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（2019）必修2

第1节 基因指导蛋白质的合成 第2课时 微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！ 目标 01 02 03 概述遗传信息的转录和翻译过程。 计算DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。 基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。 教学目标 2 遗传信息的转录过程（视频） 1.概念： 2.时间： 3.场所： 4.条件： 在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程叫作转录。 个体生长发育的整个过程 细胞核（主要场所） 模板： 原料： 能量： 酶： 提醒：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段（并非整个DNA）。 DNA的一条链 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 （*打开氢键、形成磷酸二酯键） 温故知新：遗传信息的转录 碱基互补配对原则 A－U、T－A、G－C、C－G 5.原则： 6.产物： 7.特点： RNA（三种RNA） 边解旋边转录 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。 8.转录的意义： 温故知新：遗传信息的转录 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的呢？ 1.翻译的概念： 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 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顺序的蛋白质的过程。 三、遗传信息的翻译 2.翻译的实质： 将mRNA 的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 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种碱基如何决定21种氨基酸? 4 42＝16 43＝64 三、遗传信息的翻译 7 后来科学家又通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码。证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，每3个这样的碱基叫做 一个密码子。一共有64个密码子。 (1)定义： 2.密码子 mRNA上 (2)位置： mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 (3)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 三、遗传信息的翻译 8 脯氨酸 例:CCG 第1个字母 第2个字母 第3个字母 密码子 色氨酸 U G G UGG 丙氨酸 G C U GCU C GCC A GCA G GCG 21种氨基酸的密码子表 三、遗传信息的翻译 AAA ? 赖氨酸 色氨酸? UGG 丙氨酸? GCU GCC GCA GCG 三、遗传信息的翻译 （4）密码子与氨基酸的对应关系： ① 一个密码子决定一种氨基酸， GUG和终止密码子除外 ②一种氨基酸可能对应一个或 多个密码子。 （作为起始密码子时，编码甲硫氨酸, 不作为起始密码子时，编码缬氨酸） （5）密码子个数： ① 2个起始密码子 共64个密码子 一般情况下3个终止密码子不决定氨基酸， 特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。 因此：一般情况下，决定氨基酸的密码子有61种。特殊情况下62种。 真核生物只有1种 原核生物可以有2种 AUG（编码甲硫氨酸） GUG AUG （6）密码子种类： ② 3个终止密码子 三、遗传信息的翻译 （编码甲硫氨酸） （UAA、UAG、UGA） （AUG、GUG） 共64种密码子 (7)密码子特点： ①简并性 ②通用性 （当密码子中有一个碱基改变时， 由于密码子的简并性，可能并 不会改变其对应的氨基酸） 含义：地球上几乎所有的生物体都共用 一套密码子， 三、遗传信息的翻译 含义：绝大多数氨基酸都有几个密码子 说明：地球上的生物可能有共同起源。 b可以保证翻译的速度。 意义： a增强密码子的容错性。 （当某种氨基酸使用频率较高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度） mRNA进入细胞质后与核糖体结合，形成生产蛋白质的“生产线”，那么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？ 异亮氨酸 甲硫氨酸 谷氨酸 亮氨酸 三、遗传信息的翻译 A C G U G A U U A mRNA 核糖体 13 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 3.运输氨基酸的工具——tRNA（转运RNA） 比mRNA小，RNA单链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基。这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫做反密码子。 (1)形态： 三叶草形 (2)功能： 识别并转运特定氨基酸 氨基酸与tRNA是否是一一对应的关系呢？ 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 (4)功能特点： 三、遗传信息的翻译 (形成氢键) (3)反密码子： 是指tRNA上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。 组 氨酸 遗传信息的翻译过程（视频） 1 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AUG互补配对进入位点1。 三、遗传信息的翻译 4.翻译的过程: 1 2 甲 第2步：携带某个氨基酸（组氨酸）的tRNA以同样的方法进入位点2。 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：甲硫氨酸与这个氨基酸脱水缩合形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。 三、遗传信息的翻译 4.翻译的过程 1 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mRNA移动，读取下一个密码子。原位点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。 核糖体移动方向 三、遗传信息的翻译 4.翻译的过程 18 1 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’ 直到核糖体遇到mRNA上的 终止密码子，合成才告终止。 肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。 三、遗传信息的翻译 4.翻译的过程 19 正在合成的肽链 核糖体 mRNA 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。 （4）翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？ 不具有，还需要加工。 （2）多条肽链的氨基酸序列是否相同？ 相同，因为其模板相同。 多聚核糖体现象 三、遗传信息的翻译 5.多聚核糖体现象： （1）多聚核糖体意义是: 少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质 （3）翻译的方向:（即核糖体移动的方向） 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 （从右向左） 由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？ 6.真核、原核生物翻译的特点 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 三、遗传信息的翻译 DNA RNA 聚合酶 肽链 22 7.基因控制蛋白质合成的相关计算 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 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？ 三、遗传信息的翻译 DNA （基因片段） G C A C G T G C A 模板链 丙氨酸 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。 7.基因控制蛋白质合成的相关计算 三、遗传信息的翻译 ①概念： ②场所： ③条件： ④产物： ⑤翻译的方向： ⑥多聚核糖体的意义： a、模板： b、原料： c、转运工具： d、能量： e、碱基互补配对： 以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 细胞质的核糖体 mRNA 21种氨基酸 tRNA ATP 具有特定氨基酸顺序的蛋白质 肽链短→肽链长 G－C、C－G、U－A、A－U mRNA-tRNA 遗传信息的翻译过程(总结） 少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质 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 个体生长发育的任何时期 主要是细胞核 主要是细胞核 核糖体 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 26 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 27 $$