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人教版（2019）必修二
第4章 基因的表達(dá)
第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成
第2課時(shí)
認(rèn)同人類對遺傳物質(zhì)的認(rèn)識是不斷深化、不斷完善的過程，認(rèn)同實(shí)驗(yàn)技術(shù)在證明DNA是遺傳物質(zhì)中的作用（科學(xué)思維、社會責(zé)任）
能夠概述遺傳信息的翻譯過程
01
能夠闡明中心法則的具體內(nèi)容
02
學(xué)習(xí)目標(biāo)
03
能說出DNA堿基、mRNA的堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系
男
男
情境導(dǎo)入
轉(zhuǎn)錄得到的是RNA，而不是蛋白質(zhì)。那么，RNA上的堿基序列如何能變成蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序呢？
mRNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，與核糖體結(jié)合，開始它新的歷程——翻譯。
遺傳信息的翻譯
01
中心法則
02
目錄
遺傳信息的翻譯
mRNA合成以后，通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中。游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，就以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)。
將mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列。
1、翻譯的概念及實(shí)質(zhì)
mRNA上的堿基和氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系是怎樣的？
(2)實(shí)質(zhì)：
(1)概念：
遺傳信息的翻譯
4
16（42）
64（43）
＜21種氨基酸
＜21種氨基酸
＞21種氨基酸
至少3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸才能滿足需要。
如果1個(gè)堿基對應(yīng)1個(gè)氨基酸，4種堿基決定_______種氨基酸；
如果2個(gè)堿基對應(yīng)1個(gè)氨基酸，4種堿基決定_________種氨基酸；
如果3個(gè)堿基對應(yīng)1個(gè)氨基酸，4種堿基決定_________種氨基酸。
數(shù)學(xué)小游戲
問題一：mRNA的4種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的21種氨基酸的呢？
mRNA堿基種類
蛋白質(zhì)氨基酸種類
4種
21種
遺傳信息的翻譯
實(shí)驗(yàn)證據(jù)
1961年克里克實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)材料：T4噬菌體
實(shí)驗(yàn)過程：增加或刪除1個(gè)/2個(gè)/3個(gè)堿基，觀察是否能正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
①增加或刪除1個(gè)/2個(gè)堿基,無法正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)；
②增加或刪除3個(gè)堿基，可以正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸。每3個(gè)這樣的堿基叫作1個(gè)密碼子。
問題一：mRNA的4種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的21種氨基酸的呢？
遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸。
密碼子認(rèn)讀是從mRNA的5'→3'，相鄰的密碼子無間隔、不重疊。
2.密碼子：
遺傳信息的翻譯
密碼子
(1)定義：
mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基
(3)認(rèn)讀：
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密碼子
密碼子
密碼子
密碼子認(rèn)讀是從mRNA的5'→3',相鄰的密碼子無間隔、不重疊
決定
纈氨酸
決定
組氨酸
決定
精氨酸
(2)位置：
mRNA上
遺傳信息的翻譯
第一個(gè)堿基 第二個(gè)堿基 第三個(gè)堿基
U C A G U 苯丙氨酸 絲氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 絲氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 絲氨酸 終止 終止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 絲氨酸 終止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 組氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 組氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 異亮氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 絲氨酸 U
異亮氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 絲氨酸 C
異亮氨酸 蘇氨酸 賴氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 蘇氨酸 賴氨酸 精氨酸 G
G 纈氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
纈氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
纈氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
纈氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
第1個(gè)堿基 第2個(gè)堿基 第3個(gè)堿基 密碼子
苯丙氨酸 U U U UUU
精氨酸 A G G AGG
21種氨基酸的密碼子表
遺傳信息的翻譯
①在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時(shí)它編碼甲硫氨酸。
②在正常情況下，UGA是終止密碼子，但在特殊情況下可編碼硒代半胱氨酸。
(2)特殊密碼子:
起始密碼子
終止密碼子
AUG（甲硫氨酸）、GUG（甲硫氨酸）
AUG（甲硫氨酸）、GUG（甲硫氨酸）
UAA、UAG、UGA（前兩種不編碼任何氨基酸）
遺傳信息的翻譯
分析密碼子的特點(diǎn)
思考 討論
1.一種密碼子決定幾種氨基酸？一種氨基酸酸有幾種密碼子？
①1種密碼子只能決定1種氨基酸（正常情況下）。
②1種氨基酸可以由1種或幾種密碼子決定。
細(xì)胞核
mRNA
賴氨酸
A
A
G
賴氨酸
密碼子的專一性
遺傳信息的翻譯
當(dāng)密碼子中有一個(gè)堿基改變時(shí)，可能并不會改變其對應(yīng)的氨基酸；當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時(shí)，幾種不同的密碼子都編碼一種氨基酸，可以保證遺傳信息的翻譯速度。
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
錯(cuò)誤mRNA
天冬氨酸
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸
2.從密碼子表中可以看出，一種氨基酸可能有幾個(gè)密碼子，這一現(xiàn)象稱作密碼的簡并。你認(rèn)為密碼的簡并對生物體的生存發(fā)展有什么意義？
密碼子的容錯(cuò)性
遺傳信息的翻譯
說明所有生物可能有共同的起源或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。
3.地球上幾乎所有的生物體都共用同一個(gè)密碼子表。根據(jù)這一事實(shí)，你能想到什么？
密碼子的通用性
基因
信使物質(zhì)
蛋白質(zhì)的合成
轉(zhuǎn)錄
組
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
絲
“搬運(yùn)工”tRNA
mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后與核糖體結(jié)合，合成生產(chǎn)蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”。
遺傳信息的翻譯
2.氨基酸的搬運(yùn)工——tRNA
3'
5'
結(jié)合氨基酸的部位
堿基配對
mRNA
5'
3'
A
C
U
A
C
U
反密碼子
密碼子
GUA
（1）形態(tài)：RNA鏈經(jīng)過折疊，形成三葉草形
（2）功能：識別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸
（3）特點(diǎn)：
①一種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。
②一種氨基酸可以由多種tRNA攜帶。
（4）反密碼子：每個(gè)tRNA的這3個(gè)堿基可以與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對，叫作反密碼子。
遺傳信息的翻譯
2.氨基酸的搬運(yùn)工——tRNA
3'
5'
結(jié)合氨基酸的部位
堿基配對
mRNA
5'
3'
A
C
U
A
C
U
反密碼子
密碼子
GUA
（61種反密碼子）
tRNA
（64種密碼子）
mRNA
氨基酸
（20種）
運(yùn)輸
編碼
互補(bǔ)配對
mRNA、tRNA和氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系
遺傳信息的翻譯
起始密碼子
01起始：mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合；攜帶甲硫氨酸的tRNA通過與mRNA上的堿基AUG互補(bǔ)配對進(jìn)入位點(diǎn)1。
3.翻譯的過程
核糖體移動(dòng)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
M
核糖體
遺傳信息的翻譯
E
1
2
甲
02進(jìn)位：攜帶某個(gè)氨基酸的tRNA以同樣的方法進(jìn)入位點(diǎn)2。
03縮合：通過脫水縮合形成肽鍵，甲硫氨酸被轉(zhuǎn)移到位點(diǎn)2的tRNA上。
H
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.翻譯的過程
遺傳信息的翻譯
E
1
2
04移位：核糖體沿mRNA移動(dòng)，讀取下一個(gè)密碼子，原占位點(diǎn)1的tRNA離開核糖體，原位點(diǎn)2的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)1，一個(gè)新的攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)2，繼續(xù)肽鏈的合成。
精
色
半
半
甲
組
5’
3’
5’
3’
5’
3’
脯
5’
3’
5’
3’
5’
3’
核糖體移動(dòng)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
3.翻譯的過程
遺傳信息的翻譯
直至核糖體讀取到mRNA上的終止密碼子，合成才告終止。
05終止：肽鏈合成后，從核糖體上脫離，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子。
遺傳信息的翻譯
在細(xì)胞質(zhì)中翻譯是一個(gè)快速高效的過程。通常一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)。
4.多聚核糖體——高效翻譯的機(jī)制
遺傳信息的翻譯
“列表法”比較DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯
項(xiàng)目 復(fù)制 轉(zhuǎn)錄 翻譯
場所
條件 模板
原料
能量
酶
產(chǎn)物
原則
細(xì)胞核（主要場所）
細(xì)胞核（主要場所）
核糖體
DNA的兩條鏈
DNA的一條鏈
mRNA
4種游離的脫氧核苷酸
4種游離的核糖核苷酸
21種游離的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
多肽
堿基互補(bǔ)配對
A-T T-A G-C C-G
堿基互補(bǔ)配對
A-U T-A G-C C-G
堿基互補(bǔ)配對
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
遺傳信息的翻譯
01
中心法則
02
目錄
中心法則
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白質(zhì)
DNA
RNA
蛋白質(zhì)
轉(zhuǎn)錄
翻譯
復(fù)制
弗朗西斯·克里克
克里克提出的中心法則所有生物均能適用嗎？
你能從信息傳遞的角度，用文字和箭頭表示細(xì)胞中遺傳信息的傳遞規(guī)律嗎？
中心法則
【資料1】1965年，科學(xué)家在某種RNA病毒里發(fā)現(xiàn)了一種RNA復(fù)制酶，像DNA復(fù)制酶能對DNA進(jìn)行復(fù)制一樣，RNA復(fù)制酶能對RNA進(jìn)行復(fù)制。
【資料2】1970年，科學(xué)家在致癌的RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶，它能以RNA為模板合成DNA。
逆轉(zhuǎn)錄
轉(zhuǎn)錄
翻譯
RNA
DNA
蛋白質(zhì)
復(fù)制
在遺傳信息的流動(dòng)過程中，DNA、RNA是信息的載體，蛋白質(zhì)是信息的表達(dá)產(chǎn)物，而ATP為信息的流動(dòng)提供能量，可見，生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。
中心法則
tRNA
rRNA
mRNA
脫氧核苷酸序列
氨基酸序列
(遺傳信息)
核糖核苷酸序列
（mRNA上有遺傳密碼）
模板
攜帶氨基酸
核糖體（場所）
逆轉(zhuǎn)錄
復(fù)
制
RNA
DNA
蛋白質(zhì)
轉(zhuǎn)錄
翻譯
復(fù)
制
轉(zhuǎn)錄
遺傳信息載體
（信息的表達(dá)產(chǎn)物）
在遺傳信息的流動(dòng)過程中，DNA、RNA是信息的載體，蛋白質(zhì)是信息的表達(dá)產(chǎn)物，而ATP為信息的流動(dòng)提供能量，可見，生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。
中心法則
生物種類 遺傳信息的傳遞過程
以DNA作為遺傳物質(zhì)的生物 原核生物
真核生物 DNA病毒 以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物 一般的RNA病毒
逆轉(zhuǎn)錄病毒 (HIV)
轉(zhuǎn)錄
DNA
RNA
翻譯
蛋白質(zhì)
復(fù)制
復(fù)制
RNA
翻譯
蛋白質(zhì)
逆轉(zhuǎn)錄
轉(zhuǎn)錄
DNA
RNA
翻譯
蛋白質(zhì)
復(fù)制
RNA
各種生物的遺傳信息傳遞過程
課堂小測
1.下列關(guān)于復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的說法錯(cuò)誤的是( )
A.三個(gè)過程在所有細(xì)胞中都會發(fā)生
B.三個(gè)過程的都需要酶的催化
C.三個(gè)過程都要通過堿基互補(bǔ)配對來完成
D.三個(gè)過程的模板各不相同
解析：DNA復(fù)制只發(fā)生在能進(jìn)行細(xì)胞分裂的細(xì)胞中，A錯(cuò)誤；DNA復(fù)制需要解旋酶和DNA聚合酶，轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶，翻譯也需要酶，B正確；由分析可知，三個(gè)過程都遵循堿基互補(bǔ)配對原則，C正確；DNA復(fù)制以DNA的兩條鏈分別為模板，轉(zhuǎn)錄以DNA的一條鏈為模板，翻譯以mRNA為模板，所以模板各不相同，D正確。
A
課堂小測
2.下列有關(guān)細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的敘述，正確的是( )
A.mRNA沿著核糖體移動(dòng)
B.tRNA攜帶密碼子
C.一個(gè)mRNA結(jié)合的多個(gè)核糖體最終合成的肽鏈相同
D.每種氨基酸只有一種密碼子
解析：在蛋白質(zhì)合成過程中，是核糖體沿著mRNA移動(dòng)，而不是mRNA沿著核糖體移動(dòng)，A錯(cuò)誤；tRNA攜帶的是反密碼子，mRNA攜帶密碼子，B錯(cuò)誤；一個(gè)mRNA結(jié)合多個(gè)核糖體，由于模板mRNA相同，所以最終合成的肽鏈相同，C正確；每種氨基酸可能有一種或多種密碼子，這一現(xiàn)象稱為密碼子的簡并性，D錯(cuò)誤。
C
課堂小測
3.遺傳密碼是指( )
A.DNA分子中決定蛋白質(zhì)合成的堿基排列順序
B.轉(zhuǎn)運(yùn)RNA分子一端決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)堿基排列順序
C.信使RNA上的編碼1個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰堿基
D.蛋白質(zhì)分子的氨基酸排列順序
解析：遺傳密碼（即密碼子）在mRNA上，不在DNA上，A錯(cuò)誤；tRNA上一端的3個(gè)堿基稱為反密碼子，B錯(cuò)誤；密碼子是指mRNA（信使RNA）上決定1個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰堿基，C正確；蛋白質(zhì)分子的氨基酸排列順序是密碼子決定的，D錯(cuò)誤。
C
課堂小測
4.自然界中生物的遺傳信息流動(dòng)途徑如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.①②過程可發(fā)生在細(xì)胞核中 B.③過程需要多種RNA的參與
C.遺傳信息的載體只能是DNA D.蛋白質(zhì)是遺傳信息的表達(dá)產(chǎn)物
解析：①為DNA分子復(fù)制過程，②為轉(zhuǎn)錄過程，可發(fā)生在細(xì)胞核中，A正確；③為翻譯過程，需要rRNA,mRNA,rRNA,等多種RNA參與，B正確；遺傳信息的載體還可以是RNA，C錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)是遺傳信息的轉(zhuǎn)綠翻譯的產(chǎn)物，即表達(dá)產(chǎn)物，D正確。
C
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