第四节 遗传信息的表达—— RNA和蛋白质的合成.

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1 第四节 遗传信息的表达—— RNA和蛋白质的合成

2 美国、以色列三科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获奖
2009年诺贝尔化学奖揭晓 生命体就像一个极其复杂而又精密的仪器，不同“零件”分工合作，有条不紊。几十年来人类一直在探索生命的本质问题，并取得了丰富的成果 文卡特拉曼 托马斯 约纳特因 美国、以色列三科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获奖 宁波第二中学 生物组 胡海明

3 金华两头乌 结构蛋白 细胞结构 酶或激素 细胞代谢 基因 性状
两头乌猪是金华的特产，是我国著名的地方优良猪种，该猪性成熟早，遗传性稳定，繁殖力强，是经济杂交的优良母本。其皮薄骨细，肉质鲜美，肉间脂肪含量高，其后腿是腌制火腿的最佳原料。 基因如何对性状进行控制 基因 性状 结构蛋白 细胞结构 酶或激素 细胞代谢

4 1944年，艾弗里等人通过细菌转换实验证明DNA是遗传物质。 1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型。
科学探索的脚步 …… 1944年，艾弗里等人通过细菌转换实验证明DNA是遗传物质。 1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型。 1957年，克里克提出“中心法则”。 1958年，德尔布吕克等人发现DNA分子半保留复制机理。 1960年，信使RNA被发现。 1965年，RNA复制酶被发现。 1965年，遗传密码表被全部破译。 1969年，巴尔的摩和特明发现逆转录现象。 几十年来人类对于DNA、RNA、蛋白质三者之间关系的研究从未停止，一个个生命现象的本质被揭示，我们今天都是站在这些巨人的肩膀上来学习这些知识。 宁波第二中学 生物组 胡海明

5 这是我们目前公认的中心法则内容，包含了DNA复制、转录、翻译、RNA复制、逆转录等五种过程。中心法则的核心内容是遗传信息的流动方向，遗传信息指的是DNA中的脱氧核苷酸序列。作为大多数生物的遗传物质DNA具有携带和表达遗传信息的双重功能，一方面以其自身为模板进行半保留复制，另一方面又控制蛋白质的合成。基因是如何控制蛋白质的合成呢？让我们回到过去重温那段历史。 板书：DNA 脱氧核苷酸序列 遗传信息 中心法则 宁波第二中学 生物组 胡海明

6 完成DNA复制、转录、翻译的比较 项目 遗传信息 复制 转录 翻译 时间 场所 模板 酶 蛋白质合成酶 能量 原料 产物 碱基配对
A— T— C— G— A— U— C— G— 遗传信息传递方向

7 项目 传递 遗传信息 遗传信息 复制 转录 翻译 时间 间期 场所 细胞核、线粒体、叶绿体 模板 DNA两条母链 酶 解旋酶、DNA聚合酶 蛋白质合成酶 能量 ATP 原料 4种脱氧核苷酸 产物 2个双链DNA 碱基配对 A— T T—A C— G G—C A— T— C— G— A— U— C— G— 遗传信息传递方向 DNA DNA

8 假如你是当时的科学家，基于此材料你会提出哪些质疑？
材料一：1953年之后科学家陆续认识到：DNA是双螺旋结构；并与蛋白质结合形成染色质；基因控制蛋白质的合成；且DNA存在于细胞核内不能出来；而蛋白质的合成场所在细胞质的核糖体上。 刚才同学们提出了许多有见地的想法，其中有位同学的想法跟科学家克里克当时的想法是一致的。即DNA可能是需要通过某种媒介物质再控制蛋白质的合成。我们来看一幅图 假如你是当时的科学家，基于此材料你会提出哪些质疑？ 宁波第二中学 生物组 胡海明

9 3.拉斯特为什么用没有标记的B组变形虫为重组细胞提供细胞质，用A组变形虫直接做实验行不行呢？
1955年拉斯特使用同位素标记法用变形虫做换核实验。 实验A：变形虫放在标记的尿嘧啶核苷酸培养液中培养，结果 发现标记的RNA分子首先在细胞核中出现。 实验B：变形虫培养在未标记的尿嘧啶核苷酸培养液中，变形虫 的细胞核和细胞质中均未发现有标记的RNA。 实验C：将A组变形虫的细胞核移植到B组变形虫的细胞质中， 将重组的细胞放于未标记的尿嘧啶核苷酸培养液中培 养。结果细胞质中发现有标记的RNA。 问:1.实验A、B结果说明什么？ RNA是在细胞核中合成 2.实验C结果说明什么？ 细胞核中合成的RNA进入细胞质 3.拉斯特为什么用没有标记的B组变形虫为重组细胞提供细胞质，用A组变形虫直接做实验行不行呢？ A组变形虫的细胞质中有从培养液中吸收的标记的尿嘧啶核苷酸

10 RNA聚合酶 模板链 游离核苷酸 RNA(tRNA、rRNA、mRNA) RNA的形成过程示意图 此图表示的是什么过程？
请同学们说出A\B\C\D所代表的名称 请一位同学根据此图来表述转录的过程 （DNA通过转录形成mRNA rRNA tRNA 三种物质，同时脱氧核苷酸序列控制核糖核苷酸序列即遗传密码的形成） 板书：转录 mRNA rRNA tRNA 核糖核苷酸序列 遗传密码 DNA通过控制RNA的合成后，RNA又如何继续控制蛋白质的合成呢？科学家继续进行着探索…… 游离核苷酸 RNA(tRNA、rRNA、mRNA) RNA的形成过程示意图 宁波第二中学 生物组 胡海明

11 项目 传递 遗传信息 遗传信息 复制 转录 翻译 时间 间期 场所 细胞核、线粒体、叶绿体 模板 DNA两条母链 酶 解旋酶、DNA聚合酶 蛋白质合成酶 能量 ATP 原料 4种脱氧核苷酸 产物 2个双链DNA 碱基配对 A— T T—A C— G G—C A— T— C— G— A— U— C— G— 遗传信息传递方向 DNA DNA

12 项目 传递 遗传信息 表达 遗传信息 复制 转录 翻译 时间 间期 生长发育的全过程 场所 细胞核、线粒体、叶绿体 模板 DNA两条母链 DNA的一条链 酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 能量 ATP 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 产物 2个双链DNA 1个单链RNA 碱基配对 A— T T—A C— G G—C A—U T—A C—G G—C A— U— C— G— 遗传信息传递方向 DNA DNA DNA RNA

13 转录 （二）相关延伸 转录过程中的碱基互补配对计算 1．（06上海）在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54％，其中一条链中鸟嘌吟与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22％和28％，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的 A．24％，22％ B．22％，28％ C．29％，24％　　 D．23％，27％

14 材料二 1955年有人曾用洋葱根尖和变形虫作为材料进行实验，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RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质。
问：1.从此实验你能 推出什么结论？ RNA可以指导 蛋白质的合成。 2.RNA分子中4种碱基序列是如 何决定蛋白质分子中20种氨基 酸序列的？即碱基与氨基酸之 间的对应关系是怎样的？

15 材料二 1960年尼伦伯格和马太采用了蛋白质的体外合成技术，在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
问：1.请预测实验结果？多聚尿嘧啶核苷酸起什么作用？ 与苯丙氨酸对应的密码子是什么？ 2.细胞提取液为实验具体提供什么？ 为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？ 3.如果你是尼伦伯格和马太，你将如何设计对照组的实 验，确保你的重大发现得到同行的认可？

16 材料二：1956-1966年间，克里克、霍利、布莱纳等人一直从事翻译工作的研究。他们主要解决翻译过程中两个关键性的问题：（1）遗传密码与氨基酸序列的对应关系（2）碱基序列到氨基酸序列的转变机制。
1965年之后遗传密码表就全部被科学家破译成功了，幸运的是我们有机会学习到了这些科学家通过千辛万苦得到的知识。 让我们通过一个动画来回顾翻译的过程。 宁波第二中学 生物组 胡海明

17 密码子 密码子 密码子 U C A G mRNA mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基 --密码子

18 密码子总数是 种， 但决定氨基酸的密码子是 种。在这61种密码子中，一种密码子决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由 不同的密码子决定。 64 61 1种或几种 所有生物所用的密码子是 。 同一套

19 密码子总数是 种， 但决定氨基酸的密码子是 种。在这61种密码子中，一种密码子决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由 不同的密码子决定，这种称为遗传密码的简并性。 64 61 1种或几种 所有生物所用的密码子是 ，称为遗传密码的通用性。 同一套

20 × × √ × 反密码子 密码子 该tRNA只有三个碱基? 该tRNA转运的是赖氨酸? 一种tRNA只能携带一种氨基酸?
异亮氨酸 × 该tRNA只有三个碱基? × 该tRNA转运的是赖氨酸? √ 反密码子 一种tRNA只能携带一种氨基酸? × 一种氨基酸只能由一种tRNA携带? 理论上，tRNA有61种 密码子 宁波第二中学 生物组 胡海明

21 × × √ × A G 反密码子 该tRNA只有三个碱基? 该tRNA转运的是赖氨酸? 一种tRNA只能携带一种氨基酸?
苯丙氨酸 A G 反密码子 × 该tRNA只有三个碱基? × U U C 该tRNA转运的是赖氨酸? √ 一种tRNA只能携带一种氨基酸? × 一种氨基酸只能由一种tRNA携带?

22 翻译 过程： 多肽链 mRNA 核糖体 核糖体 核糖体 U A C U G G A C G T U A C C G T G A U A C

23 项目 传递 遗传信息 表达 遗传信息 复制 转录 翻译 时间 间期 生长发育的全过程 场所 细胞核、线粒体、叶绿体 模板 DNA两条母链 DNA的一条链 酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 能量 ATP 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 产物 2个双链DNA 1个单链RNA 碱基配对 A— T T—A C— G G—C A—U T—A C—G G—C A— U— C— G— 遗传信息传递方向 DNA DNA DNA mRNA

24 项目 传递 遗传信息 表达 遗传信息 复制 转录 翻译 时间 间期 生长发育的全过程 场所 细胞核、线粒体、叶绿体 核糖体 模板 DNA两条母链 DNA的一条链 mRNA 酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 蛋白质合成酶 能量 ATP 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 约20种氨基酸 产物 2个双链DNA 三种1个单链RNA 多肽链 碱基配对 A— T T—A C— G G—C A—U T—A C—G G—C A—U U—A 遗传信息传递方向 DNA DNA DNA RNA mRNA 蛋白质

25 ⑤性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果，在某些环境条件下，改变了的基因可能并不会在性状上表现出来
假设某基因中有一片段的一条链的碱基序列是CGCGACTACAGTCCC…GGATGTACTTCGAT（其中…示省略了210个碱基）若以此链为模板经转录、翻译成多肽链。 ①某些不表达的DNA片段突变 ②不同密码子决定同一种氨基酸 ③蛋白质不同，功能相同 ④隐性突变被显性基因掩盖 ⑤性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果，在某些环境条件下，改变了的基因可能并不会在性状上表现出来 1、写出此模板链转录的mRNA碱基序列、氨基酸序列。 mRNA碱基序列： GCGCUGAUGUCAGGG…CCUACAUGAAGCUA 氨基酸序列： 甲硫氨酸-丝氨酸-甘氨酸…脯氨酸-苏氨酸 2.合成此肽链总共需要几个氨基酸？ 75个 3.假如该基因模板链某个碱基发生替换，是否一定会引起此基因控制的性状的改变? DNA做为遗传物质的双重功能除了进行基因的选择性表达还可以进行自我复制。那么复制、转录、翻译的过程存在哪些区别呢？ 不一定 4.若该基因为豌豆的紫花基因，则此基因在豌豆的每个细胞内都能表达吗？ 不能，基因具有选择性表达的特点 宁波第二中学 生物组 胡海明

26 已知AUG、GUG为起始密码，UAA、UGA、UAG为终止密码。某RNA碱基排列所需如下：
AUUGGAUGAC---(60个碱基)—UAAAUAGCA 此RNA控制合成的蛋白质含有氨基酸数目是？ 08广东高考25题 如果一个基因的中部 缺失 了1个核苷酸对，可能的后果是 A.没有蛋白质产物 B.翻译为蛋白质时在 缺失 位置终止 C.所控制合成的蛋白质减少多个氨基酸 D.翻译的蛋白质中，缺失 部位以后的氨基酸序列发生变化 改变 BCD BC 改变 改变

27 一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含碱基数，依次为(　　)
A.32、11、 B.36、12、72 C.12、36、 D.11、36、72 B DNA（基因）上的碱基数：mRNA上的碱基数：肽链上的氨基酸数 至少 为 ： ： 1 （07上海）一个mRNA分子有m个碱基，其中有G+C n个，由该RNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子中A+T数量和合成蛋白质时脱去的水分子数分别是？

28 材料三：科学家通过精确的仪器发现细胞翻译蛋白质的速度非常快，真核细胞每分钟大约翻译50个氨基酸；
大肠杆菌（原核生物）每分钟可翻译1200个氨基酸，比真核生物要快得多。 讨论： 1、为什么细胞合成蛋白质速度会如此快？ 一条mRNA上连接着许多个核糖体同时在进行翻译，所以速度会如此之快。 2、原核细胞和真核细胞在基因的表达方面可能存在哪些区别？ 宁波第二中学 生物组 胡海明

29 科学家通过精确的仪器发现细胞翻译蛋白质的速度非常快，真核细胞每分钟大约翻译50个氨基酸
讨论：为什么细胞合成蛋白质速度会如此快？ 图示一个mRNA分子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分子就可迅速合成大量的蛋白质，翻译的效率非常高。 一条mRNA上连接着许多个核糖体同时在进行翻译，所以速度会如此之快。 宁波第二中学 生物组 胡海明

30 真核细胞和原核细胞遗传信息表达示意图（局部）
在转录场所上，因为真核细胞在细胞核、线粒体、叶绿体三处存在DNA，而原核细胞只有拟核和质粒存在DNA，有所区别。 自从英国科学家克里克于1957年提出了“中心法则”以后，得到了大多数科学家的普遍认同。但有少数科学家却提出了质疑。 细胞核、线粒体、叶绿体 转录场所： 拟核、质粒 细胞核内转录成的mRNA经加工后从核孔出来，与核糖体结合 表达过程： 边转录边翻译 宁波第二中学 生物组 胡海明

31 D 下图为原核细胞内某一区域的基因指导蛋白质合成的示意图。据图分析正确的是（ ）
下图为原核细胞内某一区域的基因指导蛋白质合成的示意图。据图分析正确的是（ ） D 多肽 RNA DNA ② ① A.①②两处都有大分子的生物合成，图中DNA可以与有关蛋白质结合成染色体 B.①②两处都发生碱基互补配对，配对方式均为A和U、G和C C.①处有DNA聚合酶参与，②处没有DNA聚合酶参与 D.①处有DNA-RNA杂合双链片段，②处没有DNA-RNA杂合双链片段

32 1957年克里克提出的中心法则 材料四：美国分子生物学家特明于1960年在研究鸡肉瘤病毒（RSV）的基础上创立原病毒假说：有感染力RSV的RNA是病毒DNA（即原病毒）合成的模板，而原病毒是子代RSV的RNA合成的信息。1969年他用实验证实RSV含有一种DNA聚合酶，该酶以后被称为“逆转录酶”。这个发现补充了原来无人怀疑的“中心法则”，特明因此获得1975年诺贝尔奖。 思考：各种生物的遗传信息传递方向是一样的吗？

33 生物种类 遗传信息传递方向 以DNA为遗传物质的生物 以RNA为遗传物质的生物
各种生物的遗传信息传递方向 生物种类 遗传信息传递方向 以DNA为遗传物质的生物 以RNA为遗传物质的生物 DNA 复制 转录 RNA 蛋白质 翻译 RNA 蛋白质 复制 翻译 以DNA为遗传物质的生物包括细胞生物和某些DNA病毒，他们的遗传信息传递方向只有DNA复制，转录、翻译。 而以RNA为遗传物质的生物需要分成两种情况，比如烟草花叶病毒，能以RNA 自身为模板进行复制并且翻译成蛋白质，有少数RNA病毒比如HIV、肉瘤病毒还可以在宿主细胞进行逆转录成DNA再转录、翻译。 DNA 复制 转录 RNA 蛋白质 翻译 逆转录 宁波第二中学 生物组 胡海明

34 中心法则 克里克提出的中心法则 发现RNA病毒及逆转录修改后的中心法则

35 讨论并回答下列生物能进行的遗传 信息的传递与表达过程（用序号表示） ①②③ ④③ ⑤①②③ ①②③ ① ② ③ ⑤ ④ DNA RNA
蛋白质 生物种类 遗传信息的传递与表达过程 DNA病毒 RNA病毒 大多数RNA病毒 逆转录病毒 原核、真核生物 ①②③ ④③ ⑤①②③ ①②③

36 将概念图补充完整 DNA ② ③ （①） mRNA 蛋白质 分类 （④） （⑤） 属于 RNA rRNA （⑥） 氨基酸 转运 转录
遗传信息 （①） 储存于 ② mRNA ③ 蛋白质 分类 （④） （⑤） 决定 含有 缩合 属于 RNA rRNA （⑥） 氨基酸 转运 DNA 转录 tRNA 密码子 翻译 氨基酸 体现 性状

37 金华两头乌 “两头乌”生长速度慢、饲养成本高，与生长快、瘦肉多、体重大、饲料转化率高，并且适宜大群饲养的外国“洋”猪种相比，饲养户大都偏爱后者。 因此此猪种面临非常 危险的境地，我们该 怎么办？

38 基因表达知识的应用 如何改良生物性状？ （1）通过传统的育种方式来改良作物。 （2）通过基因工程育种来改良作物。
在基因工程中，如果已知某一蛋白质的氨基酸序列，则…… ……

39 小结：概念图的扩展 DNA ② ③ （①） mRNA 蛋白质 分类 （④） （⑤） 属于 RNA rRNA （⑥） 氨基酸 转运 外源基因
遗传信息 （①） 储存于 ② mRNA ③ 蛋白质 分类 （④） （⑤） 决定 含有 缩合 属于 RNA rRNA （⑥） 氨基酸 转运 外源基因 改变 逆转录 基因突变 导入并整合 DNA 转录 tRNA 密码子 翻译 氨基酸 体现 性状

40 小结 DNA 转录 mRNA 翻译 蛋白质 复制 基因 脱氧核苷酸序列 核糖核苷酸序列 氨基酸序列 遗传信息 遗传密码 在细胞质内
在细胞核内

41 癌基因“沉默”的方案吗？ 【学以致用】你能谈谈让“超级细菌”、
菲尔和梅洛因发现了RNA干扰现象（RNAi），获得了2006年诺贝尔生理学或医学奖。RNA干扰的机制如下：双链RNA一旦进入细胞内就会被一个称为Dicer的特定的酶切割成21～23个核苷酸长的小分子干涉RNA（SiRNA）。Dicer能特异识别双链RNA，以ATP依赖方式切割由外源导入或者由转基因、病毒感染等各种方式引入的双链RNA，切割产生的SiRNA片断与一系列酶结合组成诱导沉默复合体（RISC）。激活的RISC通过碱基配对结合到与SiRNA同源的mRNA上，并切割该mRNA，造成蛋白质无法合成（如下图所示）

42 （1）根据RNAi机理，RNAi能使相关基因“沉默”，其实质是遗传信息传递中的 过程受阻
翻译 （2）通过Dicer切割形成的SiRNA使基因“沉默”的条件是SiRNA上有 的碱基序列。 与mRNA互补配对 （3）有科学家将能引起RNA干扰的双链RNA的两条单链分别注入细胞，结果却没有引起RNA干扰现象，请据图分析最可能的原因是 。 核酸内切酶只能识别双链RNA，不能识别单链RNA

43 （4）研究发现，某基因上碱基的改变也有可能导致生物性状的变异。若有一亲代DNA上某个碱基对发生改变，则其子代的性状不一定发生改变。请根据所学知识作出两种合理的解释：
① ② 。 　　　　　　　　　　　　　

44 （4）①体细胞中某基因发生改变，生殖细胞中不一定出现该基因；
②DNA上某个碱基对发生改变，它不一定位于基因的中能编码氨基酸的部位； ③若为父方细胞质内的DNA上某个碱基对发生改变，则受精后一般不会传给子代； ④若该亲代DNA上某个碱基对发生改变产生的是一个隐性基因，并将该隐性基因传给子代，而子代为杂合子，则隐性性状不会表现出来； ⑤根据密码子的兼并性，有可能翻译出相同的氨基酸； ⑥性状表现是遗传基因和环境因素共同作用的结果，在某些环境条件下，改变了的基因可能并不会在性状上表现出来。

45 谢谢大家