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电影《侏罗纪公园》
问题探讨
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、互相争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。
讨论：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？
电影《侏罗纪公园》中的恐龙
问题探讨
讨论：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？
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的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具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。
电影《侏罗纪公园》中的恐龙
第4章 基因的表达
思考·讨论
资料2：生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(图B)，这是因为水母的DNA上有一段长度为5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。
基因是特定的DNA片段，可以控制某种性状。
发绿色荧光的水母
绿色荧光蛋白基因
绿色荧光蛋白
控制合成
绿色荧光
发出
资料1：将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。
转基因棉花（右）
Bt抗虫
蛋白基因
Bt抗虫
蛋白
控制合成
抗虫
表现性状
基因可以控制蛋白的合成，这个过程就是基因的表达。
第1节 基因指导蛋白质的合成
主讲教师：zeg
聚焦
1
基因如何指导蛋白质的合成？
2
中心法则是如何描述遗传信息的传递规律的？
3
几乎所有生物共用一套密码子的基本事实，给我们什么启示？
DNA上的遗传信息怎么传递到细胞质？
遗传信息储存在细胞核的DNA中
蛋白质的合成在细胞质（核糖体）
充当信使的中间物质——RNA
1
遗传信息的转录
1.1 RNA的结构与功能
解决以下问题，展示学习成果：
RNA为什么适合作DNA的信使？
RNA与DNA在化学组成和结构上的区别有哪些？
RNA的种类？功能？
1.1 RNA的结构与功能
RNA的化学组成
基本单位——核苷酸连接而成；
核糖
核糖核苷酸
一分子磷酸
一分子核糖
一分子含氮碱基
核苷酸组成
含氮碱基种类
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
U
尿嘧啶
1.1 RNA的结构与功能
RNA的化学组成与DNA异同
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
A
G
C
T
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
尿嘧啶
A
G
C
U
P
脱氧核苷酸的碱基种类
核糖核苷酸的碱基种类
1.1 RNA的结构与功能
RNA的结构与DNA异同
RNA是核糖核苷酸连接而成的长链；
一般由一条核糖核苷酸链构成；
比DNA短。
DNA
RNA
DNA由两条脱氧核苷酸链构成；
反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
1.2 RNA适于作信使的原因分析
结构：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；
化学组成：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4种核苷酸，能携带遗传信息；
遵循“碱基互补配对原则”：但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以U与A配对。
1.3 RNA的种类及功能
mRNA——信使RNA
tRNA——转运RNA
rRNA——核糖体RNA
传递遗传信息
1.3 RNA的种类及功能
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 遗传信息传递的媒介
转运氨基酸的工具
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都是转录产物 ②基本单位相同 ③都与翻译过程有关
少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质
1.4 遗传信息的转录过程
解决以下问题，展示学习成果：
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
什么是转录？场所？转录的具体过程？转录的结果？
转录需要的原料是？模板？碱基如何配对？
遗传信息的流动方向？
1.4 遗传信息的转录过程
转录的起始（以mRNA为例)
基因
启动子
RNA聚合酶
RNA聚合酶结合到基因的启动子（RNA聚合酶结合位点，位于DNA上）位置，转录开始。
1.4 遗传信息的转录过程
过程
解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
RNA聚合酶
1.4 遗传信息的转录过程
过程
解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
RNA聚合酶
1.4 遗传信息的转录过程
解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开，双链碱基暴露出来。
5’
3’
3’
5’
1.4 遗传信息的转录过程
合成mRNA：游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则，DNA模板链上的碱基配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
1.4 遗传信息的转录过程
mRNA延伸：通过RNA聚合酶形成磷酸二酯键，从5’→3’延伸。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
5'
3'
ATP
形成磷酸二酯键
1.4 遗传信息的转录过程
3’
5’
3’
5’
合成mRNA：
特点：边解旋边转录
1.4 遗传信息的转录过程
脱离：mRNA释放，DNA双链恢复
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
细胞质
细胞核
mRNA
1.4 遗传信息的转录过程
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，这一过程叫作转录。
时间：个体生长发育的整个过程。
场所：细胞核（主要）
条件
能量：ATP
模板：DNA的一条链
原料：游离的4种核糖核苷酸
酶：RNA聚合酶
（*打开氢键、形成磷酸二酯键）
1.4 遗传信息的转录过程
原则：碱基互补配对原则。
特点：边解旋边转录。
意义：遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。
方向：从子链的5' 端向 3' 端延伸。
A－U、T－A、G－C、C－G
产物：RNA（三种RNA）
遗传信息传递的方向：DNA→RNA
讨论以下问题，展示学习成果：
转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？
思考·讨论
都需要模板；都遵循碱基互补配对原则。
碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性。
DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶。
DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶。
转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？
思考·讨论
与模板链：碱基互补配对；
与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U）。
写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列。
写出b链的互补a链的碱基序列。
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
G C U U G G A G U G C G
G C T T G G A G T G C G
转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，mRNA上的遗传信息如何传递到蛋白质上呢？
DNA携带的遗传信息——碱基序列
蛋白质——氨基酸序列
mRNA携带的遗传信息——碱基序列
转录

2
遗传信息的翻译
2. 遗传信息的翻译
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序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
实质
mRNA——碱基序列
蛋白质——氨基酸序列
碱基4种
氨基酸21种
2. 遗传信息的翻译
mRNA上的4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
决定一个 氨基酸碱基个数 决定 氨基酸种类 图示
1个
2个
3个
氨基酸
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
4
42＝16
43＝64
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，最终破解了64个遗传密码子。
2.1 密码子
密码子：信使RNA（mRNA）上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。
密码子的示意图
位置：在mRNA上
识别：密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。
2.1 密码子
种类：64种
起始密码子（2种）：AUG、GUG
普通密码子（59种）：只编码氨基酸
终止密码子（3种）：UAA、UAG、UGA，一般不编码氨基酸
2.1 密码子
特性
专一性：通常一种密码子只决定一种氨基酸。
简并性：绝大多数氨基酸具有两个及以上不同密码子。
通用性：地球上几乎所有生物都共用一套密码子。
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
讨论以下问题，展示学习成果：
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？
思考·讨论
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。
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。
讨论以下问题，展示学习成果：
几乎所有的生物体都共用上述密码子（通用性），根据这一事实，你能想到什么？
思考·讨论
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。
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”。
游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
2.2 运输氨基酸的工具——tRNA
RNA链经过折叠，形成三叶草形。
比mRNA小，RNA单链经过折叠形成4环4臂，环的部分没有碱基互补配对，臂的部分由于碱基互补配对形成氢键。
形态
识别氨基酸
转运氨基酸
功能
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
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。
氨基酸与tRNA是一一对应的吗？
2.2 运输氨基酸的工具——tRNA
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运
功能特性
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
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。（终止密码子不决定氨基酸，不需转运，无对应的反密码子）
反密码子
2.3 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
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位点1。
2.3 翻译的过程
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
第2步：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
2.3 翻译的过程
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
第4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。
2.3 翻译的过程
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
2.3 翻译的过程
翻译场所：细胞质中的核糖体上
条件
能量：ATP
模板：mRNA
原料：21种氨基酸
工具：tRNA
原则：碱基互补配对原则。
A－U、U－A、G－C、C－G
产物：多肽，经加工后成为成熟的蛋白质
遗传信息传递的方向：RNA 蛋白质
2.4 翻译高效的原因分析
多聚核糖体：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（如下图），少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
核糖体移动方向
5’
3’
核糖体在mRNA上的移动方向/翻译方向？
多聚核糖体上形成的多条肽链相同吗？
一样。因为模板是一样的。
2.5 真核、原核细胞翻译的特点
真核生物
先在细胞核内转录，后在细胞质翻译。
线粒体/叶绿体内转录、翻译同时进行。
原核生物
边转录边翻译。
mRNA
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
2.6 基因表达的相关计算
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
密码子
反密码子
2.6 基因表达的相关计算
G C A
C G T
G C A
模板链
丙氨酸
DNA
（基因片段）
mRNA
氨基酸
DNA
碱基数目
mRNA
碱基数目
氨基酸
数目
：
：
：
：
6
3
1
说明：真核生物基因中存在不编码蛋白质的片段（内含子），所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n；转录的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸；所以实际上mRNA所含的碱基数大于3n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
小结：基因指导蛋白质合成过程，就是遗传信息从 DNA流向RNA，进而流向蛋白质的过程。
3
中心法则
3.1 中心法则
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
提出者：克里克（F.Crick）
内容
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）
3.2 中心法则完善
内容：
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。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
HIV病毒
烟草花叶病毒模式图
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。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
3.2 中心法则完善
3.2 中心法则完善
同一生物能发生中心法则的所有过程吗？
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 (烟草花叶病毒)
逆转录病毒 (HIV)
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
复制
各种生物的遗传信息传递过程
能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
高度分化的细胞（洋葱表皮细胞、胰岛B细胞）
3.2 中心法则完善
请写出以下生物的遗传信息的传递过程。
哺乳动物成熟的红细胞（高度分化）无DNA复制、转录、翻译过程。
4
课堂小结
4. 课堂小结
5
练习与应用
.
5.1 概念检测
1. 基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
（1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。 （ ）
（2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。 （ ）


.
2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指 （ ）
A.基因上3个相邻的碱基
B.DNA上3个相邻的碱基
C.tRNA上3个相邻的碱基
D.mRNA上3个相邻的碱基
D
5.1 概念检测
.
5.2 拓展应用
1.红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示， 请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。
谢谢聆听!
同学们辛苦啦！

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