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第二课时 遗传信息的翻译和中心法则
第4章　基因的表达
人教版高中生物 选择性必修2
第4章　第1节　基因指导蛋白质的合成
学习目标
1.构建翻译过程的模型，分析基因表达的场所、原料、模板及特点，理解基因指导蛋白质合成的过程(难点)。
2.概述中心法则的内容和实质(重点)。
情境导入
抗虫棉
产生
Bt基因
Bt抗虫蛋白
表达
导入
培育
目的基因
核DNA
苏云金芽孢杆菌
抗虫棉
棉花细胞
mRNA通过核孔进入细胞质后，mRNA 的碱基序列是如何翻译成蛋白质的氨基酸序列的呢
遗传信息的翻译
一
中心法则
二
目录
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。
基因
蛋白质
转录
mRNA
翻译
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
氨基酸序列
mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
思考
概念：
实质：
一
遗传信息的翻译
一
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
4
64
16
第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要
4种碱基是怎样决定21种氨基酸的呢
碱基与氨基酸之间的对应关系
一
遗传信息的翻译
一
密码子
一
遗传信息的翻译
一
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
1961年，克里克以 T4噬菌体为实验材料，将某个基因中增加或删除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。
由该实验可以得到什么结论
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫作密码子
肯定不是密码子的是哪一个 ATA、UUU、AUA、CCC、AGC
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
密码子表
一
遗传信息的翻译
一
起始密码子：AUG（甲硫氨酸）、GUG（缬氨酸、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：
特殊密码子说明
①GUG只在原核生物中作为起始密码子时编码甲硫氨酸，其他情况下编码缬氨酸。
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。
密码子表
一
遗传信息的翻译
一
分析密码子的特点
1．从教材P67的密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
G
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
C
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
密码子的简并性
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。
任务一
分析密码子的特点
任务一
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。
密码的通用性
①相邻的密码子之间无间隔、不重叠;
②64个密码子都有作用，有3个终止密码子;
③绝大多数氨基酸都有几个密码子。
一种密码子决定一种氨基酸
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
1.密码子的专一性
密码子的特点
一
遗传信息的翻译
一
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
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
碱基配对
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
RNA链经过折叠，形成三叶草形。
识别和转运氨基酸
形态：
功能：
密码子
A
U
C
反密码子
U
G
A
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。
反密码子：
tRNA与反密码子
一
遗传信息的翻译
一
核心归纳
1.遗传信息、密码子、反密码子的比较
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
核心归纳
2.遗传信息的转录和翻译的比较
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
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
核糖体
翻译的过程
一
遗传信息的翻译
一
翻译的过程
一
遗传信息的翻译
一
起始密码子
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：
核糖体移动方向
E
1
2
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
甲
核糖体
翻译的过程
一
遗传信息的翻译
一
E
1
2
甲
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。
组
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
翻译的过程
一
遗传信息的翻译
一
第二步：
第三步：
E
1
2
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。
精
色
半
半
甲
组
5’
3’
5’
3’
5’
3’
脯
5’
3’
5’
3’
5’
3’
核糖体移动方向
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
翻译的过程
一
遗传信息的翻译
一
第四步：
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。
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
翻译的过程
一
遗传信息的翻译
一
第五步：
翻译的过程
任务二
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
多肽链
tRNA
核糖体
翻译的过程
任务二
(3)图乙中①⑥分别是什么分子或结构？
核糖体移动的方向是怎样的？
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②③④⑤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？
①
②
③
④
⑤
⑥
mRNA
核糖体
翻译的过程
任务二
2．请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。
原核生物：边转录边翻译
真核生物：先转录，后翻译
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
基因表达的相关计算
一
遗传信息的翻译
一
核心归纳
3.基因表达的计算
(1)关系图
(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
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。
真核细胞的基因结构
判断正误
(1)tRNA由3个碱基构成(　　)
(2)每种氨基酸都具有两种或两种以上的密码子(　　)
(3)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质(　　)
(4)每种氨基酸仅由一种tRNA转运(　　)
×
×
×
×
跟踪训练
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
√
跟踪训练
2.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
√
遗传信息的翻译
一
中心法则
二
目录
内 容
你能从信息传递的角度，用流程图总结细胞中遗传信息的传递规律吗
1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则
复制
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
翻译
中心法则的建立
一
遗传信息的翻译
一
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。
1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制。
1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
复制
复制
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
翻译
逆转录
中心法则的完善
一
遗传信息的翻译
一
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)
中心法则的完善
一
遗传信息的翻译
一
中心法则的内容
任务三
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。
中心法则的内容
任务三
(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
判断正误
(1)线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则(　 )
(2)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则( 　)
(3)遗传信息可以由DNA流向RNA，而不能由RNA流向DNA( 　)
×
×
√
评价反馈
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？
跟踪训练
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
√
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
跟踪训练
√

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