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1、 第四章第四章 基因的表达基因的表达第 1节 基因指导蛋白质的合成第2课时目标目标010102020303概述遗传信息的转录和翻译过程，阐明中概述遗传信息的转录和翻译过程，阐明中心法则的具体内容。心法则的具体内容。（生命观念）（生命观念）由中心法则的提出到完善，认同科学是不断由中心法则的提出到完善，认同科学是不断发展的；基于地球上几乎所有的生物都共用发展的；基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。着共同的起源。（科学探究）（科学探究）计算计算DNADNA碱基数目、碱基数目、RNARNA碱基数目与氨碱基数目与氨基酸数
2、目之间的对应关系。基酸数目之间的对应关系。（科学科学思维思维）学习目标学习目标 温故知新：遗传信息的转录过程温故知新：遗传信息的转录过程（视频视频）在在细胞核细胞核中，通过中，通过RNARNA聚合酶聚合酶以以DNADNA的一条链的一条链为模板为模板合成合成RNARNA过程。过程。n模板：模板：DNADNA的一条链的一条链n原料：原料：4 4种核糖核苷酸种核糖核苷酸n能量：能量：由细胞呼吸提供由细胞呼吸提供n酶：酶：RNARNA聚合酶等聚合酶等n场所：场所：真核真核：细胞核、线粒体、叶绿体细胞核、线粒体、叶绿体 原核原核：细胞质中细胞质中定义定义条件条件温故知新：遗传信息的转录过程温故知新：遗传
3、信息的转录过程个体生长发育的整个过程个体生长发育的整个过程时间时间 碱基互补配对碱基互补配对A AU U、T TA A、G GC C、C CG GRNARNA（mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA）边解旋边转录边解旋边转录DNADNARNARNA遗传信息从遗传信息从DNADNA传递到传递到RNARNA（mRNAmRNA）上，为翻译做准备）上，为翻译做准备从从5-5-端端到到3-3-端端产物产物原则原则特点特点遗传信息传递的方向遗传信息传递的方向转录的意义转录的意义mRNA的延伸方向的延伸方向温故知新：遗传信息的转录过程温故知新：遗传信息的转录过程转录得到的转录得到的mRNAmR
4、NA仍是碱基序列仍是碱基序列，而不是，而不是蛋白质蛋白质，那么，那么，mRNAmRNA上的遗上的遗传信息传信息如何传递到如何传递到蛋白质蛋白质上呢？上呢？一、遗传信息的翻译1.翻译的概念及实质翻译的概念及实质mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸氨基酸，就以mRNA为模板为模板合成具有一定氨基酸顺序氨基酸顺序的蛋白质。将mRNA的碱基序列碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列氨基酸序列。(1)(1)概念：概念：(2)(2)实质：实质：？UUAGAUAUCmRNA蛋白质蛋白质碱碱 基基 序序 列列氨基酸序列氨基酸序列4种种21种种翻译翻译 一、遗传信息的翻译？UUAGAUA
5、UCmRNA蛋白质蛋白质碱碱 基基 序序 列列氨基酸序列氨基酸序列氨基酸氨基酸4种种21种种翻译翻译 一、遗传信息的翻译4种碱基是怎样决定21种氨基酸的呢?p1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定_种氨基酸；p2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定_种氨基酸；p3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定_种氨基酸，氨基酸氨基酸AUCG 4氨基酸氨基酸AUCG 4AUCG 4AUCG 4氨基酸氨基酸AUCG 4AUCG 446416第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要 一、遗传信息的翻译请同学们自主阅读教材P66-68，图4-5、表4-1,思考并回答问题：1.1.什么是密码子？
6、什么是密码子？2.2.决定氨基酸的密码子有多少种？决定氨基酸的密码子有多少种？3.3.起始密码子是什么？起始密码子编起始密码子是什么？起始密码子编码什么氨基酸？终止密码子有几个？码什么氨基酸？终止密码子有几个？4.4.一种密码子决定几种氨基酸？一种一种密码子决定几种氨基酸？一种氨基酸酸有几种密码子？氨基酸酸有几种密码子？(1)(1)定义：定义：mRNAmRNA上决定上决定一个氨基酸一个氨基酸的的三个相邻的碱基三个相邻的碱基(2)(2)识别：识别：mRNA5533G GU UG GG GA AA AC CC CU U密码子密码子密码子密码子密码子密码子密码子认读是从密码子认读是从mRNAmRNA
7、的的53,53,相邻的密码子相邻的密码子无间隔、不重叠无间隔、不重叠决定缬氨酸决定组氨酸决定精氨酸怎么怎么判断判断？后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNAmRNA上三个相上三个相邻的碱基决定一个氨基酸邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了最终破解了6464个遗传密码子个遗传密码子。1.密码子密码子(2)(2)位置：位置：mRNAmRNA上上 一、遗传信息的翻译第一个第一个碱基碱基第二个碱基第二个碱基第三个第三个碱基碱基U UC CA AG GU U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C C亮氨酸丝氨酸终止终
8、止、硒代半胱氨酸A A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸G GC C亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸G GA A异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A A甲硫氨酸（起始）苏氨酸赖氨酸精氨酸G GG G缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A A缬氨酸、甲硫氨酸（起始）丙氨酸谷氨酸甘氨酸G 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 G AGG第一个第一个碱基碱基第二个
9、碱基第二个碱基第三个第三个碱基碱基U UC CA AG GU U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸G GC C亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸G GA A异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A A甲硫氨酸（起始）苏氨酸赖氨酸精氨酸G GG G缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A A缬氨酸、甲硫氨酸（起始）
10、丙氨酸谷氨酸甘氨酸G G 终止密码子：、_ _ 种类 起始密码子：（甲硫氨酸）、（种）_（缬氨酸、甲硫氨酸）编码氨基酸的密码子_种64UAAGUGAUGUGA（硒代半胱氨酸）62UAG分析密码子的特点思考思考.讨论讨论 一、遗传信息的翻译1.1.从密码子表可以看出：一种密码子决定几种氨基酸？色氨酸有几种密从密码子表可以看出：一种密码子决定几种氨基酸？色氨酸有几种密码子码子？苯丙氨酸、亮氨酸等有几种密码子？苯丙氨酸、亮氨酸等有几种密码子？一种氨基酸酸有几种密码子一种氨基酸酸有几种密码子？1种密码子只能决定1种氨基酸（正常情况下）。色氨酸色氨酸只有UGG一种密码子，苯丙氨酸、亮氨酸分别有2种、种密
11、码子。总结：1种氨基酸可以由1种或几种密码子决定。分析密码子的特点思考思考.讨论讨论 一、遗传信息的翻译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一种氨基酸，可以保证遗传信息的翻译速度。AC GAUU GAUC GAC GA正常mRNAGC GAUU GACC GAC GA错误mRNA2.2.从密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作从密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作 密码的简并密码的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？
12、分析密码子的特点思考思考.讨论讨论 一、遗传信息的翻译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。称为密码的通用性3.3.地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么？想到什么？一、遗传信息的翻译（4 4）密码子的特性：）密码子的特性：专一性 一种密码子一种密码子只决定只决定一种氨基酸一种氨基酸简并性 一种氨基酸一种氨基酸可由可由一种或多种一种或多种密码子决定密码子决定，可以可以减少有害突变减少有害突变。简并。简并性使得那些由于性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变基因突变造成的使密码子中
13、碱基被改变，仍然仍然能编能编码原来氨基酸的可能性大为提高。码原来氨基酸的可能性大为提高。1.密码子密码子 地球上几乎地球上几乎所有生物所有生物都共用都共用一套密码子一套密码子。通用性根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？说明当今生物可能有着共同的起源。UAAUCCUCUGGCGCAUACUGGUGGUCCUAA35色组甲硫精半胱半胱脯谷丝如何精准运送过来的？tRNA知道碱基和氨基酸的对应关系后，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?思考mRNA5353结构：结合氨基酸的部位密码子密码子反密码子OHA AC碱基配对种类：
14、特点：这个tRNA携带的氨基酸是？亮氨酸亮氨酸功能：识别和转运氨基酸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。1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸1种氨基酸可有1种或多种tRNA识别并转运62种，与决定氨基酸的密码子一 一对应。一、遗传信息的翻译2.转运转运RNA、反密码子、反密码子遗传信息、密码子、反密码子的比较项目存在位置含义生理作用遗传信息密码子反密码子DNAmRNAtRNA碱基的排列顺序mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基tRNA上与密码子互补配对的三个碱基直接决定mRNA中碱基排列顺
15、序，间接决定氨基酸排列顺序直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序识别密码子 一、遗传信息的翻译3.翻译的过程翻译的过程 一、遗传信息的翻译mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止?请结合以下问题阅读教材图4-7及相关内容，概述翻译过程。根据遗传密码的阅读方式分析，图中mRNA上共有几个密码子?翻译合成的肽链的氨基酸序列是怎样的?3.翻译的过程翻译的过程 一、遗传信息的翻译起始密码子起始密码子mRNA进入细胞质，与 结合；携带 的tRNA通过与mRNA上的碱基AUG互补配对进入 。4.翻译的过程翻译的过程第一步：核糖体移动方向核糖体移动方向E1253A U GC A C U G G C G U U
16、G C U G U C C U U A AM核糖体核糖体核糖体核糖体甲硫氨酸甲硫氨酸位点位点1 一、遗传信息的翻译E12第二步：甲甲携带 的tRNA以同样的方法进入 。通过脱水缩合形成 ，甲硫氨酸被转移到 上。第三步：H53A U GC A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A组氨酸组氨酸位点位点2肽键肽键位点位点2的的tRNA4.翻译的过程翻译的过程 一、遗传信息的翻译E12第四步：沿 移动，读取下一个密码子，原占位点1的 离开核糖体，原位点2的tRNA进入 ，一个新的携带氨基酸的tRNA进入 ，继续肽链的合成。精精色色半半半半甲甲组组535353脯脯5
17、35353核糖体移动方向核糖体移动方向A U GC A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A核糖体核糖体mRNAtRNA位点位点1位点位点24.翻译的过程翻译的过程 一、遗传信息的翻译直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子终止密码子，合成才告终止。肽链合成后，从 上脱离，成具有特定 的蛋白质分子。第五步：核糖体核糖体盘曲折叠盘曲折叠空间结构和功能空间结构和功能4.翻译的过程翻译的过程 一、遗传信息的翻译1.起始2.运输3.延伸4.终止5.脱离位点1位点24.翻译的过程翻译的过程 一、遗传信息的翻译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
18、所）细胞核（主要场所）核糖体DNA的两两条链DNA的一一条链mRNA4种游离的脱氧核苷酸4种游离的核糖核苷酸21种游离的氨基酸ATPATPATP解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶DNARNA多肽碱基互补配对A-T T-A G-C C-G 碱基互补配对A-U T-A G-C C-G 碱基互补配对 A-U U-A G-C C-G 特定的酶DNA的复制、转录和翻译的比较 二、多聚核糖体请同学们自主阅读教材P69，思考并回答问题：1.如何快速高效地进行翻译呢？2.图中、分别是什么分子或结构？最终合成的多肽链、的氨基酸序列相同吗？为什么？3.核糖体移动的方向是怎样的？4.翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能
19、吗？5.翻译能够精确进行的原因是什么？6.图所示的翻译特点，其意义是什么？二、多聚核糖体多聚核糖体现象多聚核糖体现象 二、多聚核糖体1.如何快速高效地进行翻译呢？一个一个mRNAmRNA分子上可以相继结合多个核糖体，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。同时进行多条肽链的合成。2.图中、分别是什么分子或结构？最终合成的多肽链、的氨基酸序列相同吗？为什么？3.核糖体移动的方向是怎样的？4.翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？mRNA核糖体核糖体相同。因为它们的模板是同一条相同。因为它们的模板是同一条mRNAmRNA。不具有，还需要加工。不具有，还需要加工。由肽链由肽链_肽链肽
20、链_的方向进行的方向进行短短长长 二、多聚核糖体5.翻译能够精确进行的原因是什么？mRNAmRNA为翻译提供了精确的模板；为翻译提供了精确的模板；通过通过mRNAmRNA上的密码子和上的密码子和tRNAtRNA上的反密码子的上的反密码子的碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。6.图所示的翻译特点，其意义是什么？少量的少量的mRNAmRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。分子可以迅速合成大量的蛋白质。真核细胞和原核细胞翻译的区别真核细胞和原核细胞翻译的区别真核生物：核基因先转录后翻译真核生物：核基因先转录后翻译原核生物：可以边转录边翻译原核生物：可以边转录
21、边翻译为什么会是这样呢为什么会是这样呢？原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内，所以可以边转录边翻译原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内，所以可以边转录边翻译1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律中心法则。遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；复制转录翻译蛋白质DNARNA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。随着研究的深入，科学家对中心法则进行补充：资料：1.1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，RNA复制酶 能催化RNA的复制。2.1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能 以RNA为模
22、板合成DNA。逆转录复制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。三、中心法则 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)各种生物的遗传信息传递过程基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系ACUGGAUCU苏氨酸甘氨酸丝氨酸 ACTGGATCTTGACCTAGA肽键 肽键（假设以B链为模板进行转录）A链 B链 转录翻译基因中的碱基数：基因中的碱基数：mRNAmRN
23、A中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 6 3 1转转录录翻翻译译DNADNAmRmRNANA蛋白质蛋白质50个氨基酸 150300四、基因控制蛋白质合成的相关计算136四、基因控制蛋白质合成的相关计算基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系说明：因为说明：因为DNADNA中中有的有的片段无遗传效应片段无遗传效应，不能转录出不能转录出mRNAmRNA;转录出的转录出的mRNAmRNA中中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上基因（，所以实际上基因（DNADNA）上所）上所含有的碱基数要大于
24、含有的碱基数要大于6n,6n,或氨基酸数目小于或氨基酸数目小于n n。因此一般题目中带有。因此一般题目中带有“至少至少”或或“最多最多”字样。字样。小结主场所主场所储存于储存于转运转运蛋白质DNARNA逆转录逆转录转录模板模板原料原料产物产物细胞核DNA分子的一条链4种核糖核苷酸mRNA tRNA rRNA主场所主场所翻译模板模板原料原料产物产物核糖体21种氨基酸具有一定氨基酸顺序的肽链(蛋白质)mRNA遗传信息密码子编码编码氨基酸合成合成mRNArRNAtRNA课后习题概念检测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
25、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。()课后习题概念检测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()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D课后习题拓展应用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。1.红霉索、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。提示提示: