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(共29张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
第一章：遗传因子的发现
第二章：基因和染色体的关系
第三章：基因的本质
第四章：基因的表达
人类是怎样认识到基因的存在的
基因在哪里
基因是什么
基因是怎样行使功能的
温故知新
基因控制蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）
普通棉花
转入
培育出的棉花植株
产生抗虫蛋白
基因
蛋白质
转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样呢？
问题：怎样控制的呢？
控制
新课导入 P63
DNA
主要在细胞核
（真核生物）
蛋白质的合成
细胞质的核糖体上
如何控制？
DNA主要存在哪里？蛋白质在哪里合成？
DNA的分布和蛋白质的合成场所不同，那么遗传信息如何传递？
科学家推测：
在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质
充当信使。
——RNA
DNA
（基因）
mRNA
细胞质
mRNA
蛋白质
细胞核
核糖体
核孔
RNA是什么物质？为什么RNA适于作DNA的信使呢？
RNA的结构：
1.RNA的全称：
2.RNA的基本单位：
3.RNA与DNA在化学组成上的主要区别：
核糖核酸
4种核糖核苷酸
（1）五碳糖不同：RNA的五碳糖是核糖，DNA的五碳糖是脱氧核糖；
（2）碱基不完全相同：RNA的碱基组成中没有T，而有U，DNA与之相反；
DNA
胸腺嘧啶(T)
RNA
尿嘧啶(U)
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
脱氧核糖
核糖
磷酸
一、遗传信息的转录
（局部双链）
单链
转运氨基酸
转运RNA(tRNA）：
核糖体RNA(rRNA）
单链
核糖体组成部分
遗传信息传递的媒介， 蛋白质合成的模板
单链
信使RNA(mRNA）
⑴作为某些病毒的遗传物质
⑵某些RNA具有催化作用（酶）
⑷识别并转运氨基酸（tRNA）
⑶作为合成蛋白质的模板（mRNA）。
⑸核糖体的组成成分（rRNA）
【思考·讨论】结合学过的内容,归纳RNA的作用有哪些
RNA中存不存在氢键？
一、遗传信息的转录
RNA的种类与功能：
比较项目 DNA RNA
基本单位
五碳糖
含氮碱基
结构（一般）
主要存在部位
分子大小
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
A 、T 、C 、G
A、 U、 C 、G
双链结构
多为单链结构
细胞核
细胞质
较大
较小
RNA与DNA结构的比较
一、遗传信息的转录
1、RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基( C、G、A、U )共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
2、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。
3、RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
为什么RNA适合做DNA的信使呢？
一、遗传信息的转录
DNA的遗传信息
RNA的遗传信息
转录
过程如何呢
一、遗传信息的转录
DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的？
1、什么是转录？
2、场所？
3、条件（模板、原料、酶、能量）？
4、具体过程？
5、结果？
6、遗传信息的流动方向？
一、遗传信息的转录
请同学们仔细阅读课本65页和图4-4，并思考下列问题。
1. 概念：
RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的。
2. 场所：
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
3. 条件：
模板： DNA的一条链
酶： RNA聚合酶
原料： 4种游离的核糖核苷酸
能量： ATP
一、遗传信息的转录
4、转录的过程：
一、遗传信息的转录
⑴ 解旋
第1步：DNA双链解开（_________的催化），_____暴露出来；
RNA聚合酶
碱基
注意：该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用
4、转录的过程：
一、遗传信息的转录
⑵配对⑶连接
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
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
RNA聚合酶
该过程中，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞、互补配对；
4、转录的过程：
一、遗传信息的转录
合成方向：
子链的5’端→ 3’端
U
A
A
C
U
G
C
C
T
A
G
G
A
U
G
T
A
RNA聚合酶
①解旋
②配对
③连接
④释放
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
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上
合成的mRNA从DNA 链上释放，而后，DNA双螺旋恢复
一、遗传信息的转录
5、转录的结果
一、遗传信息的转录
转录RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
6、遗传信息的流动方向
DNA→RNA
转录是转录整个DNA么？
每次转录的只是DNA分子特定的片段（并非整个DNA）
比较项目 DNA复制 DNA转录
时间
模板
原料
碱基互补配 对原则
酶
产物
DNA
RNA
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
分裂间期
生长发育的整个过程
一、遗传信息的转录
DNA的复制和DNA转录的比较
2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
DNA复制：
1.转录与DNA复制有哪些共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。
P66思考 讨论
转录：
碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
4种游离的脱氧核苷酸 解旋酶和DNA聚合酶
4种游离的核糖核苷酸 RNA聚合酶
一、遗传信息的转录
3.转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
该RNA碱基与模板链碱基：
该RNA碱基与另一链碱基：
（非模板链）
碱基是互补配对的。
RNA链上碱基U的位置，对于在非模板链上的碱基是T。
P66思考 讨论
一、遗传信息的转录
(1)核糖核苷酸是组成RNA的基本单位，共有4种。( )
(2)RNA主要有三种，主要分布在细胞质中。( )
(3)转录时DNA聚合酶能识别DNA分子中特定碱基序列。( )
(4)转录以DNA的两条链为模板、四种核苷酸为原料合成mRNA。 ( )
(5)一个基因的两条链不能同时转录生成两种不同的mRNA。( )
(6)在细胞的生命历程中，mRNA的种类会不断发生变化。( )
√
√
×
×
√
√
自纠自查
1.如图表示根据甲链合成乙链的过程，甲、乙是核苷酸长链，①是催化该过程的酶，②③是核苷酸之间的化学键，④是合成原料。下列叙述正确的是(　　)
A
A.①具有解开DNA双螺旋的作用
B.②是磷酸二酯键，③是氢键
C.④是由胞嘧啶、核苷、磷酸结合而成的
D.乙链和甲链中的腺嘌呤数量相等
随堂练习
转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质，那么，mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢？
mRNA
蛋白质
二、遗传信息的翻译
翻译
过程如何呢
阅读课本P66页
与转录相比两个难题:
1.翻译的概念：
以mRNA为模板，以细胞质中游离的氨基酸为原料，
合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
难题一
？
碱基(4种)
氨基酸(21种)
如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
如果3个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
41=4种
42=16种
43=64种
后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，遗传学上将这三个碱基称为密码子
二、遗传信息的翻译
1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基增加或减少对其所编码蛋白质的影响。克里克发现，在相关碱基序列中增加或删除1个或2个碱基，无法产生具有正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除3个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。为什么会产生这样的结果？
克里克T4噬菌体实验 （ 教材P70）
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基。
3个碱基排列成的1个密码子分别对应哪一种氨基酸？
克里克是第一个用实验证明：
什么是遗传密码？
遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家。
生物科学史话
这个实验同时表明：
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8月，尼伦伯格和马太采用了蛋白质的体外合成技术、他们在每个试管中分别加入了一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
Tyr
Ser
Phe
Cys
Cys：半胱氨酸
Ser
Phe
Cys
各管加入多聚
尿嘧啶核苷酸
--UUUUUU--
Tyr
利用这个实验系统，破译了第一个遗传密码——UUU(苯丙氨酸) 。
蛋白质体外合成实验（ 教材P70）
Tyr：酪氨酸
Ser：丝氨酸
Phe：苯丙氨酸
生物科学史话
结果：加入苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
(1)定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(3)识别：
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
怎么判断？
2.密码子
(2)位置：
mRNA上
（课本P67表4-1 21种氨基酸的密码子表）
1.密码子表查法
密码子表的解读
例:CCU
脯氨酸
2.密码子种类：
共64种密码子
真核只有1种(AUG)
AUG（编码甲硫氨酸）
GUG（编码甲硫氨酸,若该密码子不作为起始密码子时，其编码缬氨酸）
（编码甲硫氨酸）
原核可以有2种:
2个起始密码子
（课本P67表4-1 21种氨基酸的密码子表）
3.终止密码子
一般情况下3个（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。
4.编码氨基酸的密码子:
一般情况下61种,特殊情况下62种.
密码子表的解读
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定
②.密码子的简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
③.密码子的通用性
讨论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。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
讨论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？
①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；
②提高使用频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的。
一种密码子决定一种氨基酸。
①.密码子的专一性
分析密码子的特点
3.密码子的特点：
思考·讨论
P67页

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