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第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
基因通常是有遗传效应的DNA片段
基因
…
蛋白质
指导合成
性状
基因的表达
主要在细胞核
细胞质中核糖体
？
问题：
1.细胞核中的遗传信息是怎样传递到细胞质中的？（转录）
2.遗传信息到达细胞质后，信息又是怎样解读的？（翻译）
一、遗传信息的转录
细胞核
核糖体
（蛋白质合成场所）
细胞质
DNA(2nm)
(遗传信息)
核孔0.9nm
RNA是什么？为什么RNA适于做DNA的信使呢？

RNA
证据
RNA
DNA
蛋白质
（遗传信息传递者）
1955年，J.Brachet分别用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质的合成就停止；若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
DNA
RNA
全称：
基本单位：
全称：
基本单位：
DNA一般为规则的双螺旋结构
RNA通常呈单链
核糖
P
含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
脱氧核糖核酸
脱氧核糖核苷酸
核糖核酸
核糖核苷酸
P
脱氧核糖
含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
1.DNA和RNA的主要区别
结构：
结构：
分布（真核细胞）：
细胞核（主要）
线粒体、叶绿体
分布（真核细胞）：
细胞质（主要）
一、遗传信息的转录
结合RNA与DNA的相同点与不同点，分析“RNA适于作信使”的原因
2.RNA适于作DNA的信使的原因
一、遗传信息的转录
能够携带并传递遗传信息
DNA
RNA
一般是单链，比DNA短
②容易转移到细胞质
RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成；
RNA和DNA间遵循“碱基互补配对原则”
（RNA中的U与DNA中的A配对）
穿过0层膜
3.RNA的种类及功能
一、遗传信息的转录
单链
单链
单链
信使RNA（mRNA）
核糖体RNA（rRNA）
转运RNA（tRNA）
携带遗传信息，翻译蛋白质的模板
识别并转运特定氨基酸
核糖体的组成成分
①
②
③
tRNA
作为某些病毒的遗传物质（烟草花叶病毒、新冠病毒）
具有催化作用（酶）
常见的种类及功能
→合成蛋白质的“三剑客”
DNA
3'
3'
5'
5'
5'
①解旋
RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。
不需要解旋酶
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。
4种游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA
DNA模板链
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
（磷酸二酯键）
④释放
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
3'
②配对
③连接
作用：①催化氢键断裂
②催化磷酸二酯键形成
RNA聚合酶的移动方向？
从5′-端→3′-端移动，
与新链延伸方向一致
4.遗传信息的转录过程
一、遗传信息的转录
4.遗传信息的转录过程
一、遗传信息的转录
概念
RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录
个体生长发育的整个过程
细胞核（主要场所）
模板：
原料：
能量：
酶：
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
4.遗传信息的转录过程
一、遗传信息的转录
时间
场所
条件
原则
产物
特点
遗传信息传递的方向
转录的意义
碱基互补配对
A－U、T－A、
G－C、C－G
三种RNA
边解旋边转录
DNA→RNA
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
课本P65
5.转录的相关问题分析
一、遗传信息的转录
课本P66
（1）转录成的RNA的碱基序列与DNA的两条单链的碱基序列各有哪些异同？
DNA双链片段 a链
b链（模板链） C G A A C C T C A C G C
信使RNA
G C U U G G A G U G C G
转录成的RNA的碱基序列与DNA模板链的碱基序列是互补配对的；
转录成的RNA的碱基序列与a链（编码链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
G C T T G G A G T G C G
★写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列
★写出b链对应的a链的碱基序列
非模板链
模板链
5.转录的相关问题分析
一、遗传信息的转录
2.转录时，DNA链完全解开么？ DNA的两条链都可作为模板链么？
边解旋边转录;只有一条链可作为模板链。
3.转录是转录整个DNA么？
转录不是转录整个DNA，转录以基因为单位进行。
4.一个DNA分子中某个基因转录时，其他基因是否一定也在进行转录？
一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。
同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的，但tRNA和rRNA的种类一般没有差异。
6.DNA复制和转录的比较
一、遗传信息的转录
DNA复制 转录
时间
场所 模板
原料
酶
配对方式
解旋
特点
方向
产物
意义
细胞分裂间期
生长发育过程
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
完全解旋
只解有遗传效应片段（基因）
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)转录是以DNA（基因）的 （1条/2条）链为模板，一个DNA分子上的所有基因的模板链 (一定/不一定)相同。
(2)图中遗传信息的转录方向为 (→/←)。
(3) a为启动上述过程必需的有机物，其名称是 。
(4) b和c的名称分别是 、 。
(5) 此过程中的碱基配对方式为 。
(6) 在植物的根细胞中，上述过程发生的场所是 。
(7) 转录完成后，d需要通过 层生物膜才能与核糖体结合。
←
RNA聚合酶
胞嘧啶脱氧核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
A—U、T—A、C—G、G—C
练习
0
细胞核、线粒体
1条
不一定
1.氨基酸与碱基之间的对应关系
二、遗传信息的翻译
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。
将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？
1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸；
2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸；
3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸，
推测
4
64
16
4种碱基AUCG
→ 21种氨基酸
翻译的概念
翻译的实质
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。
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
2.密码子
二、遗传信息的翻译
定义
mRNA上
位置
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
认读
从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
3.密码子表
二、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 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
第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU
精氨酸 A G A AGA
课本P67
3.密码子表
二、遗传信息的翻译
问题1：64种密码子都能编码氨基酸吗？
问题2：根据密码子表写出编码的氨基酸序列
甲硫氨酸
亮氨酸
亮氨酸
精氨酸
问题3：可否根据已知氨基酸序列倒推编码其合成的密码子？
①1种密码子只能决定 种氨基酸（正常情况下）。
②1种氨基酸可以由 密码子决定。
密码子与氨基酸的对应关系
1
1种或几种
4.密码子种类
二、遗传信息的翻译
（ 种）
①起始密码子 种
真核生物有 种— ，编码 。
64
2
1
AUG
甲硫氨酸
原核生物有 种— ，编码 。
2
AUG、GUG
甲硫氨酸
②终止密码子 种
3
为 ，正常情况下 （决定/不决定）氨基酸，特殊情况下UGA可以编码 。
UAA、UAG、UGA
不决定
硒代半胱氨酸
③编码氨基酸的密码子 种。
61/62
课本P67
5.密码子特点
二、遗传信息的翻译
①专一性
一般1种密码子决定1种氨基酸
②简并性
1种氨基酸对应1或多种密码子
A
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
U
G
A
C
C
G
A
C
G
A
错误mRNA
天冬氨酸
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸
意义：a.保证翻译的速度 b.增加容错性
地球上几乎所有的生物都共用同一套遗传密码。
生物可能有着共同的起源。
③通用性
当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可保证遗传信息的翻译速度。
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。
课本P67
6.氨基酸的“搬运工”—tRNA
二、遗传信息的翻译
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
色
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
如何精准运送过来的？
tRNA
思考: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
6.氨基酸的“搬运工”—tRNA
二、遗传信息的翻译
课本P67
mRNA
5
3
5
3
①结构：tRNA链经过折叠，像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，这3个碱基可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。
结合氨基酸的部位
密码子
反密码子
OH
A
A
C
碱基配对
（含氢键）
③种类：61/62种，与决定氨基酸的密码子一一对应。
④特点：1种tRNA识别并转运 种氨基酸
1种氨基酸可由 种tRNA运输
1
1或多
②功能：识别并转运氨基酸。
7.翻译过程
二、遗传信息的翻译
起始密码子
mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入位点1。
第一步：
核糖体移动方向
E
1
2
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
甲
核糖体
7.翻译过程
二、遗传信息的翻译
E
1
2
第二步：
甲
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
第三步：
组
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
7.翻译过程
二、遗传信息的翻译
E
1
2
第四步：
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。
精
色
半
半
甲
组
5’
3’
5’
3’
5’
3’
脯
5’
3’
5’
3’
5’
3’
核糖体移动方向
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
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。直到核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
8.翻译小结
二、遗传信息的翻译
概念
场所
条件
产物
遗传信息传递方向
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
a、模板：
b、原料：
c、转运工具：
d、能量：
e、碱基互补配对：
mRNA
21种氨基酸
tRNA
ATP
G－C、C－G、U－A、A－U
具有特定氨基酸顺序的蛋白质
RNA→蛋白质
练习
(2)该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗？
下图是翻译过程的示意图，据图回答下列问题：
(1)图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？
不完全一样
复制 A—T、T—A、G—C、C—G
转录 A—U、T—A、C—G、G—C
翻译 A—U、U—A、C—G、G—C
(3)判断图中核糖体沿着mRNA移动的方向。
甲硫氨酸
丙氨酸
丝氨酸
多肽链
tRNA
甲
组
A
U
G
C
C
U
U
C
U
色
5’
3’
Ⅰ
Ⅱ
核糖体
(4)根据教材中的密码子表，写出图中翻译出的氨基酸序列。
存在位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
9.遗传信息、密码子、反密码子的比较
二、遗传信息的翻译
DNA
碱基的排列顺序
直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序
mRNA
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
tRNA
tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
识别密码子
练习
下图是翻译过程的示意图，据图回答下列问题：
(1)图中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？
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。
(2)最终合成的多肽链②、③、④、⑤
的氨基酸序列相同吗？为什么？
(3)图所示的翻译特点，其意义是什么？
①
②
③
④
⑤
⑥
mRNA
核糖体
由肽链短→肽链长的方向进行
10.复制、转录、翻译的区别与联系
二、遗传信息的翻译
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
细胞分裂间期
生长发育过程
主要是细胞核
主要是细胞核
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
肽酰转移酶
ATP
ATP
ATP
子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
特定氨基酸顺序的肽链
A-T,T-A,C-G,G-C
A-U,T-A,G-C ,C-G
A-U,U-A,G-C,C-G
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翻译多条肽链
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
从起始密码子到终止密码子
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
三、中心法则
从信息传递的角度，尝试用流程图总结细胞中遗传信息的传递规律。
课本P69
复制
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
翻译
再完善
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
复制
复制
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
转录
翻译
逆转录
1.中心法则内容
三、中心法则
2.各种生物的遗传信息传递过程
生物种类 遗传信息的传递过程
以DNA作为遗传物质的生物 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)

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