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第4章基因的表达
第1节基因指导蛋白的合成
学习目标
1. 理解 tRNA、mRNA等基本概念；
2.通过阅读教材和小组合作说出转录的相关内容，加深理解，培 养合作探究能力。
3.阐明遗传信息的翻译过程。说明密码子的简并性。 4.概述遗传信息传递的中心法则。
5.体会细胞各部分之间是紧密联系的，各部分结构与功能相适应。
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的
“侏罗纪公园”,展现了丰富而新奇的科学幻想；各种各样的恐龙飞
奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还
原而来的。从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA, 真的能够使它们复
活吗
将苏云金芽胞杆菌抗虫蛋白基因转入棉花，培育出的棉花会产生Bt
抗虫蛋白，导入的是基因，得到的却是蛋白质，个体具有抗虫性状，为什么
问题探讨引新课
基 因 蛋白质 性状
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一：基因表达
思 考： 1、真核生物细胞核是代谢的控制中心，细胞质是代谢的主要场 所，细胞核如何指导细胞质中蛋白质的合成
2、DNA不能从核中出来，核质之间必然存在信使，何种物质来 充当信使
资料1: 1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶 分解细胞中的RNA, 蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的 RNA, 蛋白质又开始合成。
资料2: 1955年，戈德斯坦和普劳特用放射性同位素标记的尿嘧 啶培养液培养变形虫，检测到放射性物质从细胞核转移到细胞质。
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一：基因表达
1、RNA 的组成和种类
阅读教材P64和P65页前两段内容，解决下列问题
问题1: DNA和RNA有哪些方面的不同 尽量多的列举
问题2: RNA的种类有哪些
问题3: RNA的作为信使的条件有哪些
问题4:推测DNA上的信息如何传给RNA
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一 ：基因表达
1、RNA 的组成和种类
化学组成、结构、分布、作用
问题1: DNA和RNA有哪些方面的不同 尽量多的列举
问题2: RNA的种类有哪些
mRNA
tRNA
rRNA
mRNA
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一：基因表达
1、RNA 的组成和种类
问题3: RNA的作为信使的条件有哪些
①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A 、G 、C、U, 具备携带遗 传信息的可能。 ②RNA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
问题4:推测DNA上的信息如何传给RNA
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一：基因表达
2、遗传信息的转录
1)概念：
实质： 遗传信息从DNA转移到RNA的过程。
2)场所： 细胞核、叶绿体、线粒体、拟核
3)过程： 阅读教材P65页相关内容，解决下列问题
问题1:转录过程的条件有哪些 与DNA复制过程的条件做好比较。
问题2: RNA聚合酶的作用 与DNA聚合酶的作用做好比较。
问题3: RNA链的合成方向 与DNA的两条链的碱基序列各有哪些异同。
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一：基因表达
2、遗传信息的转录
问题4:转录过程的条件有哪些 与DNA复制过程的条件做好比较。
模板： DNA的 一 条链酶： RNA聚合酶原料：4种核糖核苷酸能量
问题5: RNA聚合酶的作用 与DNA聚合酶的作用做好比较。
断裂氢键，解开双螺旋；连接单个的核糖核苷酸。
问题6: RNA链的合成方向 与DNA的两条链的碱基序列各有哪些异同。
合成方向： 5’端 → 3'端。①该RNA与DNA模板链的碱基互补配对， A 与U配对，而非T;② 该RNA与DNA非模板链的碱基序列基本相同， 只是DNA链上T的位置，RNA 链上是U。
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一：基因表达
2、遗传信息的转录 3'
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一：基因表达
2、遗传信息的转录 3'
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一：基因表达
2、遗传信息的转录
问题7:经转录过程形成的mRNA上携带的遗传信息来自于DNA的哪条链。
非模板链。DNA的两条链只有一条具有转录功能，具有转录功能的链叫 模板链或反义链，不具有转录功能的链叫编码链或有义链。
RNA RNA
5 3/
基因A 基因B 基因C DNA 片 段
3/ 5
RNA
问题8:分裂间期和分裂期都可以进行转录吗
分裂期的染色体高度螺旋DNA难以解旋，转录难以发生。
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一：基因表达
2、遗传信息的转录
1)概念：
实质： 遗传信息从DNA转移到RNA的过程。
2)场所： 细胞核、叶绿体、线粒体、拟核
3)过程： 条件、RNA聚合酶的作用、合成方向
4)产物：3种RNA
1)概念： 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。
实质是将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
思 考 ：mRNA的碱基序列与氨基酸之间的对应关系是如何的呢
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
DNA mRNA
碱基排序 —→ 碱基排序
蛋白质
氨基酸排序
翻译

转录
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
2)遗传密码的破译
问题1: 4种碱基如何决定21种氨基酸 一个碱基决定一种氨基
酸，最多能对应几种氨基酸 连续的两个碱基决定一种氨基酸， 最多能对应几种氨基酸 21种氨基酸至少需要几个碱基决定一种 氨基酸
推测：至少三个碱基决定一个氨基酸
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
2)遗传密码的破译
1961年，克里克以T 噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基 序列。增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删 除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质； 增加或删除三个碱基时， 却合成了具有正常功能的蛋白质。 为什么会产生这样的结果
克里克第一个通过实验证明三个碱基编码一个氨基酸；
同时表明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
密码子： mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
问题2:理论上密码子应该有64种，3个碱基排列的1个密码子对 应的究竟是哪种氨基酸
尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码
问题3:至少应该设置几组试管，每组试管加哪些成分
问题4:为什么要去除细胞提取液中的DNA和RNA
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密码子 密码子 密码子
A G A U A U C
mRNA
一：基因表达
3、遗传信息的翻译
2)遗传密码的破译
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
2)遗传密码的破译
科学家沿着蛋白质合成的思路，不断改进实验方法，
终于破译全部64个密码子，并将64个密码子编制成了表格。 称 为密 码 子 表。
问题5:64个密码子可以分为哪几类
问题6:多个密码子可以同时编码一种氨基酸，称作密码子的简 并性，你认为此特性对生物体的生存发展有何意义
问题7:几乎所有生物都共用上述密码子，说明了什么
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
2)遗传密码的破译
问题5:64个密码子可以分为哪几类
59种普通密码子+2种起始密码子+3种终止密码子
问题6:多个密码子可以同时编码一种氨基酸，称作密码子的简 并性，你认为此特性对生物体的生存发展有何意义
密码子中一个碱基改变可能不改变其对应的氨基酸， 一定程度 上保证遗传性状的稳定性， 增加了密码子的容错性。
问题7:几乎所有生物都共用上述密码子，说明了什么
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
3)翻译过程 阅读教材P67和P68页相关内容，解决下列问题
问题1: tRNA的结构和作用特点，携带氨基酸的部位，反密码子的
概念和数量。
问题2:核糖体与mRNA结合后形成几个结合位点，第一个编码的氨 基酸是哪种，肽链如何形成
问题3:核糖体沿mRNA的移动方向 总结之前讲过的方向问题。
问题4:总结翻译过程需要哪些条件，对比DNA复制和转录过程。
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
3)翻译过程
问题1: tRNA 的结构和作用特点，携带氨基酸的部位，反密码子的概 念和数量。
氨基酸 反密码子： tRNA上可与mRNA上的密码子互补配
结合部位 对的3个碱基。
编码氨基酸的密码子有 种，反密码子有 种 ， tRNA有 种。
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，但 是一种氨基酸由一种或几种tRNA携带。
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一 ：基因表达
3、遗传信息的翻译
3)翻译过程
问题2:核糖体与mRNA结合后形成几个结合位点，第一个编码的氨 基酸是哪种，肽链如何形成
②
当读取到mRNA上的起始密码子，翻译开始
G C A U G
A C
C A A U C C
核糖体
5'
翻译方向一→
U A G
3'
脱水缩合
甲硫氨酸
精氨酸 组氨酸 异亮氨酸
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
3)翻译过程
问题2:核糖体与mRNA结合后形成几个结合位点，第一个编码的氨
基酸是哪种，肽链如何形成
问题3:核糖体沿mRNA的移动方向 总结之前讲过的方向问题。
色氨酸 精氨酸
甲硫氨酸 组氨酸
ACCcAG
GCAC 3'
A U G
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氨酸
6 0
0 A -
0 6 -
G
A
5'
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精氨酸
甲硫氨酸 组氨酸 色 氨酸 异亮氨酸
G C A A G
G U G C
5' A U G C A C A G G C G U 3'
① ②
当读取到mRNA上的终止密码子，翻译结束
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
3)翻译过程
问题2:核糖体与mRNA 结合后形成几个结合位点，第一个编码的氨 基酸是哪种，肽链如何形成
问题3:核糖体沿mRNA的移动方向 总结之前讲过的方向问题。
问题4:总结翻译过程需要哪些条件，对比DNA复制和转录过程。
模板原料 能量 酶 工 具
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一 ：基因表达
3、遗传信息的翻译
3)翻译过程
问题5:细胞如何快速高效的实现翻译
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。少量的mRNA分子 就可以迅速合成大量的蛋白质。
3'
核糖体
5'
mRNA
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一：基因表达
3、遗传信息的翻译
4)翻译结果 多肽链
肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系 列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开 始承担细胞生命活动的各项职责。
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GAGCA
é
原核生物
边转录边翻译
先转录，
真核生物 后翻译
AIGGc
③
Auc808 UUG
核糖体
细胞核
d
一：基因表达
核孔
DNA
细胞质
蛋白质
信 使RNA
氨基酸
—f
DNA复制 转录
翻译
时间 场所
条件 模板
原料
酶
能量
原则
特点
产物
方向
信息传递
DNA的复制转录翻译过程的比较
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二：中心法则
1、提出者： 克里克
2、内容： 遗传信息的传递一般规律
复制
转录
复制 DNA RNA 翻 译 →蛋白质
逆转录
说明：生命是物质、能量和信息的统一体
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二：中心法则
拓展延伸
问题1:会在某一生物中出现中心法则的全部过程吗 人有哪些过
程
问题2: RNA的复制需要RNA复制酶，推测RNA复制类型的病毒遗传物
质的复制过程
问题3: RNA逆转录型的病毒先逆转录形成DNA, 尝试写出逆转录病 毒的遗传信息传递的全部过程，推测宿主细胞能否为其提供逆转录 酶
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二：中心法则
拓展延伸
问题1:会在某一生物中出现中心法则的全部过程吗 人有哪些过 程
转录 RNA
复制
DNA
蛋白质
翻译，
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二：中心法则
拓展延伸
问题2: RNA的复制需要RNA复制酶，推测RNA复制类型的病毒遗传物 质的复制过程
问题3: RNA逆转录型的病毒先逆转录形成DNA, 尝试写出逆转录病 毒的遗传信息传递的全部过程，推测宿主细胞能否为其提供逆转录 酶
复制
RNA DNA- 转录 > RNA- 翻译 蛋白质
-G—A-T-
DNA
模板链
A—C—U-XG—G—A-U—C—U
苏氨酸肽键(甘氨酸肽键 丝氨酸
基因中碱基数：mRNA中碱基数：蛋白质的氨基酸个数=6 : 3: 1
拓展延伸找规律
基因中碱基数目、 mRNA 与蛋白质中氨基酸数目的关系
遗传密码
肽链
翻译
转录
mRNA
1■■
■■
基因中碱基数目、 mRNA 与蛋白质中氨基酸数目的关系
基因中碱基数：mRNA中碱基数：蛋白质的氨基酸个数=6:3:1
已知蛋白质中氨基酸的数目为n,所需mRNA的碱基数至少为3n,所 需DNA中的碱基数至少为6n
非编码—→ 编码区—— 非编码一
启动子 终止子
非编码区： 编码区上游与编码区下游。不能编码蛋白质，调控遗传 信息的表达。
启动子：RNA聚合酶结合位点，起始转录。
终止子：RNA聚合酶脱离位点，终止转录。
拓展延伸找规律
拓展延伸找规律
基因中碱基数目、 mRNA 与蛋白质中氨基酸数目的关系
基因中碱基数：mRNA中碱基数：蛋白质的氨基酸个数=6:3:1
已知蛋白质中氨基酸的数目为n,所需mRNA 的碱基数至 少为3n,所 需DNA中的碱基数至 少为6n。
基因中存在大量的非编码区；终止密码子大部分时候不编码氨基酸。
已知DNA中碱基数目为6n,mRNA 的碱基数最 多为3n,蛋白质中的氨
基酸数最 多为n。
课堂小结
转录
基因表达
翻译
复制
RNA 翻译 →蛋白质
概念
条件 过程
概念
条件 过程
转录
DNA
逆转录
中 心 法 则 复制(

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