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(共43张PPT)
第四章 基因的表达
第1节：基因指导蛋白质的合成（第2课时）
该基因表达的第一步是什么 在哪里进行 合成了什么物质
该物质的作用是什么 这样的植株就具有抗虫功能了吗
mRNA通过核孔进入细胞质后,mRNA的碱基序列是如何翻译成蛋白质的氨基酸序列的呢
过渡
在细胞核中，Bt抗虫蛋白基因通过转录产生Bt抗虫蛋白的mRNA，mRNA将通过核孔进人细胞质中。
产生
Bt基因
Bt抗虫蛋白
表达
导入
培育
目的基因
核DNA
苏云金芽孢杆菌
抗虫棉
棉花细胞
问题探讨
二、遗传信息的翻译及中心法则
01
02
遗传信息的翻译
中心法则
遗传信息的翻译
一
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。
翻译的概念及实质
01
mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
过渡
(1)概念：
(2)实质：
基因
蛋白质
转录
mRNA
翻译
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
氨基酸序列
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
情境一
遗传密码的破译是生物学
史上一个伟大的里程碑。
下图是尼伦伯格和马太破
译第一个遗传密码的实验，
每支试管中加入了一种氨
基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，观察多肽的合成
(1)用UGUGUGUGUGUGUGUGUG作模板合成了由两种氨基酸交替连接的6肽，说明了一个氨基酸是由 碱基组成
(2)人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸只含U的核苷酸链，合成的多肽只有苯丙氨酸，说明苯丙氨酸的密码子是 ；
UUU
三个
密码子
02
阅读教材图4-5、表4-1,分析、归纳密码子的特点:
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？
【任务1】
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基为1个密码子。
密码子
02
(1)密码子的概念:
1.5 密码子表
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
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 A AGA
21种氨基酸的密码子表
1.5 密码子表
①GUG只在原核生物中作为起始密码子时编码甲硫氨酸，其他情况下编码缬氨酸。
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。
密码子
02
(2)特殊密码子:
起始密码子
终止密码子
AUG（甲硫氨酸）
GUG（缬氨酸、甲硫氨酸）
UAA、UAG、UGA（前两种不编码任何氨基酸）
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
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
分析密码子的特点
思考 讨论
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？
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提高使用频率:
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。
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。
称为密码的通用性
分析密码子的特点
思考 讨论
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
(3) 密码子的特点:
相邻的密码子之间无间隔、不重叠;
64个密码子都有作用，有3个终止密码子;
绝大多数氨基酸都有几个密码子。
一种密码子决定一种氨基酸
绝大多数氨基酸都有几个密码子。
②密码子的简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
③密码子的通用性
①密码子的专一性
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
色
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
如何精准运送过来的？
tRNA
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
思考
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对()
密码子
A
U
C
反密码子
03
反密码子
U
G
A
碱基配对
RNA链经过折叠，形成三叶草形。
识别和转运氨基酸
(1)形态：
(2)功能：
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。
(3)反密码子：
遗传信息、密码子、反密码子的比较
项目 存在位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
DNA
mRNA
tRNA
碱基的排列顺序
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序
直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
识别密码子
情境一
遗传密码的破译是生物学
史上一个伟大的里程碑。
下图是尼伦伯格和马太破
译第一个遗传密码的实验，
每支试管中加入了一种氨
基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，观察多肽的合成
(3)除去DNA和mRNA的细胞提取液含有核糖体和线粒体，能为多肽的合成提供 。
场所和能量
(4)在此过程中，细胞提取液为肽链的合成提供了______________________等物质或结构。
能量、酶、核糖体、rRNA
翻译的过程
04
①mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止
请结合以下问题阅读教材图4-7及相关内容，概述翻译过程。
mRNA
核糖体
多肽链
反密码子
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
【任务2】
起始密码子
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。
翻译的过程
04
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
E
1
2
翻译的过程
04
第二步：
甲
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
第三步：
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
E
1
2
翻译的过程
04
第四步：
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
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。
第五步：
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。
第五步：
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
项目 存在位置 含义 生理作用
遗传信息 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
密码子 mRNA mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
反密码子 tRNA tRNA上与密码子互补配对的三个碱基 识别密码子
遗传信息、密码子、反密码子的比较
该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗？
1.下图是翻译过程的示意图，请据图分析回答下列问题：
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？
不完全一样
复制 A—T、T—A、G—C、C—G
转录 A—U、T—A、C—G、G—C
翻译 A—U、U—A、C—G、G—C
(2)判断图甲中核糖体沿着mRNA移动的方向，并根据教材中的密码子表，写出图甲中翻译出的氨基酸序列。
甲硫氨酸
丙氨酸
丝氨酸
多肽链
tRNA
分析翻译的过程
思考 讨论
A
U
G
G
C
U
U
C
U
5’
3’
Ⅰ
Ⅳ
Ⅱ
核糖体
2.图中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
3.最终合成的多肽链②、③、④、⑤
的氨基酸序列相同吗？为什么？
4.图所示的翻译特点，其意义是什么？
分析翻译的过程
思考 讨论
①
②
③
④
⑤
⑥
mRNA
核糖体
真核生物：先转录，后翻译
5.比较真核细胞和原核细胞转录、翻译
原核生物：边转录边翻译
分析翻译的过程
思考 讨论
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
(1)关系图
(2)说明：因为基因中存在不编码蛋白质的片段，实际上基因(DNA)上所含有的碱基数要大于6n，而mRNA中也存在终止密码子等片段，所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n。因此一般题目中带有“至少”字样才能使用这个比例关系。
基因表达的计算
05
1.下列关于密码子的叙述，正确的是( )
A.密码子位于mRNA或tRNA上
B.一种氨基酸只由一种密码子决定
C.密码子与反密码子配对时能够形成氢键
D.反密码子有64种
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
C
2.如图为tRNA的结构示意图，下列有关叙述正确的是( )
A.tRNA是由三个核糖核苷酸连接成的单链分子
B.一种tRNA只可以转运一种氨基酸
C.图中b处上下链中间的结构为磷酸二酯键
D.图中c处表示密码子，可以与mRNA碱基互补配对
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
B
中心法则
二
情境二
1957年，克里克提出生物遗传的中心法则，用以表示生命遗传信息的流动方向或传递规律，但由于当时对很多机制了解不多，中心法则中遗传信息的流动方向带有一定的假设性质。随着遗传规律的深入探索以及各种先进技术在实验中的应用，中心法则逐渐被证实并得到完善和发展。
阅读教材69页相关内容，思考并完成以下问题。
【任务3】
你能从信息传递的角度，用流程图总结细胞中遗传信息的传递规律吗
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
逆转录病毒(HIV)
讨论完成下表
中心法则的建立
01
1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则
复制
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
翻译
(1)遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；
(2)也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制。
1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
复制
复制
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
翻译
逆转录
中心法则的完善
02
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
逆转录病毒 (HIV)
中心法则的完善
02
中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律，据图回答下列问题：
(1)②表示_____过程，需要_________酶；④表示_______过程，需要_______
酶的参与。
(2)正常情况下，在人体细胞内能进行的过程是_________。
(3)图中遵循碱基互补配对原则的过程是________________。
(4)任意一个人体细胞均能发生①②③过程吗？
转录
RNA聚合
逆转录
逆转录
①②③
①②③④⑤
高度分化的细胞不再进行细胞分裂，因而不能发生①过程。
分析中心法则
【任务4】
1.如图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程。下列相关叙述错误的是(　　)
A．①②③④⑤⑥过程均遵循碱基互补
配对原则
B．艾滋病病毒侵染宿主细胞后会进行
④①②③过程
C．在菠菜叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均可进行①②③过程
D．在硝化细菌体内②和③过程可同时进行
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
C
2．下列关于中心法则的叙述，正确的是(　　)
A．肽链的合成一定以RNA为模板，以氨基酸为原料
B．酶的合成一定以RNA为模板，以氨基酸为原料
C．RNA的合成一定以DNA为模板，以核糖核苷酸为原料
D．DNA的合成一定以DNA为模板，以脱氧核苷酸为原料
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
A
本节小结
主场所
储存于
转运
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
模板
原料
产物
细胞核
DNA分子的一条链
4种核糖核苷酸
mRNA tRNA rRNA
主场所
翻译
模板
原料
产物
核糖体
21种氨基酸
具有一定氨基酸顺序的肽链(蛋白质)
mRNA
遗传信息
密码子
编码
氨基酸
合成
mRNA
rRNA
tRNA

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