基因指导蛋白质的合成

 

【教学目标】

1．概述遗传信息的转录和翻译

2．理解密码子的概念

3．能熟练地阅读密码子表

4．能够运用教学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系

5．理解中心法则

【教学重难点】

1．教学重点：遗传信息转录和翻译的过程

2．教学难点：遗传信息转录和翻译的过程

【教学方法】

讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳

【课时安排】

2课时

【教学过程】

（一）遗传信息的转录

思考：

（1）DNA主要存在于哪里？DNA主要存在于细胞核

（2）蛋白质是在哪里合成的？蛋白质是在细胞质的核糖体上合成的

（3）那么细胞核中的DNA是如何控制细胞质中的蛋白质的合成的呢？

科学家推测，在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使，后来发现细胞中确有这样的物质，它就是RNA。

1．关于RNA

（1）RNA的全称：核糖核酸

（2）RNA的基本单位：核糖核苷酸

（3）细胞中的两种核酸的比较

 

即时突破

判断下列说法的正误

①若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖，则必为DNA。

对

②若核酸中存在A、T、C、G四种碱基，其中A≠T、C≠G，则该核酸为单链DNA。

对

③若核酸中出现碱基C，则必为RNA。

错

（4）RNA的种类和功能

信使RNA（mRNA）：遗传信息传递的媒介。

转运RNA（tRNA）：转运氨基酸的工具。

核糖体RNA（rRNA）：与蛋白质构成核糖体。

总结：为什么RNA适合做DNA的信使呢？

①RNA是由基本单位-----核苷酸连接而成，跟DNA一样能储存遗传信息。

②RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。

③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。

 

mRNA是DNA的信使，那么DNA在细胞核里，是通过怎样的过程把遗传信息传递给mRNA的呢？请同学们阅读课本P65的第三自然段和图4-4，完成下列填空。

2．转录

（1）概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程

（2）场所：细胞核

（3）基本条件：

①模板：DNA的一条链

②原料：四种游离的核糖核苷酸

③能量：ATP

④酶：解旋酶、RNA聚合酶

（4）原则：碱基互补配对原则（A=U，G=C）

（5）产物：mRNA

（6）遗传信息流动：DNA→mRNA

当细胞开始合成某种蛋白质时，编码这个蛋白质的一段DNA在解旋酶的作用下，DNA双链解开，碱基暴露。以DNA两条链中的一条作为模板，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞。当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。转录完成的mRNA从DNA链上释放。形成mRNA链，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上，mRNA由细胞核通过核孔进入细胞质中。DNA双链恢复双螺旋的结构。

转录与DNA分子复制的区别

 

思考与讨论：P66

1．转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？

（1）相同点：都需要模板、酶、能量等；都遵循碱基互补配对原则

（2）意义：碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。

2．若一条mRNA以DNA的b链为模板，请写出该mRNA与a链的碱基序列

 

b链：模板链（有意义链）

a链：非模板链（无意义链）

即时训练：

1．对比RNA和DNA化学成分，RNA特有的是（A）

A．核糖和尿嘧啶

B．脱氧核糖和尿嘧啶

C．核糖和胸腺嘧啶

D．脱氧核糖和胸腺嘧啶

2．DNA分子的解旋发生在哪一过程中（D）

A．复制

B．转录

C．翻译

D．复制和转录

3．mRNA上有25％的腺嘌呤，35％的尿嘧啶，则转录该mRNA的DNA片段上腺嘌呤占碱基总数的（C）

A．50％

B．25％

C．30％

D．35％

4．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？（D）

A．2种；4种

B．4种；4种

C．5种；5种

D．8种；5种

（二）遗传信息的翻译

现在让我们一起来研究基因表达的第二个步骤——遗传信息的翻译

mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——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。

转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。

那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序？mRNA如何将信息翻译成蛋白质？

上面展示的是一台电报机。

关于中国谍战的电视剧，国共战争时期除了地面作战还有地下战斗。他们用的电报在交流重要信息时，都是用数码，为了不让信息落入敌方手中。

DNA和RNA都只含有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种。这4种碱基是怎样决定蛋白质的20中氨基酸的？

（1）如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？

4¹=4

（2）如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？

4²=16

（3）一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？

4³=64，足够有余

经过不断的推测和实验得知：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸

 

我们将这样3个相邻的碱基称为1个密码子。

P67：20种氨基酸的密码子表

（1）密码子总数是64种，但决定氨基酸的密码子是61种，3个是终止密码子，

所有生物的密码子是相同的

（2）一种密码子决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由1种或多种不同的密码子决定。

思考与讨论：P67

1．从密码子表中可以看到，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？

（1）当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，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，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。

2．地球上几乎所有的生物都共用上述密码子表。根据这一事实，你能想到什么？

通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的……

思考：当某DNA碱基发生改变，是否一定会导致生物性状发生改变？

不一定。因为发生改变的碱基可能有以下两种情况：

（1）该碱基位于DNA无效片段上；

（2）该碱基改变后形成的密码子与原来的密码子决定同一种氨基酸。

mRNA进入细胞质后，就与核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”，利用氨基酸进行脱水缩合形成多肽链。但是，氨基酸是怎样运送到核糖体上？

将氨基酸运到“生产线”上去的“搬运工”，是另一种RNA——tRNA

tRNA的种类很多，但是每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸。

 

①tRNA呈__三叶草形___；

②一端为携带__氨基酸__的部位；

③另一端有3个碱基。

每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，

称反密码子。

④有__61__个反密码子

⑤一个反密码子含有_3__个碱基

⑥一个tRNA转运__1__种氨基酸

⑦一种氨基酸可以由__一种或几种__tRNA来运输

 

①每种tRNA只能识别并转运一种特定的氨基酸

②一种氨基酸可以由__一种或几种___tRNA来运输

③决定氨基酸的密码子有61种，所以tRNA有61种

请同学们阅读课本P67-68，完成下列填空。

翻译的具体过程：

1．场所：细胞质的核糖体

2．基本条件：

（1）模板：mRNA

（2）原料：游离的氨基酸

（3）能量：ATP

（4）酶：

3．产物：多肽或蛋白质

4．遗传信息流动：mRNA→蛋白质

mRNA在细胞核中转录合成后，通过核孔进入细胞质，与核糖体结合，核糖体上具有两个tRNA的结合位点。携带着特定氨基酸的tRNA的反密码子与mRNA的密码子急性碱基互补配对，进入位点1，携带有特定氨基酸的另一tRNA上的反密码子进入位点2，两个氨基酸通过脱水缩合的作用，形成二肽。

第1个位点上的氨基酸通过肽键而转移到第二位点上。核糖体沿着mRNA进行移动，读取下一个密码子，原来占据第一个位点的tRNA离开核糖体，去转运下一个氨基酸，原来占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸放大tRNA进入位点2，继续肽链的合成，重复以上步骤，直至核糖体读取到mRNA的终止密码子为止，肽链的合成才结束。

（三）基因表达的计算

 

（四）中心法则

 

在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。

小结

 

转录、翻译与DNA复制的比较

	场所	模板	原料	产物	遗传信息传递方向
DNA复制： DNA→DNA	细胞核	亲代DNA的每一条链	游离的脱氧核苷酸	DNA	DNA→DNA
转录： DNA→RNA	细胞核	DNA的一条链（模板链）	游离的核糖核苷酸	mRNA	DNA→mRNA
翻译： RNA→Pro	细胞质	mRNA	游离的氨基酸	蛋白质	mRNA→Pro

练一练：

1．遗传密码的组成是（B）

A．由A、T、G、C四种碱基中任何三个做排列组合

B．由A、U、G、C四种碱基中任何三个做排列组合

C．由A、T、G、C、U五种碱基中任何三个做排列组合

D．由A、U、G、T四种碱基中任何三个做排列组合

2．DNA决定RNA的性质是通过（C）

A．信使RNA的密码

B．DNA特有的自我复制

C．碱基互补配对原则

D．转运RNA的媒介

3．已知某转运RNA的一端的三个碱基顺序是GAU，它所转运的氨基酸是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码是由下列哪个转录来的（A）

A．GAT

B．GAA

C．GUA

D．CTA

4．信使RNA中核苷酸的顺序是由下列哪项决定的（D）

A．转运RNA中核苷酸的排列顺序

B．蛋白质分子中氨基酸的排列顺序

C．核糖体上的RNA核苷酸的排列顺序

D．DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序

5．在遗传信息的转录和翻译过程中，起翻译者作用的是（B）

A．核糖体RNA

B．转运RNA

C．信使RNA

D．氨基酸

6．已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是（D）

A．12

B．24

C．18

D．30