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(共48张PPT)
第四章 基因的表达
第一节 基因指导蛋白质的合成
电影《侏罗纪公园》中恐龙复活的场景
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
？
发出绿色荧光的水母
问题探讨
生活在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光，这是因为它的DNA上有一段长度为5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。
绿色荧光蛋白
发出绿色荧光
发出绿色荧光的水母
绿色荧光蛋白基因
转入
实验组
对照组
问题探讨
一、基因的表达：
1、概念：基因通过指导蛋白质的合成来控制生物的性状，这个过程叫做基因的表达。
DNA
核糖体
DNA能够出细胞核吗？
核糖体能够入细胞核吗？
？
RNA——将DNA的遗传信息从细胞核传递到细胞质。
复习回顾：DNA和RNA的结构上的区别
DNA的基本单位
RNA的基本单位
核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
AGCT
AGCU
复习回顾：DNA和RNA的结构上的区别
A
T
G
C
T
A
C
G
DNA的结构
RNA的结构
单链结构
双螺旋结构
（1）RNA与DNA有相似结构，也含有4种碱基（AGCU），可以储存遗传信息。
（2）RNA一般是单链，比DNA短，能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
2、RNA适于作DNA信使的原因：
一、基因的表达：
3、RNA的类型
信使RNA——mRNA（messenger RNA）
核糖体RNA——rRNA（ribosomal RNA）
转运RNA——tRNA（transfer RNA）
4、基因的表达包括两个过程
转录
一、基因的表达：
翻译
碱基
排列顺序
碱基
排列顺序
氨基酸
排列顺序
DNA RNA 蛋白质
核糖体
二、遗传信息的转录
1、过程：
（1）解旋：DNA双链解开，碱基暴露
（ 断裂）
（2）配对：游离的 与DNA模板链上的碱基互补配对。
核糖核苷酸
（3）连接：在 的催化下把子链的核糖核苷酸连接形成核糖核苷酸链。
（合成方向：子链的 端→ 端）
RNA聚合酶
（4）释放：合成的mRNA从DNA链上释放，DNA双螺旋恢复
氢键
5’
3’
二、遗传信息的转录
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶
②模板：
③原料：
①酶：
2、条件：
④能量：
ATP
（①解旋，使氢键断裂；
②连接核糖核苷酸，形成磷酸二酯键）
二、遗传信息的转录
3、场所：
主要在细胞核，还有线粒体、叶绿体
4、概念：
在细胞核中，通过RNA聚合酶以 DNA的一条链为模板合成 RNA，这一过程称为转录。
6、配对原则：
碱基互补配对原则（A-U、T-A、G-C、C-G）
5、产物：
RNA（包括mRNA、tRNA、rRNA）
RNA形成后，通过核孔从细胞核到细胞质
7、特点：
边解旋边转录
穿过几层生物膜？
穿过0层生物膜。
基因的表达包括两个过程：
转录
DNA RNA
翻译
蛋白质
碱基
排列顺序
氨基酸
排列顺序
摩斯密码（Morse code）是一种时通时断的信号代码，通过不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。请破译下面这段信息，其中每个字母之间都用“/”隔开。
Where are genes located
字符 电码符号 字符 电码符号
A ·－ N －·
B －··· O －－－
C －·－· P ·－－·
D －·· Q －－·－
E · R ·－·
F ··－· S ···
G －－· T －
H ···· U ··－
I ·· V ···－
J ·－－－ W ·－－
K －·－ X －··－
L ·－·· Y －·－－
M －－ Z －－··
·－－/····/·/·－·/·/
·－/·－·/·/－－·/·/－·/·/···/·－··/
－－－/－·－·/·－/－/·/－··
【问题探讨1】碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
4种
21种
若1个碱基决定1个氨基酸，只能决定___种氨基酸
若3个碱基决定1个氨基酸，就可决定___种氨基酸
若2个碱基决定1个氨基酸，只能决定___种氨基酸
4
16
64
1954年，美籍理论物理学家伽莫夫（G-Gamow）运用数学方法进行推理：
【资料1】1961年克里克的实验
实验材料：T4噬菌体
实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响
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个碱基编码1个氨基酸。
碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
佛朗西斯 克里克
(Francis Harry Compton Crick)
（1）概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子。
1、密码子:
三、遗传信息的翻译
mRNA
密码子
密码子
密码子
密码子
密码子
氨基酸3
氨基酸2
氨基酸1
氨基酸4
氨基酸5
表4-1 21种氨基酸的密码子表
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
UUU
UUC
AUA
分析课本表4-1：21种氨基酸的密码子表，讨论以下问题：
1、一种氨基酸只有一个密码子吗？
2、一种密码子可以编码几种氨基酸？
3、表中有几个起始密码子？几个终止密码子？
4、终止密码子可以编码氨基酸吗？能够编码氨基酸的密码子有几种？
5、几乎所有生物都共用上述密码子。试从生命起源和进化的角度进行解释。
可以有多种
一种
三、遗传信息的翻译
表4-1 21种氨基酸的密码子表
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
AUG
GUG
UAA
UAG
UGA
分析课本表4-1：21种氨基酸的密码子表，讨论以下问题：
1、一种氨基酸只有一个密码子吗？
2、一种密码子可以编码几种氨基酸？
3、表中有几个起始密码子？几个终止密码子？
4、终止密码子可以编码氨基酸吗？能够编码氨基酸的密码子有几种？
5、几乎所有生物都共用上述密码子。试从生命起源和进化的角度进行解释。
可以有多种
一种
说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的.
不编码
61种
三、遗传信息的翻译
1、密码子:
（2）种类：共64种，
其中：起始密码子有2种，终止密码子有3种
一般情况下能编码氨基酸的密码子有61种
（3）特点：
① 专一性：一种密码子只能决定一种氨基酸(3种终止密码子除外)
② 简并性：一种氨基酸可能有多个密码子
③普遍性：几乎所有生物都共用同一套密码子，说明当今生物可能有着共同的起源
三、遗传信息的翻译
一般情况下终止密码子不编码氨基酸
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？
？
三、遗传信息的翻译
mRNA
核糖体
A U G A C U G G A U C U U A A
甲硫氨酸
丝
氨酸
苏
氨酸
2、tRNA：氨基酸的“搬运工”
（1）结构：单链，
结合氨基酸的部位
三、遗传信息的翻译
三叶草的叶形
2、tRNA：氨基酸的“搬运工”
（1）结构：单链，三叶草的叶形
一端为携带氨基酸的部位，
另一端三个碱基能与mRNA上的密码子
互补配对，称为反密码子。
（2）功能：识别密码子
mRNA
密码子
密码子
密码子
密码子
密码子
反密码子
精氨酸
三、遗传信息的翻译
，转运特定的氨基酸
2、tRNA：氨基酸的“搬运工”
（1）结构：单链，三叶草的叶形
一端为携带氨基酸的部位，
另一端三个碱基能与mRNA上的密码子互补配对，称为反密码子
（2）功能：识别密码子，转运特定的氨基酸
（3）一种tRNA只能识别并转运 种氨基酸；
一种氨基酸可由一种或多种tRNA转运；
一
三、遗传信息的翻译
3、翻译的过程
三、遗传信息的翻译
mRNA
核糖体
A U G A C U G G A U C U U A A
U
A
C
甲硫氨酸
位点1
位点2
3、翻译的过程
三、遗传信息的翻译
mRNA
核糖体
A U G A C U G G A U C U U A A
U
A
C
甲硫氨酸
位点1
位点2
U
G
A
苏
氨酸
三、遗传信息的翻译
mRNA
A U G A C U G G A U C U U A A
U
A
C
甲硫氨酸
位点1
位点2
U
G
A
苏
氨酸
3、翻译的过程
三、遗传信息的翻译
mRNA
A U G A C U G G A U C U U A A
位点1
位点2
U
G
A
甲硫氨酸
苏
氨酸
位点1
位点2
C
C
U
甘
氨酸

位点1
位点2
3、翻译的过程
三、遗传信息的翻译
mRNA
A U G A C U G G A U C U U A A
C
C
U
甲硫氨酸
苏
氨酸
甘
氨酸
位点1
位点2
A
G
A
丝
氨酸
位点1
位点2
3、翻译的过程
三、遗传信息的翻译
mRNA
A U G A C U G G A U C U U A A
A
G
A
甲硫氨酸
苏
氨酸
甘
氨酸
丝
氨酸
位点1
位点2
3、翻译的过程
【注意】
1、决定氨基酸的是 (mRNA/tRNA)上的密码子（密码子/反密码子）
2、翻译时，核糖体是沿着mRNA移动的，核糖体和mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点
3、从核糖体上脱离下来的只是肽链（肽链/蛋白质），
肽链还要进一步加工，才能成为具有生物活性的蛋白质。
三、遗传信息的翻译
mRNA
模板： ______
4、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.
核糖体
mRNA
21种氨基酸
7、配对原则：
碱基互补配对原则
5、场所：________
6、条件：
原料： _________
8、产物：
多肽（蛋白质）
运载工具：____
还需_________ __
（A-U、 U-A 、C-G、G-C）
tRNA
酶、能量（ATP）
三、遗传信息的翻译
9、特点：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出大量蛋白质。
？
1、图中核糖体的移动方向是向左还是向右？
2、图中核糖体最终合成的多肽链①②③④的氨基酸序列相同吗？为什么？
④
③
②
①
相同，因为模板是同一条mRNA
三、遗传信息的翻译
肽链短→肽链长
A
B
C
mRNA
核糖体
正在合成的肽链
四、中心法则
1、提出者：克里克
2、内容：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。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
？
克里克提出的中心法则适用于所有生物吗？
只适用于细胞生物和噬菌体等DNA病毒。
【资料3】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。
【资料4】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。
结合以上资料请思考：
讨论：
1、你认为这些资料是否推翻了克里克提出的中心法则？
2、请根据以上资料，对中心法则进行修改完善，用虚线表示新增的遗传信息传递途径。
四、中心法则
四、中心法则
3、完善后的中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
虚线表示少数生物的遗传信息的流向
小结
蛋白质
mRNA
DNA
转录
翻译
密码子
含有
氨基酸
决定
tRNA
转运
含有
反密码子
互补配对
rRNA
含有
脱水缩合
核糖体
翻译的模板
转运氨基酸
构成核糖体（翻译的场所）
DNA复制 转录 翻译
时间 细胞分裂的_____ ______________________________ 场所 主要在________ 主要在_________ 细胞质中的________
模板 DNA的 条链 DNA的 条链 ____________
原料 4种游离的 ______________ 4种游离的 ______________ 21种______________
条件
产物
五、遗传信息的复制、转录和翻译的比较
间期
生物体生长发育的过程中
细胞核
细胞核
核糖体
两
一
mRNA
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
解旋酶
DNA聚合酶
ATP
RNA聚合酶
ATP
酶
ATP
tRNA
2个完全相同的DNA
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
多肽（蛋白质）
DNA复制 转录 翻译
碱基 配对
特点 一个mRNA分子上可以结合多个核糖体，同时合成多条肽链。提高合成蛋白质的速度
遗传 信息
意义 ______遗传信息，使遗传信息从亲代传递给子代 _______遗传信息，使生物表现出各种性状 五、遗传信息的复制、转录和翻译的比较
DNA(母链):
DNA(子链):
A T G C
T A C G
DNA：
RNA：
A T G C
U A C G
mRNA：
tRNA：
A U G C
U A C G
边解旋边复制
半保留复制
多起点复制
边解旋边转录
DNA→DNA
复制
表达
DNA→RNA
RNA→蛋白质
【例1】人血红蛋白的2条α、2条β多肽链，分别由α、β珠蛋白基因编码。相关叙述正确的是(　　)
A．tRNA上3个相邻的碱基组成1个密码子
B．α珠蛋白基因的翻译发生在细胞质中
C．一种密码子对应几种不同的氨基酸
D．β珠蛋白基因的两条链均可作为mRNA转录的模板
B
mRNA
1
1
【例2】图示某双链DNA片段及其控制合成的一段多肽链（甲硫氨酸的密码子是AUG，是翻译的起点）。下列分析错误的是( )
A. 转录mRNA的模板是乙链 B. 转录不可能发生在细胞质中
C. 对应的mRNA中有6个密码子 D. 翻译蛋白质的场所是核糖体
B
甲链 …A T G C G G G A G G C G G A T G T C…
乙链 …T A C G C C C T C C G C C T A C A G…
多肽链－甲硫氨酸 精氨酸 谷氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 缬氨酸－
mRNA： A U G
【例3】若图中基因表达形成的蛋白质含有51个氨基酸，则指导其形成的mRNA的碱基数和基因中碱基数最少有（ ）
A.153；153 B.153；306
C.51；153 D.51；306
蛋白质中氨基酸数：mRNA中碱基数：DNA（基因）中碱基数= 1 ： 3 ： 6
B
巩固训练
【例4】下列关于如图所示生理过程的描述中，不合理的是(　　)
A．图中两核糖体合成的肽链相同
B．在RNA聚合酶的作用下DNA双螺旋
结构解开
C．图中现象也可能出现在人体细胞
核基因的表达过程中
D．该生理过程可能发生于蓝细菌
细胞内
C
注：原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别
(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。
(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行边转录边翻译。其过程如下图所示：
图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译过程，翻译的方向是从下到上。
课本P69：练习与应用
一、概念检测
1、×× 2、D
二、拓展应用
题中的三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。

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