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(共39张PPT)
第4章　基因的表达
第1节　基因表达与性状的关系
学习目标
RNA的组成与种类
RNA作为DNA信使的原因
遗传信息的转录、
遗传信息的翻译
中心法则
第2课时
第1课时
旧知复习
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
细胞分裂间期
生长发育过程
完全解旋
只解有遗传效应片段（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
过渡
转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，mRNA上的遗传信息是如何传递到蛋白质中的呢？
翻译
Are you ok
你还好吗？
遗传信息的翻译
1、概念：
？
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
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。
细胞利用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。
思考： mRNA由4种碱基构成序列如何决定由21种氨基酸构成的蛋白质？
提示：如何让每一位中国人都有唯一的身份证号？
讨论：
类推4种碱基如何编排出21种氨基酸
遗传信息的翻译
过渡
组成人体蛋白质的氨基酸有21种，至少需要3个碱基对应1个氨基酸
碱基和氨基酸间的对应关系可能 最多编码的氨基酸种类
1个碱基→1个氨基酸
2个碱基→1个氨基酸
3个碱基→1个氨基酸
4个碱基→1个氨基酸
…… ……
三联体密码的提出
1、三联体密码的实验证据P70
克里克利用T4噬菌体为实验材料证明遗传密码中3个碱基决定1个氨基酸
4
16
64
256
2、三联体密码表的破译
① 尼伦伯格和马太采用体外蛋白质合成技术破译第一个密码子UUU------苯丙氨酸
② 多位科学家利用体外蛋白质合成技术，经五六年破译64个密码子。
结论：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为1个密码子
推测：
、13
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
1、密码子表一共有多少个密码子？
2、终止密码子有多少个？
3、终止密码子编码氨基酸吗？
4、编码氨基酸的密码子有多少个？
密码子表的解读
第一个字母 第二个字母 第三个
字母
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 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 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 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
（2）种类：64种密码子
终止密码子:UAA UAG UGA
包括起始密码:
AUG（真核、原核）
GUG（原核）编码甲硫氨酸
（起始）
（起始）
不编码氨基酸的：
编码氨基酸的：
61种
3种
起始，缬氨酸甲硫氨酸
2、密码子：
密码子表的解读
密码子表总结
共有64种密码子 =59种普通密码子+2种起始密码子+3种终止密码子
61或62种密码子决定21种氨基酸（一个密码子决定一个特定的氨基酸；有的氨基酸可能有一个以上的密码子）
起始密码子2 种( AUG甲硫氨酸; GUG缬氨酸、甲硫氨酸 )。
终止密码子3种 ( UAA; UAG; UGA 硒代半胱氨酸)
特殊情况下，终止密码子UGA也可编码硒代半胱氨酸。
密码子表的解读
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
6、什么叫密码子简并？
7、你认为密码的简并对生物体的生存和发展有什么意义？
8、几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？
密码子表的解读
2、密码子：
（3）特点：
专一性：一个密码子决定一个特定的氨基酸。
简并性：一种氨基酸可以对应一种或多种密码子。
通用性：生物体都共用上述密码子。
密码子表的解读
1.从密码子表可以看出：像苯丙氨酸、亮氨酸这样绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
从增强密码子容错性的角度来看：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（比如密码子ACU突变为ACC，但都对应苏氨酸）；
2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实你能想到什么？
根据这一事实可以想到地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，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。
从密码子的使用频率来看，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，这样可以保证翻译的速度。
A
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
氨基酸如何识别密码子并被转运到相应位置？
甲硫氨酸
酪氨酸
终止
按照密码子表将mRNA上的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列
A
C
U
U
G
A
转运RNA(tRNA)
“工人”的任务：
“工人”必须要能解决这一难题
遗传信息的翻译
3、tRNA是蛋白质生产线上的搬运工
① tRNA上有两个重要部位：
结合氨基酸的部位，位于3 -端
反密码子位于环上；反密码子能与mRNA上的密码子碱基互补配对
② 催化tRNA和氨基酸结合的酶能同时识别反密码子和氨基酸，保证一种tRNA只携带一种氨基酸
③理论上tRNA有多少种？
每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。
若反密码子为3′-ACU-5′，则携带的氨基酸是？
A
U
G
G
A
U
A
U
C
mRNA
？
甲硫氨酸
C
U
A
反密码子
核糖体
tRNA作用
（2）每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,
但是一种氨基酸由一种或几种tRNA携带。
（1）编码氨基酸的密码子有61种
反密码子也有62种，
tRNA也有62种。
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译
A
C
G
U
C
A
C
U
A
C
A
C
……
……
翻译方向
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
当读取到mRNA上的起始密码子，翻译开始
脱水缩合
①
②
A
U
G
异亮氨酸
核糖体
A
G
C
精氨酸
5’
3’
3、翻译过程：
提示：记住真核生物的起始密码子AUG
遗传信息的翻译
①
②
A
G
G
U
C
A
C
G
U
C
A
C
甲硫氨酸
U
A
C
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
……
……
A
U
G
异亮氨酸
A
G
C
精氨酸
5’
3’
3、翻译过程：
遗传信息的翻译
①
②
A
G
G
U
C
A
C
G
U
C
G
U
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
A
G
C
精氨酸
……
当读取到mRNA上的终止密码子，翻译结束
……
……
A
U
G
异亮氨酸
5’
3’
3、翻译过程：
密码子读取、肽链合成
遗传信息的翻译
注意：
①核糖体是沿着mRNA移动的。
②核糖体与mRNA结合部位会形成2个结合位点。
4.翻译的条件：
模板、 原料、 酶、 能量、工具
6.翻译的结果：
多肽链
肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
5.碱基配对方式：
RNA: A U C G
RNA: U A G C
遗传信息的翻译
多聚核糖体
（1）数量关系：通常一个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。
（2）意义：少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
（3）产物之间的关系
①多个核糖体各自合成各自的链，产物是多条肽链，不是一条；
②由于模板是同一段mRNA，所以图示多个核糖体合成的肽链是相同的
在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。
7、翻译的高效性
遗传信息的翻译
真核生物
先转录，后翻译
DNA
mRNA
RNA聚合酶
边转录边翻译
原核生物
8、真核与原核生物转录翻译的区别
遗传信息的翻译
从这幅图你能否判断核糖体的移动方向？
课堂检测
翻译小结
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
翻译的概念？
1
翻译的场所？
2
翻译的模板
3
翻译的原料
4
翻译的条件
5
翻译的碱基配对方式
6
翻译的产物？
7
翻译的过程？
8
细胞质中的核糖体上
mRNA
氨基酸
模板、原料、能量、酶、tRNA等
A-U，U-A，G-C，C-G
多肽，经加工后成为成熟的蛋白质
DNA复制
转录
翻译
蛋白质
时间
场所
模板
原料
条件
原则
特点
产物
信息传递
细胞分裂间期
主要是细胞核
DNA的两条链
4种脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶等
A-T、T-A、C-G、G-C
半保留复制、边解旋边复制
2个子代DNA分子
生长发育过程
主要是细胞核
基因的一条链
4种核糖核苷酸
RNA聚合酶等
边解旋边转录
RNA
生长发育过程
细胞质
mRNA
20种氨基酸
tRNA、酶等
多核糖体翻译蛋白质
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
A-U、T-A、C-G、G-C
A-U、T-A、C-G、G-C
真核细胞中复制、转录、翻译的比较
基因表达过程中数量的计算
C
T
A
C
C
A
C
T
G
G
A
T
G
G
T
G
A
C
G
A
U
G
G
U
G
A
C
DNA的遗传信息
mRNA
蛋白质的氨基酸排列顺序
转录
翻译
氨基酸
n
3n
6n
DNA碱基数:mRNA碱基数:氨基酸＝6:3:1
注意：无特别说明，不考虑终止密码
一段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
小试牛刀
2．在蛋白质合成过程中，不能提高蛋白质的合成效率是 (　　)
A．一种氨基酸可能由多种密码子来决定
B．一种氨基酸可以由多种tRNA携带到核糖体中
C．一个核糖体可同时与多条mRNA结合，同时进行多条肽链的合成
D．一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成
B
C
1、如右图代表的是某种tRNA，对此分析正确的是 ( 　)
A．tRNA由四种脱氧核苷酸构成
B．tRNA参与蛋白质合成中的翻译过程
C．图中tRNA运载的氨基酸的密码子(之一)为GAC
D．tRNA中不存在碱基互补配对
25
课堂达标
(2)③表示________，合成的主要场所是________，通过________到细胞质中.
(3)图中方框内的碱基应为________，对应 “5”的氨基酸是 ________(赖氨酸---AAA，苯丙氨酸------UUU)。
(4)图中核糖体的移动方向是__________________________。
3．如图表示某真核生物基因表达的部分过程，请回答下列问题：
(1)图中表示遗传信息的________过程，发生的场所是____________，此过程除图中所示条件外，还需要____________等。
翻译
核糖体
能量和酶
mRNA
细胞核
核孔
UUU
赖氨酸
从左到右（5, 3,）
课堂达标
请根据DNA的复制和基因的表达，绘制流程图，表示遗传信息的传递方向。
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
克里克：中心法则
（预见了遗传信息传递的一般规律）
生物界是否还有其它的遗传信息传递途径呢？
中心法则
阅读以下资料，对中心法则进行补充
1.在RNA病毒中发现了RNA复制酶，能对RNA进行复制。
2.在RNA病毒中发现逆转录酶，能以RNA为模板合成DNA。
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
逆转录
复制
蓝色的线表示少数生物的遗传信息流向
中心法则
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
1957年，克里克提出中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则的完善
逆转录
复制
（RNA病毒中才有）
（RNA病毒中才有）
中心法则
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。
中心法则
不同生物中心法则的体现
生物种类 举例 遗传信息的传递过程
DNA病毒 T2噬菌体
RNA 病毒 不含逆转录酶 烟草花叶病毒
含逆转录酶 艾滋病病毒
细胞生物 动物、植物、真菌、细菌等
中心法则
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
1
DNA复制
2
遗传信息转录
4
RNA复制
3
遗传信息翻译
5
逆转录
1）烟草花叶病毒（TMV）
2）人免疫缺陷病毒（HIV）、肉瘤病毒
3
1
2
3
(病毒自身携带的逆转录酶)
RNA
病毒
4
(该类病毒，部分自身携带RNA复制酶)
5
并非所有病毒注入到宿主细胞内的物质均只有遗传物质
小试牛刀
亲代传递给子代的也是信息：DNA上的遗传信息；
亲代传递给子代的是物质：染色体、DNA；
遗传信息作为生命的“设计手册”，通过转录和翻译来支配对应的蛋白质合成，进而控制生物的性状；
综上所述：生命就是物质、能量和信息的统一体。
受精卵
无论是遗传信息的复制、转录、翻译还是个体的生命活动都离不开能量的持续输入。
生命就是物质、能量和信息的统一体
本节小结
一、概念检测
1. 基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
（1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（×）
（2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。 （×）
2. 密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指 （D）
A. 基因上3个相邻的碱基
B. DNA上3个相邻的碱基
C. tRNA上3个相邻的碱基
D. mRNA上3个相邻的碱基
本节小结
二、拓展应用
红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示， 请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
【提示】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。
本节小结

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