4.1 基因指导蛋白质的合成课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

基因指导蛋白质的合成-1 第4章 基因的表达 学习目标： 理解遗传信息的转录过程 掌握转录和DNA复制的区别 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 小结 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？ DNA携带的遗传信息——碱基序列 蛋白质——氨基酸序列 mRNA携带的遗传信息——碱基序列 转录 ? 遗传信息的转录 01 Dna是一种核酸，转录后的产物是rna，虽然能出细胞核了，也是一种核酸，怎么转化为蛋白质呢 3 翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。 U A U G C A U G A U C G A G C U U 实质 mRNA——碱基序列 蛋白质——氨基酸序列 碱基4种 氨基酸21种 遗传信息的翻译 02 这一过程叫做翻译 实质上是碱基序列转化为氨基酸序列，组成人体蛋白质的氨基酸有多少种 4 mRNA上的4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？ 决定一个 氨基酸碱基个数 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 遗传信息的翻译 02 想要用碱基来表示氨基酸，先来看看一个碱基的情况 5 后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了64个遗传密码子。 密码子 密码子：信使RNA（mRNA）上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。 密码子的示意图 位置：在mRNA上 识别：密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。 遗传信息的翻译 02 看一看密码子的概念，mrna上面的三个相邻的碱基作为一个密码子，注意了密码子只存在mrna上 6 种类：64种 起始密码子（2种）：AUG、GUG 普通密码子（59种）：只编码氨基酸 终止密码子（3种）：UAA、UAG、UGA，一般不编码氨基酸 密码子 遗传信息的翻译 02 7 特性 专一性：通常一种密码子只决定一种氨基酸。 简并性：绝大多数氨基酸具有两个及以上不同密码子。 通用性：地球上几乎所有生物都共用一套密码子。 密码子 遗传信息的翻译 02 怎么看表， 8 密码子 遗传信息的翻译 02 CGC UCG AAA GUC 找到以下密码子对应的氨基酸 精氨酸 丝氨酸 赖氨酸 缬氨酸 怎么看表， 9 讨论以下问题，展示学习成果： 从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ 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。 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。 遗传信息的翻译 02 10 讨论以下问题，展示学习成果： 几乎所有的生物体都共用上述密码子（通用性），根据这一事实，你能想到什么？ 地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。 遗传信息的翻译 02 11 mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”。 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？ 遗传信息的翻译 02 12 运输氨基酸的工具——tRNA RNA链经过折叠，形成三叶草形。 比mRNA小，RNA单链经过折叠形成4环4臂，环的部分没有碱基互补配对，臂的部分由于碱基互补配对形成氢键。 形态 识别氨基酸 转运氨基酸 功能 3' 5' 结合 氨基酸的部位 碱基配对 遗传信息的翻译 02 作为rna是一种转录产物，是一个单链，但是内部的碱基也可以互补配对，最终形成了一个三叶草的结构 13 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运 功能特性 3' 5' 结合 氨基酸的部位 碱基配对 mRNA 5' 3' A C U 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。（终止密码子不决定氨基酸，不需转运，无对应的反密码子） 反密码子 运输氨基酸的工具——tRNA 遗传信息的翻译 02 氨基酸与tRNA是一一对应的吗？ 密码子 U G A 反密码子 大家觉得所有的trna都一样，携带的氨基酸全看运气，能不能碰上想要的氨基酸也全靠运气这样行不行， Mrna上有密码子，trna就有了反密码子，密码子和反密码子是相反的，可以发生碱基互补配对的 14 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’ 核糖体移动方向 翻译的过程 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位点1。 遗传信息的翻译 02 15 1 E 2 甲 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 核糖体移动方向 第2步：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。 第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。 翻译的过程 遗传信息的翻译 02 16 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’ 核糖体移动方向 第4步：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。 翻译的过程 遗传信息的翻译 02 17 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’ 直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。 肽链合成后，从核糖体上脱离，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 翻译的过程 遗传信息的翻译 02 翻译的过程是无止境的吗？ Mrna有多长就翻译多长？ 要在内质网和高尔基体进一步的加工 18 翻译场所： 条件 能量： 模板： 原料： 工具： 原则： A－U、U－A、G－C、C－G 产物： 遗传信息传递的方向： 遗传信息的翻译 02 细胞质中的核糖体上 ATP mRNA 21种氨基酸 tRNA 碱基互补配对原则。 多肽，经加工后成为成熟的蛋白质 RNA→蛋白质 19 翻译高效的原因 多聚核糖体：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（如下图），少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 正在合成的肽链 核糖体 mRNA 核糖体移动方向 5’ 3’ 核糖体在mRNA上的移动方向/翻译方向？ 多聚核糖体上形成的多条肽链相同吗？ 一样。因为模板是一样的。 遗传信息的翻译 02 20 真核生物 先在细胞核内转录，后在细胞质翻译。 线粒体/叶绿体内转录、翻译同时进行。 原核生物 边转录边翻译。 mRNA 遗传信息的翻译 02 前面说的都是在真核细胞当中，dna解旋后，先转录再复制， 而在原核生物中，没有细胞核阻挡，既可以截选，转录，复制，三个项目同时搞 21 A—C—T—G—G—A—T—C —T T—G—A—C—C—T—A—G—A 基因表达的过程中，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？ A—C—U—G—G—A—U—C —U UGA CCU AGA 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 转录 翻译 ACU GGA UCU DNA 1 3 6 mRNA 蛋白质 密码子 反密码子 遗传信息的翻译 02 蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的长链，氨基酸又trna转运，上面的反密码子对应mrna上面的密码子，密码子又是由dna转录而来 22 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 说明：真核生物基因中存在不编码蛋白质的片段（内含子），所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n；转录的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸；所以实际上mRNA所含的碱基数大于3n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。 遗传信息的翻译 02 23 小结：基因指导蛋白质合成过程，就是遗传信息从 DNA流向RNA，进而流向蛋白质的过程。 24 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 提出者：克里克（F.Crick） 内容 遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制； 也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。 克里克（F.Crick） 中心法则 03 中心法则 25 内容： 一些RNA病毒（烟草花叶病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA，体内存在RNA复制酶，实现RNA复制； 一些RNA病毒（HIV病毒）的遗传信息可以从RNA流向DNA，存在RNA逆转录酶，RNA逆转录合成DNA。 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA 复制 RNA 逆转录 中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向） HIV病毒 烟草花叶病毒模式图 中心法则 03 26 生命是物质、能量和信息的统一体 DNA、RNA是信息的载体； 蛋白质是信息的表达产物； ATP为信息的流动提供能量。 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA 复制 RNA 逆转录 中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向） 中心法则 03 DNA,RNA,蛋白质谁先有的，鸡生蛋蛋生鸡 实际上认为rna最先有，有些同学问，酶不都是蛋白质吗，大部分是，少部分是rna， 27 同一生物能发生中心法则的所有过程吗？ 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 (烟草花叶病毒) 逆转录病毒 (HIV) 翻译 蛋白质 复制 DNA 转录 RNA 复制 RNA 蛋白质 翻译 蛋白质 翻译 转录 DNA RNA 逆转录 RNA 复制 各种生物的遗传信息传递过程 中心法则 03 28 能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递 高度分化的细胞（洋葱表皮细胞、胰岛B细胞） 请写出以下生物的遗传信息的传递过程。 哺乳动物成熟的红细胞（高度分化）无DNA复制、转录、翻译过程。 中心法则 03 29 小结 下节课见 31 $$