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人教版（2019）必修二
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
第2课时
认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用（科学思维、社会责任）
能够概述遗传信息的翻译过程
01
能够阐明中心法则的具体内容
02
学习目标
03
能说出DNA碱基、mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系
男
男
情境导入
转录得到的是RNA，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢？
mRNA通过核孔进入细胞质中，与核糖体结合，开始它新的历程——翻译。
遗传信息的翻译
01
中心法则
02
目录
遗传信息的翻译
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、翻译的概念及实质
mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
(2)实质：
(1)概念：
遗传信息的翻译
4
16（42）
64（43）
＜21种氨基酸
＜21种氨基酸
＞21种氨基酸
至少3个碱基决定1个氨基酸才能满足需要。
如果1个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定_______种氨基酸；
如果2个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定_________种氨基酸；
如果3个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定_________种氨基酸。
数学小游戏
问题一：mRNA的4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
mRNA碱基种类
蛋白质氨基酸种类
4种
21种
遗传信息的翻译
实验证据
1961年克里克实验
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。
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：
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。
问题一：mRNA的4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。
密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。
2.密码子：
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
(3)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
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
21种氨基酸的密码子表
遗传信息的翻译
①在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
②在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
(2)特殊密码子:
起始密码子
终止密码子
AUG（甲硫氨酸）、GUG（甲硫氨酸）
AUG（甲硫氨酸）、GUG（甲硫氨酸）
UAA、UAG、UGA（前两种不编码任何氨基酸）
遗传信息的翻译
分析密码子的特点
思考 讨论
1.一种密码子决定几种氨基酸？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）。
②1种氨基酸可以由1种或几种密码子决定。
细胞核
mRNA
赖氨酸
A
A
G
赖氨酸
密码子的专一性
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
天冬氨酸
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸
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？
密码子的容错性
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。
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？
密码子的通用性
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”tRNA
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”。
遗传信息的翻译
2.氨基酸的搬运工——tRNA
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
A
C
U
反密码子
密码子
GUA
（1）形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形
（2）功能：识别并转运氨基酸
（3）特点：
①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
②一种氨基酸可以由多种tRNA携带。
（4）反密码子：每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
遗传信息的翻译
2.氨基酸的搬运工——tRNA
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
A
C
U
反密码子
密码子
GUA
（61种反密码子）
tRNA
（64种密码子）
mRNA
氨基酸
（20种）
运输
编码
互补配对
mRNA、tRNA和氨基酸之间的对应关系
遗传信息的翻译
起始密码子
01起始：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基AUG互补配对进入位点1。
3.翻译的过程
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
遗传信息的翻译
E
1
2
甲
02进位：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
03缩合：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
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
3.翻译的过程
遗传信息的翻译
E
1
2
04移位：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，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
3.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。
05终止：肽链合成后，从核糖体上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
遗传信息的翻译
在细胞质中翻译是一个快速高效的过程。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。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
4.多聚核糖体——高效翻译的机制
遗传信息的翻译
“列表法”比较DNA复制、转录和翻译
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
遗传信息的翻译
01
中心法则
02
目录
中心法则
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？
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？
中心法则
【资料1】1965年，科学家在某种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。
【资料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
转录
翻译
RNA
DNA
蛋白质
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。
中心法则
tRNA
rRNA
mRNA
脱氧核苷酸序列
氨基酸序列
(遗传信息)
核糖核苷酸序列
（mRNA上有遗传密码）
模板
携带氨基酸
核糖体（场所）
逆转录
复
制
RNA
DNA
蛋白质
转录
翻译
复
制
转录
遗传信息载体
（信息的表达产物）
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。
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
课堂小测
1.下列关于复制、转录和翻译的说法错误的是( )
A.三个过程在所有细胞中都会发生
B.三个过程的都需要酶的催化
C.三个过程都要通过碱基互补配对来完成
D.三个过程的模板各不相同
解析：DNA复制只发生在能进行细胞分裂的细胞中，A错误；DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶，转录需要RNA聚合酶，翻译也需要酶，B正确；由分析可知，三个过程都遵循碱基互补配对原则，C正确；DNA复制以DNA的两条链分别为模板，转录以DNA的一条链为模板，翻译以mRNA为模板，所以模板各不相同，D正确。
A
课堂小测
2.下列有关细胞中蛋白质合成的叙述，正确的是( )
A.mRNA沿着核糖体移动
B.tRNA携带密码子
C.一个mRNA结合的多个核糖体最终合成的肽链相同
D.每种氨基酸只有一种密码子
解析：在蛋白质合成过程中，是核糖体沿着mRNA移动，而不是mRNA沿着核糖体移动，A错误；tRNA携带的是反密码子，mRNA携带密码子，B错误；一个mRNA结合多个核糖体，由于模板mRNA相同，所以最终合成的肽链相同，C正确；每种氨基酸可能有一种或多种密码子，这一现象称为密码子的简并性，D错误。
C
课堂小测
3.遗传密码是指( )
A.DNA分子中决定蛋白质合成的碱基排列顺序
B.转运RNA分子一端决定一个氨基酸的三个碱基排列顺序
C.信使RNA上的编码1个氨基酸的3个相邻碱基
D.蛋白质分子的氨基酸排列顺序
解析：遗传密码（即密码子）在mRNA上，不在DNA上，A错误；tRNA上一端的3个碱基称为反密码子，B错误；密码子是指mRNA（信使RNA）上决定1个氨基酸的3个相邻碱基，C正确；蛋白质分子的氨基酸排列顺序是密码子决定的，D错误。
C
课堂小测
4.自然界中生物的遗传信息流动途径如图所示。下列叙述错误的是( )
A.①②过程可发生在细胞核中 B.③过程需要多种RNA的参与
C.遗传信息的载体只能是DNA D.蛋白质是遗传信息的表达产物
解析：①为DNA分子复制过程，②为转录过程，可发生在细胞核中，A正确；③为翻译过程，需要rRNA,mRNA,rRNA,等多种RNA参与，B正确；遗传信息的载体还可以是RNA，C错误；蛋白质是遗传信息的转绿翻译的产物，即表达产物，D正确。
C
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