必修二第4章第1节 基因指导蛋白质的合成（第二学时）

课题

第4章第1节基因指导蛋白质的合成（第二学时）

教学目的（1）概述遗传信息的翻译

（2）理解“密码子”的概念及其特点

（2）运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系

（3）能够利用图解、文字和图表等形式阐述翻译的过程

（5）体验科学研究的过程，以及基因表达过程的逻辑美、简约美与和

谐美。

教学重点“密码子”的概念

遗传信息翻译的过程

教学难点遗传信息翻译的过程

教具、实验器材卡片（核糖体、tRNA、氨基酸）、动画（转录与翻译过程）

教学内容备注

导入：

细胞核中的DNA在指导细胞质中核糖体上蛋白质的合成时，需要RNA作

为信使，即将遗传信息先传递给mRNA,再由mRNA传递给蛋白质。在DNA中

遗传信息是指4种碱基（AGCT）的排列顺序。当DNA将遗传信息传递给mRNA通过复习转

时,其对应关系主要是依据碱基互补配对原则,即AD-IJR：TD-AR：CD-GR：录的知识,明

GD-CRO这一过程被称为转录。转录完成后，遗传信息则蕴藏在了mRNA的4确遗传信息

种碱基（AGCU）的排列顺序中。是碱基的排

今天这节课，我们要接着学习mRNA上的遗传信息是如何传递给核糖体列顺序

上的蛋白质的。这•过程称为翻译。学习翻译如何进行，与之前的情报工作

一样，关键在于先弄懂mRNA与蛋白质之间的对应关系。mRNA上的遗传信息通过设疑，明

是指4种碱基的排列顺序，那蛋白质中的信息是指什么呢？确学习要点

提示：遗传信息是一种排列顺序，那蛋白质中的排列顺序是什么？

通过必修一的学习已知蛋白质合成过程中的第一步是，其基本单位，20

种氨基酸，在核糖体上通过脱水缩合形成肽链。额基酸的排列顺序可以决定

蛋白质的种类。因此遗传信息在蛋白质中首先体现为氨基酸的排列顺序。因

此，翻译的过程可以这么描述：游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA

为模板合成具有一定氨基酸的蛋白质。

一、碱基与氨基酸之间的对应关系

过渡：

寻找mRNA上4种碱基与20种氨基酸之间的对应关系，则是了解翻译过

程要解决的第一个关键问题。下面我们就一起来推测一下4种碱基与20种

氨基酸之间的对应关系是怎样的。

（1）推测

如果类似于碱基互补配对原则，一个碱基只能决定一个朝基酸，是否可

以？（不行，因为这样只能决定4种氨基酸Q

那怎样的对应关系才能多于4种呢？通过提问的

如果2个碱基决定一个氨基酸，那样最多能编码多少种氨基酸呢？（4方式，让学生

X4=16种）运用数学的

这样还是不足以编码20种氨基酸。请大家沿着这种思路，思考一下：方法推测出

至少要多少个碱基决定一个氨基酸，才足够编码20种氨基酸？（3个，4X4碱基与氨基

X4=64>20）酸的对应关

系

（2）密码子表

这样的推测对不对呢？需要有实验来证实。其实，早在1954俄国科学

家伽莫夫就跟我们-样，运用数学的方法，作出了这样的推测,6年后，也

就是在1961年，大家熟悉的英国科学家克里克则第一个用实验证明了这个

推测的正确性，即niRNA上每3个相邻的碱基决定1个氨基酸.这样碱基与阐述“密码

氨基酸之间的对应关系得到了揭晓，科学界就将mRNA上每3个相邻的碱基子”的概念

称作1个遗传密码子，到/1965年，科学家终于破译/20种氨基酸所对应

的64种遗传密码子，并将这64种遗传密码子编成了一张密码子表，如书P65

所示。

请大家尝试地寻找以下密码子所决定的氨基酸：UAU、UAC、UAG.AUGo

（酪氨酸、酪氨酸、终止、甲硫经酸（起始））

（注：在第•个学生回答出相应的第一个氨基酸后）总结密码子表的查通过提问，总

阅方法：第一个字母前列，第二个字母行，第三个字母后列。结归纳密码

分析：①UAU和UAG所决定的氨基酸一样，为什么？子表的查阅

（组成蛋白质的氨基酸只有20种，而密码了却有64种，所以一种氨基方法

酸可能会有几个密码子，这种现象称作密码子的简并性。）

分析：②密码的简并性对生物的生存发展有什么意义？结合密码了

（①增强密码的容错性，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简表举例提问

并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；②当某种氨基酸使用频率高时，几分析：①密码

种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。）子与氨基酸

分析：③-•种氨基酸可能会有几个密码子，那一个密码子是否能决定几的对应关系；

种氨基酸呢？②指出终止

（不能，一个密码子只能决定一种敏基酸。）密码子与起

分析：④密码子UAG对应的是“终止”，表明其不编码氨甚酸，即如果始密码子；③

遇到这样的密码子，翻译过程就要结束。举例说明密

分析：⑤有终止密码子，那起始密码子呢？码子简并性

（从表中可以看出有两个氨基酸下方标注“起始”两个字，也就说这两和通用性的

个氨基酸是作为一条肽链开始的第一个氨基酸，那么编码这两个氨基酸的密意义

码子，相应就成为起始密码子，即AUG和GUG）

分析：⑥以上这张密码子表的得出可以说是生物学上的一个重大成就，

因为其解开几乎所有生•物的蛋白质合成之谜。也就是说，这张密码子表适用

于地球上几乎所有的生物，即密码子具有通用性。密码子的通用性对生命的

起源有什么启示？

（生物都具有相同的遗传密码，说明所有生物可能有共同的起源，或者

生命在本质上是统一的）

二、翻译的过程

过渡：

弄懂了4种碱基与20种氨基酸之间的对应关系，下面我们就一起来分

析一下翻译过程使如何进行的。

（黑板上贴有：mRNA（@）,核糖体2个，tRNA7个，氨基酸若干）利用卡片模

型分析翻译

（1）第一步：的过程

黑板上是一条已转录完成的mRNA,这条mRNA被称为前体nRNA,其通过

一定的修饰后形成成熟的mRNA,如何修饰，以后选修模块会进行学习，成熟

mRNA就可以穿过核孔进入了细胞质，现在请•位同学来黑板上演示•下翻译

过程中第一个氨基酸是如何合成的。

（学生需要完成的步骤有：①在mRNA上与核糖体结合：②将氨基酸连

接到对应的tRNA上；③将携苛有甲硫氨酸的tRNA进入核糖体的相应位置与

起始密码子AUG互补配对。）

提问并分析翻译的第一步：mRNA结合到核糖体小亚基的相应位点：IRNA

根据其上的反密码了•携带相应的氨基酸:当tRXA与mRNA完成碱基互补配对，

则将氨基酸携带进入核糖体大亚基的相应位点。这样就完成了第一个密码子

的编码。（在讲解的同时，PPT上显示相应的文字）

（提问：回忆tRNA的结构，如何确定一端所携带氨基酸的种类？引出

“反密码子”，并完成黑板上其他几个tRNA与氨基酸之间的结合）

（2）第二步

接着我们一起来编码第二个密码子。第二个密码子是UGC还是GCA还是

CAC?即密码了在础NA上的阅读方式是怎样？因此，在正确了解翻译过程不

仅仅理解碱基与氨基酸之间的对应关系，还要掌握密码的阅读方式。能够用引申思考：如

什么样的实验来证实密码子的阅读是否是重登还是非重叠的呢？何设计实验

提供的实验设计思路：证明密码的

实验设计1：总编码的氨基酸总数比较。例如这条mRNA如果是按照重叠阅读方式

的方式进行阅读，那么能编码的氨基酸总数是多少个？（21个）。而如果是

按照非重叠的方式进行阅读，那么能编码的氨基酸总数是多少个？（7个）。

这样通过实验计算出编码的氨基酸数目，就可以证实密码子的网读方式。

实验设计2：通过改变一个碱基，判断其对编码出氨基酸的影响。例如

改变第4个碱基为G：如果非重叠，这只影响第二个第基酸，由组氨酸变为

天冬氨酸；如果是重叠，则将影响三个氨基酸，第二个、第三个、第四个，

即由原来的UGC\GCA\CAC变为UGG\GGA\GAC,氨基酸由原来的半胱氨酸-丙氨

酸-组氨酸变为色氨酸-甘凝酸-天冬氨酸。这样根据氨基酸种类发生的变化

就可以证实密码子的阅读方式。

实验设计3：若是通过删除或增添碱基的方式，是否可以也可以证实密

码子的阅读方式？请大家课卜进行思考。

现在我们来看•下科学家的研究结果，证实了密码子的阅读方式是非重

卷的。那么我们就可以确定编码第二个氨基酸的密码子应该为CAC。

找到与密码子碱基互补配对的反密码子的tRNA,将其结合到核糖体上，

在密码子与反密码子完成碱基互补配对的同时，第二个氨基酸进入到核糖体

上的位点2o

（3）第三步

两个氨基酸之间如何形成肽链？（需要发生脱水缩合）是口勺，进入这两

个位点的氨基酸会在相应酶的催化下完成脱水缩合，即形成肽键并脱去1分

子的水，形成二肽。在形成2肽的同时，第一个氨基酸则通过手太键而转移到

位点2。

（4）第四步

这时，核糖体大亚基上的两个与IRNA结合的位点都被占满了，如何进

行第3个密码子的编码？

（占据位点1的tRNA由于其上的氨基酸已离开，则本身也离开位点1

到细胞质中重新结合对应的颔基酸：而位点2的IRNA则携带者其上的二肽

进入位点，这样核糖体则可以读取第三个密码子。接着就重复第二步。）

黑板上继续演示第三个氨基酸的进入，剩余步骤由PPT演示完成。

这样的翻译过程会一直进行下去吗？（不会，当遇到终止密码子时，翻归纳分析反

译则停止。）密码子61种

分析：之前在分析密码表时，知道/终止密码子没有对应口勺氨基酸，为

什么没有呢？究其原因在于在细胞内没有相应的tRNA,即没有对应的反密码

子存在。所以细胞内除去3个终止密码子，细胞内的反密码子只有61种。

以上就是翻译的过程。解释翻译后

修饰

（5）肽链进一步修饰形成蛋白质

当遇到终止密码子时，肽链合成结束，则脱离核糖体上，这样的肽链就可以分析表达过

成为成熟的蛋白质以作为生命活动的承担者和体现者了吗？（不能，合成的程中的细胞

肽链，需要进行进•步的加工修饰，通过盘曲折更形成具有•定空间结构的器

蛋白质才可以承担细胞生命活动的各项职责。这些进一步的加工修饰主要是

在内质网、高尔基体等细胞器完成的，同时还需要线粒体提供能量。）所以

基因的表达不仅仅包括转录与翻译这两个主要步骤，还包括了翻译后的修

饰。

课堂小结：

DNA复制、转录、翻译的比较动画重现转

复制转录翻译录与翻译的

细胞分裂的全过程

时间个体生长发育的整个过程

间期

主要在细胞细胞质的核解释翻译的

场所主要在细胞核

&糖体高效性

DNA的两条

模板DNA的一条链mRRA

单链