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

第四章 基因的表达 第一节 基因指导蛋白质的合成（第二课时） 温故知新 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：ATP 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 定义 条件 个体生长发育的整个过程 时间 碱基互补配对 A－U、T－A、G－C、C－G RNA（mRNA、tRNA、rRNA） 边解旋边转录 DNA→RNA 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备 从5’-端到3’-端 产物 原则 特点 遗传信息传递的方向 转录的意义 mRNA的延伸方向 转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质，那么，mRNA上的遗传信息如何传递到蛋白质上呢？ 温故知新 一、遗传信息的翻译 1 翻译的概念： mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。 ？ U U A G A U A U C mRNA 蛋白质 碱 基 序 列 氨基酸序列 碱基 氨基酸 4种 21种 翻译 难题一 决定一个氨基酸的 碱基个数 决定氨基 酸种类 图示 1个 2个 3个 氨基酸 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 AUCG 4 4 42＝16 43＝64 4种碱基如何决定21种氨基酸? 一、遗传信息的翻译 第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要 一、遗传信息的翻译 第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家---克里克 1961年，克里克以 T4噬菌体为实验材料，将某个基因中增加或删除1个、2个、3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。 实验结果：（1）增加或删除1个、2个碱基，无法正常产生蛋白质； （2）增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。 由该实验可以得到什么结论? mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫作密码子 肯定不是密码子的是哪一个? ATA、UUU、AUA、CCC、AGC 2 密码子 一、遗传信息的翻译 (1)定义： mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 (3)识别： mRNA 5' 3' G U G G A A C C U 密码子 密码子 密码子 密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠 决定 缬氨酸 决定 组氨酸 决定 精氨酸 怎么判断？ (2)位置： mRNA上 2 密码子 一、遗传信息的翻译 第一个 碱基 第二个碱基 第三个 碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 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 U C A G 21种氨基酸的密码子表 (4)密码子的个数： (5)密码子的种类： 共64种密码子 一般情况下3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不决定氨基酸，特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下，决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。 3个终止密码子 一、遗传信息的翻译 第一个 碱基 第二个碱基 第三个 碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 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 U C A G (6)密码子的特性： ①专一性 一种密码子只决定一种氨基酸 ②简并性 一种氨基酸可由一种或多种密码子决定，可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。 第一个 碱基 第二个碱基 第三个 碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 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 U C A G (6)密码子的特性： 地球上几乎所有生物都共用一套密码子。 ③通用性 问题3: 根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？ 说明当今生物可能有着共同的起源。 一、遗传信息的翻译 终止密码子： 、 、 、 种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、__ _（缬氨酸、甲硫氨酸） 编码氨基酸的密码子______种或_____种 64 UAA UGA（硒代半胱氨酸） UAG AUG GUG 61 62 注意：在真核生物中AUG作为起始密码子；在原核生物中，GUG也可以作为起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。 正常情况下，终止密码子不编码氨基酸，仅作为翻译终止的信号，但在特殊情况下，终止密码子UGA可以编码硒代半胱氨酸； 通常一种密码子决定 种氨基酸，一种tRNA只能转运 种氨基酸。 每种氨基酸对应 密码子(密码子的简并性)，可由 tRNA转运。 一 一 一种或几种 一或多 一、遗传信息的翻译 1．密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指 （ ） A．基因上3个相邻的碱基 B．DNA上3个相邻的碱基 C．tRNA上3个相邻的碱基 D．mRNA上3个相邻的碱基 小试牛刀 2.“密码子”是指( ) A.核酸上特定排列顺序的碱基 B. DNA特定排列顺序的碱基 C.mRNA上决定1个氨基酸的三个相邻的碱基 D.tRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？ 小试牛刀 一、遗传信息的翻译 游离在细胞质中的氨基酸,是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢? U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ 色 组 甲硫 精 半胱 半胱 脯 谷 丝 难题二、如何精准运送过来的？ tRNA 寻找证据：1955年詹美尼克等三位科学家分别很意外的在同一溶液中发现氨基酸先附着在一种小分子量的RNA上，然后这些氨基酸再被带到一种微粒体进行蛋白质合成，这种RNA后来被命名为tRNA 。 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对 mRNA 5' 3' A C U 密码子 U G A 反密码子 (1)形态： RNA链经过折叠，形成三叶草形 (2)功能： ①识别氨基酸 ②转运氨基酸 ①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 ②一种氨基酸可以由多种tRNA转运 (3)功能特点： (4)反密码子: 位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基，有61或62种。 一、遗传信息的翻译 3 tRNA与反密码子 若反密码子为5’-A-C-U-3'，则携带的氨基酸是？ 由密码子AGU所决定的丝氨酸 若密码子为UAA，则对应的反密码子是？ 由于UAA是终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子。即： ▲不是所有的密码子都有与之对应的反密码子。 反密码子 密码子 5’ 3’ 氨基酸 A A G 一、遗传信息的翻译 一、遗传信息的翻译 1 E 2 甲 A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 起始 密码子 C A U 5’ 3’ 第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入1位点。 核糖体移动方向 4 翻译的过程 一、遗传信息的翻译 1 E 2 甲 第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入2位点。 C A U 5’ 3’ 组 G U G 5’ 3’ A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 起始 密码子 第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据2位点的tRNA上。 核糖体移动方向 一、遗传信息的翻译 1 E 2 甲 C A U 5’ 3’ 色 C C A 5’ 3’ A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 起始 密码子 组 G U G 5’ 3’ 精 A C G 5’ 3’ 半 G C A 5’ 3’ 半 A C A 5’ 3’ 脯 A G G 5’ 3’ 第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，合成肽链。 核糖体移动方向 一、遗传信息的翻译 1 E 2 A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 起始 密码子 A C A 5’ 3’ 甲 色 组 精 半 半 脯 A G G 5’ 3’ 释放因子 直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。 肽链释放后，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。 核糖体移动方向 一、遗传信息的翻译 位点1 位点2 一、遗传信息的翻译 1.起始 2.运输 3.延伸 4.终止 5.脱离 ◆模板: mRNA ◆原料: 21种氨基酸 ◆能量: ATP ◆搬运工具: tRNA ◆核糖体的移动方向： ◆此过程碱基互补配对原则： A-U、U-A、C-G、G-C 沿着mRNA 5’ 端往3’端移动 ◆遗传信息流向： mRNA→蛋白质 ◆产物: 具有一定氨基酸顺序的蛋白质 ◆场所: 细胞质的核糖体上 一、遗传信息的翻译 多肽链 ◆翻译的结果： 真核生物 由于核膜的阻隔，先转录，再翻译。 DNA mRNA RNA聚合酶 边转录边翻译 原核生物 一、遗传信息的翻译 3.如图表示真核细胞中某基因表达过程的一部分，下列分析正确的是( ) A．图示mRNA中起始密码子位于RNA链上的左侧 B．mRNA上决定甘氨酸的密码子都是GGU C．图中碱基的配对方式有A－U、C－G、A－T D．图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶 小试牛刀 4.下图为基因表达过程的示意图，下列叙述正确的是( )。 A.①是DNA，其一条链可进入细胞质作为转录的模板 B.该图可以表示原核生物基因表达的过程 C.③是核糖体，翻译过程中③将由 <m></m> 向 <m></m> 方向移动 D.④是 <m></m> ，能识别mRNA上的密码子 小试牛刀 在细胞质中翻译是一个快速高效的过程。通常一个mRNA分子上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分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 多聚核糖体——高效翻译的机制 一、遗传信息的翻译 Q2：多条肽链的氨基酸序列是否相同？ 相同，因为模板相同。 一、遗传信息的翻译 ①mRNA为翻译提供了精确的模板； ②通过mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。 Q3：翻译能够精确进行的原因是什么？ 一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。 Q1：如何快速高效地进行翻译呢？ 多聚核糖体现象 不具有，还需要加工。 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 （从右到左） Q4：翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？ Q5：意义是什么？ Q6：翻译的方向？ 一、遗传信息的翻译 5.下图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法不正确的是（ ） A.核糖体相对于①的移动方向是右→左 B.最终合成的肽链②③④⑤的结构相同 C.合成①的场所主要在细胞核，合成②的场所在细胞质 D.①上相继结合多个核糖体导致合成一条多肽链的时间变短 ① ⑤ ④ ③ ② ⑥ 小试牛刀 A—C—U—G—G—A—U—C —U mRNA 反密码子 UGA CCU AGA 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 转录 翻译 蛋白质 密码子 ACU GGA UCU DNA A—C—T—G—G—A—T—C —T T—G—A—C—C—T—A—G—A 肽键 肽键 1 3 6 问题: 基因控制蛋白质合成的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？ 二、基因控制蛋白质合成的相关计算 G C A C G T G C A 模板链 丙氨酸 DNA （基因片段） mRNA 氨基酸 DNA 碱基数目 mRNA 碱基数目 氨基酸 数目 ： ： ： ： 6 3 1 DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n=6:3:1 说明：因为DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA;转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。 二、基因控制蛋白质合成的相关计算 6. 某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( 　 ) A．198个 B．199个 C．200个 D．201个 7.一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成该多肽的模板信使RNA和用来转录信使RNA的DNA分子分别至少要有碱基多少个？（ ） A．3000个和3000个  B．1000个和2000个  C．3000个和6000个  D．2000个和4000个 小试牛刀 DNA复制 转录 翻译 时间 场所 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 方向 信息传递 细胞分裂间期 生长发育过程 主要是细胞核 主要是细胞核 细胞质 DNA的两条链 基因特定的一条链 mRNA 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 21种氨基酸 解旋酶，DNA聚合酶 RNA聚合酶 肽酰转移酶 ATP ATP ATP 子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 特定氨基酸顺序的肽链 A-T,T-A,C-G,G-C A-U,T-A,G-C ,C-G A-U,U-A,G-C,C-G 半保留复制 边解旋边复制 边解旋边转录 一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 从起始密码子到终止密码子 新链从5’端-3’端延伸 新链从5’端-3’端延伸 真核细胞中复制、转录、翻译的比较 DNA→DNA DNA→RNA RNA→蛋白质 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 弗朗西斯·克里克 克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？ 你能从信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律吗？ 三、中心法则 资料1：1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。 RNA复制酶 RNA RNA 烟草花叶病毒 资料2： 1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。 艾滋病病毒 RNA 逆转录酶 DNA 三、中心法则 在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的__________，蛋白质是信息的___________，而_____为信息的流动提供能量，可见：生命是______、______和_______的统一体。 表达产物 ATP 物质 能量 信息 物质载体 DNA 蛋白质 转录 翻译 复制 逆转录 复制 RNA 中心法则： 虚线表示少数生物的遗传信息的流向 三、中心法则 生物种类 遗传信息的传递过程 以DNA作为遗传物质的生物 原核生物 真核生物 DNA病毒 以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒 逆转录病毒 (HIV) 各种生物的遗传信息传递过程 三、中心法则 图1 图2 图3 图4 图5 图6 图7 DNA复制 转录 翻译 翻译 原核细胞：边转录边翻译 真核细胞：先转录后翻译 原核细胞：边转录边翻译 练一练 请判断以下图示分别代表什么过程？ 思考：判断下列各图中的翻译方向？ √ 8.右图表示某种生理过程，下列与此图相关的叙述错误的是（　　） A．图中的“能量”直接来源于ATP水解 B．若X、Y均表示DNA，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶 C.若X是RNA，则Y只能是蛋白质，图中“原料”为氨基酸 D．若X是DNA，Y是RNA，则此过程要以X为模板，酶是RNA聚合酶 小试牛刀 √ 9．中心法则提出了生物遗传信息的传递与表达的过程(如下图所示)。下列与图相关的叙述不正确的是(　　)   A．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是c B．某些RNA病毒遗传信息的表达过程为d→b→c C．真核细胞中，a、b两过程发生的主要场所相同 D．d过程与模板链上碱基配对的碱基有A、U、C、G 小试牛刀 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$