基因指导蛋白质的合成

(共55张PPT)
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
基因在哪里？
基因是什么？
基因是如何起作用的？
【三维目标】
1.知识与技能：
（1）举例说明基因与性状的关系
（2）概述遗传信息的转录和翻译的过程。
2.过程与方法
（1）通过指导学生设计并制作转录和翻译过程的剪纸的模型，培养
学生的创新意识和实践能力。 （2）通过DNA和RNA的对照掌握类比方法。
（3）通过RNA的碱基决定氨基酸的学习，掌握先逻辑推理再经实
验验证的方法。
（4）通过遗传信息的传递与表达的学习，建立信息意识，学会从
信息角度认识事物的方法。
（5）利用课本插图和课件，培养和发展学生的读图能力；提高分析、
类比归纳的学习方法。
3.情感态度与价值观：
（1）体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美。
（2）认同人类探索基因表达的奥秘的过程仍未终结。
【教学重点】
遗传信息转录和翻译的过程。
【教学难点】
遗传信息的翻译过程。
【教具准备】
1.把课本的相关图片和各种对比表用PowerPoint平台制作成演示文稿。
2.转录和翻译过程的动画。
3.用软纸皮剪出一个DNA模型和带有不同碱基的核糖核苷酸若干。
4.翻译过程示意剪贴画。
【课时安排】
2课时
【教学过程】
（一）遗传信息的转录
1.RNA
思考题：
①为什么RNA适于作DNA的信使呢？
②DNA和RNA的区别？
③RNA有几种？
回忆几个问题：
①蛋白质合成的场所是什么？
②基因主要存在于细胞的哪个部分？
遗传信息是如何从细胞核传到核糖体，从而控制蛋白质合成的？
科学研究一：
1955年有人曾用洋葱根尖和变形虫进行实验，如果加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质合成就停止，而如果再加进了从酵母中提取出来的RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质。
该实验我们能得到什么样的结论？
小 结
RNA与蛋白质合成有关
RNA是在细胞核内合成的，可能与DNA有关；并可以从细胞核内向细胞核外移动。
那么我们是否可以想象出基因控制蛋白质合成的大致过程 ？
基因控制蛋白质合成的过程，可分为两个步骤
第一步是基因的遗传信息传递给RNA，此步可称为“转录”；
RNA
Gene
转录
蛋白质
翻译
第二步RNA移入细胞质通过指导蛋白质合成来表达信息，此步可称为“翻译”。
RNA是另一类核酸，它的分子结构与DNA很相似，
适于作DNA的信使的原因是：
①它也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、
碱基(C、G、A、U(尿嘧啶))共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
②在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，
但由于RNA中没有T，DNA中没有U，
所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。
③RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，
从细胞核转移到细胞质中。
RNA与DNA的区别 ：
①嘧啶碱有一个不同。RNA是尿嘧啶（U），DNA则为胸腺嘧啶（T）。
②五碳糖不同：RNA是核糖，DNA是脱氧核糖，这样一来组成
RNA的基本单位就是核糖核苷酸，DNA则为脱氧核苷酸。
RNA的种类：
①信使RNA——mRNA。
②转运RNA——tRNA。
③核糖体RNA——rRNA。
（1）转录的定义：？
（2）转录的场所：？
（3）转录的模板：？
（4）转录的原料：？
（5）转录的条件：？
（6）转录时的碱基配对：？
（7）转录的产物：？
2.转录：
在细胞核中，以DNA的一条链为模板
合成mRNA的过程。
细胞核。
DNA分子的一条链。
四种核糖核苷酸。
ATP（能量）、酶。
A T C G
DNA ─┴─┴─┴─┴─
─┴─┴─┴─┴─
RNA U A G C
mRNA。
（8）转录的过程：
RNA聚合酶结合在DNA的模板区上，该部位的
双螺旋解开成为单链。接着以一条DNA为模板，按碱
基互补配对原则，利用细胞核内游离的核糖核苷酸，
在RNA聚合酶的作用下合成一条RNA链。最后合成的
RNA链逐渐被甩开，解旋的两条DNA链很快又结合在
一起，恢复为原来的双螺旋结构，DNA上的遗传信息
就被传到了mRNA上，mRNA通过核孔进入细胞质中，
开始它新的历程——翻译。
类别
项目

复制

转录
场所
解旋
模板
原料
酶
能量
碱基
配对
产物
细胞核
细胞核
完全解旋
只解有遗传效应的片段
DNA的两条链
只有DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
DNA解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
A-T C-G T-A G-C
A-U G-C T-A C-G
子代DNA
mRNA、tRNA、rRNA
课堂反馈：
1.构成人体的核酸有两种，构成核酸的基本单位──核苷酸有
多少种？碱基有多少种？ [ ]
A．2种 4种 B．4种 4种 C．5种 5种 D．8种 5种
2.细胞内与遗传有关的物质，从复杂到简单的结构层次是[ ]。
A．DNA→染色体→脱氧核苷酸→基因
B．染色体→脱氧核苷酸→DNA→基因
C．DNA→染色体→基因→脱氧核苷酸
D．染色体→DNA→基因→脱氧核苷酸
3.下列哪一组物质是RNA的组成成分 [ ]。
A．脱氧核糖核酸和磷酸 B．脱氧核糖碱基和磷酸
C．核糖、碱基和磷酸 D．核糖嘧啶和核酸
4.DNA分子的解旋发生在 过程中[ ]。
A.复制 B.转录 C.翻译 D.复制和转录
5.果蝇的遗传物质由 种核苷酸组成[ ]。
A.2 B.4 C.5 D.8
D
D
C
D
B
6.一个DNA分子可以转录出多少种多少个mRNA [ ]。
A.一种一个 B.一种多个 C.多种多个 D.无数种无数个
7.烟草、烟草花叶病毒、T2噬菌体中含有的物质，
下列叙述正确的是[ ]。
A.核酸的种类依次是2、1、2
B.核苷酸的种类依次是8、5、4
C.五碳糖的种类依次是2、2、1
D.含N碱基的种类依次是5、4、4
C
D
课后拓展：
列表对比DNA和RNA的不同点，如下表：
核酸
项目
DNA
RNA
结构
基本
单位
五碳糖
碱基
产生
途径
存在
部位

功能

核酸
项目
DNA
RNA
结构
通常是双螺旋结构，极少数病毒是单链结构
通常是单链结构，极少数病毒是双螺旋结构
基本
单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
五碳糖
脱氧核糖
核糖
碱基
A、G、C、T
A、G、C、U
产生
途径
DNA复制、逆转录
转录、RNA复制
存在
部位
主要位于细胞核中染色体上，极少数位于细胞质中的线粒体和叶绿体上

主要位于细胞质中
功能

传递和表达遗传信息
①mRNA：转录遗传信息，翻译的模板
②tRNA：运输特定氨基酸
③rRNA：核糖体的组成成分
第1节 基因指导蛋白质的合成
（一）遗传信息的转录
【教学过程】
（二）遗传信息的翻译
遗传学上把以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译。
1、四种碱基AGCU，如何决定20种氨基酸？
一个碱基决定一个氨基酸只能决定4种，41=4，不行。
密码子 ：mRNA上决定一个氨基酸的三个相 邻的碱基。
二个碱基决定一个氨基酸只能决定16种，42=16，不行。
三个碱基决定一个氨基酸只能决定64种，43=64，足够有余。
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA（模板）
密码子
密码子
密码子
密码子
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
思考与讨论（P·65）的结果：
1.对应的氨基酸序列为:甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—
半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。
2.地球上几乎所有的生物都共用一套密码子，这一事实
说明地球上的所有生物都有着或远或近的亲缘关系，
或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上
是统一。
3.从密码的简并性我们能认识到；如果密码子中的一个
碱基发生变化，可能影响到蛋白质氨基酸的种类，也有
可能蛋白质氨基酸的种类不发生变化（如GAU→GAC都
决定天冬氨酸），这就保证了生物遗传的相对稳定性，
又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化 。
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
tRNA的一端运载着氨基酸
反密码子
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA（模板）
密码子
1.翻译的场所： 2.翻译时的模板：
3.翻译的原料：
4.翻译的起始码有: 个，终止码有: 个
5.决定氨基酸的密码子 种。
6.翻译时的碱基配对：
7.按图4-6所示的正在合成的肽链的氨基酸序列是:
8.肽链由各相邻的氨基酸通过 连接形成。
9.翻译的定义：
用角色表演的方式来模拟翻译的过程
甲硫氨酸—组氨酸—色氨酸—精氨酸—半胱氨酸
—半胱氨酸—脯氨酸
3
61
肽键
2
A U C G
mRNA ─┴─┴─┴─┴─
t RNA ─┴─┴─┴─┴─
U A G C
细胞质的核糖体
mRNA
20种氨基酸




RNA





储存于
转运

mRNA
tRNA
氨基酸
密码子
遗传信息
DNA
编码
属于
翻译
转录
mRNA
rRNA
蛋白质
氨基酸
含有
思维训练一：
F DNA
B 碱基
C
E 基因
A
H 染色体
D 脱氧核苷酸
G
(1)图中A是_________C是____________G是_________
(2)B有__________种，名称是__________________
(3)图中D和E的关系是_____________________________
(4)图中D和F的关系是_____________________________
(5)图中E和F的关系是_____________________________
(6)图中E和G的关系是_____________________________
(7)图中F和H的关系是_____________________________
磷酸
脱氧核糖
蛋白质
四
A、T、C、G
D是E的基本组成单位
D也是F的基本组成单位
略
E控制G的合成
H是F的主要载体
1.DNA复制、转录、翻译分别形成[ ]
A．DNA、RNA、蛋白质 B．RNA、DNA、多肽
C．RNA、DNA、核糖体 D．RNA、DNA、蛋白质
2.一个DNA分子含有碱基60个，那么经“翻译”后合成的
一条多肽链中最多含有肽键[ ]
A．10个 B．9个 C．30个 D．29个
3.遗传密码位于[ ]
A．蛋白质分子上 B．DNA分子上
C．RNA分子上 D．信使RNA分子上
4.若某肽链的第一个氨基酸的密码子为AUG，那么控制这
个氨基酸的DNA模板链上相应的三个碱基的顺序应为[ ]
A．UAC B．AUG C．ATG D．TAC
评价反馈 ：
A
B
D
D
5.一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成该多肽的模板信使RNA和用来转录信使RNA的DNA分子分别至少要有碱基多少个？[ ]
A．3000个和3000个 B．1000个和2000个
C．3000个和6000个 D．2000个和4000个
6.一个转运RNA的3个碱基为CGA，此RNA运载的氨基酸是[ ]
A．酪氨酸(UAC) B．谷氨酸(GAG)
C．精氨酸(CGA) D．丙氨酸(GCU)
7、下列哪一项不可能是遗传密码（ ）
A. ATC B. UUC C. CAG D. GGC
8、把兔子血红蛋白的信使RNA加入到大肠杆菌的提取液中，结果能合成出兔子的血红蛋白，这说明（ ）
A、所有的生物共用一套遗传密码
B、 蛋白质的合成过程很简单
C、兔血红蛋白的合成基因进入大肠杆菌
D、兔子的DNA可以指导大肠杆菌的蛋白质合成
C
D
A
A
如右图为人体内蛋白质合成的一
个过程。据图分析并回答问题：
(1)图中所示属于基因控制蛋白质合
成过程中的______步骤，该步骤发
生在细胞的 ______ 部分。
(2)图中(Ⅰ)是______。按从左到右
次序写出(Ⅱ) ______内mRNA区段
所对应的DNA碱基的排列顺序___ ___ 。
(3)该过程不可能发生在[ ]
A．神经细胞 B．肝细胞
C．成熟的红细胞 D．脂肪细胞
翻译
核糖体
tRNA
核糖体
TGATTCGAA
C
阶段
项目 转录 翻译
定义
场所
模板
遗传信息传递的方向
原料
产物
实质
在细胞核中，以DNA的一
条链为模板合成mRNA的
过程。
以信使RNA为模板，合成
具有一定氨基酸顺序的蛋
白质的过程
细胞核
细胞质的核糖体
DNA的一条链
信使RNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
含A、U、C、G的4种
核糖核苷酸
合成蛋白质的20种氨基酸
信使RNA
有一定氨基酸排列
顺序的蛋白质
是遗传信息的传递
是遗传信息的表达
结束语：
赞叹生命的美丽！
感悟生命的和谐！
探索生命的奥秘！
——未来的生物化学家属于你们！
1、在信息的传递和表达过程中，哪些阶段有“碱基互补配对原则”的体现？
2、上述② ③ ④ ⑤过程区别如何？
①DNA的结构；②DNA的复制；③遗传信息的转录；
④遗传密码的翻译；⑤逆转录时 ⑥RNA复制
讨论归纳
DNA复制 转录 逆转录 RNA复制 翻译
原料
模板
产物
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
DNA两母链
DNA模板链
RNA链
RNA链
mRNA链
DNA
mRNA
DNA
RNA
蛋白质
三、三种RNA的比较
mRNA
tRNA
rRNA
分布部位
常与核糖体结合
细胞质中
与蛋白质结合形成核糖体
功能
翻译时作模板
翻译时作搬运氨基酸的工具
翻译时核糖体为场所
结构
单链
单链，常有部分碱基配对形成三叶草结构
单链
共同点
①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关
一、DNA与RNA的比较
比较项目
DNA
RNA
全称
脱氧核糖核酸
核糖核酸
分布
主要存在于细胞核中
主要存在于细胞质中
化学组成
基本组成单位
碱基
五碳糖
无机酸
嘌呤
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
腺嘌呤A、鸟嘌呤G
腺嘌呤A、鸟嘌呤G
胞嘧啶C、胸腺嘧啶T
胞嘧啶C、尿嘧啶U
脱氧核糖
核糖
磷酸
磷酸
空间结构
规则的双螺旋结构
通常呈单链结构
分类
通常只有一类
mRNA、tRNA、rRNA三类
功能
主要的遗传物质，只要生物体内存在DNA，DNA就是遗传物质
嘧啶
①生物体内若无DNA时，RNA是遗传物质；若存在DNA时，RNA辅助DNA完成功能
②少数RNA具有催化作用
相同点： ①化学组成成分中都有磷酸及碱基A、C、G
②二者都是核酸，核酸中的碱基序列就是遗传信息
联系：RNA是以DNA的一条链为模板转录产生的，即RNA的遗传信息来自DNA
时间
场所
模板
原料
条件
产物
模板去向
特点
碱基配对
遗传信息传递
意义
复制
转录
翻译
个体生长发育的整个过程
细胞质的核糖体
DNA的一条链
mRNA
4种脱氧核苷酸
20种氨基酸
多肽链
细胞分裂（有丝分裂和减数第一次分裂）的间期
主要在细胞核
主要在细胞核
DNA的两条链
4种核糖核苷酸
酶（DNA解旋酶、DNA聚合酶等）、ATP
酶（RNA聚合酶等）、ATP
酶、ATP、tRNA
2 个双链DNA
一个单链RNA（3种）
分别进入2个子代DNA分子
恢复原样，与非模板链重新绕成双螺旋结构
分解成单个核苷酸
半保留，边解旋边复制
边解旋边转录
一个 mRNA 上结合多个核糖体，顺次合成 多条肽链
A-T、T-A、C-G、G-C
A-U、U-A、C-G、G-C
A-U、T-A、C-G、G-C
DAN
mRNA
DAN
DAN
mRNA
蛋白质
使遗传信息从
亲代传给子代
表达遗传信息，使生物表现出各种性状
五、DNA分子的复制、转录、翻译的比较
8、密码子与反密码子
（1）密码子
概念：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基
特点
简并性：一种氨基酸可以有多个密码子
通用性：说明所有生物可能有共同的起源或在
若一个基因在复制过程中发生碱基对的替换，这种变化是否一定能反映到蛋白质结构上？
思考：
生命本质上是统一的
不一定。因为密码子有简并性。
种类
起始密码子：2种，AUG、GUG，也编码氨基酸
普通密码子：59种，只编码氨基酸
终止密码子：3种，UAA、UGA、UAG，
不编码氨基酸，只是终止信号