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第四章 基因的表达
情景1
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，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。 转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？
情景2
小鼠的基因组
指导合成
绿色荧光蛋白
导入
绿色荧光蛋白基因
发出绿色荧光
基因能指导蛋白质的合成，控制生物的性状
绿色荧光蛋白
基因具有遗传效应
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
第1节
基因指导蛋白质的合成
温故知新
基因如何指导蛋白质合成？
1.基因是___________的DNA片段。
2.DNA主要存在于真核细胞的_______中。
细胞核
3.蛋白质是在______中的核糖体中合成的。
细胞质
有遗传效应
在DNA和蛋白质之间存在中间物质充当信使
思
为什么这种物质适于作DNA的信使呢？
充当中间信使的物质是什么？
问题一：
问题二：
阅读教材P64-65第一段，完成导学案相应内容
并回答下列问题
RNA
1、RNA适于作为信使的原因
①能够储存遗传信息
它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成，也含有4种碱基。
②容易转移到细胞质
RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。
比较项目 DNA RNA
基本单位
五碳糖
含氮碱基
结构（一般）
主要存在部位
分子大小
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
A 、T 、C 、G
A、 U、 C 、G
双链结构
多为单链结构
细胞核
细胞质
较大
较小
2、比较RNA与DNA结构
P
脱氧核糖
含氮碱基
核糖
P
含氮碱基
温故知新
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
问题三：
思
阅读教材P65.完成导学案相应内容
并回答下列问题
1、什么是转录？
2、在转录时存在的碱基互补配对方式是什么？
3、转录的场所是什么？
4、尝试概括转录的过程分为哪几步？
1.转录的概念：
RNA是在细胞核中，通过____________以_______________为模板合成的，这一过程叫作转录。
RNA聚合酶
DNA的一条链
2.转录的场所：
A－U、T－A、G－C、C－G
3.碱基互补配对方式：
细胞核（主要场所）
实际上，DNA在哪里，转录就在哪里发生
4.转录的过程：
①解旋
②配对
③连接
④释放
5’
3’
3’
5’
在__________的作用下，DNA双链解开，碱基暴露出来；
RNA聚合酶
注意：该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
4、遗传信息的转录过程
①解旋
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成 键）
特点：
边解旋边转录
（方向： ）
从5’-端到3’-端
②配对：
③连接：
磷酸二酯
细胞质
细胞核
核孔
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
④释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
1.时间：
2.条件：
个体生长发育的整个过程
模板：
原料：
能量：
酶：
提醒：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段（并非整个DNA）
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
（使氢键断裂、形成磷酸二酯键）
3.遗传信息传递的方向：
RNA
4.产物：
DNA→RNA
小结（真核生物）
种类：mRNA、tRNA、rRNA
种类 mRNA rRNA tRNA
名称 信使RNA 核糖体RNA 转运RNA
功能
结构
示意图
共同点 传递遗传信息；
蛋白质合成的模板
识别密码子并转运特定氨基酸
组成核糖体
单链
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
①都是转录的产物；②基本单位相同；
三种RNA——蛋白质合成的“三剑客”
1、在下列的转录简式中有核苷酸 （ ）
DNA: --A--T--G--C-- RNA： —U--A--C--G--
A．4种 B．5种
C．6种 D．8种
D
当堂巩固
2、（2021.昆明二模）下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是（ ）A. 转录合成的产物间不能发生碱基互补配对B. 转录过程中连接A-T和A-U碱基对的氢键均会发生断裂C. 线粒体中发生的转录过程有RNA聚合酶参与D. 转录过程合成的产物可能降低化学反应的活化能
A
在翻译过程中，tRNA和mRNA之间能够发生碱基互补配对。
当堂巩固
3、如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：
(1)图中DNA的转录方向为 (用“→”或“←”表示)。(2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是 。(3)b和c的名称分别是 、 。(4)此过程中的碱基配对方式为 。
←
RNA聚合酶
胞嘧啶脱氧核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
A－U、T－A、G－C、C－G
当堂巩固
DNA复制 转录
时间
场所 解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
细胞分裂前的间期
生长发育全过程
完全解旋
只解旋有遗传效应片段（基因）
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链为模板
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
2个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端3’端延伸
新链从5’端3’端延伸
判断：DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（ ）
×
T
A
A
G
T
C
G
T
G
A
3′
5′
5′
3′
3′
5′
转录
模板链
A
T
T
C
A
G
C
A
C
T
A
U
U
C
A
G
C
A
C
U
DNA
RNA
非模板链
1、转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。
2、该RNA的碱基序列与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列基本相同，区别是T替换成了U。
1.翻译的概念：
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。
遗传信息的翻译
转录
DNA
遗传信息
mRNA
遗传信息
蛋白质
翻译
遗传信息储存在DNA的 中
4种碱基排列顺序
翻译的实质是将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列
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
A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
1个碱基决定一个氨基酸，
2个碱基决定一个氨基酸，
3个碱基决定一个氨基酸，
4 (A.U.C.G)
4 (A.U.C.G)
4 (A.U.C.G)
A
A
A
U
A
C
A
G
C
A
C
U
C
C
C
G
U
A
U
U
U
C
U
G
G
A
G
U
G
C
G
G
只能决定4种
只能决定42＝16种
只能决定43＝64种
A
U
C
G
(1)定义：
2.密码子
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(2)读法：
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
在mRNA上，密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
后来科学家又通过一步步的推测和实验，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。
脯氨酸
例:CCU
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
mRNA
U
G
U
G
A
U
A
C
U
亮氨酸
缬氨酸
丝氨酸
(3)种类：
2个起始密码子（真核细胞只有1个）
终止密码子不编码氨基酸共3个，特殊情况下只有2个
编码氨基酸的密码子共61种或62种
共64种
(4)密码子特点：
①
专一性：一般情况下，1种密码子决定 种氨基酸。
②
简并性：一种氨基酸可由 种密码子决定，可以增强密码子的容错性
③
地球上几乎所有生物都共用一套密码子，说明地球上生物有共同起源。
1
1种或多
可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。
通用性：
mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸,是如何被运到合成蛋白质的“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
难题二：谁来翻译 (既懂核苷酸“语言”,又懂氨基酸“语言” )
3'
5'
特异性结合氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
3.运输氨基酸的工具——tRNA
(1)形态：
RNA单链经过折叠，形成三叶草结构
(2)功能：
识别密码子并转运特定的氨基酸
氨基酸与tRNA是否是一一对应的关系呢？
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一种或多种tRNA转运
(3)特点：
形成氢键
(4)种类：
共61或62种
U
A
C
A
C
U
A
U
G
甲硫氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
氨基酸与转运RNA结合，这个过程要消耗能量。
反密码子
反密码子
反密码子
转运 RNA（tRNA）
A
U
Ｇ
Ｇ
Ａ
Ｕ
A
U
C
位点2
位点1
核糖体
A
C
G
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
mRNA与核糖体结合
1个tRNA上的反密码子与 mRNA上的密码子互补配对进入位点1
翻译
核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点
A
C
G
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
肽键
两个氨基酸分子脱水缩合
A
U
G
异亮氨酸
翻译
另一个tRNA上发生碱基互补配对进入位点2
肽键
肽键
A
C
G
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
两个氨基酸分子脱水缩合
A
U
G
异亮氨酸
核糖体沿着 mRNA移动，第3个 tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对
翻译
肽键
肽键
A
C
G
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
核糖体沿着 mRNA移动，第3个 tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对
第2个tRNA离开，再去转运新的氨基酸
U
A
C
甲硫氨酸
翻译
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
A
C
U
A
U
G
最终以mRNA为模板形成有一定氨基酸顺序的多肽链；
甲硫氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
细胞质
翻译
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
肽链释放后，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
①概念：
②场所：
③条件：
④产物：
⑤遗传信息传递方向：
a、模板：
b、原料：
c、能量：
d、酶：
d、转运工具：
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(肽链）
RNA→蛋白质
A－U、U－A、C－G、G－C
mRNA-tRNA
遗传信息的翻译过程(总结）
多种酶
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
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。
（3）翻译能够精确进行的原因是什么？
（4）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。
（2）多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同，因为其模板相同。
多聚核糖体现象
提高翻译效率
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
（5）意义是？
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
（6）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
（从左到右）
←
（4）真、原核细胞基因的表达有什么区别？
真核细胞
原核细胞
1.原核细胞：
2.真核细胞：
①核膜阻隔，核糖体无法与刚转录形成的mRNA结合
②真核生物的核基因转录后形成的mRNA一般要进行加工，然后再翻译。
（4）真、原核细胞基因的表达有什么区别？
边转录边翻译
先转录后翻译
DNA复制 转录 翻译
时间 场所
模板
原料
酶
能量
原则
特点
产物
方向
信息传递
细胞分裂前的间期
生长发育全过程
主要是细胞核、线粒体、叶绿体
细胞质
DNA的两条链
基因特定的一条链
mRNA
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
21种氨基酸
解旋酶，DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
ATP
ATP
ATP
子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
肽链（蛋白质）
A-T,T-A,C-G,G-C
A-U,T-A, C-G,G-C
A-U,U-A,C-G,G-C
半保留复制
边解旋边复制
边解旋边转录
一个mRNA可结合多个核糖体同时合成多条肽链
DNA→DNA
DNA→RNA
mRNA→蛋白质
从短肽链到长肽链
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
4.一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
　实战训练　
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
基因控制蛋白质合成的相关计算
A—C—U—G—G—A—U—C—U
mRNA
反密码子
UGA CCU AGA
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
蛋白质
密码子
ACU GGA UCU
DNA
肽键 肽键
1
3
6
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数=6:3:1
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数=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。
基因控制蛋白质合成的相关计算
4.一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
　实战训练　
1. 某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( 　 )
A．198个 B．199个
C．200个 D．201个
B
　基因中碱基数：mRNA中碱基数：蛋白质中氨基酸数
　　　6 　　： 　　3 　　　：　　　 1
练 习
2、已知某转运RNA的一端的三个碱基顺序是GAU，它所转运的氨基酸是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码子是由下列哪个转录来的（ ）
A、GAT B、GAA
C、GUA D、CTA
A
1.如图为某生物细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是（ ）
A. 图中表示4条多肽链正在合成
B. 一个基因在短时间内可表达出多条完全相同的多肽链
C. 核糖体的移动方向为从左向右
D. 多个核糖体共同完成一条肽链的合成
　实战训练　
2.下图为细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法正确的是(　)
A. 该过程的模板是脱氧核糖核酸，原料是氨基酸
B. 一个密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸只由一种tRNA转运
C. 核糖体移动的方向是从左向右
D. 若①中有一个碱基发生改变，合成的多肽链的结构不一定发生改变
　实战训练　
　实战训练　
3.下列关于蛋白质合成的叙述错误的是(　　)
A．蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束
B．携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点
C．携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合D．最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸
5.下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是(　　)
A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
　实战训练　
A．分析图示可知①是β，完成基因→②的场所是细胞核
B．除图中所示的两种RNA之外，RNA还包括tRNA
C．图中②→③需要在核糖体上进行
D．能够决定氨基酸的③的种类有64种
6.如图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。下列说法正确的是(　　)
据此分析，正确的是(　　)
A．一种氨基酸可以由多种密码子编码，但只能由一种tRNA转运B．控制该三肽合成的基因只有9对脱氧核苷酸
C．合成该三肽过程中需要mRNA、tRNA和rRNA参与
D．mRNA上编码该三肽的核苷酸序列可能为AAGGGAUUC
7．某研究人员利用酵母菌成功合成了氨基酸序列为Phe Pro Lys的三肽。三种氨基酸的密码子见下表：
氨基酸 密码子
苯丙氨酸(Phe) UUU、UUC
脯氨酸(Pro) CCU、CCC、CCA、CCG
赖氨酸(Lys) AAA、AAG
9.DNA分子的复制、转录、翻译分别产生(　　)
A．DNA、RNA、蛋白质
B．DNA、RNA、氨基酸
C．DNA、RNA、核糖体
D．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、蛋白质
　实战训练　
中心法则
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
转录
翻译
蛋白质
DNA
随着研究的深入，科学家对中心法则做出了补充。
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。
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；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。
RNA
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
RNA
的复制
逆转录病毒(如艾滋病病毒)
01
请写出以下生物的遗传信息的传递过程：
能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
02
RNA复制病毒(如烟草花叶病毒)
04
高度分化的细胞(洋葱表皮细胞、神经元细胞)
03
生物种类 遗传信息的传递过程
DNA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)
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
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。
10．如图表示真核生物核DNA遗传信息传递的部分过程。据图回答问题：
(1)①、③表示的遗传信息传递过程依次是________、________。(2)②过程发生的场所是________________ ，③过程中可能存在的碱基互补配对方式是_______________________(3)DNA与RNA分子在组成上，除碱基不同外，另一个主要区别是___ __。
(4)若②过程形成的mRNA含有1000个碱基，其中鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基总数的60%，则该DNA片段至少含有腺嘌呤和胸腺嘧啶的碱基对_ _个。
复制
翻译
细胞核、叶绿体、线粒体
A－U、U－A、C－G、G－C
400
五碳糖不同
练习与应用

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