教版高中生物 必修2
1
概述遗传信息翻译的过程(难点)。
2
概述中心法则的内容和实质(重点)。
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
氨基酸序列
情境导入
基因
蛋白质
转录
mRNA
翻译
>
<
目标一
遗传信息的翻译
1.1 翻译的概念
mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。
概念
将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
实质
mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
思考
1.2 碱基与氨基酸之间的对应关系
1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸；
2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸；
3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸，
氨基酸
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
推测
4
64
16
这种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。
1.3 密码子
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基为1个密码子。
密码子的概念
第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家---克里克
实验材料：T4噬菌体
实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响。
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。
实验结果：
1961年克里克实验
1.4 遗传密码的破译
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：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。遗传密码从一个固定的起点
开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。
5’-UACGCUCCGUACCC-3’
科学家：尼伦伯格、马太
实验过程：
1961年蛋白质的体外合成实验
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
多聚苯丙氨酸的肽链
与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。
在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64种密码子，并编制出密码子表。
1.4 遗传密码的破译
1.5 密码子表
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
第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU
精氨酸 A G A AGA
起始密码子：AUG（甲硫氨酸）、GUG（甲硫氨酸）
终止密码子：UAA、UAG、UGA（前两种不编码任何氨基酸）
密码子与氨基酸关系：
1.5 密码子表
特殊密码子说明
①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。
②在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
①1种密码子只能决定1种氨基酸（正常情况下）。
②1种氨基酸可以由1种或几种密码子决定。
1.从密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作
密码的简并。
当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸；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，可以保证遗传信息的翻译速度。
你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？
A
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
U
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
活动1
信使物质是RNA的实验证据
2.地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。
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。
根据这一事实，你能想到什么？
称为密码的通用性
活动1
信使物质是RNA的实验证据
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
色
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
如何精准运送过来的？
tRNA
1.6 tRNA与反密码子
寻找证据：1955年詹美尼克等三位科学家分别很意外的在同一溶液中发现氨基酸先附着在一种小分子量的RNA上，然后这些氨基酸再被带到一种微粒体进行蛋白质合成，这种RNA后来被命名为tRNA 。
3'
5'
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
反密码子
每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对。
RNA链经过折叠，形成三叶草形。
形态：
识别和转运氨基酸
功能：
1.6 tRNA与反密码子
1.遗传信息、密码子、反密码子的比较
核心归纳
项目 存在位置 含义 生理作用
遗传信息 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
密码子 mRNA mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
反密码子 tRNA tRNA上与密码子互补配对的三个碱基 识别密码子
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
位点1
位点2
1.7 翻译的过程
核糖体
1.7 翻译的过程
1
E
2
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’
核糖体移动方向
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位点1。
第一步
1
E
2
甲
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
核糖体移动方向
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
1.7 翻译的过程
第二步
第三步
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。
1
E
2
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’
核糖体移动方向
1.7 翻译的过程
第四步
1
E
2
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’
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，从核糖体上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
核糖体移动方向
1.7 翻译的过程
2.遗传信息的转录和翻译的比较
核心归纳
项目 转录 翻译
场所 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的一条链 mRNA
原料 4种游离的核糖核苷酸 21种氨基酸
条件 RNA聚合酶、能量 酶、能量、tRNA
产物 RNA 多肽
碱基互补配对 A—U、T—A、C—G、G—C A—U、U—A、C—G、G—C
遗传信息的传递 DNA→RNA mRNA→蛋白质
联系 DNA→mRNA→蛋白质
该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗？
1．下图是翻译过程的示意图，请据图分析回答下列问题：
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？
不完全一样
复制 A—T、T—A、G—C、C—G
转录 A—U、T—A、C—G、G—C
翻译 A—U、U—A、C—G、G—C
(2)判断图甲中核糖体沿着mRNA移动的方向，并根据教材中的密码子表，写出图甲中翻译出的氨基酸序列。
甲硫氨酸
丙氨酸
丝氨酸
活动2
翻译的过程
多肽链
tRNA
核糖体
(3)图乙中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？
mRNA
核糖体
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
(4)最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
(5)图乙所示的翻译特点，其意义是什么？
活动2
翻译的过程
真核生物：先转录，后翻译
活动3
比较真核细胞和原核细胞转录、翻译
原核生物：边转录边翻译
1.8 基因表达的相关计算
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？
A—C—U—G—G—A—U—C —U
UGA CCU AGA
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
ACU GGA UCU
DNA
1
3
6
mRNA
蛋白质
3.基因表达的计算
(1)关系图
核心归纳
(2)说明：因为基因中存在不编码蛋白质的片段，实际上基因(DNA)上所含有的碱基数要大于6n，而mRNA中也存在终止密码子等片段，所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n。因此一般题目中带有“至少”字样才能使用这个比例关系。
核心归纳
与RNA聚合酶结合位点
外显子
内含子
1
2
3
4
5
编码区下游
非编码区
非编码区
编码区
转录
前体mRNA
加工
成熟mRNA
翻译
肽链
真核细胞的基因结构
让作为模板的mRNA中的“遗传密码”是连续的，这有利于提高翻译的速度。
1.如图是甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述正确的是
A.图中只含有tRNA和mRNA
B.甲硫氨酸处于图中a的位置
C.tRNA中含有氢键
D.该过程需要RNA聚合酶
√
解析　图中含有rRNA、tRNA和mRNA，A错误；
甲硫氨酸为起始氨基酸，核糖体的移动方向为从左向右，因此左侧的b为tRNA携带的甲硫氨酸，B错误；
tRNA的局部也会通过碱基互补配对形成氢键，C正确；
RNA聚合酶为催化转录的一种酶，该过程为翻译，不需要RNA聚合酶，D错误。
2.(2022·山东威海高一期中)如图表示某真核生物细胞内发生的一系列生理变化，Y表示具有某种功能的酶，据图分析，下列有关叙述错误的是
A.Y为RNA聚合酶
B.该图中最多含5种碱基、8种核苷酸
C.过程Ⅰ在细胞核内进行，过程Ⅱ在细胞质内进行
D.b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C
√
解析　分析题图可知，过程Ⅰ和过程Ⅱ分别表示真核生物转录和翻译过程，故Y为RNA聚合酶，A正确；
图中有DNA和RNA分子，因此最多含有5种碱基和8种核苷酸，B正确；
过程Ⅰ为转录过程，主要在细胞核内进行，此外在线粒体和叶绿体内也可进行，过程Ⅱ为翻译过程，在细胞质中的核糖体上进行，C错误；
b部位发生转录，因此b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。
>
<
目标一
中心法则
内 容
2.1 中心法则
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；
也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
克里克（F.Crick）
2.2 中心法则的完善
HIV病毒
烟草花叶病毒模式图
一些RNA病毒（烟草花叶病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA，体内存在RNA复制酶，实现RNA复制；
一些RNA病毒（HIV病毒）的遗传信息可以从RNA流向DNA，存在RNA逆转录酶，RNA逆转录合成DNA。
资料
RNA
RNA
RNA
中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律，据图回答下列问题：
(1)②表示_________过程，需要__________酶；④表示__________过程，需要__________酶的参与。
(2)正常情况下，在人体细胞内能进行的过程是_________。
(3)图中遵循碱基互补配对原则的过程是________________。
(4)任意一个人体细胞均能发生①②③过程吗？
转录
RNA聚合
逆转录
逆转录
①②③
①②③④⑤
高度分化的细胞不再进行细胞分裂，因而不能发生①过程。
活动4
中心法则的内容
(5)请写出新型冠状病毒(一种RNA复制病毒)遗传信息传递表达的过程及发生场所。
要注意病毒遗传信息的传递过程发生于宿主活细胞内。
新冠病毒生活史模式图
活动4
中心法则的内容
2.2 中心法则的完善
（1）能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
（2）高度分化的细胞（洋葱表皮细胞、胰岛B细胞）
（3）哺乳动物成熟的红细胞（高度分化）
无DNA复制、转录、翻译过程。
请同学思考并写出以下细胞或生物遗传信息的传递方向。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
生命是物质、能量和信息的统一体
DNA、RNA是信息的载体；
蛋白质是信息的表达产物；
ATP为信息的流动提供能量。
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
2.2 中心法则的完善
复制
逆转录
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
中心法则各过程的适用范围
核心归纳
1.请同学们从转录与翻译两个方面谈谈Bt蛋白基因导入棉花细胞后是如何指导Bt抗虫蛋白合成的？
2.你认为棉花细胞合成的Bt抗虫蛋白与在苏云金芽孢杆菌体内合成的蛋白质理论上讲相同吗？为什么？
评价反馈
3.如图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程。下列相关叙述错误的是
A.①②③④⑤⑥过程均遵循碱基互补配对原则
B.艾滋病病毒侵染宿主细胞后会进行④①②③过程
C.在菠菜叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均可进行①②③过程
D.在硝化细菌体内②和③过程可同时进行
√
解析　图中各过程都遵循碱基互补配对原则，A正确；
艾滋病病毒属于逆转录病毒，侵染宿主细胞后可进行④①②③过程，B正确；
在菠菜叶肉细胞的线粒体、叶绿体中可进行①②③过程，菠菜叶肉细胞是高度分化的细胞，则细胞核中只进行②过程，③过程在细胞质中的核糖体上进行，C错误；
硝化细菌属于原核生物，没有以核膜为界限的细胞核，蛋白质的合成包括②转录和③翻译，两个过程可同时进行，即边转录边翻译，D正确。
4.下列关于中心法则的叙述，正确的是
A.肽链的合成一定以RNA为模板，以氨基酸为原料
B.酶的合成一定以RNA为模板，以氨基酸为原料
C.RNA的合成一定以DNA为模板，以核糖核苷酸为原料
D.DNA的合成一定以DNA为模板，以脱氧核苷酸为原料
√
解析　肽链是以mRNA为模板，以氨基酸为原料，经过翻译过程形成的，A正确；
大多数酶的化学本质是蛋白质，是以mRNA为模板，以氨基酸为原料合成的，少数酶的化学本质是RNA，是以DNA为模板，以核糖核苷酸为原料合成的，B错误；
RNA的合成原料一定是核糖核苷酸，而合成的模板可以是DNA也可以是RNA，C错误；
DNA的合成原料一定是脱氧核苷酸，而合成的模板可以是DNA也可以是RNA，D错误。
网络构建
基因指导蛋白质的合成
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质
逆转录
转录
tRNA
rRNA
工具
核糖体
复制
复制
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
氨基酸序列
能 量
物 质
信 息

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