第四章

基因的表達第1節(jié)

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成(第二課時)本節(jié)內(nèi)容遺傳信息的翻譯真核細胞和原核細胞轉(zhuǎn)錄、翻譯的區(qū)別中心法則是如何描述遺傳信息的傳遞規(guī)律的？典型習(xí)題

一、教學(xué)目標：1、概述遺傳信息翻譯的基本過程，正確認識基因和蛋白質(zhì)的關(guān)系；基于地球上幾乎所有生物都共用一套遺傳密碼的事實，闡明生物界統(tǒng)一性，認同當今生物可能有共同起源，形成生物進化觀。（生命觀念）2、通過了解遺傳密碼的破譯過程，培養(yǎng)學(xué)生會質(zhì)疑、重證據(jù)、講邏輯的科學(xué)思維。（科學(xué)思維）3、通過模擬實踐、小組合作構(gòu)建、修正翻譯過程的模型，提高小組合作能力，培養(yǎng)實踐探究能力。(科學(xué)探究)4、運用生物學(xué)知識，解釋抗生素作用的原理，理解其在醫(yī)療制藥中的應(yīng)用。（社會責(zé)任）二、重難點1.遺傳信息的翻譯過程。2.中心法則的具體內(nèi)容。復(fù)習(xí)回顧1.RNA的種類及功能2.轉(zhuǎn)錄的概念?場所?原料?過程?特點？轉(zhuǎn)基因抗蟲棉Bt蛋白基因

Bt抗蟲蛋白棉鈴蟲蛀食棉花的棉鈴、棉葉轉(zhuǎn)基因棉花情境導(dǎo)入1.翻譯的概念是什么?2.翻譯的實質(zhì)是什么?3.什么是密碼子?4.起始密碼子和終止密碼子有哪些？5.什么是密碼子的簡并?6.什么是反密碼子？7.tRNA的運載特點是什么?二、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成----遺傳信息的翻譯設(shè)疑：學(xué)生閱讀P66-67，思考思考下列問題:1、翻譯的概念：2、翻譯的實質(zhì)：二、遺傳信息的翻譯游離在細胞質(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。將mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列。mRNA上的堿基和氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系是怎樣的？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，推測464164種：AUCG→21種第三種方式能滿足組成蛋白質(zhì)的21種氨基酸的需要實驗材料：T4噬菌體實驗思路：研究某個基因的堿基增加或減少對其編碼蛋白質(zhì)的影響。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)。實驗結(jié)果：

1961年克里克實驗P70

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：遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸。遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀，密碼子之間沒有分隔符。任務(wù)1：遺傳密碼的破譯CAGAAUCCCCGA5'3'mRNA密碼子密碼子密碼子密碼子實驗過程：除去DNA和mRNA的細胞提取液人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸多聚苯丙氨酸的肽鏈實驗結(jié)論：與苯丙氨酸對應(yīng)的密碼子是UUU（第一個被破譯的密碼子）。任務(wù)1：遺傳密碼的破譯實驗方法：尼倫伯格、馬太蛋白質(zhì)的體外合成實驗實驗結(jié)果：多聚尿嘧啶核苷酸導(dǎo)致多聚苯丙氨酸的合成科學(xué)家們的不斷實驗下，破譯了全部64種密碼子，并編制出密碼子表。思考：①實驗中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么?

②除去DNA和mRNA細胞提取液提供了什么？3、密碼子：mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基叫作1個密碼子。mRNA5'3'GUGGAACCU密碼子密碼子密碼子密碼子認讀：從mRNA的5’→3’，相鄰的密碼子無間隔、不重疊決定決定決定纈氨酸組氨酸精氨酸二、遺傳信息的翻譯（mRNA→蛋白質(zhì)）終止密碼子有3個，不決定氨基酸。起始密碼子有2個，決定氨基酸。一種密碼子決定1種氨基酸，一種氨基酸由1種或幾種密碼子決定。編碼氨基酸的密碼子有61種（一般情況）任務(wù)2：閱讀P67密碼子表，分析根據(jù)密碼子表，將Bt抗蟲基因的mRNA堿基序列編碼為氨基酸序列任務(wù)2：閱讀P67密碼子表，師生合作探究：正確讀取密碼子要求：①找出起始密碼子和終止密碼子CAUCGAAAUCCCCCGGGAUAUCCCCUA甲硫脯丙蘇亮丙異亮脯起始密碼子終止密碼子注:①在正常情況下，UGA是終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼硒代半胱氨酸。②在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時它編碼甲硫氨酸。一般1種密碼子決定1種氨基酸②簡并性1種氨基酸對應(yīng)1或多種密碼子③通用性地球上幾乎所有的生物都共用同一套遺傳密碼子。a.保證翻譯的速度b.增加容錯性維持物種的穩(wěn)定性生物可能有著共同的起源或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。4.密碼子的特點：①專一性任務(wù)3：閱讀P67，認識tRNA3'5'堿基配對結(jié)合氨基酸的部位UGAmRNA5'3'ACU反密碼子2.分析：tRNA的特點？氨基酸與tRNA之間的對應(yīng)關(guān)系？1.設(shè)疑：氨基酸不含堿基，不能與mRNA上的密碼子直接配對,是誰將氨基酸精準運送到mRNA上？4.氨基酸的“搬運工”——tRNA二、遺傳信息的翻譯（mRNA→蛋白質(zhì)）3'5'結(jié)合氨基酸的部位堿基配對識別氨基酸、搬運氨基酸(一般61種)mRNA5'3'ACU密碼子UGA反密碼子經(jīng)過折疊，形成三葉草形（局部有堿基對）①形態(tài)：②結(jié)構(gòu)：③功能：尾部（3‘端）為結(jié)合氨基酸的部位，頭部為反密碼子，能與密碼子互補配對（A=U,G=C）（1種tRNA只轉(zhuǎn)運1種氨基酸）（專一性）（1）tRNA只有三個堿基（）（2）DNA中含有氫鍵，RNA中不含氫鍵（）××遺傳信息密碼子反密碼子區(qū)別概念

中脫氧核苷酸的排列順序mRNA中決定一個氨基酸的

個相鄰堿基

中與mRNA中密碼子互補的三個堿基作用控制生物的遺傳性狀直接決定蛋白質(zhì)中的氨基酸序列識別密碼子，轉(zhuǎn)運氨基酸特點DNA兩條鏈上的堿基互補與

上的堿基互補與mRNA中密碼子的堿基互補種類

64種，決定氨基酸的有61種，終止密碼子3種61種，并不是所有密碼子都決定氨基酸，如終止密碼子不決定氨基酸DNA3tRNADNA遺傳信息、密碼子和反密碼子的比較遺傳信息密碼子反密碼子區(qū)別對應(yīng)關(guān)系

一種密碼子只決定一種氨基酸，一種氨基酸可以由

密碼子決定一種tRNA只運輸一種氨基酸，一種氨基酸可以由

tRNA轉(zhuǎn)運聯(lián)系①基因中脫氧核苷酸的排列順序

mRNA中核糖核苷酸

的排列順序；②mRNA中堿基序列與基因模板鏈中堿基序列互補配對；③密碼子和反密碼子的堿基序列互補配對；決定一種或多種一種或多種遺傳信息、密碼子和反密碼子的比較5.過程任務(wù)4：構(gòu)建翻譯的物理模型思考：①起始時，誰先與mRNA結(jié)合?第一個tRNA結(jié)合在核糖體的什么位置?②核糖體位點1和位點2的tRNA上氨基酸是如何連接的?③延伸時，是誰在移動？移動的方向是怎么樣的？一次移動幾個堿基？④什么時候翻譯終止?（5）tRNA的移動方向？④CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA甲色ACC組精GAC第1步：mRNA進入細胞質(zhì)中與核糖體結(jié)合GGU3'5'一、遺傳信息的翻譯5.過程位點1位點2UCA甲色ACC組精GAC第1步：攜帶甲硫氨酸的tRNA，通過與堿基AUG互補配對，進入位點1UCA甲UCAGGUCUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU甲UCA3'5'一、遺傳信息的翻譯5.過程位點1位點2CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC組精GAC第2步：攜帶某個氨基酸的tRNA以同樣的方式進入位點2甲UCAGGUGGU組GGU組GGU3'5'一、遺傳信息的翻譯5.過程位點1位點2CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC精GAC第3步：甲硫氨酸與這個氨基酸形成肽鍵，從而轉(zhuǎn)移到位點2的tRNA上甲UCA組GGU甲3'5'一、遺傳信息的翻譯5.過程位點1位點2位點1位點2色ACC精GAC第4步：核糖體沿mRNA移動（5’→3’），讀取下一個密碼子。原位點1的tRNA離開核糖體，原位點2的tRNA進入位點1。UCA組GGU甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA3'5'一、遺傳信息的翻譯5.過程位點1位點2色ACC精GAC第4步：一個新的攜帶氨基酸的tRNA進入位點2，繼續(xù)肽鏈的合成GGU組甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACC色ACC色ACC組甲3'5'翻譯方向一、遺傳信息的翻譯（mRNA→蛋白質(zhì)）5.過程位點1位點2GAC就這樣，隨著核糖體的移動，tRNA以上述方式將攜帶的氨基酸輸送過來，以合成肽鏈。直到核糖體遇到mRNA的終止密碼子，合成才告終止。GGUCUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACCAGG半色組甲精谷半脯絲UCU終止密碼子3'5'翻譯方向一、遺傳信息的翻譯（mRNA→蛋白質(zhì)）5.過程以mRNA為模板形成了有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)

6.條件（1）原料（3）能量（2）模板（4）產(chǎn)物21種氨基酸mRNA一般是ATP具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)7.原則堿基互補配對（A-U，U-A，C-G，G-C）mRNA→蛋白質(zhì)9.遺傳信息流動（5）酶肽酰轉(zhuǎn)移酶二、遺傳信息的翻譯8.密碼子的閱讀方向5′→3′10.翻譯效率（1）數(shù)量關(guān)系（2）方向（3）意義（4）結(jié)果

1個mRNA可相繼結(jié)合

個核糖體，

進行多條肽鏈的合成，稱為多聚核糖體。多同時從

到

（如圖：從

）。短長左到右少量的mRNA分子可以迅速合成出

的蛋白質(zhì)。大量合成多條

的肽鏈。（理由：

相同）相同模板mRNA（5）特點快速高效二、遺傳信息的翻譯11.基因表達過程中各種數(shù)量關(guān)系631注意：①因為DNA中有非基因片段，不能轉(zhuǎn)錄出mRNA;②轉(zhuǎn)錄出的mRNA中有終止密碼子，終止密碼子不對應(yīng)氨基酸，因此實際上基因（DNA）上所含有的堿基數(shù)要大于6n,或氨基酸數(shù)目小于n。（P78復(fù)習(xí)與提高）一條肽鏈有500個氨基酸，則作為合成該肽鏈模板的mRNA和用來轉(zhuǎn)錄mRNA的DNA的堿基至少有()A.500個和1000個

B.1000個和2000個C.1500個和1500個

D.1500個和3000個D二、遺傳信息的翻譯計算中“最多”和“最少”的分析（1）mRNA上堿基數(shù)目與蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)目關(guān)系：翻譯時，mRNA上的終止密碼子不決定氨基酸，因此準確地說，mRNA上的堿基數(shù)目是蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的3倍還要多一些。（2）DNA上的堿基數(shù)目與蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)目關(guān)系：基因或DNA上的堿基數(shù)目比對應(yīng)的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的6倍還要多一些。（3）注意“最多”或“最少”：在回答有關(guān)問題時，應(yīng)加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n個堿基，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生它的基因中至少有2n個堿基，該mRNA指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)中最多有n/3個氨基酸。強調(diào)：注意：無特別說明，不考慮終止密碼4.一段原核生物的mRNA通過翻譯可合成一條含有11個肽鍵的多肽，則此mRNA分子至少含有的堿基個數(shù)及合成這段多肽需要的tRNA個數(shù)以及轉(zhuǎn)錄此mRNA的基因中至少含的堿基數(shù)依次為（）A.33、11、66B.36、12、72C.12、36、24D.11、36、72B對應(yīng)訓(xùn)練項目復(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），線粒體，葉綠體DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA4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

解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的酶DNARNA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－AG－C、C－G堿基互補配對A－U、U－AG－C、C－GDNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的比較①②③④⑤⑥1.如何快速高效地進行翻譯呢？2.圖中①、⑥分別是什么分子或結(jié)構(gòu)？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(yīng)生物學(xué)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(xué)功能，還需加工。由肽鏈_____→肽鏈_____的方向進行短長意義：少量mRNA分子可迅速合成大量蛋白質(zhì)。一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成。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；②mRNA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。1．如圖表示某細胞內(nèi)發(fā)生的一系列生理變化，X表示某種酶。據(jù)圖分析，下列有關(guān)敘述錯誤的是(

)

A．X為RNA聚合酶，該酶主要在細胞核中發(fā)揮作用B．該圖中最多含5種堿基、8種核苷酸C．過程Ⅰ僅在細胞核內(nèi)進行，過程Ⅱ僅在細胞質(zhì)內(nèi)進行，圖中X和核糖體的移動方向相同D．b部位發(fā)生的堿基配對方式有T—A、A—U、C—G、G—CC對應(yīng)訓(xùn)練解析：圖中過程Ⅰ表示轉(zhuǎn)錄，其中a為DNA分子，b為DNA模板鏈，X為RNA聚合酶，過程Ⅱ為翻譯。轉(zhuǎn)錄主要在細胞核內(nèi)進行，因此RNA聚合酶主要存在于細胞核，A正確；該圖中含有DNA分子和RNA分子，因此最多含5種堿基(A、C、G、T、U)和8種核苷酸，B正確；過程Ⅰ為轉(zhuǎn)錄，主要在真核生物的細胞核內(nèi)進行，過程Ⅱ為翻譯，在細胞質(zhì)中的核糖體上進行，圖示中X和核糖體的移動方向相同，C錯誤；b部位表示以DNA的一條鏈為模板形成mRNA的過程，發(fā)生的堿基配對方式有T—A、A—U、C—G、G—C，D正確。知識拓展：翻譯過程的模型圖解讀下圖表示翻譯過程的三種模式圖，回答有關(guān)問題：1.圖甲模型分析(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別為

、核糖體、

、多肽鏈。(2)一個核糖體與mRNA的結(jié)合部位形成

個tRNA結(jié)合位點。(3)翻譯起點：起始密碼子決定的是

或纈氨酸。(4)翻譯終點：識別到

(不決定氨基酸)翻譯停止。(5)翻譯進程：

沿著mRNA移動，mRNA不移動。tRNAmRNA2甲硫氨酸終止密碼子核糖體知識拓展：翻譯過程的模型圖解讀2.圖乙模型分析圖乙表示真核細胞的翻譯過程，其中①是

，⑥是

，②③④⑤表示正在合成的4條多肽鏈，分析如下：(1)數(shù)量關(guān)系：一個mRNA可同時結(jié)合

，形成多聚核糖體。(2)意義：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)。(3)方向：圖乙中核糖體的移動方向為

，

判斷依據(jù)是多肽鏈的長短，長的翻譯在前。(4)結(jié)果：合成的僅是多肽鏈，要形成蛋白質(zhì)往往還需要運送至

_________________等結(jié)構(gòu)中進一步加工。(5)形成的多條肽鏈氨基酸序列相同的原因：

。mRNA核糖體多個核糖體從右向左內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體有相同的模板mRNA先轉(zhuǎn)錄后翻譯知識拓展：翻譯過程的模型圖解讀3.圖丙模型分析圖丙表示

的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，圖中①是DNA模板鏈，②③④⑤表示正在合成的4條mRNA，在

上同時進行翻譯過程。原核細胞核糖體邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯知識拓展：翻譯過程的模型圖解讀請據(jù)圖概括真核細胞和原核細胞轉(zhuǎn)錄、翻譯的區(qū)別。原核生物：邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯真核生物（核基因）：先轉(zhuǎn)錄，后翻譯2．如圖表示核糖體上合成蛋白質(zhì)的過程。四環(huán)素抑制tRNA與細菌核糖體的A位點結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成停止，從而阻斷細菌的生長，常用于治療一些細菌引起的疾病。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A．該生理過程代表翻譯，核糖體移動的方向是從右到左B．四環(huán)素與A位點結(jié)合促進了新肽鍵的形成C．圖中從E位點離開的tRNA可轉(zhuǎn)運甲硫氨酸D．該過程形成的局部三肽的氨基酸順序為H—M—WC對應(yīng)訓(xùn)練解析：由題圖可知，該生理過程代表翻譯，核糖體在mRNA上讀取信息的方向是從左到右，A錯誤；根據(jù)題干信息可知，四環(huán)素能抑制tRNA與細菌核糖體的A位點結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成停止，說明四環(huán)素能抑制新肽鍵的形成，B錯誤；從E位點離開的tRNA的反密碼子可與AUG配對，所以可轉(zhuǎn)運甲硫氨酸(密碼子是A