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(共55张PPT)
4.1基因指导蛋白质的合成
问题探讨
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。害虫啃食植株，Bt抗虫蛋白会进入害虫体内，产生毒素，使害虫死亡。
思考：这个现象说明什么？
基因
蛋白质的合成
指导
基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
基因如何指导蛋白质的合成？
主要在细胞核中
核糖体（细胞质）
3.DNA的分布和蛋白质的合成场所不同，那么遗传信息如何传递？
科学家推测：
在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。
——RNA
1.真核细胞基因(DNA)的分布：
2.蛋白质的合成场所：
一、认识RNA
DNA
RNA
1.RNA的全称：
2.RNA的基本单位：
核糖核酸
核糖核苷酸
OH
H
H
H
A
C
G
T
A
C
G
U
RNA
DNA
基本组成 单位
五碳糖
无机酸
碱 基
单双链
分子大小
核糖核苷酸
核 糖
磷 酸
核酸
项目
通常是单链结构
A、G、C、U
脱 氧 核 糖
脱氧核苷酸
磷 酸
A、G、C、T
通常是规则的
双螺旋结构
比较小
比较大
3.细胞中的两种核酸的比较
信使RNA（mRNA）：遗传信息传递的媒介。
核糖体RNA（rRNA）：与蛋白质构成核糖体。
转运RNA（tRNA）：转运氨基酸的工具。
4. RNA的种类和功能
总结：为什么RNA适合做DNA的信使呢？
1. RNA是由基本单位-----核糖核苷酸连接而成，跟DNA一样能储存遗传信息。
2. RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
3. RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。
碱基 DNA A T G C
互补
配对 RNA
U
A
C
G
请同学们阅读课本P65的第四自然段和图4-4，完成下列填空。
　　　　　　　
1.概念：
2.场所：　　　　　　　　　　
3.基本条件：（1）模板：
（2） 原料：
（3） 能量：
（4） 酶：
4.原则：
5.产物：
6.遗传信息流动：
二、遗传信息的转录
细胞核
DNA的一条链
四种游离的核糖核苷酸
ATP
碱基互补配对原则（A-U，G-C，C-G，T-A）
RNA（mRNA，tRNA，rRNA）
RNA聚合酶
DNA mRNA
在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程
A
C
G
T
G
T
T
T
A
T
G
C
A
C
A
A
A
T
RNA聚合酶
⑴解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。（打开氢键）
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
A
G
C
A
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA
游离的核糖核苷酸
RNA
聚合酶
T
G
C
A
C
A
A
A
T
5'
3'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
G
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
A
U
G
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
A
U
G
U
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
A
U
G
U
U
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
A
U
G
U
U
A
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
C
5'
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
RNA
聚合酶
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
C
mRNA
DNA
5'
3'
（3）连接：在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键）
合成方向：
子链的5’端→ 3’端
A
C
G
T
G
T
T
A
T
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
T
G
C
A
C
A
A
A
T
细胞质
细胞核
核孔
DNA
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
4. 释放：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
DNA复制和转录的比较
DNA复制 转录
时间
场所
模板
原料
酶
配对方式
方向
产物
细胞分裂间期
生长发育过程
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链为模板
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
2个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
思考： 若一条mRNA以DNA的b链为模板，请写出该mRNA与a链的碱基序列
U
G
A
U
C
C
mRNA
A
C
T
A
G
G
b链
T
G
A
T
C
C
a链
DNA
b链：模板链（有意义链）
a链：非模板链（无意义链）
1. DNA分子的解旋发生在哪一过程中（ ）
A. 复制
B. 转录
C. 翻译
D. 复制和转录
D
及时演练
2. mRNA上有25％的腺嘌呤，35％的尿嘧啶，则转录该mRNA的 DNA片段 上腺嘌呤占碱基总数的（ ）
A. 50％ B. 25％ C. 30％ D.35％
C
DNA单链
D
3.经检测，甲、乙、丙3种生物的核酸中的碱基之比如下表，这3种生物的核酸分别是（ ）
A G C T U
甲 60 40 60 40 ----
乙 30 20 20 30 ----
丙 41 23 44 ---- 28
A.双链DNA、单链DNA、RNA B.单链DNA、双链DNA、RNA
C.双链DNA、RNA、单链DNA D.RNA、单链DNA、双链DNA
B
4.（不定项）下图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是( )
A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对
B．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C．如果③表示酶分子，则它的名称是RNA聚合酶
D．转录完成后，②需通过三层生物膜才能与核糖体结合
BC
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——
三、遗传信息的翻译
遗传学上把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顺序的蛋白质的过程叫做翻译。
翻译
RNA是如何翻译成蛋白质的？
讨论：
4种碱基如何决定21种氨基酸
电报机
电报密码
0130 0117
你 好
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
41=4
42=16
43=64，足够有余
如果3个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
密码子：
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。
密码子认读是从mRNA的5'→3'
相邻的密码子无间隔、不重叠
密码子表
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① 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②) 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 G AGG
？
起始密码子（2种）: AUG
（绝大部分原核和真核生物）
GUG
（原核生物 编码甲硫氨酸）
终止密码子（3种）: UAA UAG UGA
1.密码子总数是 种，
2.不编码氨基酸的：
3.编码氨基酸的：
64
61种
（翻译的终止信号）
特殊情况下，可编码硒代半胱氨酸
（翻译的起点）
特殊情况下，62种
4.一种密码子决定几种氨基酸
1种或几种
3种
1种
5.一种氨基酸对应几种密码子
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
翻译的方向是从mRNA的5'→3'
翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束
密码子的特点：
一种氨基酸可以由1种或多种不同的密码子决定
（2）简并性：
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
（3）通用性：
一种密码子决定一种氨基酸。
（1）专一性：
①当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸；
②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。）
mRNA进入细胞质后，与什么结构结合，形成合成蛋白质的“生产线”
装配机器——核糖体
将氨基酸运送到“生产线”上去的“搬运工”是什么？
另一种RNA——tRNA
氨基酸的“搬运工”tRNA
1.tRNA呈__________；
2.一端为携带_______的部位
3.另一端有3个碱基。
三叶草形
氨基酸
每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。
mRNA
5'
3'
密码子
反密码子
3'
5'
结合氨基酸的部位
A
C
U
反密码子读取方向从3'→5'端
A
C
U
天冬氨酸
一共有多少种tRNA？
反密码子
与密码子相互配对，转运的氨基酸由配对的密码子决定
决定氨基酸的密码子有61/62种，
所以tRNA有61/62种。
氨基酸的“搬运工”tRNA
（1）每种tRNA只能识别并转运一种特定的氨基酸!
（2）一种氨基酸可以由___________tRNA来运输
一种或几种
（2）读取、合成
甲
组
色
精
半
半
脯
多肽链
（3）加工
蛋白质
盘曲折叠
核糖体
起始密码子
肽键
肽键
终止密码子
翻译过程
mRNA与核糖体结合
形成2个tRNA结合位点
AUG是起始密码子
携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
甲硫氨酸与组氨基酸形成肽键，转移到位点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
直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止
（1）结合
② 产物：
多肽（蛋白质)
① 条件
21种氨基酸
原料：
能量：
酶：
多种酶
模板：
mRAN
④ 碱基互补配对：
ATP
mRNA→蛋白质
信息流向：
三.遗传信息的翻译
运载工具：
tRAN
A－U、U－A、G－C、C－G
③ 核糖体的移动方向：
沿着mRNA 5’ 端往3’端移动
1.数量关系：
一个mRNA分子结合______核糖体，可以同时合成______肽链。
2.目的意义：
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
3.方向：__________（根据多肽链的长度，长的翻译在前）
看图说话：
多个
多条
从左向右
(即由“短” 到“长”)
真核生物
先转录，后翻译
边转录边翻译
原核生物
请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。
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
四．基因中碱基数目、mRNA与蛋白质中氨基酸数目的关系
注意：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”“最多”的字样。
遗传信息的转录和翻译的比较
项目 转录 翻译
场所
模板
原料
条件
产物
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
联系 DNA→mRNA→蛋白质
主要在细胞核
核糖体
DNA的一条链
mRNA
4种游离的核糖核苷酸
21种氨基酸
RNA聚合酶、能量(ATP)
酶、能量(ATP)、tRNA
RNA
多肽
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
1.（不定项）如图是甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述不正确的是（ ）
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
2.已知某转运RNA的一端的三个碱基顺序是GAU，它所转运的氨基酸是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码是由下列哪个转录来的（ ）
A.GAT B.GAA C.GUA D.CTA
3.图中 tRNA携带的氨基酸(选项括号中的内容为相应氨基酸的密码子)是（ ）
A．丙氨酸（5′ -GCG-3′） B．精氨酸（5′ -CGC-3′）
C．甘氨酸（5′ -GGC-3′） D．脯氨酸（5′ -CCG-3′）
4.已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是（ ）
A.12 B.24 C.18 D.30
5.如图表示某真核生物基因表达的部分过程，请回答下列问题：
(1)图中表示遗传信息的________过程，发生的场所是____________，此过程除图中所示条件外，还需要______________等。
(2)图中③表示____________，合成的主要场所是__________，通过____________运输到细胞质中。
(3)图中方框内的碱基应为____________，对应的aa5应为________(赖氨酸的密码子为AAA，苯丙氨酸的密码子为UUU)。
(4)图中核糖体的移动方向是____________。
翻译
核糖体
酶和能量
mRNA
细胞核
核孔
UUU
赖氨酸
从左到右
五、中心法则
复制 转录 翻译
信息流动方向
请设计一幅概念图，描述DNA、RNA、蛋白质等物质间信息流动的关系。
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
资料1： 1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。
RNA复制酶
RNA
RNA
烟草花叶病毒
资料2： 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
RNA
逆转录酶
DNA
中心法则及其发展
DNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
（RNA病毒中才有）
RNA
（RNA病毒中才有）
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是__________，蛋白质是__________________，而_____为信息的流动提供能量，可见：生命是______、______和_______的统一体。
信息的表达产物
ATP
物质
能量
信息
信息的载体
中心法则的完善
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
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 一般的RNA病毒
逆转录病毒 (HIV)
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
复制
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
RNA
各种生物的遗传信息传递过程
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
1
DNA复制
2
遗传信息转录
4
RNA复制
3
遗传信息翻译
5
逆转录
a.细胞生物和DNA病毒：
b.RNA复制类病毒（烟草花叶病毒）：
c.逆转录病毒（HIV）：
d.根尖分生区细胞：
e.叶肉细胞：
①②③
③④
⑤①②③
①②③
②③
跟踪训练1：写出下列生物体内能够进行的过程
高度分化细胞一般不分裂，无DNA复制
2.（不定项）中心法则概括了自然界生物的遗传信息的流动途径，如图为中心法则的图解。下列相关说法错误的是( 　　)
A．1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③
B．图中③④过程均有碱基互补配对，且配对方式不完全相同
C．图中①⑤过程的酶是DNA聚合酶，②过程是RNA聚合酶
D．在人体胚胎干细胞和心肌细胞中均存在图中①②③过程
BCD

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