資源簡介

(共34張PPT)
4.1 基因指導蛋白質的合成
第2課時
學習目標
01
能夠概述遺傳信息的翻譯過程。
03
能說出DNA堿基、mRNA的堿基與氨基酸之間的對應關系。
02
能夠闡明中心法則的具體內容。
mRNA合成以后，通過什么結構進入細胞質中
核孔
真核生物的mRNA、tRNA、rRNA在細胞核中合成后，進入細胞質中參與蛋白質的合成過程。
1.翻譯的概念：
mRNA合成以后，通過核孔進入細胞質中。游離在細胞質中的各種氨基酸，就以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質。
？
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白質
堿 基 序 列
氨基酸序列
堿基
氨基酸
4種
21種
翻譯
難題一
一、遺傳信息的翻譯
mRNA的堿基與氨基酸之間的對應關系？
4種
21種

1個堿基決定1個氨基酸，則4種堿基只能決定____種氨基酸；
2個堿基決定1個氨基酸，則4種堿基只能決定____種氨基酸；
3個堿基決定1個氨基酸，則4種堿基只能決定____種氨基酸，
氨基酸
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
4
64
16
顯然不夠
還是不夠
足夠滿足
第三種方式能滿足組成蛋白質的21種氨基酸的需要
資料：克里克T4噬菌體實驗
第一個用實驗證明遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸的科學家---克里克
上世紀50～60年代，DNA分子結構的發現者克里克研究表明：在T4噬菌體的相關堿基序列中增加或者刪除一個堿基，無法產生正常功能的蛋白質；增加或刪除兩個堿基，也不能產生正常功能的蛋白質；但是，當增加或者刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質。
由該實驗可以得到什么結論
mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基叫作密碼子
(1)定義：
mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基
(2)識別：
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
怎么判斷？
后來科學家又一步步推測和實驗，證明確實是mRNA上三個相鄰的堿基決定一個氨基酸，最終破解了64個遺傳密碼子。
2.密碼子
(2)位置：
mRNA上
第一個堿基 第二個堿基 第三個堿基
U C A G
U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 酪氨酸 酪氨酸 終止 終止 半胱氨酸 半胱氨酸 終止、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 組氨酸 組氨酸 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 異亮氨酸 異亮氨酸 異亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 賴氨酸 賴氨酸 絲氨酸 絲氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸、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個堿基 第2個堿基 第3個堿基 密碼子
苯丙氨酸 U U U UUU
精氨酸 A G A AGA
第一個堿基 第二個堿基 第三個堿基
U C A G
U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 絲氨酸 酪氨酸 酪氨酸 終止 終止 半胱氨酸 半胱氨酸 終止、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 組氨酸 組氨酸 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 異亮氨酸 異亮氨酸 異亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 賴氨酸 賴氨酸 絲氨酸 絲氨酸 精氨酸 精氨酸 U
C
A
G
G 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸 纈氨酸、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
一種密碼子決定____種氨基酸，
一種氨基酸由_______________密碼子決定。
1種或幾種
1
終止密碼子： 、 、______________________
種類 起始密碼子： （甲硫氨酸）、
（ 種） _____（纈氨酸、甲硫氨酸）
64
UAA
GUG
AUG
UGA（硒代半胱氨酸）
UAG
任務一：分析密碼子的特點
1．從教材P67的密碼子表中可以看出，一種氨基酸可能有幾個密碼子，你認為密碼子的簡并對生物體的生存發展有什么意義？
G
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
C
G
A
C
C
G
A
C
G
A
錯誤mRNA
天冬氨酸
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸
密碼子的簡并性
①增強密碼子的容錯性。當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應的氨基酸；
②提高使用頻率。當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。
說明所有生物可能有共同的起源或生命在本質上是統一的。
密碼的通用性
2.地球上幾乎所有的生物體都共用同一個密碼子表。
根據這一事實，你能想到什么？
任務一：分析密碼子的特點
①相鄰的密碼子之間無間隔、不重疊;
②64個密碼子都有作用，有3個終止密碼子;
③絕大多數氨基酸都有幾個密碼子。
一種密碼子決定一種氨基酸
絕大多數氨基酸都有幾個密碼子。
2.密碼子的簡并性
地球上幾乎所有的生物都共用同一套密碼子。
3.密碼子的通用性
1.密碼子的專一性
【核心歸納】
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
組
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
絲
如何精準運送過來的？
tRNA
知道堿基和氨基酸的對應關系后，游離在細胞質中的氨基酸,是怎樣被運送到合成蛋白質的“生產線”上的呢
思考
mRNA
5
3
5
3
結合氨基酸的部位
密碼子
反密碼子
OH
A
A
C
堿基配對
RNA鏈經過折疊，形成三葉草形。
1種tRNA只能識別并轉運1種氨基酸
形態：
反密碼子：
位于tRNA上，其實質是與密碼子發生堿基互補配對的3個相鄰的堿基。
功能特點：
問：若密碼子為UAA，則對應的反密碼子是？
由于UAA是終止密碼子，不決定氨基酸，所以沒有與之對應的反密碼子。
3.tRNA與反密碼子
起始密碼子
mRNA進入細胞質，與核糖體結合；攜帶甲硫氨酸的tRNA通過與mRNA上的堿基互補配對進入位點1。
第一步：
核糖體移動方向
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
核糖體
4.翻譯過程
E
1
2
甲
攜帶某個氨基酸的tRNA以同樣的方法進入位點2。
通過脫水縮合形成肽鍵，甲硫氨酸被轉移到位點2的tRNA上。
組
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
第二步：
第三步：
E
1
2
核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子，原占位點1的tRNA離開核糖體，原位點2的tRNA進入位點1，一個新的攜帶氨基酸的tRNA進入位點2，繼續肽鏈的合成。
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
第四步：
肽鏈合成后，從核糖體上脫離，盤曲折疊成具有特定空間結構和功能的蛋白質分子。
直至核糖體讀取到mRNA上的終止密碼子，合成才告終止。
第五步：
①
②
③
④
⑤
⑥
1.如何快速高效地進行翻譯呢？
一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，
同時進行多條肽鏈的合成。
2.圖中①、⑥分別是什么分子或結構？最終合成
的多肽鏈②、③、④、⑤的氨基酸序列相同嗎？
為什么？
3.核糖體移動的方向是怎樣的？
4.翻譯合成的肽鏈具相應生物學功能嗎？
mRNA
核糖體
相同。因為它們的模板是同一條mRNA。
不具有生物學功能，還需加工。
由肽鏈_____→肽鏈_____的方向進行
短
長
任務二：分析翻譯的過程
①
②
③
④
⑤
⑥
5.翻譯能夠精確進行的原因是什么？
①mRNA為翻譯提供了精確的模板；
②通過mRNA上密碼子和tRNA上反密碼子堿基互補配對，保證翻譯能夠準確進行。
6.圖所示的翻譯特點，其意義是什么？
少量mRNA分子可迅速合成大量蛋白質。
7．請據圖概括真核細胞和原核細胞轉錄、翻譯的區別。
原核生物：邊轉錄邊翻譯
真核生物：先轉錄，后翻譯
項目 復制 轉錄 翻譯
場所
條件 模板
原料
能量
酶
產物
原則
細胞核（主要場所）
細胞核（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
堿基互補配對
A-T T-A G-C C-G
堿基互補配對
A-U T-A G-C C-G
堿基互補配對
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
5.列表比較DNA復制、轉錄和翻譯
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
基因表達的過程中，DNA的堿基數、mRNA的堿基數、蛋白質中氨基酸數三者之間有何數量關系？
A—C—U—G—G—A—U—C —U
UGA CCU AGA
蘇氨酸——甘氨酸——絲氨酸
轉錄
翻譯
ACU GGA UCU
DNA
1
3
6
mRNA
蛋白質
6.基因表達的相關計算
計算中“最多”和“最少”分析
①翻譯時，mRNA上終止密碼子不決定氨基酸；DNA中有片段無遺傳效應，不能轉錄出mRNA。
②因此，mRNA上堿基數目是蛋白質中氨基酸數目
3倍多一些。基因或DNA上是6倍多一些。或氨基酸小于n。
③回答有關問題時應加上“最多”或“最少”等字
如mRNA上有n個堿基，轉錄產生它的基因中至少有2n個堿基，該mRNA指導合成的蛋白質中最多有n/3個氨基酸。
1．下圖表示細胞內進行的某種生理過程。下列有關敘述正確的是(　　)
A．賴氨酸對應的密碼子是UUU
B．圖中過程表示翻譯，沿mRNA 5′端→3′端方向進行
C．該過程需要RNA聚合酶
D．圖中只有兩種RNA
B
2．根據表中的已知條件，判斷蘇氨酸的密碼子可能是(　　)
DNA雙鏈
T G
mRNA
tRNA反密碼子 A
氨基酸 蘇氨酸
A.TGU　　　　　　　　　 B．UGA
C．ACU D．UCU
C
二、中心法則
復制 轉錄 翻譯
信息流動方向
1957年，克里克提出中心法則
DNA
RNA
蛋白質
轉錄
翻譯
復制
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白質
根據DNA復制、基因指導蛋白質的合成過程，畫出遺傳信息的傳遞方向示意圖。
弗朗西斯·克里克
遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復制；
也可以從DNA流向RNA ，進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。
中心法則的發展
1965年，科學家在RNA病毒里發現了一種RNA復制酶，像DNA復制酶能對DNA進行復制一樣，RNA復制酶能對RNA進行復制。
RNA復制酶
情景材料一：
RNA
RNA
RNA
逆轉錄酶
艾滋病病毒
1970年，科學家在致癌的RNA病毒中發現逆轉錄酶，它能以RNA為模板合成DNA。
情景材料二：
DNA
中心法則的完善
復制
DNA
逆轉錄
轉錄
復制
RNA
翻譯
蛋白質
1.完整的中心法則圖示
2.內容及意義：
DNA
DNA
DNA的復制
DNA
RNA
蛋白質
遺傳信息的轉錄和翻譯
表示遺傳信息傳遞的法則
遺傳信息可以從_______流向_______，即______________；也可以從_____流向______，進而流向_________，即_________________________，可見
生命是______、______和_______的統一體
物質
能量
信息
思考：是否所有生物均能發生中心法則的所有過程？
完善后的中心法則
(1)中心法則的所有過程并不適用于所有生物，但所有生物均能發生一部分過程。
(2)DNA合成過程既包括DNA復制過程，也包括在逆轉錄酶作用下以RNA為模板合成DNA的過程。
(3)中心法則的5條信息傳遞途徑都遵循堿基互補配對原則，但配對的堿基有差別。　
3點提醒：
生物種類 遺傳信息的傳遞過程
以DNA作為遺傳物質的生物 原核生物
真核生物
DNA病毒
以RNA作為遺傳物質的生物 一般RNA病毒
逆轉錄病毒 (HIV)
各種生物的遺傳信息傳遞過程
3．中心法則提出了生物遺傳信息的傳遞與表達的過程(如下圖所示)。下列與圖相關的敘述不正確的是(　　)

A．需要tRNA和核糖體同時參與的過程是c
B．某些RNA病毒遺傳信息的表達過程為d→b→c
C．真核細胞中，a、b兩過程發生的主要場所相同
D．d過程與模板鏈上堿基配對的堿基有A、U、C、G
D

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