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(共39张PPT)
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质合成
第二课时
学习目标
1
概述遗传信息翻译的过程
对比DNA的复制、转录与翻译
2
概述中心法则的内容和实质
3
遗传信息的翻译
目录
contents
01
02
中心法则
mRNA合成以后，通过什么结构进入细胞质中
情境导入
核孔
真核生物的mRNA、tRNA、rRNA在细胞核中合成后，进入细胞质中参与蛋白质的合成过程。
遗传信息的翻译
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。
mRNA携带的遗传信息如何翻译成蛋白质
遗传信息的翻译
借助于英文单词与汉字的对应关系，才能将一篇英文翻译成中文。
核酸的碱基序列蕴含着遗传信息。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。
要想知道mRNA是如何翻译成蛋白质的，首先也要寻找mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
设想:
遗传信息的翻译
碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的
DNA和RNA都只含有4种碱基
而在绝大多数生物体内，组成蛋白质的氨基酸有21种
决定？
如果1个碱基决定1个氨基酸，
4种碱基能决定几种氨基酸
4
显然不够
如果2个碱基决定1个氨基酸，
4种碱基能决定几种氨基酸
16（42）
还是不够
4种碱基能决定几种氨基酸
如果3个碱基决定1个氨基酸，
64（43）
足够满足
后来，科学家又通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子。
密码子
密码子
密码子
决定
决定
决定
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
缬氨酸
组氨酸
精氨酸
翻译时密码子的读取方向从mRNA的5'→3'
——密码子
遗传信息的翻译
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① 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②) 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
▼21种氨基酸的密码子表
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。
翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束
起始密码子和终止密码子各有几个 它们是否决定氨基酸
——密码子
遗传信息的翻译
起始密码子有2个，分别决定2种氨基酸，终止密码子有3个，不决定氨基酸。
◆一种密码子决定几种氨基酸
◆每一种氨基酸只对应一种密码子吗
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① 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②) 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
▼21种氨基酸的密码子表
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。
一种(正常情况)
有的氨基酸对应1种密码子，有的氨基酸对应多种密码子
——密码子
遗传信息的翻译
你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义
当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸；
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，可以保证遗传信息的翻译速度。
地球上几乎所有的生物体都共用同一密码子表。根据这一事实，你能想到什么？
绝大多数氨基酸都有好几个密码子,这一现象称为密码的简并。
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。
增加容错性
保证翻译的速度
——密码子
遗传信息的翻译
mRNA进入细胞质后，与什么结构结合，形成合成蛋白质的“生产线”
装配机器——核糖体
将氨基酸运送到“生产线”上去的“搬运工”是什么？
另一种RNA——tRNA
——工具
遗传信息的翻译
——tRNA
◆形态：
比mRNA小得多。RNA链经过折叠，形成三叶草形
3'
5'
◆功能特点：
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
结合氨基酸的部位
◆反密码子:
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
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
遗传信息的翻译
一端是携带氨基酸的部位
另一端是反密码子。
◆结构:
——tRNA
◆密码子与反密码子的读取方向是如何的？
3'
5'
◆在tRNA中是否只有反密码子这3个碱基？是否存在氢键？
tRNA是RNA链经折叠形成的，除一端的反密码子外，还有其他碱基.在折叠区域碱基配对，存在氢键
结合氨基酸的部位
碱基配对
◆氨基酸结合在tRNA的5'端还是3'端？
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
遗传信息的翻译
(通过氢键相连)
密码子读取方向从5'→3'端，
反密码子读取方向从3'→5'端
结合在3'端
思考讨论
◆每种氨基酸可能由几种tRNA转运？
可能由一种或多种tRNA转运
mRNA与核糖体结合
形成2个tRNA结合位点
遗传信息的翻译
——过程
5'
3'
AUG是起始密码子
携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
遗传信息的翻译
——过程
5'
3'
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
遗传信息的翻译
——过程
5'
3'
甲硫氨酸与组氨基酸形成肽键，转移到位点2
肽键
遗传信息的翻译
——过程
5'
3'
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
遗传信息的翻译
——过程
5'
3'
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
遗传信息的翻译
——过程
5'
3'
肽链合成后，就从核糖体与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
遗传信息的翻译
——过程
遗传信息的翻译
——过程
遗传信息的翻译
◆模板
mRNA
◆原料
21种氨基酸
◆能量
ATP
◆搬运工具
tRNA
核心归纳
◆核糖体的移动方向：
◆此过程碱基互补配对原则：
A-U、U-A、C-G、G-C
沿着mRNA 5’ 端往3’端移动
◆遗传信息流向：
mRNA→蛋白质
◆产物
具有一定氨基酸顺序的蛋白质
◆场所
细胞质的核糖体上
遗传信息的翻译
核心归纳
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
翻译能高效进行的原因
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大量的蛋白质。
1.每种氨基酸都具有两种或两种以上的密码子。( )
2.核糖体的翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始，终止密码子结束。( )
3.tRNA由3个碱基构成(　　)
4.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质(　　)
5.每种氨基酸仅由一种tRNA转运(　　)
×
正误判断
√
×
×
×
典例分析
[典例1] 下列关于遗传信息的翻译的叙述中，正确的是(　　)
A.通过翻译将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列
B.生物体内合成蛋白质时，一种氨基酸只能由一种密码子决定
C.生物体内合成蛋白质的氨基酸有21种，则tRNA也有21种
D.生物体内合成蛋白质时，一种密码子一定能决定一种氨基酸
A
mRNA上的一个密码子决定一个氨基酸，所以在翻译过程中mRNA中的碱基序列决定了蛋白质中的氨基酸序列，A正确；密码子具有简并性，一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定，B错误；绝大多数生物体内合成蛋白质的氨基酸有21种，tRNA有62种，C错误；正常情况下终止密码子不能决定氨基酸，D错误。
解析：
◆时间：
1957年
◆提出者：
克里克
◆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
◆补充：
少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RN A流向RNA以及从RNA流向DNA
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
复制
复制
中心法测
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
复制
复制
中心法测
蛋白质是信息的表达产物
DNA、RNA是信息的载体
ATP为信息的流动提供能量
在遗传信息的流动过程中
生命是物质、能量和信息的统一体
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
复制
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
RNA
下列各类生物遗传信息传递过程
思考讨论
6.线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则(　　)
7.DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则(　　)
8.遗传信息可以由DNA流向RNA，而不能由RNA流向DNA(　　)
9.中心法则表示的是遗传信息的流动过程。( )
正误判断
×
×
√
√
典例分析
[典例2] 新型冠状病毒(2019－nCoV)是一种RNA病毒，可以通过荧光PCR技术快速检测，该方法首先要将新型冠状病毒的核酸转换成DNA，图中表示该过程的是(　　)
A.①
B.②
C.③
D.④
D
新型冠状病毒是一种RNA病毒，其核酸有且只有RNA，要将其转换成DNA，需要通过逆转录过程，即图中④过程，D正确。
解析：
真核生物DNA复制、转录与翻译的比较
核心比较
项目 DNA复制 转录 翻译
时间
场所
模板
原料
产物
碱基配对
细胞分裂前的间期
生长发育整个过程
主要在细胞核
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链上某片段
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
DNA
RNA
生长发育整个过程
主要在细胞核
细胞质
mRNA
21种氨基酸
肽链
A-U、U-A、C-G、G-C
A-T、T-A、C-G、G-C
A-U、T-A、C-G、G-C
基因表达的计算
核心探究
实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1
DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=
6：3：1
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。
核心探究
如图是翻译过程的示意图，请据图分析回答下列问题：
(1)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。
核糖体沿着mRNA从左向右移动
图甲中对应的氨基酸序列为甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸
翻译的过程
翻译的过程
核心探究
如图是翻译过程的示意图，请据图分析回答下列问题：
(2)图乙中①⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？
①⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左
(3)最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
相同；因为它们的模板是同一条mRNA
翻译的过程
核心探究
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？(5)请写出流感病毒(一种RNA病毒)遗传信息传递的过程。
。
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。
复制
RNA
翻译
蛋白质
学习小结
翻译
场所
概念
过程
条件
中心法则
补充
提出者
图解
1.DNA决定mRNA的序列是通过(　　)
A.mRNA的密码
B.DNA的自我复制
C.tRNA的转运
D.碱基互补配对
习题巩固
mRNA是以四种核糖核苷酸为原料，以DNA分子的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下，按照碱基互补配对原则合成的。因此DNA决定mRNA的序列是通过碱基互补配对。
解析：
D
2.如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，丙为其中部分片段的放大示意图。下列有关分析正确的是 (　　)
A．图中酶1和酶2是同一种酶
B．图丙中b链可能是构成核糖体的成分
C．图丙是图甲的部分片段放大
D．图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生
B
图甲所示过程是DNA的复制，其中酶1为DNA聚合酶；图乙所示过程是(在RNA聚合酶作用下)以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程，即转录，其中酶2为RNA聚合酶，A错误。图丙中a链含有碱基T，属于DNA链，b链含有碱基U，属于RNA链。核糖体由蛋白质和rRNA组成，所以b链可能是构成核糖体的成分，B正确。图丙中一条链为DNA链，一条链为RNA链，而图甲所示为DNA的复制过程，因此图丙不是图甲的部分片段放大，C错误。转录在高度分化的细胞中仍会发生，因为细胞内的成分在不停更新，需要RNA和蛋白质，D错误。
解析：
习题巩固

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