2.3遗传信息控制生物的性状（第1课时）课件-高一下学期生物苏教版必修2

PLANT遗传信息控制生物的性状第二章

遗传的分子基础【学习目标】1.阐明三种RNA的结构和功能2.构建转录、翻译过程的模型，分析转录、翻译的场所、原料、模板及特点课堂导入电影《永不消逝的电波》讲述地下工作者在战斗中破译敌特的电报密码，获取了重要信息，使敌特遭受沉重打击。电报是19世纪30年代发展起来的通信技术，电报密码被用来代替文字或数字远距离传送信息。科学家在破译遗传密码的过程中是不是借鉴了电报编码的思路呢？目

录01遗传信息的转录02遗传信息的翻译积极思维：谁引领了遗传密码的破译？事实1

科学家破译遗传密码可能借鉴了电报编码的思路，但更重要的是科学思维和科学实验。克里克在DNA分子双螺旋结构模型建立之后，就投身于遗传密码的破译研究。当时DNA上的遗传信息传递给RNA的过程已经研究清楚，但RNA如何指导蛋白质合成仍然是一个谜。克里克领导的研究团队考虑，组成蛋白质的氨基酸有20种，如果一个碱基决定一个氨基酸，则只能编码4种氨基酸；如果两个碱基决定一个氨基酸，则只能编码16种氨基酸；那么，至少要有三个碱基才足以决定20种氨基酸事实2

遗传密码由三个碱基组成吗？它们中间是否有间隔？为了解决这些问题，克里克研究团队设计了精巧的实验：他们用化学试剂去掉噬菌体DNA分子中的一个、两个或三个核苷酸后，观察删除位点之后的基因能否被正确地“读取”。实验结果表明，只有删除三个相邻的核苷酸时，删除位点之后的基因才能被正确地“读取”。反过来，往DNA分子上添加一个、两个或三个核苷酸，实验结果表明，只有添加三个核苷酸时，才不会妨碍添加位点后基因的“读取”积极思维：谁引领了遗传密码的破译？1.提出问题：构成蛋白质的氨基酸约20种，而RNA上的碱基只有4种（A、G、C、U），这四种碱基怎样决定蛋白质中20种左右的氨基酸?2.作出假设（1）如果1个碱基决定1个氨基酸能编码几种氨基酸?4种（2）如果2个碱基决定1个氨基酸，能编码几种氨基酸?16种（3）如果3个碱基决定1个氨基酸，能编码几种氨基酸?64种积极思维：谁引领了遗传密码的破译？3.实施实验：克里克以噬菌体为实验材料，分别用化学试剂去掉菌体DNA分子中的1个、2个或3个核苷酸，发现只有删除3个相邻的核苷酸时，删除位点之后的基因才能被正确地“读取”。相反，往DNA分子上添加1个、2个或3个核苷酸，发现只有添加3个核苷酸时，才不会妨碍添加位点后基因的“读取”4.分析：克里克研究团队引领了遗传密码的破译工作。他们解决了哪些问题，还有哪些问题没有解决?运用了数理统计、排列组合的方法确定了3个碱基决定一个氨基酸，三个什么样的碱基决定什么样的氨基酸并没有得以解决遗传信息的转录DNA基因细胞核生产蛋白质的机器是？信息如何传达？细胞质中的核糖体RNA遗传信息的转录【思考】RNA适于作DNA的信使的原因？（1）RNA的结构基本组成单位结构核糖核苷酸（4种）腺嘌呤核糖核苷酸鸟嘌呤核糖核苷酸胞嘧啶核糖核苷酸尿嘧啶核糖核苷酸单链、比DNA短遗传信息的转录RNA与DNA比较比较项目DNARNA分布主要是________主要是__________基本单位化学组成磷酸一分子磷酸一分子磷酸五碳糖碱基A、_____、G、CA、_____、G、C结构一般为_______脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖双螺旋结构单链细胞核细胞质TU遗传信息的转录（3）RNA的种类和功能种类mRNAtRNArRNA名称信使RNA转运RNA核糖体RNA功能结构示意图共同点遗传信息传递的媒介转运氨基酸的工具组成核糖体单链单链，部分碱基配对形成三叶草型结构单链①都是转录产物

②基本单位相同

③都与翻译过程有关遗传信息的转录1.转录RNA

主要是在细胞核中以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成的，这一合成过程称为转录2.主要场所：细胞核3.过程解旋配对释放连接遗传信息的转录（1）解旋：RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来RNA聚合酶TCGATCGATTGCAACGTACACGGTAATT※

该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用遗传信息的转录（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成TCGTCGTTGCCGCGGTACAAATAATTAA5’3’5’3’转录方向5’3’CGGGAU游离的核糖核苷酸CAACGGGCCAAAUUUUUUU（3）连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上遗传信息的转录（4）释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复TCGTCGTTGCCGCGGTACAAATAATTAACGGGAUCAACGGGCCAAAUUUUUUU遗传信息的转录遗传信息的转录4.条件5.特点：边解旋边转录6.精确复制的原因：碱基互补配对原则A－U、T－A、G－C、C－G7.产物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA）8.遗传信息的流动方向：DNA→RNA9.意义：遗传信息从DNA传递到RNA上，为翻译做准备DNA的一条链RNA聚合酶游离的四种核糖核苷酸

ATP模板：原料：酶：能量：遗传信息的转录【注意】（1）转录时DNA两条链不是完全打开，只解旋要表达的基因片段（2）模板链不是固定不变的（3）转录是以基因为单位，模板只是DNA链中的基因，并非整个DNA（4）一个DNA转录出的mRNA不完全相同（5）同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的※联系细胞分化：不是所有基因都会转录，转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。积极思维：遗传密码是怎样被破译的？事实1

1960年，正在从事体外蛋白质人工合成研究的美国科学家尼伦伯格和一些青年科学家一起，开始了破译遗传密码的研究事实2

他们在每支试管中预先加入ATP、游离的氨基酸、酶和核糖体等，再加入多聚U（如—UUUUUUUU—），结果其中的一支试管里产生了一些多肽。这让他们非常兴奋，因为他们并不确定多聚U是否带有遗传信息。在此基础上，他们精巧地设计实验，最终确认是在加入苯丙氨酸的试管中产生了多肽除去了DNA和mRNA的细胞提取液人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸积极思维：遗传密码是怎样被破译的？该实验精妙之处①巧妙地设计了简洁的多聚U，避免了其他碱基的加入导致分析难度的增加，形成了只需改变碱基种类便可逐一分析密码子等情况的思路②在试管中模拟了细胞质中的情况，并加以研究③采用科学分组的方法，将20种氨基酸分为5组，然后将4种氨基酸分别加入4支试管中，使实验进一步明朗，而且可以缩短实验时间。加入多聚U（相当于mRNA）20种氨基酸分成五组，每组四种，分别加入五支试管中遗传信息的翻译1.密码子mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的核苷酸称为一个密码子mRNA5'3'GUGGAACCU密码子密码子密码子决定缬氨酸决定组氨酸决定精氨酸密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠遗传信息的翻译第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸（起始）苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸、甲硫氨酸（起始）丙氨酸谷氨酸甘氨酸G

第1个碱基第2个碱基第3个碱基密码子苯丙氨酸

UUUUUU

精氨酸

AGGAGG遗传信息的翻译1.密码种类：64（种）2.终止密码子UAA、UGA（硒代半胱氨酸）、UAG3.起始密码子AUG（甲硫氨酸）、GUG（缬氨酸、甲硫氨酸）4.编码氨基酸的密码子61种或62种（1）特殊密码子遗传信息的翻译（2）密码子的特性①

密码子的专一性：一种密码子决定一种氨基酸②

密码子的简并性：一种氨基酸可以由1种或多种不同的密码子决定③密码子的通用性：地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子【思考】你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸提高使用频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度遗传信息的翻译2.氨基酸的搬运工——tRNA（1）形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形（2）功能：识别并转运氨基酸（3）特点①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸

②一种氨基酸可以由多种tRNA携带（4）反密码子：每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子mRNA5'3'ACUACU反密码子密码子GUA遗传信息的翻译5.翻译的过程mRNA进入细胞质，与核糖体结合，形成2个tRNA的结合位点（1）携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1位点1位点2MM：甲硫氨酸M遗传信息的翻译（2）携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2MH遗传信息的翻译（3）甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上MH遗传信息的翻译（4）核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位

点1的tRNA离

开

核

糖

体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成MH核糖体的移动方向W随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止遗传信息的翻译多聚核糖体——高效翻译的机制在细胞质中翻译是一个快速高效的过程。通常一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。遗传信息的翻译边转录边翻译

原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程同时发生（边转录边翻译）；而真核生物主要在细胞核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译（在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译）。

先转录后翻译核基因遗传信息的翻译A—C—T—G—G—A—T—C—TT—G—A—C—C—T—A—G—AA—C—U—G—G—A—U—C—UUGA

CCU

AGA苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸转录翻译ACU

GGA

UCUDNA136mRNA蛋白质【思考】基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？遗传信息的翻译DNA复制转录翻译时间场所条件模板原料酶能量原则特点产物方向信息传递细胞分裂间期生长发育过程细胞核（线粒体、叶绿体）DNA的两条链基因的一条链mRNA四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸21种氨基酸解旋酶，DNA聚合酶RNA聚合酶多种酶ATPATPATP子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA多肽链A-T、T-A、C-G、G-CA-U、T-A、G-C、C-GA-U、U-A、G-C、C-G半保留复制边解旋边复制边解旋边转录一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质从起始密码子到终止密码子新链从5’端-3’端延伸新链从5’端-3’端延伸细胞核（线粒体、叶绿体）核糖体课堂小结课堂练习1.如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法不正确的是()A.①链的碱基U与②③链的碱基A互补配对B.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的C.如果③表示酶分子，则它的名称是RNA聚合酶D.转录完成后，②脱离DNA分子，DNA分子重新恢复双螺旋解析：A、图示表示真核生物细胞核内转录过程，图中①为DNA模板链，其上无碱基U，A错误；B、②为转录形成的mRNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，B正确；C、如果③表示酶分子，则为RNA聚合酶，可催化转录过程，C正确；D、转录完成后，RNA从DNA上释放，DNA重新恢复双螺旋，D正确。A课堂练习2.如图为真核细胞中正在发生的生理过程，下列叙述正确的是()A.①是RNA聚合酶，与DNA上启动部位结合后从左往右移B.②是DNA模板链，同一DN