第2課時(shí)遺傳信息的翻譯、中心法則人教版必修2·第4章第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成mRNA合成以后，通過什么結(jié)構(gòu)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中?核孔真核生物的mRNA、tRNA、rRNA在細(xì)胞核中合成后，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中參與蛋白質(zhì)的合成過程。翻譯：游離在細(xì)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。mRNA攜帶的遺傳信息如何翻譯成蛋白質(zhì)?借助于英文單詞與漢字的對(duì)應(yīng)關(guān)系，才能將一篇英文翻譯成中文。核酸的堿基序列蘊(yùn)含著遺傳信息。翻譯的實(shí)質(zhì)是將mRNA的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列。要想知道m(xù)RNA是如何翻譯成蛋白質(zhì)的，首先也要尋找mRNA的堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。設(shè)想堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是怎樣的?DNA和RNA都只含有4種堿基而在絕大多數(shù)生物體內(nèi)，組成蛋白質(zhì)的氨基酸有21種決定？如果1個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，4種堿基能決定幾種氨基酸4顯然不夠如果2個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，4種堿基能決定幾種氨基酸16（42）還是不夠4種堿基能決定幾種氨基酸如果3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，64（43）足夠滿足后來，科學(xué)家又通過一步步的推測與實(shí)驗(yàn)，最終破解了遺傳密碼mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸。每3個(gè)這樣的堿基叫作1個(gè)密碼子。密碼子決定決定決定mRNA5'3'GUGGAACCU纈氨酸組氨酸精氨酸翻譯時(shí)密碼子的讀取方向從mRNA的5'→3'密碼子密碼子密碼子第一個(gè)堿基第二個(gè)堿基第三個(gè)堿基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸①色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸(起始②)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG▼21種氨基酸的密碼子表注: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(shí)它編碼甲硫氨酸。翻譯通常是從mRNA上的起始密碼子開始到終止密碼子結(jié)束起始密碼子和終止密碼子各有幾個(gè)?它們是否決定氨基酸?起始密碼子有2個(gè)，分別決定2種氨基酸，終止密碼子有3個(gè)，不決定氨基酸。密碼子一種密碼子決定幾種氨基酸?一種(正常情況)有的氨基酸對(duì)應(yīng)1種密碼子，有的氨基酸對(duì)應(yīng)多種密碼子密碼子第一個(gè)堿基第二個(gè)堿基第三個(gè)堿基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸①色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸(起始②)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG▼21種氨基酸的密碼子表每一種氨基酸只對(duì)應(yīng)一種密碼子嗎?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(shí)它編碼甲硫氨酸。你認(rèn)為密碼子的簡并對(duì)生物體的生存和發(fā)展有什么意義?當(dāng)密碼子中有一個(gè)堿基改變時(shí)，可能并不會(huì)改變其對(duì)應(yīng)的氨基酸；當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時(shí)，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸，可以保證遺傳信息的翻譯速度。地球上幾乎所有的生物體都共用同一密碼子表。根據(jù)這一事實(shí)，你能想到什么？絕大多數(shù)氨基酸都有好幾個(gè)密碼子，這一現(xiàn)象稱為密碼子的簡并。說明所有生物可能有共同的起源或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。密碼子增加容錯(cuò)性、保證翻譯速度。mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，與什么結(jié)構(gòu)結(jié)合，形成合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”?裝配機(jī)器——核糖體將氨基酸運(yùn)送到“生產(chǎn)線”上去的“搬運(yùn)工”是什么？另一種RNA——tRNAtRNA◆形態(tài)：比mRNA小得多。RNA鏈經(jīng)過折疊，形成三葉草形3'5'◆功能特點(diǎn)：每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸結(jié)合氨基酸的部位◆反密碼子:mRNA5'3'ACU密碼子UGA反密碼子位于tRNA上，其實(shí)質(zhì)是與密碼子發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)的3個(gè)相鄰的堿基一端是攜帶氨基酸的部位另一端是反密碼子?！艚Y(jié)構(gòu):tRNA◆密碼子與反密碼子的讀取方向是如何的？3'5'◆在tRNA中是否只有反密碼子這3個(gè)堿基？是否存在氫鍵？tRNA是RNA鏈經(jīng)折疊形成的，除一端的反密碼子外，還有其他堿基.在折疊區(qū)域堿基配對(duì)，存在氫鍵結(jié)合氨基酸的部位堿基配對(duì)◆氨基酸結(jié)合在tRNA的5'端還是3'端？mRNA5'3'ACU密碼子UGA反密碼子(通過氫鍵相連)密碼子讀取方向從5'→3'端，反密碼子讀取方向從3‘→5’端結(jié)合在3'端◆每種氨基酸可能由幾種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)？可能由一種或多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)tRNAmRNA與核糖體結(jié)合，形成2個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)5'3'過程AUG是起始密碼子攜帶甲硫氨酸的tRNA，通過與堿基AUG互補(bǔ)配對(duì)，進(jìn)入位點(diǎn)15'3'過程攜帶某個(gè)氨基酸的tRNA以同樣的方式進(jìn)入位點(diǎn)25'3'過程甲硫氨酸與組氨基酸形成肽鍵，轉(zhuǎn)移到位點(diǎn)2肽鍵5'3'過程核糖體沿mRNA移動(dòng)，讀取下一個(gè)密碼子原占位點(diǎn)1的tRNA離開核糖體原位點(diǎn)2的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)1，一個(gè)新的攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)2，繼續(xù)肽鏈的合成5'3'過程就這樣，隨著核糖體的移動(dòng)，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5'3'過程肽鏈合成后，就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，通常經(jīng)過一系列步驟盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，然后開始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)過程過程◆模板mRNA◆原料21種氨基酸◆能量ATP◆搬運(yùn)工具tRNA◆核糖體的移動(dòng)方向：◆此過程堿基互補(bǔ)配對(duì)原則：A-U、U-A、C-G、G-C沿著mRNA

5’端往3’端移動(dòng)◆遺傳信息流向：mRNA→蛋白質(zhì)◆產(chǎn)物具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)◆場所細(xì)胞質(zhì)的核糖體上遺傳信息的翻譯正在合成的肽鏈核糖體mRNA翻譯能高效進(jìn)行的原因一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)。遺傳信息的翻譯◆時(shí)間：1957年◆提出者：克里克◆內(nèi)容：遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復(fù)制;也可以從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)，即遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯◆補(bǔ)充：少數(shù)生物(如一些RNA病毒)的遺傳信息可以從RNA流向RNA以及從RNA流向DNA轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制蛋白質(zhì)是信息的表達(dá)產(chǎn)物DNA、RNA是信息的載體ATP為信息的流動(dòng)提供能量在遺傳信息的流動(dòng)過程中生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制生物種類遺傳信息的傳遞過程原核生物真核生物DNA病毒RNA復(fù)制病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制復(fù)制RNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制RNA各生物遺傳信息傳遞的過程各生物遺傳信息傳遞的過程項(xiàng)目DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯時(shí)間場所模板原料產(chǎn)物堿基配對(duì)細(xì)胞分裂前的間期生長發(fā)育整個(gè)過程主要在細(xì)胞核DNA的兩條鏈均為模板DNA的一條鏈上某片段四種脫氧核苷酸四種核糖核苷酸DNARNA生長發(fā)育整個(gè)過程主要在細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)mRNA21種氨基酸肽鏈A-U、U-A、C-G、G-CA-T、T-A、C-G、G-CA-U、T-A、C-G、G-C真核生物DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較基因表達(dá)的計(jì)算實(shí)際基因表達(dá)過程中的數(shù)量關(guān)系不符合6∶3∶1DNA堿基總數(shù)：mRNA堿基數(shù)：多肽鏈氨基酸數(shù)=6：3：1因?yàn)榛蛑写嬖诓痪幋a蛋白質(zhì)的片段，實(shí)際上基因(DNA)上所含有的堿基數(shù)要大于6n，而mRNA中也存在終止密碼子等片段，所以實(shí)際上mRNA中所含有的堿基數(shù)也要大于3n。因此一般題目中帶有“至少”字樣才能使用這個(gè)比例關(guān)系。如圖是翻譯過程的示意圖，請(qǐng)據(jù)圖分析回答