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(共65张PPT)
第四节 基因控制蛋白质的合成
（第一课时）
第三章 遗传的分子基础
素养目标
通过图示明确转录和过程。
01
科学思维
利用对比分析，归纳、概括并辨别三种 RNA的结构和组成。
02
科学思维
教学重难点
01
DNA 在控制蛋白质合成的过程及原理
课程导入
在构成生物体的每个细胞中，都含有一定量的DNA。如非洲大象和南极企鹅，它们的生活环境不同，生活习性迥异，外表形态更是大相径庭……这是由于在它们的细胞中都含有一定量的DNA，里面存储了大量的遗传信息，分别决定了大象的长鼻阔耳和企鹅的“绅士”体型等各自的性状。那么，DNA分子到底是如何控制遗传性状的呢？
基因、蛋白质与性状的关系
基因通常是DNA分子的功能片段
基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
血红蛋白基因结构改变
↓
异常血红蛋白
↓
红细胞异常
酪氨酸
黑色素
酪氨酸酶
基因
缺陷基因
↓
无有活性酪氨酸酶
↓
无法合成黑色素
基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，间接控制生物体的性状。
基因通常是DNA分子的功能片段
DNA作为携带遗传信息的生物大分子，通过一系列复杂的酶促合成过程，将遗传信息反应到蛋白质的分子结构上。由此可以看出，DNA分子具有双重功能：
1、以自身为模板，半保留的进行复制，保持遗传信息的稳定性。
——携带遗传信息
2、DNA中贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
——表达遗传信息
基因
基因通常是DNA分子的功能片段
基因是
具有遗传效应的DNA片段
遗传物质结构和功能的基本单位
DNA分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称
DNA
染色体
基因
基因都在染色体上吗？
基因通常是DNA分子的功能片段
叶绿体
线粒体
DNA
荞麦叶绿体基因
159,272bp
真核生物的基因主要位于染色体上，少数位于叶绿体、线粒体中。
基因都在染色体上吗？
RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。
流感病毒
艾滋病毒
冠状病毒
RNA
RNA
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
DNA在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质中进行的，两者如何联系起来的呢？
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
DNA
主要在细胞核
蛋白质的合成
细胞质(核糖体)进行
指导
通过mRNA
为什么mRNA是DNA的信使？
RNA
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
与DNA结构相似，也能储存遗传信息；
1
RNA一般为单链，而且比DNA短小，容易通过核孔，转移到细胞质中。
2
在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。
3
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
RNA
有关RNA的总结
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
分布
功能
结构
示 意 图
共同点 主要在细胞质中
主要在细胞质中
与蛋白质结合成核糖体
翻译的直接模板
翻译时运载氨基酸
组成核糖体
单链
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关
DNA和RNA的比较
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
项目 DNA RNA
组成元素 基本单位
化学组成
结构
分布
核糖核苷酸
脱氧核苷酸
脱氧核糖
核糖
A T C G
A U C G
C、 H、 O、N、P
规则的双螺旋结构结构
一般为单链结构
主要在细胞核少量分布在线粒体和叶绿体中
主要在细胞质
磷酸
磷酸
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
DNA的遗传信息
RNA
转录
含 氮 碱 基 RNA DNA
A腺嘌呤 A腺嘌呤
U尿嘧啶 T胸腺嘧啶
C胞嘧啶 C胞嘧啶
G鸟嘌呤 G鸟嘌呤
转录
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
场所：主要是细胞核，细胞质中的线粒体、叶绿体中也能发生。
转录
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
第1步：DNA 双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。
RNA聚合酶
T
C
G
T
C
A
G
C
T
A
G
C
A
G
T
C
G
A
DNA模板链
转录
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
第2步：游离的核糖核苷酸随机地与 DNA 链上的碱基碰撞,当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA 分子上。
DNA模板链
U
U
U
U
G
C
C
C
G
A
G
C
A
G
T
C
G
A
游离的核糖核苷酸
转录
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
RNA 聚合酶
DNA模板链
A
G
C
A
G
T
C
G
A
T
C
G
T
C
A
G
C
T
第4步：合成的mRNA从 DNA 链上释放。而后，DNA 双链恢复。
思考
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？
比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
① 该RNA与DNA模板链的碱基互补配对，A 与U配对，而非T ；
② 该RNA与DNA互补链的碱基序列基本相同，
只是DNA链上T的位置，RNA 链上是U 。
总结归纳
基因通常是DNA分子的功能片段
RNA的分类和功能
遗传信息的转录
mRNA
tRNA
rRNA
概念
场所
过程
第四节 基因控制蛋白质的合成
（第二课时）
第三章 遗传的分子基础
素养目标
从存在位置、作用等方面，探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，构建知识脉络。
01
生命观念
通过图示和列表比较转录和翻译的异同。
02
科学思维
教学重难点
02
遗传密码子在 DNA 控制蛋白质合成过程中的重要作用
复习导入
主要在细胞核中，以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。
转录的概念？
1
转录的场所？
2
转录的模板
3
转录的原料
4
转录的条件
5
转录的碱基配对方式
6
转录的产物？
7
细胞核、叶绿体、线粒体、拟核
DNA分子的一条链
四种游离的核糖核苷酸
模板、原料、能量、酶（RNA聚合酶同时具有解旋功能）
G-C C-G T-A A-U
三种RNA（mRNA rRNA tRNA)
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
密码子
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
mRNA: 携带着从DNA转录来的遗传信息，是合成蛋白质的模板。mRNA上三个相邻的碱基决定着蛋白质的一个特定的的氨基酸，遗传学上将这三个碱基称为密码子。
密码子
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
A
A
G
U
C
A
U
G
C
U
A
C
G
C
U
U
A
A
甲硫氨酸
组氨酸
精氨酸
酪氨酸
丙氨酸
终止密码子：不编码氨基酸
mRNA
通用性：除少数密码外，生物界的密码子统一的，共用同一套遗传密码。
专一性：mRNA上3个碱基组合决定特定的氨基酸或终止密码。
简并性：不同的密码子可能决定同一个氨基酸。除少数氨基酸只有一种遗传密码外，大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。
mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
如果三个碱基决定一种氨基酸：
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
43=64
A AAA
AAG
AAC
AAU
AGA
AGG
AGC
AGU
A ACA
ACG
ACC
ACU
AUA
AUG
AUC
AUU
……
反密码子
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
U
C
A
U
G
U
U
U
A
mRNA
A
A
U
亮氨酸
A
C
A
缬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
反密码子
密 码 子
在tRNA上与mRNA分子上的密码子互补配对的三个碱基，称为反密码子。
反密码子
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
U A C
甲硫
tRNA
氨基酸
密码子
反密码子
mRNA（信使RNA）
A U G
C U A
G U A G C U
一种密码子→____种氨基酸
一种密码子→____种反密码子
一种反密码子→____种氨基酸
1
1
1
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
U
A
C
甲硫氨酸
核糖体
起始密码子
mRNA
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
mRNA与核糖体结合
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
G
丙氨酸
mRNA
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
G
丙氨酸
mRNA
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
两个氨基酸分子脱水缩合，形成肽键
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
G
丙氨酸
脱水缩合
mRNA
A
U
G
异亮氨酸
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
核糖体在mRNA上移动，另一个tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对。
甲硫氨酸
mRNA
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
U
A
C
tRNA离开，转运新的氨基酸
A
C
G
丙氨酸
A
U
G
异亮氨酸
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
甲硫氨酸
A
C
G
丙氨酸
脱水缩合
mRNA
A
U
G
异亮氨酸
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
甲硫氨酸
A
C
G
丙氨酸
A
U
G
异亮氨酸
U
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
翻译的过程
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
甲硫氨酸
丙氨酸
异亮氨酸
mRNA
A
C
G
U
G
C
U
U
A
U
A
A
翻译是一个高效的过程
在翻译过程中会观察到左图所示的一个mRNA分子结合多个核糖体现象，观察图片回答下列问题：
图中显示有几条肽链正在同时合成？每条肽链合成结束后，它们都相同吗？这样翻译有什么意义？
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
翻译是一个高效的过程。
翻译的总结
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
翻译的场所？
2
以 mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
翻译的概念？
1
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
模板、原料、能量、酶
核糖体（细胞质）
mRNA
21种游离的氨基酸
A-U，U-A，C-G，G-C
蛋白质（或多肽链）
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
20种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
DNA解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
与蛋白质合成有关的酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A=T G=C
碱基互补配对
A=U T=A G=C
碱基互补配对
A=U G=C
思考
遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
基因、mRNA上的碱基数目与该基因控制合成的蛋白质的氨基酸数目之间的比例一般是？考题中涉及该知识点时，为何强调氨基酸数“最多”多少个，碱基数“至少”多少个？
比例6:3:1
基因模板链上有的碱基是不能被转录的，基因的编码区才转录。
mRNA上有些碱基是不能决定氨基酸的，翻译是从起始密码子处开始到终止密码子处结束，则起始密码子前和终止密码子后的碱基便不能决定氨基酸。
合成的肽链在加工过程中有可能会剪切掉部分氨基酸。
总结归纳
翻译
场所：
条件
产物：
过程
核糖体
模板：
能量：
酶：多种酶
原料：
转运工具：
具有特定氨基酸排列顺序的多肽链
mRNA
由ATP提供
20种游离的氨基酸
tRNA
第四节 基因控制蛋白质的合成
（第三课时）
第三章 遗传的分子基础
素养目标
通过对中心法则的理解记忆，认同遗传信息流动的观念。
01
生命观念
通过对资料进行分析归纳，概括中心法则的提出及发展过程。
02
科学思维
教学重难点
01
02
基因控制生物性状
中心法则
课程导入
叶呈扁平状
叶呈丝状
用概念图表示基因与性状之间可能的关系。
性状
基因表达
受精卵
有丝分裂
叶呈扁平状与丝状
（基因组成相同）
环境
可能影响
不同
蛋白质（不同）
直接
决定
作出假设：基因通过蛋白质控制生物性状
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
基因控制生物性状的情况是复杂的，一方面，多对基因共同控制生物的某个性状，基因之间存在复杂的相互作用；另一方面，基因的表达受到环境的影响，所以生物的性状 （或表型） 是基因（或基因型） 与环境共同作用的结果。生物的性状主要通过蛋白质来体现。
基因
酶
细胞代谢
生物性状
结构蛋白
生物性状
蛋白质
间接控制
直接控制
从基因角度解释囊性纤维化遗传病
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
囊性纤维化（CF）是一种遗传病，该病的病因是位于7号染色体上基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白（CTFR）中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。
红色面包霉
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
美国遗传学家比德尔和塔特姆以红色面包霉为材料，进行一系列的生化遗传学实验，发现在红色面包霉的生物合成中，每一阶段都有相应的基因控制，当某个基因发生突变而不显示活性时，相应的生物合成即中断。
红色面包霉
尿黑症
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
尿黑症患者的基因型为双隐性aa，这是由相对应的显性基因A结构发生变化所致。患者的肝细胞里不能合成有活性的尿黑酸氧化酶，酪氨酸分解代谢产生的尿黑酸不能被分解，便从血液里运送到排泄器官随尿液排出，含有尿黑酸的尿液在空气中放置一段时间就会变黑。尿黑酸在体内积累会引起色素沉着，并引发多关节炎，引起剧痛。
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
尿黑症
控制酶形成的基因正常
控制酶形成的基因异常
尿黑酸氧化酶正常合成
尿黑酸被分解
表现正常
尿黑酸氧化酶不能合成
尿黑酸不能被分解
随尿液排出，尿液呈黑色
基因
性状
酶
代谢过程
镰刀型细胞贫血症
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
人的正常红细胞呈圆饼状，当血红蛋白基因的结构发生改变时，红细胞变为镰刀形，影响运输氧的功能，出现贫血症状。
正常红细胞
镰刀形红细胞
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
镰刀型细胞贫血症
编码血红蛋白的基因正常
编码血红蛋白的基因
中一个碱基对变化
红细胞呈镰刀状
血红蛋白结构改变
性状正常
血红蛋白结构正常
红细胞呈圆饼状
出现贫血症状
基因
性状
蛋白质结构
果蝇无眼
在果蝇的眼睛发育中有一个无眼基因，这个基因一旦变化，就会使幼虫的有关眼细胞不能发育成眼球组织，造成果蝇成虫没有眼睛。
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
有眼果蝇
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
基因控制生物性
状的复杂性
多对基因共同控制生物的某个性状,基因之间存在复杂的相互关系。
基因的表达受到环境的影响。生物的性状是基因与环境共同作用的结果。
基因控制生物性状（基因—蛋白质—性状）
多种功能性RNA分子
参与性状的表现
tRNA、rRNA直接参与蛋白质的合成。
一些RNA具有调控基因表达的功能。
一些RNA具有催化功能,即核酶。
中心法则
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
1957年，克里克首先预见了遗传信息的传递规律，并将这一规律命名为中心法则。
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
中心法则及其发展
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
1965年，科学家在某种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。
RNA RNA
RNA复制酶
1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
RNA DNA
逆转录酶
目前完整的中心法则
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
生命是物质、能量和信息的统一体。
各种生物的遗传信息传递过程
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
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 某些RNA病毒
逆转录病毒（如劳氏肉瘤病毒）
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
复制
课外读 · 特定的双链RNA可以抑制基因的表达
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
RNA干扰现象最早是在1990年由美国科学家乔根森研究组意外发现的。矮牵牛花花瓣的深紫色是由花青素决定的。为了研究植物类黄酮合成的关键酶——查尔酮合成酶，是否决定花青素的合成速度，乔根森和其研究组的成员在矮牵牛花中过量表达查尔酮合成酶，以期得到颜色更深的矮牵牛花。但是，他们却意外地得到了具有白色和白紫杂色的矮牵牛花，并且在过量表达查尔酮合成酶的矮牵牛花中，查尔酮合成酶的浓度远低于正常矮牵牛花中的浓度。这种现象让乔根森等人推测，外源转入的编码查尔酮合成酶的基因同时也抑制了矮牵牛花中内源查尔酮合成酶基因的表达。
课外读 · 特定的双链RNA可以抑制基因的表达
遗传信息流从DNA—RNA—蛋白质
1998年，美国生物学家安德鲁·菲尔和美国医学家克雷格·梅洛通过一系列设计精巧的实验,证明双链RNA是引起上述基因表达抑制现象的根源。他们认为，以往观察到的外源导入的与 mRNA 序列相同的 RNA 引起内源 RNA 降解的现象是因为在制备单链 RNA 的过程中混入了双链 RNA，并且证明外源导入的单链 RNA 只有在与mRNA序列互补的RNA存在的条件下才能引起RNA降解。安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛将这一发现发表在1998年2月19日的Nature杂志上。在这篇文章中,他们首次将这种双链 RNA 引起的基因表达抑制现象称为 RNA 干扰现象。RNA 干扰现象的发现不仅解释了许多在转基因实验中出乎意料甚至自相矛盾的结果，而且首次揭示了一种由 RNA 介导的全新的基因表达调控机制。更为重要的是，RNA干扰技术的发现及其普遍应用引起了生命科学研究和基因治疗等领域的一系列变革，极大地推动了上述两个领域的发展。这也是两位科学家获得2006年诺贝尔生理学或医学奖的主要原因之一。
总结归纳
基因控制生物的性状
中心法则
间接：基因→酶→生物化学反应→性状
提出者：克里克
直接：基因→蛋白质的结构 →性状
中心法则及其发展
各种生物的遗传信息传递过程

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