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(共40张PPT)
第四章 基因的表达
第 1节 基因指导蛋白质的合成
第2课时
目标
01
02
03
概述遗传信息的转录和翻译过程，阐明中心法则的具体内容。（生命观念）
由中心法则的提出到完善，认同科学是不断发展的；基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。（科学探究）
计算DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。（科学思维）
学习目标
温故知新：遗传信息的转录过程（视频）
在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA过程。
模板：DNA的一条链
原料：4种核糖核苷酸
能量：由细胞呼吸提供
酶：RNA聚合酶等
场所：真核：细胞核、线粒体、叶绿体 原核：细胞质中
定义
条件
温故知新：遗传信息的转录过程
个体生长发育的整个过程
时间
碱基互补配对
A－U、T－A、G－C、C－G
RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
边解旋边转录
DNA→RNA
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
从5’-端到3’-端
产物
原则
特点
遗传信息传递的方向
转录的意义
mRNA的延伸方向
温故知新：遗传信息的转录过程
转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质，那么，mRNA上的遗传信息如何传递到蛋白质上呢？
一、遗传信息的翻译
1.翻译的概念及实质
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。
将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
(1)概念：
(2)实质：
？
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
碱 基 序 列
氨基酸序列
4种
21种
翻译
一、遗传信息的翻译
？
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
碱 基 序 列
氨基酸序列
氨基酸
4种
21种
翻译
一、遗传信息的翻译
4种碱基是怎样决定21种氨基酸的呢
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
一、遗传信息的翻译
请同学们自主阅读教材P66-68，图4-5、表4-1,思考并回答问题：
1.什么是密码子？
2.决定氨基酸的密码子有多少种？
3.起始密码子是什么？起始密码子编码什么氨基酸？终止密码子有几个？
4.一种密码子决定几种氨基酸？一种氨基酸酸有几种密码子？
(1)定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(2)识别：
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
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
怎么判断？
后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了64个遗传密码子。
1.密码子
(2)位置：
mRNA上
一、遗传信息的翻译
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
64
UAA
GUG
AUG
UGA（硒代半胱氨酸）
62
UAG
分析密码子的特点
思考.讨论
一、遗传信息的翻译
1.从密码子表可以看出：一种密码子决定几种氨基酸？色氨酸有几种密码子？苯丙氨酸、亮氨酸等有几种密码子？一种氨基酸酸有几种密码子？
①1种密码子只能决定1种氨基酸（正常情况下）。
②色氨酸色氨酸只有UGG一种密码子，苯丙氨酸、亮氨酸分别有2种、
种密码子。
总结：1种氨基酸可以由1种或几种密码子决定。
分析密码子的特点
思考.讨论
一、遗传信息的翻译
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；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，可以保证遗传信息的翻译速度。
A
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
U
G
A
C
C
G
A
C
G
A
错误mRNA
2.从密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作
密码的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？
分析密码子的特点
思考.讨论
一、遗传信息的翻译
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。
称为密码的通用性
3.地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么？
一、遗传信息的翻译
（4）密码子的特性：
①专一性
一种密码子只决定一种氨基酸
②简并性
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定，可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。
1.密码子
地球上几乎所有生物都共用一套密码子。
③通用性
根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？
说明当今生物可能有着共同的起源。
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
知道碱基和氨基酸的对应关系后，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
思考
mRNA
5
3
5
3
①结构：
结合氨基酸的部位
密码子
反密码子
OH
A
A
C
碱基配对
④种类：
③特点：
这个tRNA携带的
氨基酸是 ？
亮氨酸
②功能：
识别和转运氨基酸
tRNA链经过折叠，像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，这3个碱基可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。
1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸
1种氨基酸可有1种或多种tRNA识别并转运
62种，与决定氨基酸的密码子一 一对应。
一、遗传信息的翻译
2.转运RNA、反密码子
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
密码子
反密码子
DNA
mRNA
tRNA
碱基的排列顺序
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序
直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
识别密码子
一、遗传信息的翻译
3.翻译的过程
一、遗传信息的翻译
①mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止
请结合以下问题阅读教材图4-7及相关内容，概述翻译过程。
②根据遗传密码的阅读方式分析，图中mRNA上共有几个密码子
③翻译合成的肽链的氨基酸序列是怎样的
3.翻译的过程
一、遗传信息的翻译
起始密码子
mRNA进入细胞质，与 结合；携带 的tRNA通过与mRNA上的碱基AUG互补配对进入 。
4.翻译的过程
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
M
核糖体
核糖体
甲硫氨酸
位点1
一、遗传信息的翻译
E
1
2
第二步：
甲
携带 的tRNA以同样的方法进入 。
通过脱水缩合形成 ，甲硫氨酸被转移到 上。
第三步：
H
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
组氨酸
位点2
肽键
位点2的tRNA
4.翻译的过程
一、遗传信息的翻译
E
1
2
第四步：
沿 移动，读取下一个密码子，原占位点1的
离开核糖体，原位点2的tRNA进入 ，一个新的携带氨基酸的tRNA进入 ，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
核糖体
mRNA
tRNA
位点1
位点2
4.翻译的过程
一、遗传信息的翻译
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
肽链合成后，从 上脱离， 成具有特定
的蛋白质分子。
第五步：
核糖体
盘曲折叠
空间结构和功能
4.翻译的过程
一、遗传信息的翻译
位点1
位点2
4.翻译的过程
一、遗传信息的翻译
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所）
细胞核（主要场所）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
21种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
DNA的复制、转录和翻译的比较
二、多聚核糖体
请同学们自主阅读教材P69，思考并回答问题：
①
②
③
④
⑤
⑥
1.如何快速高效地进行翻译呢？
2.图中①、⑥分别是什么分子或结构？最终合成
的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？
为什么？
3.核糖体移动的方向是怎样的？
4.翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？
5.翻译能够精确进行的原因是什么？
6.图所示的翻译特点，其意义是什么？
二、多聚核糖体
多聚核糖体现象
二、多聚核糖体
①
②
③
④
⑤
⑥
1.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。
2.图中①、⑥分别是什么分子或结构？最终合成
的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？
为什么？
3.核糖体移动的方向是怎样的？
4.翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？
mRNA
核糖体
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
不具有，还需要加工。
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
二、多聚核糖体
①
②
③
④
⑤
⑥
5.翻译能够精确进行的原因是什么？
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。
6.图所示的翻译特点，其意义是什么？
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
真核细胞和原核细胞翻译的区别
真核生物：核基因先转录后翻译
原核生物：可以边转录边翻译
为什么会是这样呢？
原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内，所以可以边转录边翻译
1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
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。
随着研究的深入，科学家对中心法则进行补充：
资料：1.1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，RNA复制酶
能催化RNA的复制。
2.1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能
以RNA为模板合成DNA。
逆转录
复制
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。
三、中心法则
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)
各种生物的遗传信息传递过程
基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
A—C—U—G—G—A—U—C—U
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
肽键 肽键
（假设以B链为模板进行转录）
A链
B链
转录
翻译
基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 ＝
6∶3∶1
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
50个氨基酸
150
300
四、基因控制蛋白质合成的相关计算
1
3
6
四、基因控制蛋白质合成的相关计算
基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
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。
小结
主场所
储存于
转运
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
模板
原料
产物
细胞核
DNA分子的一条链
4种核糖核苷酸
mRNA tRNA rRNA
主场所
翻译
模板
原料
产物
核糖体
21种氨基酸
具有一定氨基酸顺序的肽链(蛋白质)
mRNA
遗传信息
密码子
编码
氨基酸
合成
mRNA
rRNA
tRNA
课后习题·概念检测
1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA转录形成的mRNA,与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。( )
(2)一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。( )
×
×
课后习题·概念检测
2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止,密码子是指( )
A.基因上3个相邻的碱基
B.DNA上3个相邻的碱基
C.tRNA上3个相邻的碱基
D.mRNA上3个相邻的碱基
D
课后习题·拓展应用
题中的三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。
1.红霉索、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示，请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
提示:

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