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第1节
基因指导蛋白质的合成
第四章 基因的表达
新课导入
你知道抗虫棉是怎么培育的吗？
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，培育出会产生Bt抗虫蛋白抗虫棉花植株。
基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达(基因指导蛋白质的合成)。
一、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。
？
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
碱 基 序 列
氨基酸序列
碱基
氨基酸
4种
21种
翻译
难题一
1
翻译的概念：
一、遗传信息的翻译
mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系？
4种
21种

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
(1)定义：
mRNA上
(2)位置：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(3)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
2
密码子
后来科学家又通过推测和实验，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。
一、遗传信息的翻译
脯氨酸
例:CCG
第1个字母 第2个字母 第3个字母 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
一、遗传信息的翻译
① 2个起始密码子
共64种
UAA、UAG、UGA（硒代半胱氨酸）
原核生物：AUG GUG（甲硫氨酸，若为非起始密码子——缬氨酸）
真核生物：AUG（甲硫氨酸）
（4）密码子种类：
② 3个终止密码子
一种密码子决定____种氨基酸，
一种氨基酸由_________密码子决定
1或几种
1
一、遗传信息的翻译
任务一：分析密码子的特点
1．从教材P67的密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
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
密码子的简并性
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保证翻译的速度。当某种氨基酸使用频率高时，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。
一、遗传信息的翻译
任务一：分析密码子的特点
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。
密码的通用性
2.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
一种密码子决定一种氨基酸
② 简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
③通用性
① 专一性
（5）密码子的特点：
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定
①增强密码子的容错性
②保证翻译的速度
一、遗传信息的翻译
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
A
C
G
U
G
A
U
U
A
异亮氨酸
甲硫氨酸
谷氨酸
亮氨酸
一、遗传信息的翻译
3
tRNA与反密码子
3'
5'
碱基配对
RNA链经过折叠，形成三叶草形。
识别并转运氨基酸
（1）tRNA形态：
（4）反密码子：
密码子
A
U
C
反密码子
U
G
A
位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
（2）功能：
问：若密码子为UAA，则对应的反密码子是？
终止密码子
结合氨基酸的部位
（3）功能特点：
1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸
一种氨基酸可以由多种tRNA转运
一、遗传信息的翻译
一、遗传信息的翻译
起始密码子
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上的碱基互补配对进入位点1。
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
甲
核糖体
4
翻译过程
一、遗传信息的翻译
E
1
2
甲
运输：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
脱水缩合：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
组
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
第二步：
第三步：
4
翻译过程
一、遗传信息的翻译
E
1
2
延伸：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
第四步：
4
翻译过程
一、遗传信息的翻译
脱离：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。
终止：直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
第六步：
4
翻译过程
第五步：
一、遗传信息的翻译
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
1.概念：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。
多聚核糖体现象
5
多聚核糖体
（2）意义是？
2.意义：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
（3）翻译的方向？
（即核糖体移动的方向）
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
一、遗传信息的翻译
（5）翻译能够精确进行的原因是什么？
（6）翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？
不具有，还需要加工。
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。
（4）多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同，因为其模板相同。
5
多聚核糖体
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
一、遗传信息的翻译（总结）
1.概念：
2.场所：
3.条件：
4.产物：
5.遗传信息传递方向：
6.特点：
a.模板：
b.原料：
c.转运工具：
d.能量：
e.碱基互补配对：
以mRNA为模板，合成有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
细胞质的核糖体
mRNA
21种氨基酸
tRNA
ATP
具有特定氨基酸顺序的蛋白质
RNA→蛋白质
G－C、C－G、U－A、A－U
a、翻译结束后，mRNA分解成单个核苷酸。
mRNA-tRNA
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
5
列表比较DNA复制、转录和翻译
一、遗传信息的翻译
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？
A—C—U—G—G—A—U—C —U
UGA CCU AGA
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
ACU GGA UCU
DNA
1
3
6
mRNA
蛋白质
6
基因表达的相关计算
一、遗传信息的翻译
G C A
C G T
G C A
模板链
丙氨酸
DNA
（基因片段）
mRNA
氨基酸
DNA
碱基数目
mRNA
碱基数目
氨基酸
数目
：
：
：
：
6
3
1
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n=6:3:1
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。
一、遗传信息的翻译
1.一条多肽链上有氨基酸300个，则作为合成该多肽链模板的mRNA分子和转录mRNA的DNA分子至少要有碱基多少个？
A.300；600 B.900；1800
C.900；900 D.600；900
一、遗传信息的翻译
2．(2023·福建福州期中)一段原核生物的mRNA上有60个碱基，其中U和G有32个，转录出该mRNA的一段DNA中的C和A的个数以及翻译合成一条多肽链时最多脱去的水分子数分别是(　　)
A．60，19　　　　　　　 B．60，20
C．32，19 D．28，20
√
二、中心法则
DNA聚合酶
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA聚合酶
核糖体
DNA
mRNA
多肽链
复制
转录
翻译
你能根据DNA复制和基因指导蛋白质合成的过程画一张流程图，表示遗传信息的传递方向吗？
二、中心法则
复制 转录 翻译
信息流动方向
1957年，克里克提出中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图。
弗朗西斯·克里克
思考：中心法则对所有生物均能适用吗？
二、中心法则
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
资料1
二、中心法则
资料2
RNA
逆转录酶
艾滋病病毒
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。
DNA
二、中心法则
复制
DNA
逆转录
转录
复制
RNA
翻译
蛋白质
1.完整的中心法则图示
2.内容及意义：
表示遗传信息传递的法则
遗传信息可以从_______流向_______，即______________；也可以从_____流向______，进而流向_________，即_________________________，可见
生命是______、______和_______的统一体
物质
能量
信息
DNA
DNA
DNA的复制
DNA
蛋白质
遗传信息的转录和翻译
RNA
二、中心法则
复制
DNA
逆转录
转录
复制
RNA
翻译
蛋白质
1.是否所有生物均能发生中心法则的所有过程？
2.RNA生物（病毒）的遗传信息是怎样传递？
二、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 （烟草花叶病毒、SARS）
逆转录病毒 (HIV)
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
复制
3.各种生物的遗传信息传递过程
二、中心法则
（1）能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
（2）高度分化的细胞（洋葱表皮细胞）
请写出以下生物的遗传信息的传递过程：
二、中心法则
中心法则的所有过程并不适用于所有生物，但所有生物均能发生一部分过程。
DNA合成过程既包括DNA复制过程，也包括在逆转录酶作用下以RNA为模板合成DNA的过程。
中心法则的5条信息传递途径都遵循碱基互补配对原则，但配对的碱基有差别。　
4.中心法则的3点提醒
二、中心法则
模板 产物 原料 碱基互补
DNA复制
转录
翻译
RNA复制
逆转录
DNA
DNA
RNA
RNA
mRNA
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
脱氧核苷酸
DNA
DNA
RNA
RNA
多肽
A-T T-A G-C C-G
A-U T-A G-C C-G
A-U U-A G-C C-G
A-T U-A G-C C-G
A-U U-A G-C C-G
5.与遗传信息流动有关的几个过程比较：
场所：核糖体
产物：多肽
模板：mRNA
原料：氨基酸
酶和能量：相关酶及ATP
tRNA
条件
翻 译
转 录
场所：主要在细胞核
产物：RNA
模板：DNA分子的一条链
原料：核糖核苷酸
酶： RNA聚合酶
能量：ATP
条件
DNA
mRNA
蛋白质
基因指导蛋白质的合成

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