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教学课件
基因指导蛋白质的合成
（第1课时）
问题探讨
转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？
苏云金杆菌
提取
Bt抗虫蛋白基因
导入
棉花细胞
Bt抗虫蛋白
Bt基因表达
基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
思考：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？
细胞核
DNA能不能出细胞核？
细胞质中的核糖体
推测：有一种中间物质
蛋白质在核糖体合成
DNA在细胞核
通过信使RNA
基因是怎样指导蛋白质合成的呢？
基因指导蛋白质合成的过程，
叫基因的表达。
课堂新知一：认识RNA
科学家用洋葱根尖和变形虫进行了实验。发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质的合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
实验1
（1）根据实验1可以得出什么结论？
蛋白质的合成依赖于RNA。
RNA酶
蛋白质的合成停止
RNA
提取物
蛋白质的合成恢复
课堂新知一：认识RNA
科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解、离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体的DNA形成双链杂交分子。
实验2
（2）实验2为什么选择14C的尿嘧啶作为标记物？
尿嘧啶是RNA特有的碱基，实验中选择14C-U作为标记物可以标记新合成的RNA。
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
U
尿嘧啶
课堂新知一：认识RNA
（3）实验2中分离出的含14C标记的RNA，能与噬菌体的DNA分子形成杂交分子，
不能与细菌的DNA结合，说明什么问题？
新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的。
~~~~~~~~~ RNA
噬菌体的DNA
杂交分子
课堂新知一：认识RNA
（4）综合实验1和实验2，尝试写出DNA控制蛋白质合成的过程？
RNA
蛋白质
DNA
课堂新知一：认识RNA
元素组成：
基本单位：（4种）核糖核苷酸
C、H、O、N、P
RNA（核糖核酸）
聚合
腺嘌呤核糖核苷酸（A）
鸟嘌呤核糖核苷酸（G）
胞嘧啶核糖核苷酸（C）
尿嘧啶核糖核苷酸（U）
O
O
O
O
脱氧核糖
核糖
1
2
3
课堂新知一：认识RNA
核糖核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
鸟嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
H
H
H
H
T
脱氧核苷酸
2)结构：
单链、比DNA短
RNA的基本单位：
课堂新知一：认识RNA
RNA的种类和功能
mRNA(信使RNA)
功能
结构
作为DNA的信使
识别并转运特定的氨基酸
与蛋白质共同构成核糖体
单链
三叶草形
有碱基互补配对
单链
rRNA (核糖体RNA)
tRNA (转运RNA)
其他作用：
某些病毒的遗传物质
或催化作用的酶（端粒酶、逆转录酶）
课堂新知一：认识RNA
RNA与DNA的主要区别：
（1）五碳糖不同
（2）碱基不完全相同
（3）RNA一般为单链
课堂新知一：认识RNA
RNA适于作DNA的信使的原因
①RNA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(尿嘧啶))共同组成4种核苷酸，它也能储存遗传信息。
②RNA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在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。
课堂新知一：认识RNA
课堂新知二：遗传信息的转录过程
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的 ？
1.定义：
在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
2.场所：
真核生物：细胞核（主要）
RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。
解旋
配对
连接
释放
课堂新知二：遗传信息的转录过程
3.转录
过程：
⑴解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开，碱基暴露出来。
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
5'
3'
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
5'
3'
ATP
RNA聚合酶
（该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用）
课堂新知二：遗传信息的转录过程
⑵配对：游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则与DNA 模板链上的碱基互补配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
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
5'
3'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
课堂新知二：遗传信息的转录过程
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
5'
3'
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
3'
5'
ATP
⑶连接：RNA聚合酶不断地向前推动着DNA解开螺旋，在RNA聚合酶的催化下，通过形成磷酸二酯键从子链的5’端把子链的核糖核苷酸聚合成核糖核苷酸链，形成一个mRNA。
合成方向：
子链的5’端→ 3’端
课堂新知二：遗传信息的转录过程
⑷脱离： 合成的mRNA从DNA链上释放，DNA双链恢复成双螺旋结构。
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
G
C
A
C
G
T
A
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
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
5'
3'
T
G
C
C
U
A
U
G
C
A
U
G
U
U
C
G
A
G
C
U
A
5'
3'
课堂新知二：遗传信息的转录过程
课堂新知二：遗传信息的转录过程
4.结果
原料： 4种游离的核糖核苷酸
模板： DNA的一条链
能量： ATP
酶：RNA聚合酶
6.原则
碱基互补配对原则（A-U，T-A，C-G，G-C）
7.特点
8.实质
边解旋边转录
遗传信息从DNA传递到mRNA上，为翻译做准备。
5.条件
产生 mRNA、 tRNA、 rRNA
碱基互补配对
A -- U
T -- A
C -- G
G -- C
DNA
RNA
DNA→mRNA
（打断氢键、形成磷酸二酯键）
课堂新知二：遗传信息的转录过程
（1）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？
转录与DNA复制都需要模板、原料、能量、酶，都遵循碱基互补配对原则，这保证了遗传信息的准确转录。
RNA转录
DNA复制
课堂新知三：真核细胞的转录及与DNA复制的比较
（2）与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
原料： 4种游离的脱氧核苷酸
模板： DNA的两条链
能量： 由ATP提供
酶： 解旋酶、DNA聚合酶
DNA复制的条件
RNA转录的条件
4种游离的核糖核苷酸
DNA的一条链的某片段
由ATP提供
RNA聚合酶
课堂新知三：真核细胞的转录及与DNA复制的比较
（3）转录时，DNA的一条链作为转录的模板链，可成为反意义链，与其互补的另一条链称为有意义链。下图表示了一个DNA分子的片段：
非模板链（有意义链）
模板链（反意义链）
5’-TACGCTCCGTACCC-3’
3’-ATGCGAGGCATGGG-5’
转录不是转录整个DNA，是转录其中要表达的基因。
转录以基因为单位，一个基因只以一条链为模板，不同基因模板链不同。
课堂新知三：真核细胞的转录及与DNA复制的比较
DNA复制和转录的比较
项目 DNA复制 转录
时间 细胞分裂前的间期 生长发育过程
场所 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒 解旋 完全解旋 只解有遗传效应的片段(基因)
模板 DNA的两条链均为模板 DNA的一条链上某片段
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶等
配对方式 A—T、T—A、C—G、G—C A—U、C—G、T—A、G—C
特点 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录
方向 新链从5′－端→3′－端延伸 产物 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA
意义 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
课堂新知三：真核细胞的转录及与DNA复制的比较
当堂练习
1．关于基因表达的叙述，正确的是（ ）A．所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码B．DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录C．翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性D．多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息
【答案】C【解析】A、RNA病毒的蛋白质由病毒的遗传物质RNA编码合成，A错误；B、DNA双链解开，RNA聚合酶与启动子结合进行转录，移动到终止子时停止转录，B错误；C、翻译过程中，核酸之间通过碱基互补配对相互识别保证了遗传信息传递的准确性，C正确；D、没有相应的反密码子与mRNA上的终止密码子配对，故tRNA不能读取mRNA上全部碱基序列信息，D错误。故选C。
2．细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤（I），含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式（Gly表示甘氨酸）。下列说法错误的是（ ）
A．一种反密码子可以识别不同的密码子B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
【答案】C【解析】A、由图示分析可知，I与U、C、A均能配对，因此含I的反密码子可以识别多种不同的密码子，A正确；B、密码子与反密码子的配对遵循碱基互补配对原则，碱基对之间通过氢键结合，B正确；C、由图示可知，tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草的叶形，C错误；D、由于密码子的简并性，mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变，从图示三种密码子均编码甘氨酸也可以看出，D正确。故选C。
3．关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是（ ）A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽C．细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的 RNA分子
【答案】B【解析】A、遗传信息的表达过程包括DNA转录成mRNA，mRNA进行翻译合成蛋白质，A正确；B、以DNA的一条单链为模板可以转录出mRNA、tRNA、rRNA等，mRNA可以编码多肽，而tRNA的功能是转运氨基酸，rRNA是构成核糖体的组成物质，B错误；C、基因是有遗传效应的DNA片段，而DNA分子上还含有不具遗传效应的片段，因此DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；D、染色体DNA分子上含有多个基因，由于基因的选择性表达，一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。故选B。
4．南极雌帝企鹅产蛋后，由雄帝企鹅负责孵蛋，孵蛋期间不进食。下列叙述错误的是（ ）A．帝企鹅蛋的卵清蛋白中N元素的质量分数高于C元素B．帝企鹅的核酸、多糖和蛋白质合成过程中都有水的产生C．帝企鹅蛋孵化过程中有mRNA和蛋白质种类的变化D．雄帝企鹅孵蛋期间主要靠消耗体内脂肪以供能
【答案】A【解析】A、帝企鹅蛋的卵清蛋白中N元素的质量分数低于C元素，A错误；B、核酸、糖原、蛋白质的合成都经历了“脱水缩合”过程，故都有水的产生，B正确；C、帝企鹅蛋孵化过程涉及基因的选择性表达，故帝企鹅蛋孵化过程有mRNA和蛋白质种类的变化，C正确；D、脂肪是良好的储能物质，雄帝企鹅孵蛋期间不进食，主要靠消耗体内脂肪以供能，D正确。故选A。
5．基因Bax和Bcl-2分别促进和抑制细胞凋亡。研究人员利用siRNA干扰技术降低TRPM7基因表达，研究其对细胞凋亡的影响，结果如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．细胞衰老和细胞凋亡都受遗传信息的调控B．TRPM7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡C．TRPM7基因可能通过促进Bcl-2基因的表达来抑制细胞凋亡D．可通过特异性促进癌细胞中TRPM7基因的表达来治疗相关癌症
【答案】D【解析】A、细胞衰老和细胞凋亡都是由基因控制的细胞正常的生命活动，都受遗传信息的调控，A正确；B、据题图可知，siRNA干扰TRPM7基因实验组的TRPM7基因表达量下降，Bax基因表达量增加，细胞凋亡率增加，由此可以得出，TRPM7基因可能通过抑制Bas基因的表达来抑制细胞凋亡，B正确；C、siRNA干扰TRPM7基因实验组细胞凋亡率高，Bcl-2基因表达量降低，而Bcl-2基因抑制细胞凋亡，故TRPM7基因可能通过促进Bel-2基因的表达来抑制细胞凋亡，C正确；D、由题图可知，siRNA干扰TRPM7基因实验组，Bax基因表达量增加，Bdl-2基因表达量减少，细胞凋亡率增加，所以可以通过抑制癌细胞中TRPM7基因表达来治疗相关癌症，D错误。故选D。
课堂总结

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