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(共23张PPT)
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
学习目标
1.通过比较DNA和RNA的结构，归纳RNA适用于作DNA的信使的条件。
2.通过分析、归纳教材中的图文资料，概述遗传信息的转录过程。
3.运用数学方法，分析DNA的碱基、mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
4.通过模拟活动，概述遗传信息的翻译过程。
5.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共同的起源，初步形成生物进化观。
6.通过了解中心法则的提出和修正过程，认同科学是不断发展的，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。
mRNA通过核孔进入细胞质，开始它的新历程——翻译
核DNA的遗传信息
mRNA的遗传信息
细胞质中的蛋白质
转录
翻译
翻译：在细胞质中游离的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程
二、遗传信息的翻译
Q：组成mRNA的碱基只有4种，组成生物体蛋白质的氨基酸有21种，mRNA的碱基序列如何决定蛋白质的氨基酸序列
1个碱基决定1个氨基酸，只能决定4种
2个碱基决定1个氨基酸，只能决定42=16种
3个碱基决定1个氨基酸，只能决定43=64种
伽莫夫的“3个碱基编码一个氨基酸”假说
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
二、遗传信息的翻译
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
mRNA
1.概念：mRNA上三个相邻的碱基决定1个氨基酸——密码子
2.位置：mRNA
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）
在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64种密码子，并编制出密码子表
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
肽链
尼伦伯格和马太，破译UUU密码子
二、遗传信息的翻译
(1)加入细胞提取液的目的是什么？
为肽链的合成提供场所、能量和酶等必要条件
(2)为什么要将细胞提取液中的DNA和mRNA除去？
防止细胞提取液中原有的DNA和mRNA中的遗传信息起作用，干扰实验结果。
二、遗传信息的翻译
写出丙氨酸对应的密码子
GCU、GCC、GCA、GCG
密码子简并性
简并性的意义
①增强密码子的容错性。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；
②保证翻译速度。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翻译的速度。
二、遗传信息的翻译
密码子的特点
连续性和方向性
专一性
简并性
起始和终止密码子
通用性
地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。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。
简并性的意义
①增强密码子的容错性。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；
②保证翻译速度。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翻译的速度。
二、遗传信息的翻译
连续性和方向性：遗传密码在mRNA分子上是连续排列的，密码的阅读必须从一个正确的起点开始，按一个方向依次顺序读取，直至读到终止信号。
起始密码子
终止密码子
mRNA的5’→3’
密码子（共64个）
2种，AUG、GUG，同时编码氨基酸
3种，UAA、UGA、UAG
不编码氨基酸
59种，只编码氨基酸
种类
起始密码子：
终止密码子：
普通密码子：
一共有多少密码子
起始密码子有多少个？起始密码子编码氨基酸吗？
终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？
编码氨基酸的密码子有多少个？
二、遗传信息的翻译
Q:游离在细胞质中的氨基酸，如何运送到合成蛋白质的“生产线”上？
为什么tRNA能够承担搬运氨基酸并识别密码子的功能？
tRNA的结构示意图
①RNA链经过折叠，形成三叶草形
(1)形态：
(4)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，有61或62种
二、遗传信息的翻译
②一端是携带氨基酸的部位，游离的基团为 ，是此单链RNA的 端
③一端有3个相邻的碱基，可以与 上的密码子互补配对，叫做 .
-OH
3’
mRNA
反密码子
注意：tRNA上反密码子所含的碱基只有3个，但是整个tRNA不止3个碱基，且tRNA分子中含有氢键
二、遗传信息的翻译
①每种密码子只能 种携带特定的氨基酸，一种氨基酸可以由 种tRNA转运
②tRNA上的反密码子能与mRNA上的密码子配对
③决定氨基酸的密码子有61或62种，所以反密码子有 种；tRNA有 种
(3)功能特点：
(2)功能：
①识别氨基酸 ②转运氨基酸
tRNA的结构示意图
61或62
一
多
61或62
A．精氨酸（CGG） B．丙氨酸（GCC）
C．甘氨酸（GGC） D．脯氨酸（CCG）
tRNA具有转运氨基酸的功能，如图tRNA携带的氨基酸是（各选项括号中内容为相应氨基酸的密码子）（　　）
二、遗传信息的翻译
D
二、遗传信息的翻译
阅读分析教材P68图4-7蛋白质合成示意图（3min）
（一）下图为翻译过程中的几个图解，其正确顺序为 。
①③④②
二、遗传信息的翻译
过程
mRNA与 结合
携带氨基酸至于特定位置
核糖体沿 移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上（一个mRNA可以结合多个核糖体）
起始
运输
延伸
终止
脱离
当核糖体到达mRNA上的 时，合成停止
肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定 和 的蛋白质
核糖体
tRNA
mRNA
终止密码子
空间结构
功能
二、遗传信息的翻译
21种游离的氨基酸
tRNA
核糖体
mRNA
多肽
由左向右
分析
位点1
E
位点2
甲
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始密码子
A
C
A
U
5’
3’
①结合：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；
②运输：携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的密码子AUG（起始密码子）互补配对，进入位点1。
二、遗传信息的翻译
过程
连续性和方向性：遗传密码在mRNA分子上是连续排列的，密码的阅读必须从一个正确的起点开始，按一个方向依次顺序读取，直至读到终止信号。
起始密码子
终止密码子
mRNA的5’→3’
位点1
E
位点2
甲
C
A
U
5’
3’
组
G
U
G
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
A
③脱水缩合：甲硫氨酸与组氨酸通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据位点2的tRNA上。
二、遗传信息的翻译
过程
位点1
E
位点2
甲
C
A
U
5’
3’
色
C
C
A
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
A
组
G
U
G
5’
3’
精
A
C
G
5’
3’
半
G
C
A
5’
3’
半
A
C
A
5’
3’
脯
A
G
G
5’
3’
③延伸：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，原来位点1的tRNA离开，原来占据位点2的tRNA进入位点1，新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，重复上述步骤，合成肽链。
二、遗传信息的翻译
过程
位点1
E
位点2
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
A
A
C
A
5’
3’
甲
色
组
精
半
半
脯
A
G
G
5’
3’
释放因子
④终止：直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
⑤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。
二、遗传信息的翻译
过程
二、遗传信息的翻译
【资料】多聚核糖体是指一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多肽链的合成。图乙所示为多聚核糖体的模式图
【分析】
①⑥分别是指 ；
核糖体移动的方向是 。
最终合成的肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，有什么意义？
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质，使翻译更加快速高效地进行
mRNA，核糖体
由右向左
【资料】右图展示的为真核、原核生物基因表达示意图，请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。
真核生物：先转录，后翻译
原核生物：边转录边翻译
二、遗传信息的翻译
二、遗传信息的翻译
根据所学知识，回答以下问题
①原核生物的拟核基因表达速率往往比真核生物的基因表达的速率要快很多，为什么？
②真核生物中控制某种蛋白质合成的基因刚转录的mRNA含有900个碱基，而翻译后从核糖体上脱离下来的多肽链只由76个氨基酸组成，请提出假说，解释原因？
原核生物基因表达时转录和翻译可以同步进行
真核生物基因表达时先完成转录，再完成翻译
真核生物基因转录生成的mRNA需要经过剪接加工
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
答案：B
二、遗传信息的翻译
(1)正确分清mRNA和肽链的关系
(2)核糖体移动方向的判断
(3)区分原核生物与真核生物的基因表达
①真核生物的细胞有以核膜为界限的细胞核，转录和翻译不能同时进行，即先转录后翻译。
②原核生物无核膜，转录和翻译能同时进行，即边转录边翻译。

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