4.1基因指导蛋白质的合成课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

马歇尔·尼伦伯格（Marshall W Nirenberg,1927.4-2012.1），美国生物化学家、遗传学家，他破译了生命的遗传密码，阐明了它们在蛋白质合成中的作用。从小就对自然界感兴趣,善于观察周围的植物、昆虫和鸟类。1945年,考入佛罗里达大学动物学专业。博士阶段，主要研究腹水肿瘤细胞摄取己糖的机制（生物化学）。1957年，荣获密歇根大学生物化学博士学位。进入60年代,生物化学领域中突出的课题是遗传密码问题。沃森和克里克等人明确了DNA链的三种核苷酸的每一组合对应着一种特定的氨基酸。问题是：哪一个DNA三联体相应于哪一个氨基酸？尼伦伯格通过大量实验，发现是RNA指导了蛋白质的合成！后继续实验：1961年，他利用合成的RNA作mRNA(只有一种尿嘧啶核苷酸),其中唯一可能的核苷酸三联体是UUU,当它形成只含有苯丙氨酸这种氨基酸时,说明UUU代表了苯丙氨酸的遗传密码。实验不但确定了密码“词典”中的第一个遗传密码，还第一个证明了mRNA存在。在尼伦伯格的引领下,不到十年,遗传密码“词典”就完成了。尼伦伯格在破译遗传密码方面所做的具有开拓性的工作,被认为是20世纪60年代分子生物学和分子遗传学的一项重大成就，因此被称为“遗传密码之父”。1968年，他和科拉纳、霍利一起获得了诺贝尔医学或生理学奖。 马歇尔·尼伦伯格 必修2：遗传与进化 第1节 基因指导蛋白质的合成 必修2：遗传与进化 第4单元 基因的表达 学习目标 核心素养要求 1、概述遗传信息的转录和翻译过程。 2、运用数学方法，分析DNA上碱基数目、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。 3、阐明中心法则的具体内容，由中心法则的提出到完善，认同科学是不断发展的。 4、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着共同的起源。 1. 生命观念：通过列表比较，总结DNA与RNA的异同。通过图示和列表比较，总结转录和翻译的异同。 2. 科学思维：归纳遗传信息传递过程中碱基数、氨基酸数等数量关系，提升分析与计算能力。 结合中心法则，比较不同生物的遗传信息传递差异。 基因指导蛋白质的合成 必修2：遗传与进化 内容1 遗传信息的转录 内容聚焦 内容2 遗传信息的翻译 内容3 中心法则 基因指导蛋白质的合成 预习检测 预习教材P65~69，解决以下问题。 1.为什么RNA适合做信使？3种RNA的作用分别是什么？ 2.启动子、终止子、起始密码子、终止密码子的位置及作用分别是什么？ 3.转录的场所、条件、特点、方向分别是什么？翻译的场所、条件、特点分别是 什么？多聚核糖体有什么意义？ 4. 转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条链的碱基序列各有哪些异同？ 5. 写出①密码子与氨基酸的关系；②密码子与tRNA（反密码子）的关系；③氨 基酸与tRNA的关系 6.密码子简并性对生物体的生存发展有什么意义？ 7.写出完整的中心法则，并说明体现了基因的哪两大功能？ 基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。 【问题探讨】 【资料1】将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？ 基因的表达 美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来。 【思考】从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？ 【问题探讨】 【资料2】 【思考1】基因主要分布于哪里？蛋白质合成的场所呢？ (1) 基因(DNA)的分布： 主要在细胞核（真核生物） 拟核（原核生物） (2)蛋白质的合成场所： 中的核糖体中合成的。 空间距离 细胞质 遗传信息储存在细胞核的DNA中 蛋白质的合成发生在细胞质中的核糖体上 在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质充当信使 RNA 内容1 遗传信息的转录 【思考2】分布和合成场所不同，那么遗传信息如何传递？如何解读？ DNA RNA DNA一般为双螺旋结构 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） 细胞核（主要） 线粒体、叶绿体 细胞质（主要） 全称： 基本单位： 全称： 基本单位： DNA和RNA的主要区别 结构： 结构： 分布（真核细胞）： 分布（真核细胞）： 【讨论】结合RNA与DNA的相同点与不同点，分析“RNA适于作信使”的原因 内容1 遗传信息的转录 一、信使的发现 ①能够储存遗传信息 它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。 ②容易转移到细胞质 RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。 RNA适于作为信使的原因： 一、信使的发现 内容1 遗传信息的转录 胞嘧啶 鸟嘌呤 腺嘌呤 尿嘧啶 胞嘧啶 鸟嘌呤 腺嘌呤 胸腺嘧啶 碱基 碱基对 核糖 脱氧核糖 10 核糖核苷酸链 核糖核苷酸 RNA （单链） 连接 种类及功能： ① mRNA： RNA。以密码子的形式， 携带来自DNA的 ，是 合成的 模板。 信使 遗传信息 蛋白质 直接 mRNA 二、RNA的种类 内容1 遗传信息的转录 11 二、RNA的结构和种类 ② tRNA： RNA。 携带的 能与mRNA上的 。互补配对，转运 。 转运 氨基酸 反密码子 密码子 tRNA （每种tRNA只能识别并转运 种氨基酸。） 1 ③ rRNA： RNA。 的组成成分，还能催化 的形成。 核糖体 核糖体 肽键 rRNA 【注意1】三种RNA均在细胞核中转录而来 内容1 遗传信息的转录 【注意2】少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质。 12 1.什么是转录？ 2.转录场所、过程、结果？ 3.转录的条件？ 4.转录过程中碱基如何配对？ 5.遗传信息的传递方向？ 观看视频，阅读教材65页图4-4，尝试回答以下问题。 【讨论】 DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？ DNA mRNA 转录 内容1 遗传信息的转录 DNA mRNA RNA聚合酶 游离的核糖核苷酸 第1步 DNA双链解开，碱基暴露出来 第2步 游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对 解旋 配对 第3步 在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上 连接 第4步 合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复 释放 以DNA转录出mRNA为例 三、遗传信息的转录 内容1 遗传信息的转录 ⑴解旋： C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A C G T A T A C G G C T A G C C G T A 3' 5' C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' ATP RNA聚合酶 RNA聚合酶具有解旋的效果 与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。 RNA聚合酶 1.转录的过程 内容1 遗传信息的转录 15 ⑵ 配对： C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' U A U G C A U G A U C G A G C U U 游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。 内容1 遗传信息的转录 16 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' U A U G C A U G A U C G A G C U U U A U G C A U G A U C G A G C U U 5' 3' ATP ⑶连接： mRNA合成方向： 子链的5’端→ 3’端 形成磷酸二酯键 在 的催化下从 把子链的核糖核苷酸聚合成核糖核苷酸链。 RNA聚合酶 子链的5‘端 内容1 遗传信息的转录 17 ⑷释放： U A U G C A U G A U C G A G C U U C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A C G T A T A C G G C T A G C C G T A 3' 5' 细胞质 细胞核 mRNA 合成的mRNA从DNA链上释放。穿过 进入细胞质而后，DNA双螺旋恢复。 【思考】穿过了几层核膜 0层 内容1 遗传信息的转录 核孔 18 通过RNA聚合酶，以DNA的 为模版， 按照 的原则合成 的过程。 1.概念： 一条链 碱基互补配对 RNA 3.场所： 细胞核（主要）、叶绿体、线粒体 4.时间： 2.产物： mRNA、tRNA、rRNA 【归纳整理】 边解旋边转录（特点） 5.过程： 个体生长发育的整个过程 内容1 遗传信息的转录 19 6.条件： ①原料 ③能量 ②模板 ④酶 4种游离的核糖核苷酸 DNA一条链的片段 一般是ATP RNA聚合酶（作用于磷酸二酯键和氢键） 7.原则： 碱基互补配对（A-U，T-A，C-G，G-C） 提醒：每次转录的只是DNA分子特定的片段（并非一整个DNA），该片段携带的遗传信息能准确地传递给mRNA分子。 DNA→RNA 8.遗传信息流动： 内容1 遗传信息的转录 【归纳整理】 20 1.转录时，DNA链完全解开吗？ DNA的两条链都可作为模板链么？ 不需要，边解旋边转录; 只有一条链可作为模板链。 2.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。 3.一个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分子中的不同基因，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。 内容1 遗传信息的转录 【思考·讨论】 【思维拓展】 1.转录补充说明： A T C G A G C G A G T C T T C G T C A A T C G A T G A C A T C G G C DNA U C G C U A G C mRNA mRNA （2）DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，模板链不固定。 （1） 转录以 为单位，作为模板的只是DNA链中的 ； 基因1 基因2 【说明】 一个DNA转录出的mRNA 。 部分解旋 边解旋边复制 基因 基因片段 不完全相同 内容1 遗传信息的转录 2．转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？ A G T T C G G A A C T C A A G C C T T G α β A G T T C G G A A C 转录 U C A A G C C U U G α DNA DNA的一条链 RNA 转录成的RNA的碱基与DNA模板链（α）的碱基是互补配对的关系，该RNA的碱基序列与另一条非模板链（β）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链（β）上的碱基是T。 【思维拓展】 内容1 遗传信息的转录 1.(2023·江苏徐州模拟)RNA合成发生在DNA双链部分解开的区域内(见下图)。下列相关叙述正确的是(　　) D A.RNA与DNA只有一种核苷酸有差异 B.与RNA序列一致的链是模板链 C.RNA聚合酶是结构复杂的RNA大分子 D.转录时RNA的延伸方向总是从5′→3′ 习题检测 2.基因通过转录将遗传信息传递到RNA中， 有些RNA携带遗传信息通过核孔从细胞核 进入细胞质中指导蛋白质合成。如图为基 因的转录过程，相关叙述正确的是(　　) A．以DNA的一条链为模板转录出的RNA均可编码多肽链 B．RNA聚合酶可使氢键断裂，催化形成磷酸二酯键和氢键 C．图示的转录方向为从左向右，b为解开螺旋，a为恢复螺旋 D．在一个细胞周期中，DNA的复制和转录都只发生一次 C 习题检测 3.图甲和图乙是在人体某细胞的细胞核中发生的两个过程，下列相关判断错误的是(　　) A．该细胞可能是造血干细胞，不可能是胰岛B细胞 B．与图甲过程相比，图乙过程可频繁发生 C．图甲过程形成产物的长度与图乙形成的大致相同 D．基因1与基因2转录的模板链可能不在DNA的一条单链上 C 习题检测 mRNA通过核孔进入细胞质中，与核糖体结合，开始它新的历程 ——翻译。 思考：转录得到的是RNA，而不是蛋白质。那么，mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢？ 内容2 遗传信息的翻译 （一）翻译的概念 游离在细胞质中的各种 ，以 为模板合成 的过程，称为遗传信息的翻译。 氨基酸 mRNA 具有一定氨基酸顺序的蛋白质 （二）翻译的实质 mRNA的碱基序列 蛋白质的氨基酸序列 碱基(4种) 氨基酸(21种) 一、遗传信息的翻译 内容2 遗传信息的翻译 4 16（42） 64（43） ＜21种氨基酸 ＜21种氨基酸 ＞21种氨基酸 如果1个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定_______种氨基酸； 如果2个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定________种氨基酸； 如果3个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定________种氨基酸。 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 翻译实质 mRNA： 碱基的数量 排列顺序 种类 蛋白质： 氨基酸的数量 排列顺序 种类 决定 决定 决定 ?种 4种AGCU 21种 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。 内容2 遗传信息的翻译 1961年，英国的克里克和同事用实验证明： mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称作一个密码子。 （三）遗传密码的破译 1967年，科学家将21种氨基酸的密码全部破译，编制成密码子表。 内容2 遗传信息的翻译 密码子 决定 密码子 密码子 决定 决定 缬氨酸 精氨酸 组氨酸 mRNA 密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。 30 1961年蛋白质的体外合成实验 科学家：尼伦伯格、马太 实验过程： ①在每个试管中分别加入1种氨基酸； ②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； ③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。 实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 （三）遗传密码的破译 内容2 遗传信息的翻译 31 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 实验结论： ① 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。 ② 在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子， 并编制出密码子表。 （三）遗传密码的破译 内容2 遗传信息的翻译 32 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 终止密码子： 、 、 。 种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、 （ 种） （甲硫氨酸） 编码氨基酸的密码子 种（一般来说） 64 UAA GUG AUG UGA 61 UAG 21种氨基酸的密码子表 内容2 遗传信息的翻译 33 密码子64种 3种终止密码： 61种密码子 编码 21种氨基酸 UAA UAG UGA AUG 编码甲硫氨酸同时作为起始密码 GUG 编码缬氨酸，在原核生物中作为起始密码时编码甲硫氨酸 21种氨基酸的密码子表 1.密码子的种类 （1）有____种起始密码子： 2 真核生物只有1种— ，编码 ； 原核生物可以有2种 — （编码 ）和 。 （编码 ，如果该密码子不作为起始密码子时，其编码 ） AUG 甲硫氨酸 AUG GUG 甲硫氨酸 缬氨酸 甲硫氨酸 内容2 遗传信息的翻译 UGA:在特殊情况下可编码 第21种氨基酸：硒代半胱氨酸 甲硫氨酸、色氨酸和硒代半胱氨酸只有1个密码子。 34 1．密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ (1)当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并，可能并不会 改变其对应的氨基酸； (2)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。 2．根据密码子的通用性，你能想到什么？ 说明当今生物可能有着共同的起源。 每种密码子只对应一种氨基酸 专一性 几乎所有生物体共用一套密码子 通用性 思考讨论 一种氨基酸可能由一种或多种密码子决定 简并性 内容2 遗传信息的翻译 2.密码子的特点 知道碱基和氨基酸的对应关系后，谁能携带mRNA上密码子编码的氨基酸到对应的位置，游离在细胞质的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上？ 3. tRNA 内容2 遗传信息的翻译 碱基配对 形成氢键 结合氨基酸的部位 GUA tRNA三维结构 tRNA 反密码子 组 氨酸 G mRNA 5' 3' A C U 密码子 密码子 mRNA tRNA 5' 3' 5' 3' 反密码子 结构： RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形 形态： 其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基 每个 tRNA 的这 3 个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。 结合氨基 酸的部位 碱基配对 种类： 61种 数量关系： 1种tRNA只能转运 氨基酸； 1种氨基酸可由 种tRNA转运。 3. tRNA 1种 1种或多 内容2 遗传信息的翻译 （反密码子61种） tRNA （61或62种密码子） mRNA 氨基酸 （21种） 运输 编码 互补配对 ①一种tRNA只能识别并运输一种氨基酸，一种氨基酸可能被多 种tRNA运输。 ②不是所有的密码子（终止密码子）都有与之对应的反密码子。 【思维拓展1】氨基酸、密码子和反密码子的数量关系 内容2 遗传信息的翻译 【思维拓展2】遗传信息、密码子和反密码子的比较 遗传信息 密码子 反密码子 区别 概念 中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA中决定一个氨基酸的 个相邻碱基 中与mRNA中密码子互补的三个碱基 作用 控制生物的遗传性状 直接决定蛋白质中的氨基酸序列 识别密码子，转运氨基酸 特点 DNA两条链上的碱基互补 与 上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补 种类 64种，决定氨基酸的有61种，终止密码子3种 并不是所有密码子都决定氨基酸，如终止密码子不决定氨基酸 DNA 3 tRNA DNA 内容2 遗传信息的翻译 39 遗传信息 密码子 反密码子 区别 对应关系 一种密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定 一种tRNA只运输一种氨基酸，一种氨基酸可以由一种或多种tRNA转运 联系 ①基因中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA中核糖核苷酸的排列顺序 ②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补配对 ③密码子和反密码子的碱基序列互补配对 决定 【思维拓展2】遗传信息、密码子和反密码子的比较 内容2 遗传信息的翻译 40 1.基因、遗传信息和密码子分别是指(　　) ①信使RNA上核苷酸的排列顺序 ②基因中脱氧核苷酸的排列顺序　 ③DNA上一个氨基酸的3个相邻的碱基　 ④转运RNA上一端的3个碱基　 ⑤信使RNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ⑥通常是有遗传效应的DNA片段 A.⑤①③　　B.⑥②⑤ C.⑤①② D.⑥③④ B 习题检测 【讨论】tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的？ 观看视频，结合教材68页图4-7，尝试描述翻译的过程并回答以下问题。 1．mRNA上的什么信息 决定翻译的起始和终止？ 2．根据密码子的阅读方 式，图中mRNA上共有 几个密码子？ 3．核糖体移动的方向？ 4．合成的肽链能直接承 担相应的生物学功能吗？ 内容2 遗传信息的翻译 （一）翻译的概念 游离在细胞质中的各种 ，以 为模板合成 的过程，称为遗传信息的翻译。 氨基酸 mRNA 具有一定氨基酸顺序的蛋白质 （二）翻译的实质 mRNA的碱基序列 蛋白质的氨基酸序列 （三）场所： 核糖体 （四）密码子的阅读方向： 5´→ 3´ （五）过程： 内容2 遗传信息的翻译 一、遗传信息的翻译 第1步: 进入细胞质，与 结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG ，进入位点 。 mRNA 核糖体 互补配对 1 第2步: 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点 。 2 第3步: 甲硫氨酸与这个氨基酸形成 ，从而转移到位点_____的tRNA上。 2 肽键 第4步: _______沿 移动，读取下一个密码子，原占位点 的tRNA离开核糖体，原位点 的tRNA进入位点 ，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点 ，继续肽链的合成。 核糖体 mRNA 1 1 2 2 2个tRNA的结合位点 （五）过程： 内容2 遗传信息的翻译 U A C 甲硫氨酸 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ 细胞质中的mRNA与核糖体结合 内容2 遗传信息的翻译 45 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对 内容2 遗传信息的翻译 46 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ tRNA将氨基酸转运到 mRNA上的相应位置 内容2 遗传信息的翻译 47 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 肽键 A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ 内容2 遗传信息的翻译 48 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 内容2 遗传信息的翻译 49 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 内容2 遗传信息的翻译 50 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 核糖体随着mRNA滑动，另一个tRNA上的碱基与mRNA上的密码子配对 内容2 遗传信息的翻译 51 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 一个个氨基酸分子缩合成链状结构 内容2 遗传信息的翻译 52 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 tRNA离开，再去转运新的氨基酸 内容2 遗传信息的翻译 53 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 内容2 遗传信息的翻译 54 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 色氨酸 X X X 甲硫氨酸 XXX 内容2 遗传信息的翻译 55 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 甲硫氨酸 组氨酸 色氨酸 XXXX 以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质 内容2 遗传信息的翻译 【讨论】翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗？ 56 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。 肽链 核糖体 粗面 内质网 糖蛋白 糖链 运输小泡芽脱落 高尔基体加工成成熟的蛋白质 内容2 遗传信息的翻译 （六）条件： ①原料 ③能量 ②模板 ④产物 21种氨基酸 mRNA 一般是ATP 具有一定氨基酸顺序的蛋白质 （八）原则： 碱基互补配对（A-U，U-A，C-G，G-C） mRNA→蛋白质 （九）遗传信息流动： ⑤酶 肽酰转移酶 （七）产物： 具有一定氨基酸序列的蛋白质（肽链） 内容2 遗传信息的翻译 58 同时进行多条肽链的合成 【思考1】细胞可通过什么方式提高翻译的效率？ 一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体 多聚核糖体 意义：少量的mRNA分子就可以迅速 合成出大量的蛋白质 【思考2】 由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？ 从右往左 （由短肽链→长肽链） 【思考3】 由该图得到的4条肽链的氨基酸序列是否相同？ 相同。 因为是以同一个mRNA为模板翻译出来的 多个核糖体在mRNA上移动，相继完成多条相同肽链的合成。 内容2 遗传信息的翻译 在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。 思考讨论 例1：由下图判断翻译的方向 内容2 遗传信息的翻译 例2.由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？ 内容2 遗传信息的翻译 【思维拓展1】由下图可得出什么结论 这条mRNA上有两个起始密码子（仅限于原核生物） 边转录边翻译（仅限于原核生物） 内容2 遗传信息的翻译 【思维拓展2】真核细胞和原核细胞翻译的区别 【时间上】原核细胞边转录边翻译；真核细胞先转录后翻译 【空间上】原核生物没有核膜，转录和翻译发生在同一空间内， 即拟核区域，所以可以边转录边翻译。 内容2 遗传信息的翻译 例3：请判断以下图示分别代表什么过程？ 图1 图2 图3 图4 图5 图6 图7 DNA复制 转录 翻译 翻译 原核细胞：转录+翻译 真核细胞：转录+翻译 原核细胞：转录+翻译 内容2 遗传信息的翻译 A T A C G G A A C α T A T G C C T T G β 转录 U A UG C C U U G DNA 模板链 RNA A T A C G G A A C α 翻译 遗传信息 密码子 反密码子 A U A C G G C A A 酪氨酸 丙氨酸 缬氨酸 肽链 氨基酸 【思维拓展3】基因表达过程中的数量计算 内容2 遗传信息的翻译 (1)DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。 【思维拓展3】基因表达过程中的数量计算 内容2 遗传信息的翻译 (2)计算中“最多”和“最少”的分析 ①翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说， mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的 。 ②基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的 还要 多一些。 ③注意“最多”或“最少”：在回答有关问题时，应加上“最多” 或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至 少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。 【思维拓展3】基因表达过程中的数量计算 内容2 遗传信息的翻译 (1)DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。 3倍还要多一些 6倍 2.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数依次为 (　　) A.33、11　 　B.36、12　 　C.12、36　 　 D.11、36 1.已知一个蛋白质分子由2条多肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个，翻译成这个蛋白质分子的mRNA中A和G共有200个，则转录成mRNA的DNA分子中，最少应有C和T(　　) A.400个　　 B.200个　 　C.600个　 　D.800个 C B 习题检测 3.一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是(不考虑终止密码子) ( ) A.m、(m/3)－1 B.m、(m/3)－2 C.2(m－n)、(m/3)－1 D.2(m－n)、(m/3)－2 D 习题检测 　 复　制 转　录 翻　译 时间 细胞分裂(有丝分裂和 )的 期 个体生长发育的 过程 场所 真核细胞：主要在 ，以及 ；原核细胞：主要在 ，以及 。 （例如： ） 模板 DNA的 条链 DNA的 条模板链 减数第一次分裂前 整个 细胞核 间 线粒体、叶绿体 拟核 细胞质 核糖体 两 一 mRNA 质粒 【思维拓展4】：DNA的复制、转录和翻译的区别 内容2 遗传信息的翻译 　 复　制 转　录 翻　译 原料 4种 。 4种 。 20种 。 条件 酶（ 酶）、ATP 酶（ 酶）、 ATP 酶（ ）、 ATP和 。 产物 2个 。 1个 。 （mRNA、tRNA、rRNA） 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 氨基酸 解旋酶、DNA聚合 RNA聚合 rRNA tRNA 双链DNA 单链RNA 多肽链 【思维拓展4】：DNA的复制、转录和翻译的区别 内容2 遗传信息的翻译 　 复　制 转　录 翻　译 特点 复制 （多起点边解旋边双向 复制） 边 边转录 （原核细胞：边转录边翻译） 一个mRNA上结合多个 ，依次合成多条 。 碱基 配对 遗传信息传递 半保留 解旋 核糖体 肽链 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 A－T、T－A G－C、C－G A－U、T－A G－C、C－G A－U、U－A G－C、C－G 【思维拓展4】：DNA的复制、转录和翻译的区别 内容2 遗传信息的翻译 1.判断关于复制、转录和翻译说法的正误 (1)转录和翻译过程都存在T—A、A—U、G—C的碱基配对方式(　　) (2)一个DNA只能控制合成一种蛋白质(　　) (3)细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率(　　) (4)如图表示在人体细胞核中进行的生命过程为转录，需要DNA聚合酶(　　) × × × × 习题检测 (5)DNA复制和转录时，其模板都是DNA的一整条链 (　　) (6)如图表示蓝藻DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系，则①是β链，完成此过程的场所是细胞核 (　　) × × 习题检测 2.(2021·浙江1月选考)如图是真核细胞遗传信息表达中某过程的示意图。某氨基酸的部分密码子(5′→3′)是：丝氨酸UCU；亮氨酸UUA、CUA；异亮氨酸AUG、AUU；精氨酸AGA。下列叙述正确的是(　　) B A.图中①为亮氨酸 B.图中结构②从右向左移动 C.该过程中没有氢键的形成和断裂 D.该过程可发生在线粒体基质和细胞核基质中 习题检测 3.(2023·河北唐山摸底)1982年我国科学家在世界上第一次用人工方法合成具有生物活性的酵母丙氨酸转运核糖核酸(用tRNAyAla表示)。在兔网织红细胞裂解液体系中加入人工合成的tRNAyAla和3H-­丙氨酸，不但发现人工合成的tRNAyAla能携带3H-­丙氨酸，而且能将所携带的丙氨酸参与到蛋白质合成中去。此外还发现另外四种天然的tRNA携带3H-­丙氨酸。下列相关叙述，错误的是(　　) A.tRNAyAla只能识别并转运丙氨酸 B.tRNAyAla为单链结构，不含氢键 C.与丙氨酸对应的密码子具有四种 D.tRNAyAla存在能与mRNA上的丙氨酸密码子配对的反密码子 B 习题检测 4.(2020·全国卷Ⅲ，3)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　) C A.一种反密码子可以识别不同的密码子 B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合 C.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成 D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变 习题检测 5.下图表示生物基因的表达过程，下列叙述与该图相符的是(　　) A 甲 乙 A.图甲翻译的结果是得到了多条氨基酸序列相同的多肽链 B.DNA-RNA杂交区域中A应与T配对 C.图甲可发生在绿藻细胞中，图乙可发生在蓝细菌细胞中 D.图乙中①②③的合成均与核仁有关 习题检测 从信息传递的角度看，基因指导蛋白质的过程（基因的表达），就是遗传信息从DNA流向RNA，进而流向蛋白质的过程。 转 录 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 内容3 中心法则 克里克 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。1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。 请根据以下资料补充中心法则的内容 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 复制 逆转录 新冠病毒 HIV病毒 内容3 中心法则 1.中心法则内容 ①遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制； ②也可从DNA流向RNA进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译 81 中心法则图解 DNA 复制 RNA 转录 蛋白质 翻译 复制 逆转录 （虚线表示少数生物的遗传信息的流向） 在遗传信息的流动过程中， 是信息的载体， 是信息的表达产物，而 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。 DNA、RNA 蛋白质 ATP 高度分化的细胞不可进行DNA复制过程，如神经元、叶肉细胞等。 内容3 中心法则 【思维拓展1】不同生物的遗传信息传递过程 (1)以DNA作为遗传物质的生物 DNA 复制 RNA 转录 蛋白质 翻译 （真、原核生物、DNA病毒：T2噬菌体） 注意：高度分化的细胞不分裂，无DNA复制 (2)以RNA作为遗传物质的生物 ① 含RNA复制酶的RNA病毒 ② 含逆转录酶的RNA病毒 RNA 蛋白质 翻译 复制 （烟草花叶病毒、流感病毒等） （HIV、劳氏肉瘤病毒等） 内容3 中心法则 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 复制 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 逆转录 复制 1.对遗传信息流动过程的概括。 2.对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。 3.对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。 二.中心法则的意义 内容3 中心法则 84 讨论： 1.请写出洋葱表皮细胞内遗传信息传递式： 2.请写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递式： 内容3 中心法则 (1)遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质。 (2020·全国卷Ⅲ) ( ) (2)某复合物中的某蛋白参与DNA复制，则该蛋白可能是DNA聚合酶。 (2018·全国卷Ⅰ ) ( ) (3)在真核细胞中，转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补。 (2017·全国卷Ⅲ) ( ) 1.考点速览·诊断 √ √ √ (4)生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定。 (2017·海南卷) ( ) (5)HIV的遗传物质可以作为合成DNA的模板。(2017·海南卷) ( ) × √ 习题检测 2.下图是生物体内的中心法则示意图，下列有关此图的说法错误的是(　　) A.大肠杆菌分裂时能发生解旋的过程是②③ B.一个DNA可转录出多个不同类型的RNA C.劳氏肉瘤病毒在宿主细胞中能发生②③④⑤过程 D.T2噬菌体在宿主细胞中只能发生①②③过程 C 习题检测 3.如图为遗传信息传递和表达的途径，下表为几种抗生素的作用原理。结合图表分析，下列说法正确的是（ ） 抗菌药物 抗菌机理 青霉素 抑制细菌细胞壁的合成 环丙沙星 抑制细菌DNA解旋酶的活性(可促进DNA螺旋化) 红霉素 能与核糖体结合 利福平 抑制RNA聚合酶的活性 习题检测 A.环丙沙星和红霉素都能抑制②③过程 B.青霉素和利福平均不能抑制细菌的①过程 C.结核杆菌的④⑤过程都发生在细胞质中 D.①～⑤过程可发生在人体的健康细胞中 B 抗菌药物 抗菌机理 青霉素 抑制细菌细胞壁的合成 环丙沙星 抑制细菌DNA解旋酶的活性(可促进DNA螺旋化) 红霉素 能与核糖体结合 利福平 抑制RNA聚合酶的活性 下列说法正确的是（ ） 习题检测 4.(2023·广东肇庆调研)新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生以来，全国人民同舟共济、众志成城，打赢了一场没有硝烟的疫情阻击战。经研究，该病毒是一种单股正链RNA病毒，其在宿主细胞内 的增殖过程如图所示。下列说法中 正确的是(　　) B A.由图示可知，＋RNA和－RNA上都含有决定氨基酸的密码子 B.过程②消耗的嘧啶核苷酸数等于过程④消耗的嘌呤核苷酸数 C.可利用抗生素类药物抑制新型冠状病毒在宿主细胞内的增殖 D.新型冠状病毒和HIV的增殖过程都需要RNA复制酶的作用 习题检测 5.(2023·四川成都一诊)下图所示为遗传信息传递的“中心法则”。研究发现四环素具有与细菌核糖体结合能力强的特点。下列有关说法错误的是(　　) D A.四环素通过抑制蛋白质的合成起到抗菌效果 B.图中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤ C.细菌体内②和③过程可在同一区域同时发生 D.艾滋病病毒侵染T细胞后能发生图中所有过程 习题检测 6.(2021·河北卷)关于基因表达的叙述，正确的是(　　) A.所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码 B.DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录 C.翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性 D.多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息 C 习题检测 7.(2021·福建卷)下列关于遗传信息的叙述，错误的是(　　) A.亲代遗传信息的改变都能遗传给子代 B.流向DNA的遗传信息来自DNA或RNA C.遗传信息的传递过程遵循碱基互补配对原则 D.DNA指纹技术运用了个体遗传信息的特异性 A 习题检测 下列叙述正确的是(　　) A.催化该过程的酶为RNA聚合酶 B.a链上任意3个碱基组成一个密码子 C.b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连 D.该过程中遗传信息从DNA向RNA传递 8.(2022·浙江6月选考)“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。 C 习题检测 9.(2021·重庆卷)科学家建立了一个蛋白质体外合成体系(含有人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸、除去了DNA和mRNA的细胞提取液)。在盛有该合成体系的四支试管中分别加入苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸和半胱氨酸后，发现只有加入苯丙氨酸的试管中出现了多肽链。下列叙述错误的是(　　) A.合成体系中多聚尿嘧啶核苷酸为翻译的模板 B.合成体系中的细胞提取液含有核糖体 C.反密码子为UUU的tRNA可携带苯丙氨酸 D.试管中出现的多肽链为多聚苯丙氨酸 C 习题检测 10.(2021·浙江6月选考)某单链RNA病毒的遗传物质是正链RNA(＋RNA)。该病毒感染宿主后，合成相应物质的过程如图所示，其中①～④代表相应的过程。下列叙述正确的是(　　) A A.＋RNA复制出的子代RNA具有mRNA的功能 B.病毒蛋白基因以半保留复制的方式传递给子代 C.过程①②③的进行需RNA聚合酶的催化 D.过程④在该病毒的核糖体中进行 习题检测 ◎课堂小结 一、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。（ ） × × 练习与应用 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 练习与应用 二、拓展应用 红霉素、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】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。 练习与应用 抗菌药物 抗菌机制 红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸 环丙沙星 抑制细菌DNA的复制 利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性 本讲结束，记得点个赞哦！ Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.74(fixed_gap:False) 2020-01-18T01:51:12.00796 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.76 DNA eq \o(――→,\s\up17(转录))RNA eq \o(――→,\s\up17(翻译))蛋白质 $$