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第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
概述遗传信息的转录和翻译的场所、过程、条件和原则等
运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系
中心法则的主要内容。
为什么转入荧光蛋白基因的猕猴会发出荧光呢？
转入的是基因，
得到的却是蛋白质！为什么？
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
（1）基因主要存在哪里？
（2）蛋白质在哪里合成？
基因
主要在细胞核
蛋白质的合成
在细胞质进行
指导
通过RNA
思考：RNA为什么能够充当DNA的信使？
问题：基因是怎样指导蛋白质的合成呢？
【任务一】阅读教科书P62—P63，同时思考以下问题：
1.RNA为什么适于作DNA的信使呢？
2.DNA和RNA的区别是什么？
3.RNA的种类。
（2）RNA一般是____链，而且比 DNA 短，因此能够通过______，从________转移到________中。
（1）RNA的分子结构和DNA很相似，也是由基本单位__________
连接而成，跟DNA一样可以_______________。
核糖核苷酸
储存遗传信息
单
核孔
细胞核
细胞质
③核糖体RNA(rRNA)
②转运RNA(tRNA)
①信使RNA(mRNA)
：核糖体的组成成分
:传递遗传信息
:识别、转运氨基酸
基因表达的基本过程：
第一步 基因的遗传信息传递给RNA，此步称为“转录”；
RNA
基因
转录
蛋白质
翻译
第二步 RNA移入细胞质通过指导蛋白质合成来表达遗传信息，此步可称为“翻译”。
细胞核
核糖体
细胞质
RNA
基因
DNA的遗传信息是怎样传递给mRNA的？
一、遗传信息的转录
【任务二】：结合教材P63最后一段及图4-4 概括转录过程、归纳转录的概念以及所需要的条件；
1、过程：
⑴解旋：________解开，碱基得以暴露。
⑵配对：游离的________ 随机地与转录用的DNA的一条链上的碱基互补配对。
⑶连接：在_________ 酶的作用下，依次连接，形成一个mRNA分子。
⑷释放：合成的________从DNA链上释放，DNA双链恢复。
2、转录的定义？3、场所？ 4、条件？5、产物？
a.解旋
b.配对
场所：
主要在细胞核,少发生在线粒体和叶绿体
过程：
条件：
模板：
酶：
原料：
能量：
DNA的一条链
RNA聚合酶
四种游离的核糖核苷酸
ATP
形成一条RNA
转录小结
c.连接
d.释放
结果：
时间：
细胞需要合成蛋白质时
碱基互补配对 ：
A-U,T-A,C-G,G-C
边解旋边转录
相对于DNA复制的“全或无”的特性；转录具有选择性。
P64“思考与讨论”：
转录不是转录整个DNA，而是其中的基因
基因A
基因B
基因C
模板链：有转录功能
编码链：无转录功能
模板链：有转录功能
编码链：无转录功能
注：在一条含若干基因的DNA中，不同基因作为模板的链不一定在同一链上
遗传信息转录的实验资料
资料1：1955年有人曾用洋葱根尖和变形虫进行如下实验：如果加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止；如果再加进了从酵母菌中提取出来的RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质
蛋白质的合成与RNA有关
资料2：1955年拉斯特等人做的变形虫换核实验
A组：变形虫用同位素标记的尿嘧啶核苷培养液来培养，发现标记物首先出现在细胞核中
B组：变形虫培养在未标记的尿嘧啶核苷培养液中，变形虫的细胞核和细胞质中均未有放射性
将A组变形虫的细胞核移植到B组变形虫去掉细胞核的细胞质中，进行培养观察，发现大部分被标记的物质相继从细胞核中移入细胞质中
说明RNA在细胞核中合成，从细胞核转移到细胞质中
资料3：
Marmur和Duty利用DNA和RNA杂合技术，用侵染枯草杆菌的噬菌体SP8为材料进行实验，噬菌体SP8的遗传物质是DNA，组成其DNA分子的两条链碱基组成很不平均，其中一条链富含嘌呤，另一条链富含嘧啶。
1、噬菌体SP8侵染枯草杆菌后，从枯草杆菌中分离出RNA
2、将噬菌体DNA分子加热、离心，使DNA双链分开
3、将1步骤中分离出来的RNA分别与双链打开的DNA分子混合并缓慢冷却，实验结果，噬菌体SP8侵染细菌后形成的RNA只与富含嘌呤的碱基互补配对形成的杂合分子
说明RNA是以DNA的一条链为模板合成的
mRNA：
碱基的数量
排列顺序
种类
蛋白质：
氨基酸的数量
排列顺序
种类
决定
决定
决定
种
种
4种
20种
问题1：组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，而RNA只有4种核苷酸，4种碱基AGCU如何决定20种氨基酸呢？
转录得到的mRNA仍是碱基序列,而不是蛋白质.那么,mRNA如何将遗传信息传递给蛋白质呢？
运用数学方法进行逻辑推理：
一个碱基决定一个氨基酸，编码 种氨基酸
两个碱基决定一个氨基酸，编码 种氨基酸
三个碱基决定一个氨基酸，编码 种氨基酸
4
16
64
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
密码子
密码子
密码子
1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA上的3个相邻碱基决定的，每3个这样的碱基称为密码子。
实验验证-阅读教材P74-75"克里克的实验证据"和“遗传密码对应规则的发现”
1967年科学家已将20种氨基酸的密码子全部破译。表4-1密码子表。阅读P65表4-1及思考讨论，分析归纳密码子的特点。
1、相邻的密码子之间无间隔，不重叠；
2、64个密码子都有作用，有3个终止密码子（一般不编码氨基酸），2个起始密码子（编码氨基酸）；
3、绝大多数氨基酸都有几个密码子；这一现象称为密码子的简并；
4、地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。
（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）当某种氨基酸使用频率较高时，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。
当今生物可能有共同的起源；生命在本质上是统一的。
问题2：游离在细胞质中的氨基酸是怎样运送到合成蛋白质的核糖体上的呢？
思考：每种tRNA能识别并转运几种氨基酸 为什么？（可从酶专一性角度思考）
细胞内特定的酶催化每种tRNA与其转运的氨基酸结合。
二、遗传信息的翻译
阅读P66图4-6及相关文字内容 概述翻译的过程。思考：
1、 mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？
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？
4、翻译过程中是核糖体沿mRNA移动还是mRNA在移动？
场所：
细胞质的核糖体上
过程：
条件：
模板：
酶：
原料：
能量：
mRNA
多种酶
20种氨基酸
ATP
翻译小结
肽链起始：
肽链延伸：
肽链终止：
识别起始密码
按照密码子加上对应氨基酸
终止密码出现，肽链合成结束
转运工具：
tRNA
产物？时间？
碱基配对原则？
一个mRNA可同时结合_____核糖体。
mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系图
多个
②目的意义：
③方向：
①数量关系：
少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质。
从左向右，判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。
问题3：翻译合成的肽链能够直接承担相应的生物学功能吗？
肽链合成后，通常需要盘曲折叠成具有特定空间结构的蛋白质，才能承担特定的功能。
亲代信息
复制
子代信息
表达
子代性状
有性生殖
个体发育
归纳提升--比较DNA复制、转录和翻译
三、中心法则
尝试从信息的角度，用流程图总结出遗传信息传递的一般规律：
阅读分析P69的三个资料，你认为这些资料是否推翻了传统的中心法则？为什么？
写出不同生物体内遗传信息传递规律：
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。
利用已灭绝的恐龙的DNA分子，真的能使恐龙复活吗？
【课堂练习1】某一多肽链共有100个氨基酸，则控制合成该肽链的基因中的碱基数至少有
A、600 B、300 C、297 D、594
基因碱基：信使RNA碱基：氨基酸数目
（双链） （单链）
1个密码子 1个氨基酸
6 3 ： 1
A
密码子
精氨酸
氨基酸
转运RNA
G
信使RNA
G
G
DNA
双链
【课堂练习2】根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律，在下面表格数码中填入相应的字母：
C
C
C
A
A
T
C
G
U
C
G
构建知识网络
RNA和DNA的比较
脱氧核苷酸
脱氧核糖
A、T、G、C
双链
核糖核苷酸
核糖
A、U、G、C
一般单链
前体mRNA
成熟mRNA
外显子转录出来的部分
内含子转录出来的部分
内含子转录出来的部分
转录拓展

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