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第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
（第2课时）
DNA复制 转录
场所 模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链上某片段
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
A-T T—A C—G G—C
A-U C—G T—A G—C
半保留复制，边解旋边复制，多起点复制
边解旋边转录，DNA双链全保留
2个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
遗传信息的翻译
1.概念：
游离在细胞质中的各种______，以______为模板合成具有一定氨基酸顺序的________的过程叫作翻译。
蛋白质
mRNA
2.实质：
mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
氨基酸
模板:
原料:
能量:
产物:
场所:
ATP
mRNA
具有一定氨基酸顺序的蛋白质。
核糖体
21种氨基酸
41=4
42=16
43=64，足够有余
那么至少几个碱基决定1个氨基酸，才能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要？
如果2个碱基决定1个氨基酸，4种碱基最多能决定多少种氨基酸？
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？
思考1：4种碱基如何决定21种氨基酸？
科学家经过不断的推测与实验得知：
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸
3.密码子
1个密码子
称为
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
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
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 G AGG
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
终止密码子： 、 __ 、____
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、
（ 种） _____（缬氨酸、甲硫氨酸）
编码氨基酸的密码子______种或_____种
64
UAA
GUG
AUG
UGA（硒代半胱氨酸）
61
UAG
62
绝大多数氨基酸都有几个密码子。
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
思考.讨论
你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？
？
根据密码子的通用性这一事实，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）密码子的使用频率。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。
一种密码子决定一种氨基酸。
1.密码子的专一性
1.若Bt抗虫蛋白质基因转录的一段mRNA的碱基序列为5’AUGGAAGCAUGUCCGAGC 3’，你能写出对应的氨基酸序列吗？
甲硫氨酸
— 谷氨酸
— 丙氨酸
— 半胱氨酸
—脯氨酸
— 丝氨酸
练一练：
思考2：游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
4.氨基酸的搬运工——tRNA
(1)形态：
三叶草形
(2)功能特点：
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
（3）反密码子
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
位于tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
读图4-6，了解tRNA的形态和功能特点。
决定氨基酸的密码子有61或62种，所以反密码子有 ；tRNA有 。
61或62种
61或62种
1.一个转运RNA一端的三个碱基是CGA，这个RNA运载的氨基酸是(　　)
A．酪氨酸(UAC) B．谷氨酸(GAC)
C．精氨酸(CGA) D．丙氨酸(GCU)
D
2.如图为tRNA的结构示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
A．a端是结合氨基酸的部位
B．生物体中的tRNA一共有62种
C．一种tRNA只能携带一种氨基酸
D．c端表示密码子，可以与mRNA碱基互补配对
D
练习
1
5
3
第1步:______进入细胞质，与_______结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG___
_____，进入位点____。
5.翻译过程
mRNA
核糖体
互补
配对
1
2
1
5
3
第2步:携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点_____。
5.翻译过程
第1步:______进入细胞质，与_______结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG___
_____，进入位点____。
mRNA
核糖体
互补
配对
1
2
5
3
第3步:甲硫氨酸与这个氨基酸形成_____，从而转移到位点_____的tRNA上。
5.翻译过程
第2步:携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点_____。
2
第1步:______进入细胞质，与_______结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG___
_____，进入位点____。
mRNA
核糖体
互补
配对
1
2
肽键
5
3
第4步: _______沿______移动，读取下一个密码子，原占位点___的tRNA离开核糖体，原位点___的tRNA进入位点__，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点___，继续肽链的合成。
随着________的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的____________，合成才告终止。
5.翻译过程
第2步:携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点_____。
2
第1步:______进入细胞质，与_______结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG___
_____，进入位点____。
mRNA
核糖体
互补
配对
1
第3步:甲硫氨酸与这个氨基酸形成_____，从而转移到位点_____的tRNA上。
2
肽键
核糖体
mRNA
1
2
1
2
核糖体
终止密码子
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
如何快速高效地进行翻译呢？
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。
？
翻译能够精确进行的原因是什么？
？
翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？
？
不具有，还需要加工。
①mRNA为翻译提供了精确的模板；②通过mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。
多条肽链的氨基酸序列是否相同？
？
相同，因为其模板相同。
转录和翻译的比较
比较项目 转录 翻译
场 所
模 板
酶
能 量 原 料
产 物
碱基配对
主要在细胞核
细胞质
DNA的一条链
mRNA
RNA聚合酶
多种酶
ATP
mRNA
多肽链
A-U T-A
G-C C-G
A-U U-A
G-C C-G
4种核糖核苷酸
氨基酸
练一练:判断正误
1.DNA都具有双链结构，RNA都是单链结构，没有碱基对。（ ）
2.在蛋白质合成过程中密码子都决定氨基酸。（ ）
3.细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸。（ ）
4.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。（ ）
×
√
×
×
先转录后翻译（异时异地）
边转录边翻译（同时同地）
真核生物：
原核生物：
六
真核细胞和原核细胞遗传信息表达的区别
图1和图2表示某些生物体内的物质合成过程示意图，对此分析正确的是(　　)
A．图中甲和丙表示mRNA，乙和丁表示核糖体
B．乙和丁的移动方向均为从右向左
C．图1和图2所示过程均可发生在人体细胞中
D．图1和图2所示过程使得少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
D
练习
A—C—U—G—G—A—U—C —U
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
mRNA
转录
翻译
肽链
DNA
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
肽键 肽键
基因中的碱基数（双链）︰mRNA中的碱基数︰合成蛋白质的氨基酸个数=_______
6︰3︰1
探究：基因中碱基数目、mRNA与蛋白质中氨基酸数目的关系
模板链
复制 转录 翻译
信息流动方向
1957年，克里克－－中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图。
弗朗西斯·克里克
三、中心法则
RNA RNA
RNA复制酶
RNA DNA
逆转录酶
烟草花叶病毒
资料二: 1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
艾滋病病毒
三、中心法则——中心法则的发展
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
复制
三、中心法则——完整的中心法则
DNA复制 转录 翻译 逆转录 RNA复制
模板
原料
碱基 配对
产物
遗传信息传递方向
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
RNA
RNA
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
A-T、T-A
C-G、G-C
A-U、T-A
C-G、G-C
A-U、U-A
C-G、G-C
A-T、U-A
C-G、G-C
A-U、U-A
C-G、G-C
2个DNA分子
RNA
蛋白质
DNA
RNA
DNA→RNA
DNA→DNA
RNA→蛋白质
RNA→DNA
RNA→RNA
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
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
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见：生命是物质、能量和信息的统一体。
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
复制
1.某病毒的遗传物质是单链RNA(－RNA) ，宿主细胞内病毒的增殖过程如图，－RNA和＋RNA的碱基序列是互补的。下列叙述正确的是(　　)
A．－RNA和＋RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板
B．据图推测，只有－RNA上有RNA聚合酶的结合位点
C．过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同
D．过程②需要的tRNA来自病毒，原料及场所都由宿主细胞提供
C
练习
2.在其他条件具备的情况下，在试管中加入物质X和物质Z，可得到相应产物Y。下列叙述正确的是(　　)
A．若X是DNA，Y是RNA，则Z是逆转录酶
B．若X是DNA，Y是mRNA，则Z是脱氧核苷
C．若X是RNA，Y是DNA，则Z是限制性内切酶
D．若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，则Z是氨基酸
D
练习
1.下列对蛋白质的翻译过程的说法，错误的是（ ）
A.以细胞质中游离的氨基酸为原料 B.以核糖体RNA作为遗传信息模板
C.以转运RNA为氨基酸运输工具 D.合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质
2.血红蛋白基因中的遗传信息通过翻译指导血红蛋白的合成，在翻译过程中发生碱基互补配对的是（ ）
A.氨基酸和转运RNA B.DNA和信使RNA
C.核糖体与信使RNA D.信使RNA和转运RNA
3.“中心法则”的要点不包括（ ）
A.遗传信息从DNA流向DNA B.遗传信息从DNA流向RNA
C.遗传信息从蛋白质流向DNA D.遗传信息从RNA流向蛋白质
课堂反馈
B
D
C
4.某生物的一个体细胞中有50个DNA分子，其中某个DNA分子含有3000个碱基。由该DNA分子控制合成的蛋白质分子中最多有氨基酸（ ）
A.21种 B.50种 C.500种 D.1000种
5.下列关于密码子和反密码子的叙述，正确的是（ ）
A.密码子位于mRNA上，反密码子位于rRNA上
B.密码子和反密码子都可以发生碱基配对，所以他们的种类相同
C.密码子和反密码子中都不含胸腺嘧啶
D.密码子和反密码子都具有简并性
A
C

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