4.1.2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（2019）必修2

基因指导蛋白质 的合成 第1节 第4章 基因的表达 遗传信息的翻译 学习 目标 分析遗传信息翻译的产所、原料、模板及特点【生命观念、科学思维】 构建翻译过程的模型，理解基因指导蛋白质合成的过程【科学思维】 01 02 情境导入 遗传信息的翻译 01 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。 一、翻译的概念 翻译的概念 实质：将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 转录 翻译 一一对应 ？ DNA 4种碱基 （ATGC) mRNA 4种碱基 (AUGC) 蛋白质 21种氨基酸 核糖体是如何读懂mRNA上的遗传信息，并精准将其“翻译”成蛋白质的？ 二、翻译的模板 mRNA 思考：mRNA的4种碱基 21种氨基酸 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， 氨基酸 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 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 ？ 二、翻译的模板 密码子 【资料1】 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。 结论1 ：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫作密码子。 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 思考：肯定不是密码子的是哪一个? ATA、UUU、AUA、CCC、AGC 二、翻译的模板 密码子 【资料2】 1961年,尼伦伯格、马太做的蛋白质的体外合成实验: ①取20支试管，分别加入20种氨基酸。 ②给每支试管中加入去除了DNA和mRNA的细胞提取液（含核糖体和酶）。 ③给每支试管加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸。 ④检测每支试管中肽链的合成情况。 实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的 结论2 ：UUU是苯丙氨酸的密码子。 二、翻译的模板 密码子 mRNA 5' 3' G U G G A A C C U 密码子 密码子 密码子 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。 定义： mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 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 位置： mRNA上 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 第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子 苯丙氨酸 U U U UUU 精氨酸 A G A AGA 二、翻译的模板 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 终止密码子： 、 、______ __ 种类 起始密码子：_____（甲硫氨酸）、 （ 种） _____（缬氨酸、甲硫氨酸） 64 UAA GUG AUG UGA（硒代半胱氨酸） UAG 一种密码子决定____种氨基酸， 一种氨基酸由_________密码子决定。 1种或几种 1 二、翻译的模板 分析密码子的特点 1．从教材P67的密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ G C G A U U G A U C G A C G A 正常mRNA G C G A U C G A C C G A C G A 错误mRNA 天冬氨酸 天冬氨酸 精氨酸 精氨酸 密码子的简并性 ①增强密码子的容错性。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； ②提高使用频率。当某种氨基酸使用频率高时，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。 思考·讨论 密码的通用性 2.地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么？ 分析密码子的特点 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。 思考·讨论 游离在细胞质中的氨基酸，是怎样精准地被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？ 甲硫 组 色 精 半胱 半胱 脯 谷 丝 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’ 寻找证据：1955年美国科学家扎米尼克（Paul Charles Zamecnik）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（即核糖体）进行蛋白质合成，这种RNA后来被命名为tRNA 。 三、氨基酸的“搬运工” 结论：运输氨基酸的工具 ——tRNA 碱基配对 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对 RNA链经过折叠，形成三叶草形 ①1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸（专一性） ②一种氨基酸可以由一种或多种tRNA携带 结构： 特点： tRNA 三、氨基酸的“搬运工” 碱基配对 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对 反密码子： 密码子 反密码子 CGU 位于tRNA上，与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。 思考：①若反密码子为GUA，则携带的氨基酸是？ ②若密码子为UAA，则对应的反密码子是？ ②由于UAA是终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的tRNA及反密码子。 反密码子 三、氨基酸的“搬运工” GCA 种类 决定氨基酸的密码子有61或62种，故反密 码子有 __；tRNA有 __。 61或62种 61或62种 探究活动：mRNA进入细胞质中与核糖体结合，形成“核糖体-mRNA复 合物”。阅读教材P68，掌握遗传信息翻译的过程。 四、遗传信息的翻译过程 1 2 甲 组 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 起始密码子 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。 第一步 核糖体移动方向 1 2 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 甲 核糖体 四、遗传信息的翻译过程 翻译的过程 1 2 甲 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。 通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。 组 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 第二步 第三步 四、遗传信息的翻译过程 翻译的过程 1 2 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。 精 色 半 半 甲 组 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 脯 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 核糖体移动方向 A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 第四步 四、遗传信息的翻译过程 翻译的过程 1 2 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。 精 色 半 半 甲 组 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 脯 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 核糖体移动方向 A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 第四步 四、遗传信息的翻译过程 翻译的过程 1 2 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 四、遗传信息的翻译过程 翻译的过程 5’ 3’ 5’ 3’ 甲 组 色 精 半 半 脯 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。 第五步 直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。 四、遗传信息的翻译过程 （2）该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗？ 1．当健康人进食后，血糖水平快速上升，但经机体调节后血糖能恢复正常至，研究发现该过程与胰岛素的合成有关。图中为细胞内胰岛素合成过程中，存在大量多聚核糖体。请据图分析回答下列问题： （1）图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？ 不完全一样 复制 A—T、T—A、G—C、C—G 转录 A—U、T—A、C—G、G—C 翻译 A—U、U—A、C—G、G—C （3）根据教材中的密码子表，写出图甲中翻译出的氨基酸序列。 甲硫氨酸 丙氨酸 丝氨酸 多肽链 tRNA 核糖体 理解翻译的过程 随堂训练 （4）图乙中①⑥分别是什么分子或结构？ 核糖体移动的方向是怎样的？ 相同。因为它们的模板是同一条mRNA。 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。 （5）最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？ （6）图乙所示的翻译特点，其意义是什么？ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ mRNA 核糖体 理解翻译的过程 随堂训练 由①到②。 乙 请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。 原核生物：边转录边翻译 真核生物：先转录，后翻译 思维训练 真核细胞和原核细胞基因表达的区别 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 思维训练 基因表达的相关计算 随堂训练 2.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽链最多需要的tRNA个数依次为(　　) A.33,11 B.36,12 C.12,36 D.11,36 3.关于基因表达的叙述，正确的是（ ） A. 所有生物基因表达过程中用到的 RNA 和蛋白质均由 DNA 编码 B.DNA 双链解开，RNA 聚合酶起始转录，移动到终止密码子时停止转录 C. 翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性 D. 多肽链的合成过程中，tRNA 读取 mRNA 上全部碱基序列信息 √ √ 中心法则 02 复制 复制 中心法则 探究活动：尝试从信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律。 思考：所有生物遗传信息传递过程都相同吗？ 不同生物遗传信息传递过程不一定相同 蛋白质 DNA RNA 逆转录 转录 翻译 中心法则：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。 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) 随堂训练 2.如图是中心法则示意图，下列相关叙述错误的是 （　　） A.果蝇精原细胞的基因突变主要发生在a过程 B.洋葱根尖细胞的b过程可以发生在细胞核和线粒体中 C.c、d过程所需的原料分别是氨基酸、脱氧核苷酸 D.d、e过程可分别发生在HIV和烟草花叶病毒体内 √ 项目 复制 转录 翻译 场所 条件 模板 原料 能量 酶 产物 原则 细胞核（主要场所） 细胞核（主要场所） 核糖体 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种游离的氨基酸 ATP ATP ATP 解旋酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 DNA RNA 多肽 碱基互补配对 A-T T-A G-C C-G 碱基互补配对 A-U T-A G-C C-G 碱基互补配对 A-U U-A G-C C-G 特定的酶 列表比较DNA复制、转录和翻译 归纳总结 基因的表达过程 Lavf58.20.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 $$