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(共47张PPT)
第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
1.根据结构和功能观，理解RNA的结构和功能。
2.通过转录、翻译过程比较，形成分类与比较的科学思维。
1.概念：
游离在细胞质中的各种________，以______为模板合成______________________________的过程
氨基酸
mRNA
具有一定氨基酸顺序的蛋白质
2.翻译的实质
mRNA的碱基序列
蛋白质的氨基酸序列
碱基(4种)
氨基酸(21种)
四、遗传信息的翻译
假设①：1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
假设②：2个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
假设③：3个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
4=4种
4×4=16种
4×4×4=64种
科学家通过一步步的推测与实验，证明了：
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基称作一个__________。
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
终止密码子： 、 、_____
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）
（ 种） ______（缬氨酸）
编码氨基酸的密码子______种
所有生物的密码子是 的。
61或62
64
相同
AUG
GUG
UAA
UAG
UGA
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
①种类：
②特点
③简并性的意义
④与氨基酸对应关系：
64种
简并性
通用性
增强密码子容错性、保证翻译速度
生物有着共同的起源
绝大多数氨基酸都有几个密码子
一般61或62种
1种密码子决定 种氨基酸
1种氨基酸可能由 种密码子决定
1
1或多
1.概念：
2.翻译的实质
3.密码子：
四、遗传信息的翻译
mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
起始密码子
真核生物
原核生物
1种：AUG甲硫氨酸
2种：AUG甲硫氨酸（多数）GUG甲硫氨酸（少数）
终止密码子：
3种：UAA、UAG、UGA(特殊情况编码氨基酸)
决定21种氨基酸的密码子
GUG编码缬氨酸，只在原核生物中作为起始密码子，才编码甲硫氨酸
U
G
A
3
5
结合氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5
3
A
C
U
密码子
反密码子
组
①形态：
RNA链经过折叠，三叶草形
②功能：
识别、转运氨基酸
一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
一种氨基酸可以由1种或多种tRNA转运
③特点：
④反密码子
位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基，有61或62种。
4.tRNA
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
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C
U
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C
C
U
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3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
第1步
mRNA进入细胞质，与核糖体结合。
U
A
A
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C
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A
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C
C
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3’
5’
C
A
C
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组
U
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甲硫
精
G
A
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半胱
G
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C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
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U
丝
G
G
A
位点1
第1步
携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
U
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精
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C
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脯
A
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G
谷
C
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U
丝
G
G
A
位点1
位点2
第2步
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
U
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甲硫
精
G
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C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
第3步
位点1
位点2
肽键
C
A
C
色
甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上
U
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组
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A
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精
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A
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半胱
G
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C
半胱
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脯
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谷
C
U
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丝
G
G
A
位点1
位点2
第4步
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点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
U
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C
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C
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组
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C
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精
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A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
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脯
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G
谷
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丝
G
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位点1
位点2
形成肽键
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C
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C
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甲硫
精
G
A
C
半胱
G
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C
半胱
A
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脯
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位点1
位点2
核糖体移动读取下一个密码子
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甲硫
精
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半胱
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脯
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谷
C
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丝
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位点1
位点2
形成肽键
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核糖体移动读取下一个密码子
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精
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A
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位点2
形成肽键
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精
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核糖体移动读取下一个密码子
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位点2
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精
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半胱
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C
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G
A
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精
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A
C
半胱
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A
C
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位点1
位点2
形成肽键
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G
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位点1
位点2
核糖体移动读取下一个密码子
终止密码子
无tRNA与之配对
U
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A
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位点1
位点2
蛋白质释放因子
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甲硫
精
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A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
肽链释放，核糖体从mRNA上解离，成为亚基，翻译结束
四、遗传信息的翻译
5.翻译过程:
mRNA进入细胞质后与________结合，（二者的结合部位会形成____个tRNA的结合位点）携带甲硫氨酸的tRNA进入位点___，携带第二个氨基酸的tRNA 进入位点____，两个氨基酸之间形成_____使甲硫氨酸转移到位点2的_________上，核糖体沿着_________移动读取下一个______
核糖体
2
肽键
tRNA
mRNA
密码子
1
2
6.条件
模板：
酶：
原料：
能量：
8.产物：
mRNA
游离的21种氨基酸
ATP
合成多肽所需要的酶
蛋白质（多肽）
四、遗传信息的翻译
11.遗传信息传递方向：
mRNA　　 蛋白质
10.场所：
12.发生时期：
13.多聚核糖体意义：
个体生长发育的整个过程
9.工具：
tRNA
核糖体
A-U U-A G-C C-G
7.配对方式：
思考1：如何加快翻译的速度？
→多个核糖体同时进行翻译
一个mRNA分子同时结合多个核糖体
多聚核糖体：
注意：多个核糖体翻译的是同一条mRNA，得到的是同一种多肽链。
翻译的方向
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
（从左到右）
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质
思考2：判断下列各图中的翻译方向？
真核细胞、原核细胞基因表达差异
核基因先转录后翻译
边转录边翻译
为什么会是这样呢？
原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内，所以可以边转录边翻译
四、遗传信息的翻译
14.
复习引领：快速记忆
1.转录的概念和过程？场所、条件（模板、原料、酶、能量）、产物、
碱基互补配对原则、遗传信息传递方向
2.翻译的概念和过程？场所、条件（模板、原料、酶、能量）、产物、
工具、碱基互补配对原则、遗传信息传递方向
3.密码子的概念、位置、种类、特点？
密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
4.反密码子的位置、种类？
5.细胞中少量的mRNA如何迅速合成出大量的蛋白质？
多聚核糖体意义？
转录、翻译与DNA分子复制的区别
过程 DNA复制 转录 翻译
时间
场所
模板
原料
能量、 酶
过程
配对方式
产物
遗传信息传递方向
有丝分裂前间期
减数分裂前间期
生命活动的整个进程中
主要细胞核（线粒体、叶绿体）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
解旋酶、
DNA聚合酶
RNA聚合酶
T-A、 A-T、
G-C、C-G
T-A、 A-U、
G-C、C-G
U-A、 A-U、
G-C、C-G
DNA
RNA
多肽（或蛋白质）
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
ATP
ATP
ATP
脱水缩合有关酶
练一练 请判断以下图示分别代表什么过程？
图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7
DNA复制
转录
翻译
翻译
原核细胞：转录+翻译
真核细胞：转录+翻译
原核细胞：转录+翻译
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。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
1957年，克里克提出中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则的完善
逆转录
复制
（RNA病毒中才有）
（RNA病毒中才有）
五、中心法则
中心法则分析
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
1
DNA复制
2
遗传信息转录
4
RNA复制
3
遗传信息翻译
5
逆转录
1）烟草花叶病毒（TMV）
2）人免疫缺陷病毒（HIV）、肉瘤病毒
3
1
2
3
(病毒自身携带的逆转录酶)
RNA
病毒
4
(该类病毒，部分自身携带RNA复制酶)
5
并非所有病毒注入到宿主细胞内的物质均只有遗传物质
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
3）具备分裂能力的细胞
4）不能分裂的细胞
造血干细胞：
1
2
3
神经细胞：
2
3
胰岛B细胞：
2
3
所含基因是否一样？
中心法则分析
1
DNA复制
2
遗传信息转录
4
RNA复制
3
遗传信息翻译
5
逆转录
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
中心法则分析
1
DNA复制
2
遗传信息转录
4
RNA复制
3
遗传信息翻译
5
逆转录
5）原核细胞
6）噬菌体
大肠杆菌：
1
2
3
1
2
3
(发生在：_____________)
宿主细胞内
归纳总结：不同生物遗传信息的传递过程
生物种类 遗传信息传递过程
真核生物
原核生物
DNA病毒
RNA病毒
逆转录病毒
遗传物质都是DNA
翻译
遗传物质都是RNA
蛋白质
RNA
DNA
RNA
转录
逆转录
转录
复制
DNA RNA 蛋白质
翻译
RNA 蛋白质
翻译
复制
练习
C
【难点突破】基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
基因中的碱基数:mRNA中的碱基数:蛋白质中的氨基酸数＝
6∶3∶1
A—C—U—G—G—A—U—C—U
mRNA：
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
肽链：
肽键 肽键
（假设以B链为模板进行转录）
DNA：
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
A链
B链
转录
翻译
A
B
遗传密码子的破译
1961年克里克实验
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：
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。
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；
③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
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。
遗传密码子的破译
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
实验结论：
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密码子，并编制出密码子表。
总结

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