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教学课件
人教版高中生物必修二
基因指导蛋白质的合成
（第2课时）
mRNA是如何指导蛋白质合成的呢？
遗传信息的翻译
课堂新知一：遗传信息的翻译
（一）翻译的概念
在细胞质的核糖体上,以游离在细胞质中的各种氨基酸原料，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
核糖体上，生长发育过程都会发生。
（二）翻译发生的场所和时间
（2）mRNA怎么决定蛋白质中氨基酸的序列？
核糖核苷酸有4种，氨基酸有21种。
（1）蛋白质中氨基酸的顺序由谁决定？
信使RNA——传达DNA上的遗传信息
碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
mRNA（碱基序列）
蛋白质（氨基酸序列）
翻译
1.密码子
课堂新知一：遗传信息的翻译
讨论：4种碱基如何决定21种不同的氨基酸？
1个碱基决定1个氨基酸
2个碱基决定1个氨基酸
3个碱基决定1个氨基酸
决定4种氨基酸
决定16种氨基酸
氨基酸组合64种
G
U
G
C
A
U
C
G
A
mRNA
5'
3'
密码子
缬氨酸
密码子
组氨酸
密码子
精氨酸
密码子：mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基。
课堂新知一：遗传信息的翻译
遗传密码子的破译
1961年克里克实验
实验材料：T4噬菌体
实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响
实验过程：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。
实验结论：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。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年蛋白质的体外合成实验
科学家：尼伦伯格、马太
实验技术：蛋白质的体外合成技术
实验过程：
①在每个试管中分别加入1种氨基酸；
②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；
③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
课堂新知一：遗传信息的翻译
除去DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
肽链
实验结论：
与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。
在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。
课堂新知一：遗传信息的翻译
第一字母 第二字母 (碱基符号) 第三字母 (碱基符号)
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 甲硫氨酸(起始)、缬氨酸 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
终止密码子：不决定氨基酸，多肽链合成终止的信号。
起始密码子：
多肽链合成起始的信号。翻译第一个氨基酸。AUG\GUG:甲硫氨酸
终止密码子
决定氨基酸的密码子
1.数量：
(64个）
3个
61/62种
(含2个起始密码子AUG\GUG）
（UAA、UAG、UGA）
①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。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
课堂新知一：遗传信息的翻译
专一性：
每种密码子只对应编码 种氨基酸(除起始密码子)
一
一种氨基酸对应 种密码子
1或多
简并性：
通用性：
地球上几乎所有生物共用一套密码子。
连续性：
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 。
课堂新知一：遗传信息的翻译
密码子的特性
增强密码子的容错性：
密码子的简并性可以防止因碱基的改变而导致的遗传信息的改变，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。
增强密码子的使用频率：
当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。
1.你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义
2.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
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。
课堂新知一：遗传信息的翻译
tRNA(转运RNA:转运氨基酸)
2.tRNA（转运RNA）(氨基酸的运载工具)与反密码子
反密码子
密码子
结合氨基酸的部位结合
碱基互补配对
课堂新知一：遗传信息的翻译
转运RNA(tRNA)：分子结构呈三叶草形，其“叶柄”端能与一个特定的氨基酸结合，“叶片”端有三个特殊的碱基称为“反密码子”，能与mRNA上的“密码子”相识别。
反密码子
反密码子
反密码子：tRNA上的3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对
每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸，反密码子、tRNA 61或62种
课堂新知一：遗传信息的翻译
位点1
位点2
核糖体移动方向
mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上
核糖体读取下一个密码子，原来位点1的tRNA离开，原来占据位点2的tRNA进入位点1，新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码子，翻译终止。
3.遗传
信息的
翻译过
程
课堂新知一：遗传信息的翻译
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合,组装成合成蛋白质的车间。
携带甲硫氨酸的tRNA，通过与mRNA上的密码子AUG（起始密码子）互补配对，进入位点1。
tRNA作为氨基酸的搬运工，通过反密码子的识别作用，将对应氨基酸运输到指定位置。
3.遗传信息的翻译过程
课堂新知一：遗传信息的翻译
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
课堂新知一：遗传信息的翻译
第3步：甲硫氨酸与组氨酸通过脱水缩合形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上
课堂新知一：遗传信息的翻译
核糖体移动方向
第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原占据位点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。
重复步骤2、3、4，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式携带的氨基酸输送过来，以合成肽链，直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止。
合成的仅是肽链，肽链释放后，还需要进一步加工、盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的成熟蛋白质分子。
课堂新知一：遗传信息的翻译
翻译
mRNA分子
碱基互补配对
细胞质的核糖体
mRNA
A－U、U－A
G－C、C－G
mRNA→蛋白质
场所：
原则：
模板：
条件：
遗传信息流动：
蛋白质
转 录
翻 译
21种游离氨基酸、
ATP、酶
tRNA
课堂新知一：遗传信息的翻译
真核生物
先转录，后翻译
DNA
mRNA
RNA聚合酶
边转录边翻译
原核生物
课堂新知二：翻译的注意事项
多聚核糖体
在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37℃时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。通常一个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，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。
课堂新知二：翻译的注意事项
核糖体移动方向（翻译方向）
长多肽链翻译在前（从左往右）
课堂新知二：翻译的注意事项
判断翻译的方向
核糖体移动方向
课堂新知二：翻译的注意事项
复制、转录、翻译的比较
复制 转录 翻译
场所
模板
原料
条件
产物
特点
主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
ATP、解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶、ATP ATP、tRNA、酶
2个双链DNA 1个单链RNA 多肽链
半保留复制；边解旋边复制；多起点复制 边解旋边转录 1条mRNA可同时合成多条肽链
翻译的实质：mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
基因刚转录的mRNA经过了加工。翻译结束后，mRNA被迅速降解成单体，以保证生物体生命活动的有序进行。
在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译
课堂新知二：翻译的注意事项
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n=6:3:1
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？
说明：因为DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA;转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
n
6n
3n
3n
3n
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
课堂新知二：翻译的注意事项
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则：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。
课堂新知三：中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则的完善
逆转录
复制
课堂新知三：中心法则
生物种类 遗传信息传递过程
真核生物
原核生物 DNA病毒 （T2噬菌体） 复制型RNA病毒，如烟草花叶病毒
逆转录病毒，如艾滋病病毒
复制 RNA 蛋白质
遗传物质都是DNA
DNA RNA 蛋白质
复制
转录
翻译
翻译
遗传物质都是RNA
蛋白质
RNA
DNA
RNA
转录
逆转录
翻译
当堂练习
1．同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同，其原因是参与这两种蛋白质合成的（ ）A．tRNA种类不同 B．mRNA碱基序列不同C．核糖体成分不同 D．同一密码子所决定的氨基酸不同
【答案】B【解析】A、一种氨基酸可由一种或多种tRNA转运，组成这两种蛋白质的氨基酸种类和数量相同，故参与这两种蛋白质合成的tRNA种类可能相同，也可能不同，A错误；B、蛋白质是以mRNA为直接模板翻译形成的，所以组成这两种蛋白质的各种氨基酸排列顺序不同的原因是mRNA碱基序列不同，B正确；C、核糖体主要由rRNA和蛋白质组成，成分相同，C错误；D、相同密码子所决定的氨基酸相同，D错误。故选B。
2．真核生物基因的遗传信息从DNA转移到RNA上之后，需要剪接体对有效遗传信息进行“剪断”与重新“拼接”。下图是S基因的表达过程，对其描述错误的是（ ）
A．过程①需要的原料是核糖核苷酸，需要RNA聚合酶参与B．剪接体作用于过程②，有磷酸二酯键的断裂和形成，需要DNA连接酶参与C．过程③中一条mRNA链可以结合多个核糖体以提高蛋白质的合成速率D．过程④分解异常mRNA以阻止异常蛋白质合成，利于维持细胞的相对稳定
【答案】B【解析】A.过程①表示转录，需要RNA聚合酶的参与，需要的原料是核糖核苷酸，A正确；B.剪接体对有效遗传信息的“剪断”与重新“拼接”，其作用是催化磷酸二酯键的断裂和形成，不需要DNA连接酶参与，B错误；C.过程③为翻译，在翻译过程中，一条mRNA链上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质，C正确；D.过程④为异常mRNA的降解过程，在此过程中利用RNA酶分解异常mRNA以阻止异常蛋白的合成，有利于维持细胞的相对稳定，D正确。故选B。
3．同位素标记法是生物学实验中常用的方法，下列各项表示利用该方法进行物质转移路径的探究，相关叙述正确的是（ ）A．用14C标记CO2，卡尔文循环中14C的转移路径为14CO2→14C3→14C5→（14CH2O）B．给浆细胞提供15N标记的氨基酸，15N在具膜细胞器间的转移路径为核糖体→内质网→高尔基体C．在含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸的培养液中培养洋葱根尖，15N的转移路径可为细胞质→细胞核→核糖体D．用32S标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌，35S的传递路径是亲代T2噬菌体→子代T2噬菌体
【答案】C【解析】A、14C在卡尔文循环中的转移路径为14CO2→14C3→（14CH2O）或14CO2→14C3→（14CH2O）和C5，A错误；B、核糖体是无膜的细胞器，B错误；C、15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸可参与转录过程，培养液中15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸可先进入细胞质，再进入细胞核中参与转录，转录生成的mRNA与核糖体结合作为翻译的模板，因此在含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸的培养液中培养洋葱根尖，15N的转移路径可为细胞质→细胞核→核糖体，C正确；D、在T2噬菌体亲、子代之间传递的物质是DNA，35S标记的是T2噬菌体的蛋白质，子代T2噬菌体中不含35S，D错误。故选C。
4．萌发的某种子中的酶有两个来源：一是由干种子中的酶活化而来，二是种子萌发时重新合成。研究发现，当种子萌发时，新的RNA在种子吸水后12h才会开始合成，而蛋白质的合成则在种子吸水后15-20min便可以开始。下列相关叙述正确的是（ ）A．种子萌发过程中有机物的含量和种类均减少B．干种子中没有自由水，但含有一定量的结合水C．种子萌发时消耗的能量的根本来源是母体的光合作用D．种子吸水后20min-12h，其细胞中不进行基因的转录，也不存在翻译过程
【答案】C【解析】A、种子萌发时，有机物分解，获得的有机物的种类增加，A错误；B、干燥的种子有自由水和结合水，只不过自由水的含量比鲜种子低，B错误；C、种子萌发时消耗的有机物根本上来源于母体的光合作用，C正确；D、根据题干信息可知：当种子萌发时，新的RNA在种子吸水后12h才会开始合成，而蛋白质的合成则在种子吸水后15～20min便可以开始。可见种子吸水后20min～12h，其细胞中不进行基因的转录，但存在翻译过程，D错误。故选C。
5．下列关于细胞生命活动的叙述，错误的是（ ）。A．细胞分裂间期既有基因表达又有DNA复制B．细胞分化要通过基因的选择性表达来实现C．细胞凋亡由程序性死亡相关基因的表达所启动D．细胞分化过程中遗传物质发生改变
【答案】D【解析】A、细胞分裂间期主要进行DNA的复制和有关蛋白质的合成，其中基因控制蛋白质的合成过程属于基因的表达，A正确；B、细胞分化的实质是基因的选择性表达，B正确；C、细胞凋亡是由基因决定的细胞程序性死亡的过程，是由程序性死亡相关的基因的表达所启动的，C正确；D、细胞分化过程中遗传物质不发生改变，D错误。故选D。
课堂总结

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