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

第1节 基因指导蛋白质的合成 第四章 基因的表达 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 1 新课导入 你知道抗虫棉是怎么培育的吗？ 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，培育出会产生Bt抗虫蛋白抗虫棉花植株。 基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达(基因指导蛋白质的合成)。 基因控制蛋白质的合成 细胞核 核糖体 细胞质 RNA DNA 科学家推测：在DNA和蛋白质之间，存在一种中间物质，充当信使。 3 一、遗传信息的转录 请同学们自主阅读教材P64-65，完成问题。 1.RNA的结构单位是什么？由哪些成分组成？ 2.RNA与DNA在化学组成和结构上的区别有哪些？ 3.RNA为什么适合作DNA的信使？ 4.RNA的种类有哪三种？ 4 一、遗传信息的转录 1.RNA (1).RNA的组成 核糖 碱基 磷酸 G 元素组成： 基本单位： C、H、O、N、P RNA（核糖核酸） 聚合 （4种）核糖核苷酸 5 一、遗传信息的转录 (2).RNA与DNA的比较 DNA 一般呈规则的双螺旋 多呈单链 RNA 基本单位 分布 (真核） 空间结构 主要在细胞核 少量在细胞质（线粒体、叶绿体） 主要在细胞质（细胞质基质、线粒体、叶绿体、核糖体） 少量在细胞核 6 一、遗传信息的转录 1.RNA （3）RNA适合于做信使的原因 原因一 原因二 原因三 它是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基(C、G、A、U(尿嘧啶))共同组成4种核苷酸，它也能储存遗传信息。 RNA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。 在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。 7 一、遗传信息的转录 1.RNA （4）RNA的种类和功能 信使RNA（mRNA）：翻译的模板 核糖体RNA（rRNA）：与蛋白质构成核糖体。 转运RNA（tRNA）：识别并转运氨基酸的工具。 少数RNA还具有催化作用， 有的作为RNA病毒的遗传物质 8 DNA的遗传信息 RNA的遗传信息 转录 过程如何呢 核DNA的遗传信息 mRNA的遗传信息 细胞质中的蛋白质 转录 翻译 基因控制蛋白质的合成 细胞核 核糖体 细胞质 RNA DNA 10 一、遗传信息的转录 2.遗传信息的转录 请同学们结合教材P64的文字，和图4-4小组合作探究下列问题。完成问题。 什么是转录？ 转录的模板、原料、场所分别在哪里？ 转录的具体过程？结果？ 11 一、遗传信息的转录 2.遗传信息的转录 （1）概念 通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的RNA的过程。 （2）场所 真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质） 原核生物：拟核 （4）条件 模板： 原料： 能量： 酶： DNA的一条链 4种游离核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶（解开氢键，形成磷酸二酯键） （3）时期 生长发育过程 12 ① U A A G U C C C T T G G A A A DNA 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 3. 连接 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。 2. 配对 4. 释放 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 ② ④ ③ mRNA 游离的核糖核苷酸 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。 RNA聚合酶 一、遗传信息的转录 任务一：读图4-4,结合文字，小组讨论回答以下问题： 1.转录是以DNA的一整条单链为模板吗？ 2.转录发生在什么时期？分裂期可以进行转录吗？ 3.转录的产物仅是mRNA吗？ 4.转录有什么特点？ 5.转录有什么意义？ 否，是以基因为单位进行转录 个体发育的任何时期。分裂期的染色体高度螺旋，DNA很难解旋，转录很难发生。 RNA DNA 转录 mRNA tRNA rRNA 边解旋边转录 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备 15 1.转录与DNA复制有什么共同之处？ 这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？ 2.转录与DNA复制有什么不同之处？ 思考与讨论 都需要模板、酶，都遵循碱基互补配对原则，都需要消耗能量 碱基互补配对原则，能够保证遗传信息传递的准确性 DNA复制 转录 模板 原料 酶 亲代DNA的两条链 四种游离的脱氧核苷酸 解旋酶和DNA聚合酶 四种核糖核苷酸 DNA的一条链 RNA聚合酶 思考： DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C 信使RNA G C T T G G A G T G C G G C U U G G A G U G C G 按照碱基配对原则，以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列如下，写出b链以及对应的a链的碱基序列。 非模板链 模板链(转录) 3.转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有哪些异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有哪些异同？ 互补配对 序列基本相同： 只是RNA链上是U，DNA上是T 模板链 非模板链 6.一个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。 7.同一生物不同种类的细胞，mRNA的种类和数量相同么？ 由于基因的选择性表达，同一生物不同种类的细胞， mRNA的种类和数量不同。 思考： 复 制 转 录 场所 时间 模板 酶 能量 原则 原料 信息传递 产物 主 要 在 细 胞 核 内、线粒体、叶绿体 分裂间期 个体发育的任何时期（分裂的细胞发生在间期） 亲代DNA的两条链 DNA的一条链上的某片段 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP A—T G—C A—U T—A G—C 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 两个子代DNA RNA聚合酶 m RNA、t RNA、r RNA DNADNA DNARNA 20 1.水稻根尖细胞转录的场所为细胞核，叶绿体和线粒体 2、一个基因的两条链均可作为转录的模板链 3、一个DNA的两条链均可能作为转录的模板链 4一个DNA在不同时期转录的mRNA种类不一定相同 5、不同的细胞在同一时期转录的mRNA相同 6、转录与DNA复制过程均需要解旋酶打开氢键 7、分裂的细胞在间期进行DNA复制，在分裂期进行转录 √ √ X X X X X 判断正误 核DNA的遗传信息 mRNA的遗传信息 细胞质中的蛋白质 转录 翻译 二、遗传信息的翻译 1.概念 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。 二、遗传信息的翻译 mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系？ 4种 21种 ? 1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸； 2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸； 3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸， 4 64 16 第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要 23 二、遗传信息的翻译 2.密码子 (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 24 二、遗传信息的翻译 2.密码子 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 (4)密码子的个数： (5)密码子的种类： 共64种密码子 3个终止密码子 (UAA/UAG/UGA) 2个起始密码子 (AUG/GUG) 编码氨基酸的密码子有多少个？ 62个 25 二、遗传信息的翻译 2.密码子 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)密码子与氨基酸的关系： ①1种氨基酸可能由 . 种密码子决定（也叫密码子的简并性） ②1种密码子只能决定 氨基酸 1种或几种 1种 26 （2）简并性： 特点： 在一定程度上，能防止由于碱基的改变，而导致的遗传性状的改变。 意义：减少变异发生的频率，提高容错性！ （3）通用性： 在生物界，从病毒到人类的所有生物共用一套密码子，说明生物彼此之间亲缘关系。 一种氨基酸可由一种或几种密码子决定 （1）专一性： 一种密码子只决定一种氨基酸。 2.密码子 二、遗传信息的翻译 二、遗传信息的翻译 那么游离在细胞质中的氨基酸是如何运送到“生产线”上的呢？ mRNA进入细胞质后与核糖体结合，形成生产蛋白质的“生产线”。 核糖体 细胞质 谷氨酸 甲硫氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 “搬运工” 28 二、遗传信息的翻译 3.运输氨基酸的工具 ——tRNA 3' 5' (1)形态： RNA链经过折叠，形成三叶草形，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。 (2)结构： 一端为氨基酸结合的部位，另一端为反密码子，能与密码子碱基互补配对（A-U U-A C-G G-C） 结合氨基酸的部位 反密码子 以下mRNA对应的tRNA碱基序列是？ 29 二、遗传信息的翻译 3' 5' 结合氨基酸的部位 反密码子 (3)功能： ①识别氨基酸 ②转运氨基酸 特点： 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 30 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 肽链 密码子 ACU GGA UCU DNA A链 A—C—T—G—G—A—T—C—T B链 T—G—A—C—C—T—A—G—A 肽键 肽键 假设以B链为模板进行转录 阅读教材68-69页内容，并结合图4-7总结翻译所需条件，过程 ，特点.并尝试翻译下面mRNA携带的遗传信息 5’-AAAUGCACUGGCCUGUCGUGAAUUAA-3’ 二、遗传信息的翻译 1、定义： 4、原料：______________ 21种氨基酸 2、场所：_____________________ 6、过程：___________________ 细胞质中的核糖体 起始、延伸、终止 3、模板：__________ 7、产物：____________ 8、遗传信息传递方向：__________________ mRNA 多肽链 mRNA 蛋白质 肽链由各相邻的氨基酸通过 连接形成。 肽键 在细胞质中，游离的各种氨基酸，以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译。 5、工具：______________ t RNA 二、遗传信息的翻译 33 翻译的过程： 核糖体 核糖体 核糖体 U A U C G u C U G G G A U A C G G C A A U A C A G U C A C C G G A U mRNA U A C C G u G G A C U G 多肽链 二、遗传信息的翻译 34 9、结果： 合成的仅是肽链，要形成蛋白质还需进一步加工，如果是分泌蛋白则需要内质网、高尔基体等结构参与，形成一定的空间结构后才能运送到相应岗位发挥作用。 10、特点： 二、遗传信息的翻译 一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链 多聚核糖体现象 翻译方向？ 从左向右 二、遗传信息的翻译 (1)原核生物边转录边翻译，真核生物先转录后翻译(核基因）。 原核生物转录的mRNA不需要加工，真核生物需在细胞核加工 后才能发挥作用 原核生物与真核生物转录、翻译的比较 判断正误 1、翻译过程中一条mRNA上相继结合多个核糖体提高了一条肽链的合成速率。 2、翻译过程中碱基配对方式保证了遗传信息的精确传递 3、翻译的产物与核糖体脱离后可直接到相应岗位行驶功能 4、细胞核、线粒体和叶绿体中均能发生转录和翻译过程 5、图中mRNA沿核糖体从左向右移动 6、一种tRNA只能运输一种氨基酸，一种氨基酸也只能由一种tRNA携带 7、密码子在mRNA上，有64种，反密码子在tRNA上，也有64种 8、 tRNA中含有一定数量的氢键 √ √ X X X X X X 四、中心法则 复制 转录 翻译 信息流动方向 请设计一幅概念图，描述DNA、RNA、蛋白质等物质间信息流动的关系。 1957年，克里克－－中心法则 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 中心法则及其发展 RNA DNA 蛋白质 转录 翻译 复制 逆转录 复制 中心法则是对遗传信息的传递过程的概括。 虚线表示少数生物遗传信息的流向 42 在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。 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 一般的RNA病毒 逆转录病毒 (HIV) 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 复制 RNA 翻译 蛋白质 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 RNA 44 13.中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递的过程。请回答下列问题: (1)图中a、b、c、d所表示的四个过程分别是　　　、　　　、　　和　。 (2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是　　　　(用图中的字母回答)。 (3)a过程发生在真核细胞分裂前的　　　　期。 (4)在真核细胞中,a和b两个过程发生的主要场所是　　　　　。 (5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是　　　　,其能携带的分子是　。　　　 (6)RNA病毒的遗传信息传递的途径有(用类似本题图中的形式表述):①　; ②　。 课堂练习 DNA复制 转录 翻译 逆转录 C 间期 细胞核 tRNA 氨基酸 复制 RNA 翻译 蛋白质 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 RNA 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 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 ATP ATP ATP 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 mRNA、tRNA、rRNA 特定氨基酸顺序的肽链 新链从5’端-3’端延伸 新链从5’端-3’端延伸 从起始密码子到终止密码子 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 复制、转录、翻译比较 A—C—U—G—G—A—U—C—U mRNA 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 转录 翻译 肽链 DNA A链 A—C—T—G—G—A—T—C—T B链 T—G—A—C—C—T—A—G—A 肽键 肽键 当堂训练 假设以B链为模板进行转录 1个氨基酸 3个碱基 6个碱基 基因中的碱基数（双链）：mRNA中的碱基数：合成蛋白质的氨基酸个数=_________ 6∶ 3∶ 1 一段原核生物的mRNA通过翻译合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有多少个碱基及合成这段多肽最多需要多少个tRNA? A.33,11 B.36,12 C.12,36 D.11,36 某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是（ ） A、75对碱基 B、78对碱基 C、90对碱基 D、93对碱基 B D 5、原核生物与真核生物转录、翻译的比较 (1)转录和翻译的场所： ①真核细胞 ②原核细胞：细胞质(DNA复制、转录、翻译)。 ③病毒：寄主细胞内(遗传物质的复制、转录、翻译)。 细胞核： 细胞质 核糖体：翻译 叶绿体 线粒体 DNA复制、转录、翻译 DNA复制、转录 5、原核生物与真核生物转录、翻译的比较 课堂小结 场所 模板 原料 产物 细胞核 DNA分子的一条链 4种核糖核苷酸 mRNA tRNA rRNA 场所 模板 原料 产物 核糖体 21种氨基酸 具有一定氨基酸顺序的肽链(蛋白质) mRNA 转运 蛋白质 DNA RNA 逆转录 转录 翻译 密码子 编码 氨基酸 合成 mRNA rRNA tRNA 51 场所：核糖体 产物：多肽 模板：mRNA 原料：氨基酸 酶和能量：相关酶及ATP tRNA 条件 翻 译 转 录 场所：主要在细胞核 产物：RNA 模板：DNA分子的一条链 原料：核糖核苷酸 酶： RNA聚合酶 能量：ATP 条件 DNA mRNA 蛋白质 基因指导蛋白质的合成 $$