师：同学们，大家好。从孟德尔提出遗传因子到沃森、克里克发现DNA的双螺旋结构，科学家们逐渐认识到了基因的本质。那么基因是怎样行使功能的呢？基因是怎样表达遗传信息的呢？在上一节课中，我们构建了这样一个概念：基因通常是具有遗传效应的DNA片段，基因能够直接指导或者间接调控蛋白质的合成。在高中生物学阶段，我们主要学习基因直接指导蛋白质的合成过程。基因表达的第一个阶段称之为转录。请同学们回忆下关于转录的几个基本问题。

　　在真核细胞中转录发生的场所在哪里呢？应该发生在细胞核、线粒体、叶绿体。其发生的条件有模板、原料、酶、能量等等。经过转录以后，遗传信息就由DNA传递给了RNA分子。在该转录的示意图中，标号一的物质是RNA聚合酶，以下哪些特点为RNA聚合酶和DNA聚合酶作用过程的共性？RNA聚合酶是一种复合酶，它的头部具有解旋的功能，因此不需要解旋酶参与转录过程。并且RNA聚合酶可以从头开始聚合，不需要提供引物。因此两者作用的共性包括1、3、4、5和7。

　　请同学们判断图中标号2的位置是RNA的5’端还是3’端呢？根据RNA聚合酶的特征，它是从5’往3’方向合成核酸的，因此这个部位应该是5’端。图中的3和4指的是DNA分子的两条链，那么这两条链都可以作为转录的模板吗？从图中我们可以看到只有一条链作为了转录的模板。并且对于某个特定的基因而言，其转录的模板是特定的那条链。标号5的这一个物质是指腺嘌呤核糖核苷酸，它是转录过程所需要的原料之一。

　　关于转录，我们再来思考几个问题，每一次转录是整个DNA分子的一条链全部发生转录吗？在前面的学习中，我们知道一个DNA分子上分布有多个基因，而转录是以基因为单位进行的，一次的转录范围可以是一个或几个基因。那么转录的起点和终点分别在哪里呢？这与基因的结构有关系。

　　在原核生物的基因和真核生物的基因中，其上游和下游都存在启动子和终止子。RNA聚合酶能识别并与启动子的某个部位结合进行延伸，直到遇到终止子。那么请同学们判断：一个DNA分子可以转录出多种RNA，这样的叙述是否正确呢？根据前面的问题，我们已经知道了一个DNA分子的不同的基因可以转录出不同的RNA。比如在这张示意图当中，我们看到不同的DNA区域转录形成了不同的RNA，所以这样的描述是正确的。

　　基因表达的第二个阶段称之为翻译。关于翻译，我们来回忆几个问题，翻译发生的场所在哪里呢？应该是在核糖体。翻译发生的条件有哪些呢？从图中我们可以看到它需要核糖体、mRNA、tRNA、氨基酸、能量、酶等等。通过翻译过程，信息就从mRNA传递给了蛋白质分子。在翻译过程中发生碱基互补配对行为的是谁呢？从图中我们可以清晰地看到，应该是mRNA和tRNA发生碱基互补配对行为。遗传密码指什么呢？它应该是指mRNA中的碱基序列。翻译过程的起点和终点是什么呢？在示意图中我们可以看到mRNA上存在起始密码子和终止密码子，同学们要注意区分它们和启动子、终止子之间的区别。核糖体的移动方向是怎样的呢？我们可以从图中看到，核糖体的移动方向是从mRNA的5’端向3’端移动。

　　科学家是如何发现并破译密码子的呢？科学家克里克利用T4噬菌体做了这样一些实验，他在噬菌体的基因当中插入或者去除了一个、两个和3个碱基。结果显示，插入或去除3个碱基对噬菌体的影响比较小，由此就可以知道应该是三个碱基构成一个密码子决定一个氨基酸。科学家们还发现了密码子之间的阅读是不重叠、不间隔式的。

　　那么怎样把密码子和氨基酸之间来相对应呢？科学家们通过人工合成的RNA在体外指导蛋白质的合成，在细胞外建立一个翻译的反应体系。这需要提供哪些条件呢？需要提供核糖体、mRNA、tRNA、游离的氨基酸、能量、酶等等。要一一提供这些条件其实是很复杂的，所以科学家们实际使用的是细胞提取液，但是要去除其中的DNA和mRNA，这是为什么呢？需要排除这些物质对体外蛋白质合成的影响。

　　科学家第一个破译的密码子是UUU。他们用只含有尿嘧啶的RNA指导蛋白质的合成，只有苯丙氨酸参与了该过程。这就说明苯丙氨酸对应的密码子就是UUU。下面我们请同学们来体验一下密码子的破译过程。在第二组实验中，只有甘氨酸参与了蛋白质的合成。那么我们就可以知道甘氨酸的密码子是什么呢？GGG。我们来看第三组到第五组的结果，我们来读取第三组当中存在哪些密码子种类呢。我们知道在体内的翻译过程中是要从起始密码子进行阅读的，但是体外的翻译过程和体内还是不同的，其阅读的过程存在一定的随机性。因此在第三组实验中，我们可以读取出两种密码子，请同学们尝试读一读。在第4组和第5组实验中存在哪些密码子种类呢？

　　我们应该怎样来把氨基酸和密码子之间建立相关性分析呢？首先我们可以来分析第三组和第五组，这两组实验中共同具有的氨基酸种类是缬氨酸。它们共同具有的密码子种类是GUG，这样我们就可以推断缬氨酸的密码子是GUG。我们再来分析第三组和第四组。它们同时具有UGU这个密码子，在它们对应的氨基酸当中，同时具有的氨基酸除了缬氨酸还有半胱氨酸。那么我们就可以把UGU和半胱氨酸联系起来。其他的密码子和氨基酸之间存在怎样的对应关系？仅仅通过这个实验是无法进行判断的，我们只是体验了一下科学家破译密码子的过程，如何正确地来读取密码子呢。

　　这是一张tRNA的结构示意图。我们首先如何来判断tRNA的5’端和3’端？氨基酸又是结合在tRNA的哪一个部位呢？在DNA的结构中，我们已经学习过了具有游离的磷酸基团的一端为5’端，氨基酸它是结合在3’端，也就是a这个部位。图中的c跟d分别是什么结构？图中的c是碱基对之间的氢键，除了c所标注之处之外，还有这些部位同样是碱基对之间的氢键。图中的d应该是指反密码子。