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(共56张PPT)
基因的表达
普通棉花
转基因抗虫棉
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。
基因
蛋白质的合成
控制
基因的表达：
为什么转基因棉花能抗虫？
为什么转基因棉花能产生抗虫蛋白？
苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白
转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？
第4章 基因的表达
4.1 基因指导蛋白质的合成
课时1 转录
1.概述遗传信息的转录和翻译过程。
2.计算DNA碱基数日、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。
3.阐明中心法则的具体内容，认同科学是不断发展的
学习目标
细胞质
细胞核
DNA(2nm)
(遗传信息)
核孔0.9nm
核糖体
（蛋白质合成场所）

RNA
思考：基因主要存在哪里？蛋白质在哪里合成的？
信使
皇帝不出宫
DNA
核糖体
地方官员
一、RNA
任务一：请同学们自主阅读教材P64-65，P67，小组合作思考讨论完成问题。
1.RNA的结构单位是什么？由哪些成分组成？
3.RNA与DNA在化学组成和结构上的异同？
4.RNA为什么适合作DNA的信使？
2.RNA的种类有哪三种？分别有什么样的功能？
RNA的结构和功能
核糖核苷酸
1.RNA的组成
C、H、O、N、P
基本单位：
核糖核苷酸
A(腺嘌呤）
U(尿嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鸟嘌呤)
5’
1’
2’
3’
4’
元素组成：
一般为单链:
1.RNA的结构单位是什么？由哪些成分组成？
RNA的结构和功能
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
功能
结构
示意图
识别并转运氨基酸
组成核糖体
单链
局部形成氢键，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
核糖体RNA(rRNA）
遗传信息传递的媒介蛋白质合成的模板
少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质
→蛋白质合成的“三剑客”
2.RNA的种类有哪三种？分别有什么样的功能？
DNA和RNA的比较
种 类 DNA RNA
组 成 成 分 碱基
磷酸
五碳糖
全 称
基本组成单位
空间结构
分布（真核细胞）
特有：T
特有：U
共有： A、G、C
都有磷酸
脱氧核糖
核糖
脱氧核糖核酸
核糖核酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
多为规则双螺旋结构
多为单链
细胞核（主要）
线粒体、叶绿体
细胞质（主要）
3.RNA与DNA在化学组成和结构上的异同？
(1)RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，碱基的排列顺序也能储存遗传信息
(3)RNA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
(2)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U与A配对
4、RNA为什么适合作DNA的信使？
二、遗传信息的转录
思考：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
转录
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
A
T
C
A
T
G
A
C
G
A
G
C
T
T
C
A
A
3'
5'
……
……
DNA上的遗传信息
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
RNA
5'
过程如何呢
二、遗传信息的转录
任务二：结合教材64页的文字，和图4-4探究下列问题。
转录的概念？
1
转录的场所？
2
转录的模板
3
转录的原料
4
转录的酶
5
转录的碱基配对方式
6
转录的产物？
7
转录的过程？
8
1、过程：
游离的核糖核苷酸
U
A
A
A
U
U
C
G
C
A
G
C
G
U
G
C
G
C
T
T
T
G
C
G
T
C
C
3’
5’
5’
3’
5’
3’
（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键）
1. 解旋
RNA聚合酶使DNA双链解开，碱基暴露出来。
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
2. 配对
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
3. 连接
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
4. 释放
遗传信息的转录
遗传信息的转录
遗传信息的转录
真核生物：
原核生物：拟核、细胞质（质粒）
通过 以DNA的 为模板合成 的过程。
2、概念：
3、场所：
细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
4、产物：
mRNA、rRNA、tRNA等
RNA聚合酶
一条链
RNA
病毒：宿主细胞内
遗传信息的转录
5、条件：
原料：
模板：
能量：
酶：
RNA聚合酶（能解旋+聚合）
DNA的一条链的某片段
4种游离的核糖核苷酸
由ATP提供
6、特点：
边解旋边转录
8、遗传信息的流动方向：
DNA→mRNA
7、子链合成方向：
5′ 端到3′端
1.转录成的RNA的碱基序列与DNA的两条单链的碱基序列各有哪些异同？
RNA
DNA
2.转录与DNA复制有哪些共同之处？这对保证遗传信息的传递有什么意义？
转录与DNA复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。
模板链
非模板链
互补
配对
T换为U
思考：
碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
3、看图回答下列问题：
A
T
C
G
A
G
C
G
A
G
T
C
T
T
C
G
T
C
A
A
T
C
G
A
T
G
A
C
A
T
C
G
G
C
DNA
U
C
G
C
U
A
G
C
mRNA
mRNA
基因1
基因2
a链
b链
部分解旋
不能，转录只能以基因的一条链为模板
不一定相同
遗传信息的转录
不是，转录是以基因为单位进行
（2） 一个基因的两条链都能转录吗？
（3）不同基因的模板链是否相同？
（1）转录过程是对整个DNA分子进行转录吗？
小试牛刀
2. 如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，丙为其中部分片段的放大示意图。以下分析正确的是 (　　 )
B
A.图中酶1和酶2是同一种酶
B.图丙中b链可能是构成核糖体的成分
C.图丙是图甲的部分片段放大
D.图乙所示过程在高度分化的细胞中不能发生
DNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA
DNA(模板链）
rRNA
乙
能
小试牛刀
小试牛刀
3.如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：
(1)图中遗传信息的转录方向为 (用“→”或“←”表示)；RNA链延伸的方向是由 －端到 －端。
(2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是 ，其作用：①作用于氢键，使DNA双螺旋 ；②催化核糖核苷酸连接到RNA链上(形成 键)。
(3)b和c的名称分别是 、 。
(4)此过程中的碱基配对方式为 。
←
5′ 3′
RNA聚合酶
解开
磷酸二酯
胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸
A—U、T—A、C—G、G—C
DNA复制 转录
时间
场所
解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
细胞分裂 间期
生长发育过程
先后 完全解旋
只解有遗传效应片段（基因）
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
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
2个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
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,为后续翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
填空：DNA复制和转录的比较
转录
翻译
蛋白质
DNA
（脱氧核苷酸）
（核糖核苷酸）
4种AGCU
21种
？
（氨基酸）
mRNA
4种AGCT
游离在细胞质中的各种氨基酸，以 为模板合成具有一定氨基酸顺序的 ，这一过程叫做翻译。
mRNA
蛋白质
基因指导蛋白质的合成
4种碱基如何决定21种氨基酸
基因的表达
一一对应
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
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
【任务3】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？
实验证据
1961年克里克实验 课本p70
实验材料：T4噬菌体
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。
支持遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。
遗传信息的翻译
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：
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；
加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
遗传信息的翻译
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
RNA
3个碱基是如何与1个氨基酸对应的呢？如UUU对应哪种氨基酸？
实验结果：
③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
除去了DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
遗传信息的翻译
密码子
(1)定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(2)认读：
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
(2)位置：
mRNA上
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
21种氨基酸的密码子表
终止密码子：__种： 、 、 .
密码子种类 起始密码子：真核生物：___种： .
（共 种） 原核生物：___种： .
GUG不作起始密码子时，编码 .
编码氨基酸的密码子：___种或___种
64
3
UAA UAG UGA（可编码硒代半胱氨酸）
1
AUG（编码甲硫氨酸）
2
AUG、GUG（编码甲硫氨酸）
缬氨酸
61
62
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 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) 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
3、密码子与氨基酸的关系：
①1种密码子只能决定
氨基酸
1种
②1种氨基酸可能由
密码子决定
1种或几种
①专一性
②简并性
1.绝大多数氨基酸都有几个密码子，密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
分析密码子的特点
G
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
C
G
A
C
C
G
A
C
G
A
错误mRNA
天冬氨酸
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸
2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，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祖先
通用性：
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；
基因
信使物质
蛋白质的合成
转录
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
“搬运工”
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”。
(1)形态：
RNA单链经折叠（形成氢键），形成三叶草结构
(2)功能：
识别并转运特定的氨基酸
3'
5'
结合氨基酸的部位
U
G
A
反密码子
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
遗传信息的翻译——tRNA（转运RNA）
氨基酸与tRNA是否是一一对应的关系呢？
每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸；
而一种氨基酸可由__________种tRNA转运；
一
一或多
第一节
结合氨基酸的部位
反密码子
5
3
5
3
mRNA
tRNA
P
OH
A
C
A
若反密码子为3′-AAC-5′，则携带的氨基酸是？
位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
总结比较：遗传信息、密码子、反密码子的比较
DNA
碱基的排列顺序
直接决定mRNA中碱基排列顺序
间接决定氨基酸排列顺序
mRNA
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
直接决定氨基酸排列顺序
tRNA
tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
识别密码子
三、遗传信息的翻译
翻译的过程
1.翻译的场所在哪？其产物是什么？
2.阐述翻译的具体过程，该过程中需要的条件有哪些？
3.遗传信息的流动方向？
观看视频，结合课本68页的文字和图4-7思考并回答以下问题。
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 。
翻译的过程
第1步：
起始
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
遗传信息的翻译
E
1
2
第2步：进位
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3步：缩合
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
某个氨基酸
位点2
肽键
位点2的tRNA
翻译的过程
遗传信息的翻译
E
1
2
第4步：
移位
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
翻译的过程
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5步：
终止
核糖体
盘曲折叠
空间结构和功能
翻译的过程
遗传信息的翻译
位点1
位点2
翻译的过程
遗传信息的翻译
小结
1.概念：
2.场所：
3.条件：
4.产物：
5.原则：
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。
核糖体
模板：
原料：
能量：
工具：
多种酶
具有一定氨基酸序列的蛋白质 （肽链）
碱基互补配对 （A-U，U-A，C-G，G-C）
6.遗传信息传递的方向：
RNA → 蛋白质
mRNA
21种氨基酸
ATP
tRNA
①由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
②这样合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同。因为是以同一个mRNA为模板翻译出来的。
遗传信息的翻译
1.看图回答问题：
一个mRNA分子结合______核糖体，可以同时合成______肽链。
目的意义：
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
多个
多条
真核生物
先转录，后翻译
（转录和翻译的场所不同）
边转录边翻译
（无核膜，转录和翻译都在细胞质）
原核生物
2．请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。
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
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
弗朗西斯·克里克
克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？
中心法则及其发展
你能从信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律吗？
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
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的__________，蛋白质是信息的___________，而_____为信息的流动提供能量，可见：生命是______、______和_______的统一体。
表达产物
ATP
物质
能量
信息
物质载体
DNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
RNA
中心法则：
中心法则的完善
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
练一练 请判断以下图示分别代表什么过程？
图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7
DNA复制
转录
翻译
翻译
原核细胞：边转录边翻译
真核细胞：先转录后翻译
原核细胞：边转录边翻译
思考：判断下列各图中的翻译方向？
A—C—U—G—G—A—U—C—U
mRNA：
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
肽链：
DNA：
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
基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：合成蛋白质中的氨基酸个数 ＝
6∶ 3∶ 1
总结
一、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。（ ）
×
×
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
练习与应用（P69）
二、拓展应用
红霉素、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。
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。
练习与应用（P69）
→抑制翻译过程
→抑制复制过程
→抑制转录过程

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