4.1基因指导蛋白质的合成课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第四章 基因的表达 第一节 基因指导蛋白质的合成（第一课时） 《侏罗纪公园》复活（视频） 转基因抗虫棉（视频） 问题1:利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？ 问题2:为什么将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。 情景导课 基因控制生物性状 指导 合成 蛋白质 体现者 基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。 （细胞核） （细胞质中核糖体） 问题：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？ 一、基因的表达概述 细胞核 细胞质中的核糖体 信使物质 OB基因 瘦素的合成 DNA能不能出细胞核？ 提出问题： 细胞核中的OB基因携带的遗传信息是如何传递到细胞质中的核糖体的呢？ 作出假设： RNA作为中间信使，将OB基因的遗传信息从细胞核中携带到核糖体。 如何设计实验验证假说呢？ 1955年，布拉舍实验时： 用RNA酶分解洋葱根尖细胞 RNA, 蛋白质合成停了; 重新加入RNA后, 又合成蛋白质。 说明：蛋白质合成与RNA有关 一、基因的表达概述 实验1 1955年戈德斯坦（Goldstein）和普劳特（Plaut）用同位素标记RNA前体，发现放射性同位素都在细胞核内。经过一段时间，发现放射性同位素出现在细胞质中。 实验2 一、基因的表达概述 （1）根据实验2可知RNA在细胞的什么部位合成？ （2）实验2变形虫的细胞质为什么会出现有标记的RNA分子？ 细胞核 细胞核中合成的RNA分子可以通过核孔进入细胞质 实验3 科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解、离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体的DNA形成双链杂交分子。 （3）实验3为什么选择14C的尿嘧啶作为标记物？ 尿嘧啶是RNA特有的碱基，实验中选择14C-U作为标记物可以标记新合成的RNA。 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 U 尿嘧啶 一、基因的表达概述 实验3 科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解、离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体的DNA形成双链杂交分子。 一、基因的表达概述 （4）实验3中分离出的含14C标记的RNA，能与噬菌体的DNA分子形成杂交分子， 不能与细菌的DNA结合，说明什么问题？ 新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的。 ~~~~~~~~~ RNA 噬菌体的DNA 杂交分子 （5）综合上述3个实验，尝试写出DNA控制蛋白质合成的过程？ RNA 蛋白质 DNA 为什么RNA适于作DNA的信使？ 结构与功能相适应 一、基因的表达概述 二、RNA的结构、分类和功能 5’ 3’ 5’ 3’ 脱氧 核糖 碱基 DNA AGCT 5’ 3’ U RNA 核糖 碱基 AGCU DNA 胸腺嘧啶(T) RNA 尿嘧啶(U) 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 脱氧核糖 核糖 磷酸 1 RNA的组成 二、RNA的结构、分类和功能 2 RNA与DNA的区别 DNA RNA 全称： 基本单位： 全称： 基本单位： DNA一般为规则的双螺旋结构 RNA通常呈单链 核糖 P 含氮碱基 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） 脱氧核糖核酸 脱氧核糖核苷酸 核糖核酸 核糖核苷酸 P 脱氧核糖 含氮碱基 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 结构： 结构： 分布（真核细胞）： 细胞核（主要） 线粒体、叶绿体 分布（真核细胞）： 细胞质（主要） 二、RNA的结构、分类和功能 3 探究遗传信息的传递途径 为了探究遗传信息的传递途径，科学家做了如下实验。 实验一：变形虫放射性标记实验(如下图)。 二、RNA的结构、分类和功能 实验二：有人曾用洋葱根尖和变形虫进行实验，当加入RNA酶后，细胞中的蛋白质合成就停止了；再加入从酵母菌中提取出来的RNA，则又重新合成了一定数量的蛋白质。 分析讨论下列问题： (1)从实验一可以看出RNA的合成发生在细胞的哪一部位？ 提示　细胞核。 (2)细胞核交换后，B组变形虫的细胞质为什么会出现有标记的RNA分子？ 提示　细胞核中合成的RNA分子可以通过核孔进入细胞质。 二、RNA的结构、分类和功能 (3)从实验二可以得出的结论是什么？ 提示　RNA与蛋白质的合成有直接关系。 (4)综合分析实验一和实验二，你认为遗传信息的传递途径是什么？ 提示　DNA→RNA→蛋白质。 (5)实验一的设计有何巧妙之处？ 提示　在适当的时间交换了细胞核，形成了相互对照。 思考：RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息呢？ ①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A、G、C、U，具备准确传递遗传信息的可能。 ②RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，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”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。 ④RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。 二、RNA的结构、分类和功能 少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质 二、RNA的结构、分类和功能 4 RNA的分类和功能 蛋白质 rRNA tRNA mRNA “三叶草型” 转运RNA（tRNA）： 识别密码子，转运氨基酸的工具。 信使RNA（mRNA）： 遗传信息传递的媒介，蛋白质合成的模板 核糖体RNA（rRNA）： 与蛋白质构成核糖体。 RNA 种类 mRNA——信使RNA tRNA——转运RNA rRNA——核糖体RNA 空间 结构 单链 三叶草结构 单链 特点 携带从DNA上转录来的遗传信息 一端携带特定的氨基酸,另一 端特定的三个碱基可与 mRNA上的密码子互补配对, 叫反密码子 核糖体的组成成分 功能 翻译时作模板 识别并转运氨基酸 参与构成核糖体 共同点 都是转录的产物；基本单位都相同；都与翻译过程有关 5 三种RNA的比较 二、RNA的结构、分类和功能 1.下列关于RNA的叙述，错误的是 A.有些RNA可催化细胞内的某些生化反应 B.RNA的基本单位由磷酸、核糖和含氮碱基组成 C.RNA参与构成核糖体 D.RNA参与构成细胞膜 √ 有些酶的化学本质为RNA；RNA的基本单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和含氮碱基组成；rRNA参与构成核糖体。 小试牛刀 2.(2022·黑龙江大庆高一期中)下列关于DNA和RNA的叙述，错误的是 A.DNA和RNA都能携带生物的遗传信息 B.真核细胞中RNA主要分布在细胞质中 C.原核细胞中同时含有DNA和RNA分子 D.RNA分子彻底水解的产物有5种 √ RNA彻底水解的产物是核糖、磷酸和4种碱基，共6种，D错误。 小试牛刀 三、遗传信息的转录过程 3' 5' 遗传信息储存在细胞核的DNA中 蛋白质的合成发生在核糖体 充当信使的中间物质---RNA 真核细胞 原核细胞 转录 翻译 三、遗传信息的转录过程 在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA过程。 模板：DNA的一条链 原料：4种核糖核苷酸 能量：由细胞呼吸提供 酶：RNA聚合酶等 场所：真核：细胞核、线粒体、叶绿体 原核：细胞质中 1.定义 2.条件 三、遗传信息的转录过程 1.解旋 2.催化磷酸二酯键的形成 基因 启动子 RNA聚合酶 转录的起始（以mRNA为例) RNA聚合酶结合到基因的启动子（RNA聚合酶结合位点,位于DNA上）位置，转录就开始。 三、遗传信息的转录过程 3.过程 解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。 该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用； 第一步： RNA聚合酶 A A A C G C A G G T T T G C G T C C （作用于氢键，使DNA双螺旋解开） 3.过程 三、遗传信息的转录过程 RNA聚合酶 游离的核糖核苷酸 RNA聚合酶作用下,游离的核糖核苷酸与DNA模板链上碱基互补配对 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上 U A A A U U C G C A G C G U G C G C T T T G C G T C C 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ （RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键） 第二步： 第三步： 特点： 边解旋边转录 合成方向： 子链的5’端→ 3’端 3.过程 合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。 核糖体 蛋白质 合成 第四步： 3.过程 信使RNA、核糖体RNA、转运RNA 4.产物 U A A G U C C C T T G G A A A RNA聚合酶 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。 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。 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。（5’端-3’端延伸） 4 释放 3 连接 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 2 配对 三、遗传信息的转录过程 真核细胞的转录及与DNA复制的比较 1.如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题： (1)图中遗传信息的转录方向为 (用“→”或“←”表示)。 (2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是 。 (3)b和c的名称分别是 、 。 (4)此过程中的碱基配对方式为 。 ← RNA聚合酶 胞嘧啶脱氧核苷酸 胞嘧啶核糖核苷酸 A—U、T—A、C—G、G—C 小试牛刀 2.转录成的RNA的碱基序列与DNA的两条单链的碱基序列各有哪些异同？ 提示　转录时也是按照碱基互补配对的原则合成RNA链，因此转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的，与DNA的另一条链的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在DNA的另一条链上的碱基是T。 完全解旋 只解开有遗传效应的片段 小试牛刀 3.下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是 A.tRNA、rRNA和mRNA都由DNA转录而来 B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生 C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生 D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补 √ 真核细胞中的RNA主要在细胞核内合成，线粒体和叶绿体中的DNA也能进行转录合成RNA，C错误。 小试牛刀 4.如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是 图中①链为模板链，②链为RNA，①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对；转录完成后，②通过核孔进入细胞质，穿过0层膜。 A.①链的碱基A与②链的碱基T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DNA聚合酶 D.转录完成后，②需要通过两层生物膜才能与核糖体结合 √ 小试牛刀 5.图甲和图乙是在人体某细胞的细胞核中发生的两个过程，下列相关判断不正确的是 A.该细胞可能是造血干细胞，不可能是胰岛B细胞 B.与图甲过程相比，图乙过程可频繁发生 C.图甲过程形成产物的长度与图乙形成的大致相同 D.基因1与基因2转录的模板链可能不在DNA的一条单链上 √ 小试牛刀 DNA复制 转录 时间 场所 解旋 模板 原料 酶 配对方式 特点 方向 产物 意义 细胞分裂间期 生长发育过程 完全解旋 只解有遗传效应片段（基因） DNA的两条链均为模板 DNA的一条链为模板 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 解旋酶、 DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 A-T、 T—A、C—G 、 G—C A-U、 C—G 、T—A、 G—C 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒 新链从5’端-3’端延伸 新链从5’端-3’端延伸 DNA复制和转录的比较 A G T T C G G A A C T C A A G C C T T G α β A G T T C G G A A C 转录 U C A A G C C U U G α DNA DNA的一条链 RNA 转录成的RNA的碱基与DNA模板链（α）的碱基是互补配对的关系，该RNA的碱基序列与另一条非模板链（β）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链（β）上的碱基是T。 问题1：转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？ 有关转录的问题分析 问题2:转录时，DNA链完全解开么？ DNA的两条链都可作为模板链么？ 边解旋边转录;只有一条链可作为模板链。 问题3:转录是转录整个DNA么？ 转录不是转录整个DNA，转录以基因为单位进行。 问题4:一个DNA分子中某个基因转录时，其他基因是否一定也在进行转录？ 一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。 有关转录的问题分析 注意： 1.不是所有的细胞都能进行DNA的复制，但是几乎所有的细胞可以进行转录，例如高度分化的细胞，会进行转录和翻译，但是不会进行DNA的复制； 2.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，但tRNA和rRNA的种类一般没有差异。 真核细胞基因结构 编码区 非编码区 非编码区 编码区 非编码区 非编码区 启动子 终止子 RNA聚合酶识别结合位点，启动转录 终止转录 外显子 内含子 原核细胞基因结构 拓展延伸：真核细胞和原核细胞基因转录过程的区别 拓展延伸：真核细胞和原核细胞基因转录过程的区别 \ 转录 前体信使RNA mRNA 转录后加工 外显子 内含子 转录 真核生物的一个基因中既含有编码氨基酸的外显子，又含有不编码氨基酸的内含子，而且外显子与内含子都被转录，这样形成的RNA称为前体信使RNA 前体信使RNA序列与作为模板的DNA序列完全互补。 前体信使RNA中不编码氨基酸的序列在RNA自身的催化作用下被切除,编码氨基酸的序列连接在一起，形成信使RNA 基因 6．遗传信息转录的过程中，mRNA 的三个碱基从 5′端到 3′端依次是 UAC，则 DNA 模板链上对应的三个碱基从 5′端到 3′端依次是( ) A．GTA B．ATG C．TUC D．AUG 小试牛刀 7.在遗传信息的转录过程中，保证遗传信息准确无误地传给 mRNA 的关键步骤是( ) A. 破坏氢键并使 DNA 双链分开 B. 游离核糖核苷酸与母链碱基互补配对 C. 配对的游离核苷酸连接成子链 D. 子链与模板母链盘绕成双螺旋结构 小试牛刀 8．下图是真核生物 mRNA 合成过程示意图，请据图判断下列说法正确的是（ ） A．①片段正处于解旋状态，形成这种状态需要 DNA 复制过程中的解旋酶 B．图中②是以 4 种脱氧核苷酸为原料合成的 C．如果图中③表示酶分子，则它的名称是 RNA 聚合酶 D．图示过程在细胞核中完成，②合成后，④中的模板链降解 小试牛刀 Lavf58.29.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $$