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(共48张PPT)
第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
(第二课时)
本节内容
遗传信息的翻译
真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别
中心法则是如何描述遗传信息的传递规律的？
典型习题
一、教学目标：
1、概述遗传信息翻译的基本过程，正确认识基因和蛋白质的关系；基于地球上几乎所有生物都共用一套遗传密码的事实，阐明生物界统一性，认同当今生物可能有共同起源，形成生物进化观。（生命观念）
2、通过了解遗传密码的破译过程，培养学生会质疑、重证据、讲逻辑的科学思维。（科学思维）
3、通过模拟实践、小组合作构建、修正翻译过程的模型，提高小组合作能力，培养实践探究能力。(科学探究)
4、运用生物学知识，解释抗生素作用的原理，理解其在医疗制药中的应用。（社会责任）
二、重难点
1.遗传信息的翻译过程。
2.中心法则的具体内容。
复习回顾
1.RNA的种类及功能
2.转录的概念 场所 原料 过程 特点？
转基因抗虫棉
Bt蛋白基因
Bt 抗虫蛋白
棉铃虫蛀食棉花的棉铃、棉叶
转基因棉花
情境导入
1.翻译的概念是什么
2.翻译的实质是什么
3.什么是密码子
4.起始密码子和终止密码子有哪些？
5.什么是密码子的简并
6.什么是反密码子？
7.tRNA的运载特点是什么
二、基因指导蛋白质的合成----遗传信息的翻译
设疑：学生阅读P66-67，思考思考下列问题:
1、翻译的概念：
2、翻译的实质：
二、遗传信息的翻译
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。
将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
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，
推测
4
64
16
4种：AUCG
→ 21种
第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要
实验材料：T4噬菌体
实验思路：研究某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响。
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：
1961年克里克实验P70
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：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。
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。
任务1：遗传密码的破译
C
A
G
A
A
U
C
C
C
C
G
A
5'
3'
mRNA
密码子
密码子
密码子
密码子
实验过程：
除去DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
多聚苯丙氨酸的肽链
实验结论：与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。
任务1：遗传密码的破译
实验方法：尼伦伯格、马太蛋白质的体外合成实验
实验结果：多聚尿嘧啶核苷酸导致多聚苯丙氨酸的合成
科学家们的不断实验下，破译了全部64种密码子，并编制出密码子表。
思考：①实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么
②除去DNA和mRNA细胞提取液提供了什么？
3、密码子：
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫作1个密码子。
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：从mRNA的5’→ 3’，相邻的密码子无间隔、不重叠
决定
决定
决定
缬氨酸
组氨酸
精氨酸
二、遗传信息的翻译
（mRNA → 蛋白质）
终止密码子有3个，不决定氨基酸。
起始密码子有2个，决定氨基酸。
一种密码子决定1种氨基酸，一种氨基酸由1种或几种密码子决定。
编码氨基酸的密码子有61种（一般情况）
任务2：阅读P67密码子表，分析
根据密码子表，将Bt 抗虫基因的mRNA碱基序列编码为氨基酸序列
任务2：阅读P67密码子表，师生合作探究：正确读取密码子
要求：①找出起始密码子和终止密码子
C
A
U
C
G
A
A
A
U
C
C
C
C
C
G
G
G
A
U
A
U
C
C
C
C
U
A
甲硫
脯
丙
苏
亮
丙
异亮
脯
起始
密码子
终止
密码子
注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
②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。
一般1种密码子决定1种氨基酸
②简并性
1种氨基酸对应1或多种密码子
③通用性
地球上几乎所有的生物都共用
同一套遗传密码子。
a.保证翻译的速度
b.增加容错性维持物种的稳定性
生物可能有着共同的起源或生命在本质上是统一的。
4.密码子的特点：
①专一性
任务3：阅读P67，认识tRNA
3'
5'
碱基配对
结合氨基酸的部位
U
G
A
mRNA
5'
3'
A
C
U
反密码子
2.分析：
tRNA的特点？
氨基酸与tRNA之间的对应关系？
1.设疑：氨基酸不含碱基，不能与mRNA上的密码子直接配对,是谁将氨基酸精准运送到mRNA上？
4.氨基酸的“搬运工”——tRNA
二、遗传信息的翻译
（mRNA → 蛋白质）
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
识别氨基酸、搬运氨基酸(一般61种)
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
经过折叠，形成三叶草形（局部有碱基对）
①形态：
②结构：
③功能：
尾部（3‘端）为结合氨基酸的部位，
头部为反密码子，能与密码子互补配对（A=U,G=C）
（1种tRNA只转运1种氨基酸）（专一性）
（1）tRNA只有三个碱基（ ）
（2）DNA中含有氢键，RNA中不含氢键（ ）
×
×
遗传信息 密码子 反密码子
区别 概念 中脱氧 核苷酸的排列顺序 mRNA中决定一个氨基酸的 个相邻碱基 中与mRNA中
密码子互补的三个碱基
作用 控制生物的 遗传性状 直接决定蛋白质中的氨基酸序列 识别密码子，
转运氨基酸
特点 DNA两条链上的碱基互补 与 上的 碱基互补 与mRNA中密码子的
碱基互补
种类 64种，决定氨基酸的有61种，终止密码子3种 61种，并不是所有密码子都决定氨基酸，如终止密码子不决定氨基酸
DNA
3
tRNA
DNA
遗传信息、密码子和反密码子的比较
遗传信息 密码子 反密码子
区别 对应关系 一种密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸可以由 密码子决定 一种tRNA只运输一种氨基酸，一种氨基酸可以由 tRNA转运
联系 ①基因中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA中核糖核苷酸 的排列顺序； ②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补配对； ③密码子和反密码子的碱基序列互补配对； 决定
一种或多种
一种或多种
遗传信息、密码子和反密码子的比较
5.过程
任务4：构建翻译的物理模型
思考：
①起始时，谁先与mRNA结合 第一个tRNA结合在核糖体的什么位置
②核糖体位点1和位点2的tRNA上氨基酸是如何连接的
③延伸时，是谁在移动？移动的方向是怎么样的？一次移动几个碱基？
④什么时候翻译终止
（5）tRNA的移动方向？
④
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
甲
色
A
C
C
组
精
G
A
C
第1步：mRNA进入细胞质中与核糖体结合
G
G
U
3'
5'
一、遗传信息的翻译
5.过程
位点1
位点2
U
C
A
甲
色
A
C
C
组
精
G
A
C
第1步：携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
U
C
A
甲
U
C
A
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
甲
U
C
A
3'
5'
一、遗传信息的翻译
5.过程
位点1
位点2
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
组
精
G
A
C
第2步：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
甲
U
C
A
G
G
U
G
G
U
组
G
G
U
组
G
G
U
3'
5'
一、遗传信息的翻译
5.过程
位点1
位点2
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
色
A
C
C
精
G
A
C
第3步：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上
甲
U
C
A
组
G
G
U
甲
3'
5'
一、遗传信息的翻译
5.过程
位点1
位点2
位点1
位点2
色
A
C
C
精
G
A
C
第4步：核糖体沿mRNA移动（5’→3’），读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1。
U
C
A
组
G
G
U
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
3'
5'
一、遗传信息的翻译
5.过程
位点1
位点2
色
A
C
C
精
G
A
C
第4步：一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成
G
G
U
组
甲
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
色
A
C
C
色
A
C
C
组
甲
3'
5'
翻译方向
一、遗传信息的翻译
（mRNA → 蛋白质）
5.过程
位点1
位点2
G
A
C
就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
A
G
G
半
色
组
甲
精
谷
半
脯
丝
U
C
U
终止密码子
3'
5'
翻译方向
一、遗传信息的翻译
（mRNA → 蛋白质）
5.过程
以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质
6.条件
（1）原料
（3）能量
（2）模板
（4）产物
21种氨基酸
mRNA
一般是ATP
具有一定氨基酸顺序的蛋白质
7.原则
碱基互补配对（A-U，U-A，C-G，G-C）
mRNA→蛋白质
9.遗传信息流动
（5）酶
肽酰转移酶
二、遗传信息的翻译
8.密码子的阅读方向
5 →3
10.翻译效率
（1）数量关系
（2）方向
（3）意义
（4）结果
1个mRNA可相继结合 个核糖体，
进行多条肽链的合成，称为多聚核糖体。
多
同时
从 到 （如图：从 ）。
短
长
左到右
少量的mRNA分子可以迅速合成出 的蛋白质。
大量
合成多条 的肽链。（理由： 相同）
相同
模板mRNA
（5）特点
快速高效
二、遗传信息的翻译
11.基因表达过程中各种数量关系
6 3 1
注意：
①因为DNA中有非基因片段，不能转录出mRNA;
②转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，
因此实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。
（P78复习与提高）一条肽链有500个氨基酸，则作为合成该肽链模板的mRNA和用来转录mRNA的DNA的碱基至少有( )
A.500个和1 000个 B.1000 个和2 000 个
C.1 500 个和 1 500 个 D.1 500 个和 3 000 个
D
二、遗传信息的翻译
计算中“最多”和“最少”的分析
（1）mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
（2）DNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
（3）注意“最多”或“最少”：
在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
强调：
注意：无特别说明，不考虑终止密码
4.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含的碱基数依次为
（ ）
A.33、11、66 B.36、12、72
C.12、36、24 D.11、36、72
B
对应训练
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），线粒体，叶绿体
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
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
与蛋白质合成有关的酶
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
DNA的复制、转录和翻译的比较
①
②
③
④
⑤
⑥
1.如何快速高效地进行翻译呢？
2.图中①、⑥分别是什么分子或结构？最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
3.核糖体移动的方向是怎样的？
4.翻译合成的肽链具相应生物学功能吗？
mRNA
核糖体
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
不具有生物学功能，还需加工。
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
意义：少量mRNA分子可迅速合成大量蛋白质。
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。
5.翻译能够精确进行的原因是什么？
①mRNA为翻译提供了精确的模板；
②mRNA上密码子和tRNA上反密码子碱基互补配对保证翻译能够准确进行。
1．如图表示某细胞内发生的一系列生理变化，X 表示某种酶。据图分析，下列有关叙述错误的是(　　)

A．X为RNA聚合酶，该酶主要在细胞核中发挥作用
B．该图中最多含5 种碱基、8种核苷酸
C．过程Ⅰ仅在细胞核内进行，过程Ⅱ仅在细胞质内进行，图中X 和核糖体的移动方向相同
D．b部位发生的碱基配对方式有T—A、A—U、C—G、G—C
C
对应训练
解析：图中过程Ⅰ表示转录，其中a为DNA分子，b为DNA模板链，X为RNA聚合酶，过程Ⅱ为翻译。转录主要在细胞核内进行，因此RNA聚合酶主要存在于细胞核，A正确；该图中含有DNA分子和RNA分子，因此最多含5种碱基(A、C、G、T、U)和8种核苷酸，B正确；过程Ⅰ为转录，主要在真核生物的细胞核内进行，过程Ⅱ为翻译，在细胞质中的核糖体上进行，图示中X 和核糖体的移动方向相同，C错误；b部位表示以DNA的一条链为模板形成mRNA的过程，发生的碱基配对方式有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。
知识拓展：翻译过程的模型图解读
下图表示翻译过程的三种模式图，回答有关问题：
1.图甲模型分析
(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为 、
核糖体、 、多肽链。
(2)一个核糖体与mRNA的结合部位形成 个tRNA结合位点。
(3)翻译起点：起始密码子决定的是 或缬氨酸。
(4)翻译终点：识别到 (不决定氨基酸)翻译停止。
(5)翻译进程： 沿着mRNA移动，mRNA不移动。
tRNA
mRNA
2
甲硫氨酸
终止密码子
核糖体
知识拓展：翻译过程的模型图解读
2.图乙模型分析
图乙表示真核细胞的翻译过程，其中①是 ，
⑥是 ，②③④⑤表示正在合成的4条多肽链，
分析如下：
(1)数量关系：一个mRNA可同时结合 ，形成多聚核糖体。
(2)意义：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
(3)方向：图乙中核糖体的移动方向为 ，
判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。
(4)结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质往往还需要运送至 _________________等结构中进一步加工。
(5)形成的多条肽链氨基酸序列相同的原因： 。
mRNA
核糖体
多个核糖体
从右向左
内质网、高尔基体
有相同的模板mRNA
先转录后翻译
知识拓展：翻译过程的模型图解读
3.图丙模型分析
图丙表示 的转录和翻译过程，
图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在
合成的4条mRNA，在 上同时进行翻译过程。
原核细胞
核糖体
边转录边翻译
知识拓展：翻译过程的模型图解读
请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。
原核生物：边转录边翻译
真核生物（核基因）：先转录，后翻译
2．如图表示核糖体上合成蛋白质的过程。四环素抑制tRNA与细菌核糖体的A位点结合，使蛋白质合成停止，从而阻断细菌的生长，常用于治疗一些细菌引起的疾病。下列有关叙述正确的是(　　)
A．该生理过程代表翻译，核糖体移动的方
向是从右到左
B．四环素与A位点结合促进了新肽键的形成
C．图中从E位点离开的tRNA可转运甲硫氨酸
D．该过程形成的局部三肽的氨基酸顺序为H—M—W
C
对应训练
解析：由题图可知，该生理过程代表翻译，核糖体在mRNA上读取信息的方向是从左到右，A错误；根据题干信息可知，四环素能抑制tRNA与细菌核糖体的A位点结合，使蛋白质合成停止，说明四环素能抑制新肽键的形成，B错误；从E位点离开的tRNA的反密码子可与AUG配对，所以可转运甲硫氨酸(密码子是AUG)，C正确；题图核糖体的移动方向为从左到右，正常情况下，该过程形成局部三肽的氨基酸顺序为M—H—W，D错误。
3．中心法则的发展
补充后的中心法则图解
4．生命是物质、能量和信息的统一体
在遗传信息的流动过程中，______________是信息的载体，______是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。
转录
复制
逆转录
翻译
DNA、RNA　
蛋白质
1．提出者：克里克
2．图解
三、中心法则
RNA
生物种类 遗传信息的传递过程
原核生物
真核生物
DNA病毒
RNA复制病毒
逆转录病毒
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
RNA
逆转录
中心法则解读
(1)据中心法则推测DNA、RNA产生的途径有哪些？
要点突破
DNA产生途径有DNA的复制及逆转录，RNA的产生途径有RNA的复制及转录。
(2)线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？
(3)正常的人体细胞中可以发生哪些遗传信息的流动途径？
遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。
DNA的复制、转录、翻译过程。
[归纳总结]
中心法则各过程的适用范围
1．如图表示中心法则图解，下列有关叙述正确的是(　　)

A．过程③发生在含有逆转录酶的病毒体中
B．正常植物细胞中能够体现①～⑤过程
C．①～⑤过程中都能发生碱基互补配对
D．③过程中碱基互补配对时，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原则
对应训练
C
解析：由图可知，①是DNA复制、②是转录、③是逆转录、④是RNA复制、⑤是翻译。逆转录过程发生在寄主细胞中，病毒体内不能进行逆转录过程，A错误；正常植物细胞中能够体现DNA复制、转录、翻译过程，没有逆转录、RNA复制过程，B错误；DNA复制、转录、逆转录、RNA复制、翻译都能发生碱基互补配对，C正确；逆转录过程中碱基互补配对时，遵循A—T、U—A、C—G、G—C的原则，D错误。
课后作业 巩固提升

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