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(共38張PPT)
第三節(jié) 遺傳信息控制生物的性狀
第二章 遺傳的分子基礎(chǔ)
第1課時
電影《永不消逝的電波》講述地下工作者在戰(zhàn)斗中破譯敵特的電報密碼，獲取了重要信息，使敵特遭受沉重打擊。電報是19世紀30年代發(fā)展起來的通信技術(shù)，電報密碼被用來替代文字或數(shù)字遠距離傳送信息。科學(xué)家在破譯遺傳密碼的過程中是不是借鑒了電報編碼的思路呢？
課前引入
積極思維
誰引領(lǐng)了遺傳密碼的破譯？
實驗證據(jù)
1961年克里克實驗 課本p70
實驗材料：T4噬菌體
實驗過程：增加或刪除1個/2個/3個堿基，觀察是否能正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
支持遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸。
實驗結(jié)果：
①增加或刪除1個/2個堿基,無法正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)；
②增加或刪除3個堿基，可以正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
實驗結(jié)論：
積極思維
誰引領(lǐng)了遺傳密碼的破譯？
思考：
分析 克里克研究團隊引領(lǐng)了遺傳密碼的破譯工作。他們解決了哪些問題，還有哪些問題沒有解決？
在克里克進行遺傳密碼破譯工作的同時，其他許多科學(xué)家也在開展遺傳密碼研究。很快，遺傳密碼就被破譯了。這樣，DNA分子指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的全過程也就清楚了。
細胞質(zhì)
細胞核
DNA(2nm)
(遺傳信息)
核孔0.9nm
核糖體
（蛋白質(zhì)合成場所）

RNA
思考：基因主要存在哪里？蛋白質(zhì)在哪里合成的？
信使
皇帝不出宮
DNA
核糖體
地方官員
核糖核苷酸
1.RNA的組成
C、H、O、N、P
基本單位：
核糖核苷酸
5’
1’
2’
3’
4’
元素組成：
一般為單鏈:
RNA的結(jié)構(gòu)單位是什么？由哪些成分組成？
A(腺嘌呤）
U(尿嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鳥嘌呤)
種類 mRNA tRNA rRNA
名稱 信使RNA 轉(zhuǎn)運RNA 核糖體RNA
功能
結(jié)構(gòu)
示意圖
識別并轉(zhuǎn)運氨基酸
組成核糖體
單鏈
局部形成氫鍵，部分堿基配對形成三葉草型結(jié)構(gòu)
單鏈
核糖體RNA(rRNA）
遺傳信息傳遞的媒介蛋白質(zhì)合成的模板
少數(shù)RNA還具有催化作用，有的作為RNA病毒的遺傳物質(zhì)
→蛋白質(zhì)合成的“三劍客”
RNA的種類有哪三種？分別有什么樣的功能？
種 類 DNA RNA
組 成 成 分 堿基
磷酸 五碳糖
全 稱
基本組成單位
空間結(jié)構(gòu)
分布（真核細胞）
特有：T
特有：U
共有： A、G、C
都有磷酸
脫氧核糖
核糖
脫氧核糖核酸
核糖核酸
脫氧核苷酸
核糖核苷酸
多為規(guī)則雙螺旋結(jié)構(gòu)
多為單鏈
細胞核（主要）
線粒體、葉綠體
細胞質(zhì)（主要）
RNA與DNA在化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)上的異同？
RNA也是由基本單位——核苷酸連接而成，堿基的排列順序也能儲存遺傳信息。
RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中。
在RNA與DNA的關(guān)系中，也遵循“堿基互補配對原則”，但由于RNA中沒有T，DNA中沒有U，所以U與A配對。
RNA為什么適合作DNA的信使？
思考：DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？
轉(zhuǎn)錄
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
A
T
C
A
T
G
A
C
G
A
G
C
T
T
C
A
A
3'
5'
……
……
DNA上的遺傳信息
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
RNA
5'
過程如何呢
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
結(jié)合教材59頁的文字，和圖2-3-3探究下列問題。
轉(zhuǎn)錄的概念？
1
轉(zhuǎn)錄的場所？
2
轉(zhuǎn)錄的模板
3
轉(zhuǎn)錄的原料
4
轉(zhuǎn)錄的酶
5
轉(zhuǎn)錄的堿基配對方式
6
轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物？
7
轉(zhuǎn)錄的過程？
8
游離的核糖核苷酸
U
A
A
A
U
U
C
G
C
A
G
C
G
U
G
C
G
C
T
T
T
G
C
G
T
C
C
3’
5’
5’
3’
5’
3’
（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯鍵）
1. 解旋
RNA聚合酶使DNA雙鏈解開，堿基暴露出來。
游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補配對，在RNA聚合酶的作用下開始mRNA的合成。
2. 配對
新結(jié)合的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上。
3. 連接
合成的mRNA從DNA鏈上釋放。而后，DNA雙螺旋恢復(fù)。
4. 釋放
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄的過程
真核生物：
原核生物：擬核、細胞質(zhì)（質(zhì)粒）
通過 以DNA的 為模板合成 的過程。
概念
場所
細胞核（主要）、葉綠體和線粒體（基質(zhì)）
產(chǎn)物
mRNA、rRNA、tRNA等
RNA聚合酶
一條鏈
RNA
病毒：宿主細胞內(nèi)
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
條件
原料：
模板：
能量：
酶：
RNA聚合酶（能解旋+聚合）
DNA的一條鏈的某片段
4種游離的核糖核苷酸
由ATP提供
特點
邊解旋邊轉(zhuǎn)錄
遺傳信息的流動方向
DNA→mRNA
子鏈合成方向
5′ 端到3′端
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
1.轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列與DNA的兩條單鏈的堿基序列各有哪些異同？
RNA
DNA
2.轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制有哪些共同之處？這對保證遺傳信息的傳遞有什么意義？
轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制都需要模板、都遵循堿基互補配對原則。
模板鏈
非模板鏈
互補
配對
T換為U
堿基互補配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準確性。
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
看圖回答下列問題：
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
基因1
基因2
a鏈
b鏈
部分解旋
不能，轉(zhuǎn)錄只能以基因的一條鏈為模板
不一定相同
不是，轉(zhuǎn)錄是以基因為單位進行
（2） 一個基因的兩條鏈都能轉(zhuǎn)錄嗎？
（3）不同基因的模板鏈是否相同？
（1）轉(zhuǎn)錄過程是對整個DNA分子進行轉(zhuǎn)錄嗎？
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
DNA復(fù)制 轉(zhuǎn)錄
時間
場所 解旋
模板
原料
酶
配對方式
特點
方向
產(chǎn)物
意義
細胞分裂 間期
生長發(fā)育過程
先后 完全解旋
只解有遺傳效應(yīng)片段（基因）
DNA的兩條鏈均為模板
DNA的一條鏈為模板
四種脫氧核苷酸
四種核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留復(fù)制，邊解旋邊復(fù)制
邊解旋邊轉(zhuǎn)錄
2個子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
使遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性
遺傳信息從DNA傳遞到RNA（mRNA）上,為后續(xù)翻譯做準備
主要在細胞核或擬核，少部分在線粒體、葉綠體、質(zhì)粒
新鏈從5’端-3’端延伸
新鏈從5’端-3’端延伸
DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較
1961年蛋白質(zhì)的體外合成實驗
科學(xué)家：尼倫伯格、馬太
實驗技術(shù)：蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)
實驗過程：①在每個試管中分別加入1種氨基酸；
②在每個試管中加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液；
加入苯丙氨酸的試管中，出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈。
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
RNA
3個堿基是如何與1個氨基酸對應(yīng)的呢？如UUU對應(yīng)哪種氨基酸？
實驗結(jié)果：
③在每個試管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
除去了DNA和mRNA的細胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
遺傳密碼是怎樣被破譯的？
積極思維
密碼子
(1)定義：
mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基
(2)認讀：
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
DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較
遺傳信息的翻譯
密碼子
(1)定義：
mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基
(2)認讀：
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
密碼子
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
密碼子與氨基酸的關(guān)系：
①1種氨基酸可能由 . 種密碼子決定（也叫密碼子的簡并性）。
②1種密碼子只能決定______
氨基酸。
1種或幾種
1種
遺傳信息的翻譯
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
2.幾乎所有的生物體都共用上述密碼子，根據(jù)這一事實，你能想到什么？
地球上幾乎所有的生物共用一套密碼子表。說明所有生物可能有共同的祖先
通用性：
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(yīng)的氨基酸；
1.絕大多數(shù)氨基酸都有幾個密碼子，密碼子的簡并性對生物體的生存發(fā)展有什么意義？
分析密碼子的特點
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
“搬運工”
mRNA進入細胞質(zhì)后與核糖體結(jié)合，合成生產(chǎn)蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”。
形態(tài)
RNA單鏈經(jīng)折疊（形成氫鍵），形成三葉草結(jié)構(gòu)
功能
識別并轉(zhuǎn)運特定的氨基酸
3'
5'
結(jié)合氨基酸的部位
U
G
A
反密碼子
mRNA
5'
3'
A
C
U
密碼子
氨基酸與tRNA是否是一一對應(yīng)的關(guān)系呢？
每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運____種氨基酸；而一種氨基酸可由__________種tRNA轉(zhuǎn)運；
一
一或多
遺傳信息的翻譯——tRNA（轉(zhuǎn)運RNA）
位置 含義 生理作用
遺傳信息
密碼子
反密碼子
總結(jié)比較：遺傳信息、密碼子、反密碼子的比較
DNA
堿基的排列順序
直接決定mRNA中堿基排列順序間接決定氨基酸排列順序
mRNA
mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基
直接決定氨基酸排列順序
tRNA
tRNA上與密碼子互補配對的三個堿基
識別密碼子
翻譯的過程
1.翻譯的場所在哪？其產(chǎn)物是什么？
2.闡述翻譯的具體過程，該過程中需要的條件有哪些？
3.遺傳信息的流動方向？
觀看視頻，結(jié)合課本68頁的文字和圖4-7思考并回答以下問題。
起始密碼子
mRNA進入細胞質(zhì)，與 結(jié)合；攜帶 的tRNA通過與mRNA上的堿基AUG互補配對進入 。
翻譯的過程
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
M
核糖體
核糖體
甲硫氨酸
位點1
遺傳信息的翻譯
第1步：
起始
E
1
2
甲
攜帶 的tRNA以同樣的方法進入 。
通過脫水縮合形成 ，甲硫氨酸被轉(zhuǎn)移到 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
某個氨基酸
位點2
肽鍵
位點2的tRNA
翻譯的過程
第2步：進位
第3步：縮合
翻譯的過程
E
1
2
沿 移動，讀取下一個密碼子，原占位點1的_______離開核糖體，原位點2的tRNA進入 ，一個新的攜帶氨基酸的tRNA進入 ，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
核糖體
mRNA
tRNA
位點1
位點2
翻譯的過程
第4步：
移位
翻譯的過程
直至核糖體讀取到mRNA上的終止密碼子，合成才告終止。
肽鏈合成后，從 上脫離， 成具有特定
的蛋白質(zhì)分子。
核糖體
盤曲折疊
空間結(jié)構(gòu)和功能
翻譯的過程
終止
翻譯的過程
①由該圖能不能得出翻譯的方向（核糖體移動的方向）呢？
由肽鏈_____→肽鏈_____的方向進行
短
長
②這樣合成的多條肽鏈的氨基酸序列是否相同？
相同。因為是以同一個mRNA為模板翻譯出來的。
1.看圖回答問題：
一個mRNA分子結(jié)合______核糖體，可以同時合成______肽鏈。
目的意義：
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)
多個
多條
遺傳信息的翻譯
真核生物
先轉(zhuǎn)錄，后翻譯
（轉(zhuǎn)錄和翻譯的場所不同）
邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯
（無核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯都在細胞質(zhì)）
原核生物
2．請據(jù)圖概括真核細胞和原核細胞轉(zhuǎn)錄、翻譯的區(qū)別。
遺傳信息的翻譯
項目 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
遺傳信息的翻譯
概念：
場所：
條件：
產(chǎn)物：
原則：
游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。
核糖體
模板：
原料：
能量：
工具：
多種酶
具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)（肽鏈）
堿基互補配對（A-U，U-A，C-G，G-C）
遺傳信息傳遞的方向：
RNA→蛋白質(zhì)
mRNA
21種氨基酸
ATP
tRNA
課堂小結(jié)
隨堂小測
1.合成一條含1000個氨基酸的多肽鏈，需要轉(zhuǎn)運RNA的個數(shù)，信使RNA上的堿基個數(shù)和雙鏈DNA上的堿基對數(shù)至少依次是（不考慮終止密碼子）( )
A.1000、3000和6000 B.1000、3000和3000 C.300、300和3000 D.1000、3000和1500
2.某信使RNA上有一密碼子是CGA，則轉(zhuǎn)運RNA上與其互補配對的三個堿基是( )
A.GCT B.GCU C.CGT D.CGU
1.答案：B
解析：含1000個氨基酸的多肽鏈，需要1000個轉(zhuǎn)運RNA來運輸，信使RNA上每3個堿基決定一個氨基酸，因此信使RNA上堿基個數(shù)至少為3000個，DNA為雙鏈，堿基對數(shù)至少為3000對，ACD錯誤，B正確。
故選B。
2.答案：B
解析：某信使RNA上有一密碼子是CGA,根據(jù)堿基互補配對原則,轉(zhuǎn)運RNA上與其互補配對的三個堿基是GCU。
3.基因通過控制蛋白質(zhì)的生物合成而使基因的遺傳信息得以表達，從而實現(xiàn)基因?qū)ι镄誀畹目刂啤Ｈ鐖D為真核細胞中正在發(fā)生的生理過程，下列敘述正確的是( )
A.圖示表示翻譯過程
B.①是DNA聚合酶
C.②是模板鏈
D.圖中①正在從右往左移動
答案：C
解析：A、圖示表示轉(zhuǎn)錄過程，A錯誤；
B、①是RNA聚合酶，B錯誤；
C、據(jù)圖可知，合成的RNA鏈與②鏈進行堿基互補配對，故②是模板鏈，C正確；
D、RNA的合成方向為5'到3'，故圖中①正在從左往右移動，D錯誤。
故選C。
隨堂小測
4.關(guān)于真核細胞中轉(zhuǎn)錄的過程，下列敘述錯誤的是( )
A.不同細胞中可能會形成同種RNA
B.轉(zhuǎn)錄過程中，核糖核苷酸與DNA的堿基可以通過氫鍵相結(jié)合
C.細胞中的RNA合成過程不會在細胞核外發(fā)生
D.轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物不都作為翻譯的模板
答案：C
解析：A、不同細胞中可能會形成同種RNA，合成相同的蛋白質(zhì)，A正確；B、轉(zhuǎn)錄時，游離的核糖核苷酸隨機地與DNA鏈上的堿基碰撞，當核糖核苷酸與DNA的堿基互補時，兩者以氫鍵結(jié)合，B正確；C、細胞中的RNA合成過程也會在細胞核外發(fā)生，如線粒體、葉綠體中，C錯誤；D、轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物有tRNA、rRNA和mRNA，只有mRNA作為翻譯的模板，D正確。故選C。
隨堂小測
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