3.4 基因控制蛋白质合成（知识清单）-2024-2025学年高一生物同步教学精品课件+知识清单（浙科版2019必修2）

第四节　基因控制蛋白质合成 一、基因通常是DNA分子的功能片段 1. 基因：基因是具有遗传效应的DNA片段(包括部分病毒的RNA片段)，是遗传物质结构和功能的基本单位，是DNA(部分生物是RNA)分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称。 ①原核细胞基因的编码区是连续的。转录出的RNA 不需要剪切。 ②真核细胞基因的编码区是间隔的、不连续的。编码氨基酸的序列称为外显子,不编码氨基酸的序列称为内含子。转录出来的mRNA前体通过剪切将内含子对应部分,形成成熟mRNA。 2.DNA的双重功能 (1)携带遗传信息：以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性。 (2)表达遗传信息：根据它所存储的遗传信息决定蛋白质的结构。 基因可通过控制酶的合成间接控制生物体的性状;基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 二、DNA与RNA的比较 比较项目 DNA RNA 全称 脱氧核糖核酸 核糖核酸 组成单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 组成元素 C H O N P 化学 组成 相同 磷酸 A G C 特有 脱氧核糖 T 核糖 U 结构 规则的 双螺旋 结构 通常呈 单链 分布 细胞核 (主要)、 线粒体 、 叶绿体 主要分布在 细胞质 中 三、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA 1. 概念：以DNA的一条链为模板，依据碱基互补配对原则，合成RNA的过程。 2. 场所 (1)真核生物：细胞核(主要)、线粒体和叶绿体。 (2)原核生物：拟核和细胞质。 3. 条件 (1)模板：DNA一条链。 (2)原料：四种游离的核糖核苷酸。 (3)酶：RNA聚合酶 (4)能量：ATP (5)原则：碱基互补配对原则（A-U T-A G-C C-G） (6)方向：RNA5’→3’；RNA聚合酶移动的方向 4. 过程 转录的过程：RNA的合成(转录)需要有RNA聚合酶的催化，并且转录不是沿着整条 DNA长链进行的。当RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合时，包括一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开，以其中的一条链为模板，按照碱基配对原则，游离的核苷酸碱基与DNA模板链上的碱基配对，并通过磷酸二酯键聚合成与该片段DNA相对应的RNA分子。 5. 产物：mRNA，tRNA，rRNA。 6.比较mRNA，tRNA，rRNA 种类 mRNA tRNA rRNA 图形 功能 传达DNA上的遗传信息，作为翻译的模板 翻译时携带正确的氨基酸运送到核糖体上，按照mRNA的信息指令连接成蛋白质 核糖体的重要成分，是核糖体行使其功能所必需的 分布 细胞核、细胞质 细胞质 核糖体 相同点 都是转录产生的，都参与翻译过程 7. 拓展    ① RNA聚合酶作用：识别DNA上的启动部位、打开氢键、形成磷酸二酯键. ②在真核生物中，细胞核内转录而来的RNA产物加工成成熟的mRNA，通过核孔运输到细胞质中，用于蛋白质合成。 ③原核生物和在线粒体、叶绿体中的基因转录一般不需要加工。 三、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成 1. 遗传密码与反密码子 (1)概念：mRNA上每3个相邻的核苷酸排列成的三联体，决定一种氨基酸，也称为密码子。 (2)种类：43 =64种，有61种氨基酸。起始密码子是翻译第一个氨基酸的密码子，一般是AUG。但对于原核生物来说，少数蛋白质以GUG作为起始密码子。需要特别注意的是，如果GUG作为起始密码子，它会与AUG一样编码甲硫氨酸，而不是缬氨酸。终止密码子有3种(UAA、UAG、UGA)，不编码氨基酸，是翻译终止的信号。 (3)特点 ①简并性：绝大多数氨基酸有两种以上的遗传密码子。 ②通用性：几乎所有的生物都有相同的遗传密码。（生物界的遗传密码是统一的） ③反密码子：tRNA上与mRNA上的密码子的核苷酸互补配对三个碱基。 3. 遗传信息的翻译 (1)概念：以mRNA为模板，合成具有一定的氨基酸顺序的蛋白质的过程。 (2)场所：核糖体 (3)条件 ①模板：mRNA一条链 ②原料：约20种氨基酸 ③能量：ATP ④工具：tRNA ⑤酶：多种酶 ⑥原则：碱基互补配对原则（A-U U-A G-C C-G） ⑦方向：沿mRNA5’→3’；肽链短到长；核糖体移动的方向。 (4)过程 核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的密码，选择相应的氨基酸，由对应的tRNA转运，加到延伸中的肽链上。当核糖体到达mRNA的终止密码子时，多肽合成结束，核糖体脱离mRNA并进入下一个循环。核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的密码，选择相应的氨基酸，由对应的tRNA转运，加到延伸中的肽链上。当核糖体到达mRNA的终止密码子时，多肽合成结束，核糖体脱离mRNA并进入下一个循环。 (5)特点：一个mRNA分子上有若干个核糖体同时进行翻译过程，翻译出多条肽链，大大提高了翻译效率。 拓展：①在真核生物细胞溶胶中因模板mRNA相同，所以一条mRNA翻译合成的多条多肽链是相同。而原核生物边转录边翻译，且翻译合成的多肽链不一定相同。 ②在一个细胞周期中，DNA复制一次，每个复制起点只起始一次。 ③在一个细胞周期中，基因可多次转录，转录的起点可多次起始。 ④基因中碱基数∶mRNA中碱基数∶蛋白质中氨基酸数=6∶3∶1 　　而基因中含有非编码序列，mRNA中的终止密码子不决定氨基酸，因此可能会出现至少或至多情况。 （6） 基因表达：基因形成RNA产物以及mRNA被翻译为蛋白质的过程。 （7）DNA复制、转录、翻译的比较 项目 DNA复制 转录 翻译 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体 模板 DNA的两条母链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 约20种氨基酸 能量 ATP 相关酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶 碱基配对原则 A-T　T-A C-G　G-C A-U　T-A C-G　G-C A-U　U-A C-G　G-C 产物 2个DNA RNA 多肽 主要特点 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，同时合成多条肽链 信息传递 DNA→DNA DNA→RNA RNA→蛋白质 四、基因控制生物性状(基因—蛋白质—性状) 1.基因和性状的关系 基因控制生物性状的情况是复杂的，一方面，多对基因共同控制生物的某个性状，基因之间存在复杂的相互作用;另一方面，基因的表达受到环境的影响，所以生物的性状(或表型)是基因(或基因型)与环境共同作用的结果。 2.生物的性状主要通过蛋白质来体现 (1)基因通过控制酶的作用来实现间接控制生物体内的生物化学反应，从而控制生物的性状。 (2)基因控制合成的蛋白质可以决定生物体特定的组织或器官的结构，进而影响其功能。 （3）多数情况下是由多个基因共同决定生物体的某种性状。 例如，人的肥胖是由多个基因决定的，其中各个基因分别控制食欲和体重调节等因素，对体重都能够发挥一定的作用，并且饮食习惯和运动习惯等对体重也有重要的影响。 3.需要有多种功能性RNA分子也参与 功能性RNA基因的表达产物就是具有特定功能的RNA分子，它们是不被翻译的(有时也称为非编码RNA)。例如tRNA、rRNA，它们直接参与蛋白质的合成。另外，细胞内还有一些RNA具有催化功能，称为核酶;还有一些RNA具有调控基因表达的功能等。 五、遗传信息流从DNA→RNA→蛋白质 1. 中心法则 中心法则是对遗传信息流动过程的概括,是对 DNA 基本功能的概括,也是对生物遗传物质和性状关系及传递途径的高度概括。   2. 不同类型生物的遗传信息传递过程 (1)以DNA作为遗传物质的生物如真核生物、原核生物、DNA病毒等   (2)具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒) (3)具有逆转录功能的RNA病毒(如HIV、劳氏肉瘤病毒)   （4） 不分裂的高度分化的细胞 基因就是遗传的一个基本功能单位，它在适当的环境条件下控制生物的性状;细胞核中的基因以一定的次序排列在染色体上。从本质上讲，基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段--在大多数生物中是一段DNA，而在 RNA病毒中则是一段RNA。 3.生命是信息、物质和能量的统一体 遗传信息的流动过程中,以DNA、RNA是信息的载体,蛋白质作信息的表达产物, ATP 为信息的流动提供能量，形成一个有机统一。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四节　基因控制蛋白质合成 一、基因通常是DNA分子的功能片段 1. 基因：基因是具有 的DNA片段(包括部分病毒的RNA片段)，是遗传物质结构和功能的基本单位，是DNA(部分生物是RNA)分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称。 ①原核细胞基因的编码区是 的。转录出的 不需要剪切。 ②真核细胞基因的编码区是 。编码氨基酸的序列称为外显子,不编码氨基酸的序列称为内含子。转录出来的mRNA前体通过剪切将内含子对应部分,形成成熟mRNA。 2.DNA的双重功能 (1)携带 ：以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性。 (2) 信息：根据它所存储的遗传信息决定蛋白质的结构。 基因可通过控制 的合成间接控制生物体的性状;基因还能通过控制蛋白质的结构 控制生物体的性状。 二、DNA与RNA的比较 比较项目 DNA RNA 全称 组成单位 组成元素 化学 组成 相同 特有 结构 规则的 结构 通常呈 分布 (主要)、 主要分布在 中 三、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA 1. 概念：以DNA的 条链为模板，依据 原则，合成RNA的过程。 2. 场所 (1)真核生物： 。 (2)原核生物： 。 3. 条件 (1)模板：DNA 条链。 (2)原料：四种游离的 。 (3)酶： (4)能量：ATP (5)原则： （A-U T-A G-C C-G） (6)方向： ； 移动的方向 4. 过程 转录的过程：RNA的合成(转录)需要有 的催化，并且转录 沿着整条 DNA长链进行的。当RNA聚合酶与DNA分子的某一 相结合时，包括一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开，以其中的 条链为模板，按照 原则，游离的核苷酸碱基与DNA模板链上的碱基配对，并通过 聚合成与该片段DNA相对应的RNA分子。 5. 产物：mRNA，tRNA，rRNA。 6.比较mRNA，tRNA，rRNA 种类 mRNA tRNA rRNA 图形 功能 传达DNA上的遗传信息，作为翻译的模板 翻译时携带正确的氨基酸运送到核糖体上，按照mRNA的信息指令连接成蛋白质 核糖体的重要成分，是核糖体行使其功能所必需的 分布 细胞核、细胞质 细胞质 核糖体 相同点 都是 产生的，都参与 过程 7. 拓展    ① RNA聚合酶作用：识别DNA上的启动部位、打开氢键、形成磷酸二酯键. ②在真核生物中，细胞核内转录而来的RNA产物加工成成熟的mRNA，通过核孔运输到细胞质中，用于蛋白质合成。 ③原核生物和在线粒体、叶绿体中的基因转录一般不需要加工。 三、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成 1. 遗传密码与反密码子 (1)概念： 上每3个相邻的核苷酸排列成的三联体，决定一种氨基酸，也称为密码子。 (2)种类：43 =64种，有61种氨基酸。起始密码子是翻译第一个氨基酸的密码子，一般是AUG。但对于原核生物来说，少数蛋白质以GUG作为起始密码子。需要特别注意的是，如果GUG作为起始密码子，它会与AUG一样编码甲硫氨酸，而不是缬氨酸。终止密码子有3种(UAA、UAG、UGA)，不编码氨基酸，是翻译终止的信号。 (3)特点 ① 性：绝大多数氨基酸有两种以上的遗传密码子。 ② 性：几乎所有的生物都有相同的遗传密码。（生物界的遗传密码是统一的） ③反密码子： 上与 上的密码子的核苷酸互补配对三个碱基。 3. 遗传信息的翻译 (1)概念：以 为模板，合成具有一定的 顺序的蛋白质的过程。 (2)场所： (3)条件 ①模板： 条链 ②原料： ③能量：ATP ④工具：tRNA ⑤酶：多种酶 ⑥原则：碱基互补配对原则（A-U U-A G-C C-G） ⑦方向：沿mRNA ；肽链 ； 移动的方向。 (4)过程 核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的密码，选择相应的氨基酸，由对应的tRNA转运，加到延伸中的肽链上。当核糖体到达mRNA的终止密码子时，多肽合成结束，核糖体脱离mRNA并进入下一个循环。核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的密码，选择相应的氨基酸，由对应的tRNA转运，加到延伸中的肽链上。当核糖体到达mRNA的终止密码子时，多肽合成结束，核糖体脱离mRNA并进入下一个循环。 (5)特点：一个mRNA分子上有 个核糖体 进行翻译过程，翻译出 条肽链，大大提高了翻译效率。 拓展：①在真核生物细胞溶胶中因模板mRNA相同，所以一条mRNA翻译合成的多条多肽链是相同。而原核生物边转录边翻译，且翻译合成的多肽链不一定相同。 ②在一个细胞周期中，DNA复制 次，每个复制起点只起始 次。 ③在一个细胞周期中，基因可 次转录，转录的起点可 次起始。 ④基因中碱基数∶mRNA中碱基数∶蛋白质中氨基酸数=6∶3∶1 　　而基因中含有非编码序列，mRNA中的终止密码子不决定氨基酸，因此可能会出现 情况。 （6） 基因表达：基因形成RNA产物以及mRNA被翻译为蛋白质的过程。 （7）DNA复制、转录、翻译的比较 项目 DNA复制 转录 翻译 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体 模板 DNA的两条母链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 约20种氨基酸 能量 ATP 相关酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶 碱基配对原则 A-T　T-A C-G　G-C A-U　T-A C-G　G-C A-U　U-A C-G　G-C 产物 2个DNA RNA 多肽 主要特点 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，同时合成多条肽链 信息传递 DNA→DNA DNA→RNA RNA→蛋白质 四、基因控制生物性状(基因—蛋白质—性状) 1.基因和性状的关系 基因控制生物性状的情况是复杂的，一方面，多对基因共同控制生物的某个性状，基因之间存在复杂的相互作用;另一方面，基因的表达受到环境的影响，所以生物的性状(或表型)是 与 共同作用的结果。 2.生物的性状主要通过 来体现 (1)基因通过控制酶的作用来实现间接控制生物体内的生物化学反应，从而控制生物的性状。 (2)基因控制合成的蛋白质可以决定生物体特定的组织或器官的结构，进而影响其功能。 （3）多数情况下是由多个基因共同决定生物体的某种性状。 例如，人的肥胖是由多个基因决定的，其中各个基因分别控制食欲和体重调节等因素，对体重都能够发挥一定的作用，并且饮食习惯和运动习惯等对体重也有重要的影响。 3.需要有多种功能性RNA分子也参与 功能性RNA基因的表达产物就是具有特定功能的RNA分子，它们是不被翻译的(有时也称为非编码RNA)。例如tRNA、rRNA，它们直接参与蛋白质的合成。另外，细胞内还有一些RNA具有催化功能，称为核酶;还有一些RNA具有调控基因表达的功能等。 五、遗传信息流从DNA→RNA→蛋白质 1. 中心法则 中心法则是对遗传信息流动过程的概括,是对 DNA 基本功能的概括,也是对生物遗传物质和性状关系及传递途径的高度概括。   2. 不同类型生物的遗传信息传递过程 (1)以DNA作为遗传物质的生物如真核生物、原核生物、DNA病毒等   (2)具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒) (3)具有逆转录功能的RNA病毒(如HIV、劳氏肉瘤病毒)   （4） 不分裂的高度分化的细胞 基因就是遗传的一个基本功能单位，它在适当的环境条件下控制生物的性状;细胞核中的基因以一定的次序排列在染色体上。从本质上讲，基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段--在大多数生物中是一段DNA，而在 RNA病毒中则是一段RNA。 3.生命是信息、物质和能量的统一体 遗传信息的流动过程中,以DNA、RNA是信息的载体,蛋白质作信息的表达产物, ATP 为信息的流动提供能量，形成一个有机统一。 学科网（北京）股份有限公司 $$