4.1基因指导蛋白质的合成（第二课时）课件-2024-2025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（第二课时） 第四章 基因的表达 1 转录 （mRNA释放，DNA双链恢复） DNA分子 碱基互补配对 主要在细胞核 四种核糖核苷酸 DNA的一条链（模板链） ATP、RNA聚合酶 A－U、T－A G－C、C－G DNA→mRNA 场所： 原则： 模板： 条件： 遗传信息流动： 时间： 活细胞新陈代谢过程中 mRNA 转 录 温故知新 2 遗传信息储存在细胞核的DNA中 蛋白质的合成在细胞质的核糖体上 充当信使的中间物质——mRNA 遗传信息的转录 遗传信息的翻译 1.遗传信息是怎样从mRNA传递给蛋白质的? 翻译的实质：是将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 一、遗传信息的翻译 2.碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的? 41=4种，显然是不够的； （1）如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？ （2）如果2个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？ （3）如果3个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？ 42=16种，还是不够； 43=64种，足够有余； 如果3个碱基决定1个氨基酸， 4种碱基能决定64种氨基酸。 这种方式能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。 一、遗传信息的翻译 mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子。 密码子 密码子 密码子 决定 决定 决定 mRNA 5' 3' G U G G A A C C U 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 翻译时密码子的读取方向从mRNA的5'→3'。相邻的密码子无间隔、不重叠 2.碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的? 一、遗传信息的翻译 1961年，英国的克里克和同事用实验证明的 1961年克里克实验 实验材料：T4噬菌体 实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少 对其编码蛋白质的影响。 实验过程：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。 实验结论：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。遗传密码从一个 固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。 遗传密码的破译 6 1961年蛋白质的体外合成实验 科学家：尼伦伯格、马太 实验过程： ①在每个试管中分别加入1种氨基酸； ②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； ③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。 实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 遗传密码的破译 7 除去DNA和mRNA的细胞提取液 人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸 肽链 实验结论： 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。 在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。 遗传密码的破译 8 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① 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②) 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 注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。 ②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。 【读取密码子】 1.密码子UGG对应 氨基酸是 。 2.密码子ACU对应 氨基酸是 。 3.苯丙氨酸对应 密码子是 。 色氨酸 苏氨酸 UUU和UUC 一、遗传信息的翻译 已知一段mRNA的碱基序列是 5΄-AUG UAC AAC CGG CCC CUA CAG GAU UAA-3΄， 你能写出对应的氨基酸序列吗？ 甲硫氨酸-酪氨酸-天冬酰胺-精氨酸-脯氨酸-亮氨酸-谷氨酰胺-天冬氨酸 【任务1】 一、遗传信息的翻译 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① 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②) 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 注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。 ②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。 一、遗传信息的翻译 种类 ( )种 起始密码子: (真、原核， )； (原核， )。 终止密码子: 、 、 (特殊时编码 )。 编码氨基酸的密码子一般有 个 GUG 甲硫氨酸 甲硫氨酸 AUG UAA UGA UAG 硒代半胱氨酸 64 61/62 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 密码子的特点 1种密码子决定 种氨基酸 ①专一性： 1 1种氨基酸可由 种密码子决定 1种或多 ②简并性： 几乎所有生物共用一套遗传密码子 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。 ③通用性： 生物可能有着共同的起源。 1.你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？ 2.根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？ ①增强密码子容错性，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从密码子的使用频率来考虑，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。 说明当今生物可能有着共同的起源。 思考•讨论 密码子读取方向：mRNA的5'→3'，从起始密码子开始，相邻的密码子无间隔、不重叠。 3、已知一段mRNA的碱基序列是5’-AUG GAA GCA UGU CCG-3’，你能写出对应的氨基酸序列吗？ 4、已知一段mRNA的碱基序列是3’-AUG GAA GCA UGU GUA-5’，你能写出对应的氨基酸序列吗？ 甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸 甲硫氨酸—半胱氨酸—苏氨酸—赖氨酸—缬氨酸 思考•讨论 mRNA进入细胞质后，与什么结构结合，形成合成蛋白质的“生产线”? 将氨基酸运送到“生产线”上去的“搬运工”是什么？ 装配机器——核糖体。 转运RNA（tRNA）。 【思考】 一、遗传信息的翻译 ⑴形状： 三叶草形（部分区域碱基互补配对，含有氢键） ⑵结构： 一端是携带 的部位，另一端为 ，能与密码子互补配对。 氨基酸 反密码子 反密码子： tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基。 思考1：若反密码子为GUA，则携带的氨基酸是？ 思考2：若密码子为UAA，UAG则对应的反密码子是？ 密码子为CAU，是组氨酸 UAA、UAG为终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子 5’ 3’ 5’ 3’ 一、遗传信息的翻译 氨基酸的“搬运工”——tRNA 识别并转运氨基酸 tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子 相互识别时是 的。 故密码子的读取反向是： 端； 反密码子的读取反向是： 端； 反向平行 3’→5’ 5’→3’ 3' 5' 结合氨基酸的部位 mRNA 5' 3' A C U 密码子 U G A 反密码子 【思考】密码子有64种，反密码子/tRNA有多少种？ 正常情况下，终止密码子均不编码氨基酸， 反密码子有61种。 特殊情况下，终止密码子UGA可以编码 硒代半胱氨酸，反密码子有62种。 一、遗传信息的翻译 氨基酸的“搬运工”——tRNA P OH 结合氨基酸的部位 反密码子 5´ 3´ 5´ 3´ A C A mRNA tRNA tRNA与mRNA也是反向连接的。 反密码子的阅读方向： 3´→5´ 18 遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子三者关系 DNA mRNA tRNA 遗传信息 密码子 反密码子 DNA中的 碱基序列 mRNA上决定一个氨 基酸的3个相邻碱基 tRNA上与密码子对 应的3个相邻碱基 决定蛋白质中氨基酸 序列的最终模板 决定蛋白质中氨基酸 序列的直接模板 识别并转运氨基酸；识别密码子 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。 (4)特点 3' 5' 结合氨基酸的部位 mRNA 5' 3' G A U 反密码子 (3)功能 转运氨基酸：tRNA的3’端-OH结合氨基酸。 识别密码子：依靠tRNA的反密码子。 A C U 碱基配对 氨基酸的“搬运工”——tRNA 一、遗传信息的翻译 20 易错知识点判断： 一个tRNA只有三个碱基 （ ） RNA通常都是单链，因此不存在碱基对 （ ） 一个tRNA分子只有一个反密码子 （ ） 因为tRNA只有一个3’-端和5’-端，所以即使tRNA有部分片段互补配对形成碱基对，tRNA依然是单链构成的。 （ ） × × √ √ 注意：tRNA上反密码子所含的碱基有3个，但整个tRNA上不止3个碱基，且tRNA分子中含有氢键。 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？ 时间 场所 条件 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 实质 一、遗传信息的翻译 U A C 甲硫氨酸 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ 细胞质中的mRNA与核糖体结合 过程 23 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对 过程 24 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ tRNA将氨基酸转运到 mRNA上的相应位置 过程 25 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 肽键 A G U C C A U A A G G U 5´ 3´ 过程 26 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 过程 27 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 过程 28 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 核糖体随着mRNA滑动，另一个tRNA上的碱基与mRNA上的密码子配对 过程 29 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 一个个氨基酸分子缩合成链状结构 过程 30 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 tRNA离开，再去转运新的氨基酸 过程 31 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 过程 32 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 组氨酸 色氨酸 X X X 甲硫氨酸 XXX 过程 33 5´ 3´ A G U C C A U A A G G U 甲硫氨酸 组氨酸 色氨酸 XXXX 以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质 过程 34 时间 场所 条件 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 实质 生长发育过程 细胞质的核糖体 mRNA 21种氨基酸 多种酶 ATP 特定氨基酸顺序的肽链 A-U、U-A、G-C、C-G 一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列 一、遗传信息的翻译 盘曲 折叠 盘绕 聚集 tRNA转运来的氨基酸在核糖体上发生了什么反应？氨基酸链能直接发挥作用吗？ 一、遗传信息的翻译 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1.如何快速高效地进行翻译呢？ 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。 2.图中①、⑥分别是什么分子或结构？最终合成 的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？ 为什么？ 3.核糖体移动的方向是怎样的？ 4.翻译合成的肽链具相应生物学功能吗？ mRNA 核糖体 相同。因为它们的模板是同一条mRNA。 不具有生物学功能，还需加工。 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 任务一：分析翻译的过程 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 5.翻译能够精确进行的原因是什么？ ①mRNA为翻译提供了精确的模板； ②通过mRNA上密码子和tRNA上反密码子碱基互补配对，保证翻译能够准确进行。 6.图所示的翻译特点，其意义是什么？ 少量mRNA分子可迅速合成大量蛋白质。 7．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 复制 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。 随着研究的深入，科学家对中心法则做出了补充。 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。 少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA 。 复制 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 逆转录 二、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) DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 复制 RNA 蛋白质 翻译 逆转录 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 RNA 逆转录酶 二、中心法则 ⑴DNA和RNA是__________的载体 ⑵ _______是信息表达的产物 ⑶ _______为信息的流动提供能量 遗传信息 ATP 蛋白质 生命是物质、能量和信息的统一体 二、中心法则 各种生物遗传信息的传递途径 （1）能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒遗传信息的传递： （2）具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)遗传信息的传递： （3）具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)遗传信息的传递： （4）高度分化的细胞遗传信息的传递： 能力训练 DNA RNA 蛋白质 1 2 3 4 5 1 DNA复制 2 DNA转录 4 RNA复制 3 翻译 5 逆转录 a.细胞生物和DNA病毒： b.RNA复制类病毒（烟草花叶病毒）： c.逆转录病毒（HIV）： d.根尖分生区细胞： e.叶肉细胞： ①②③ ③④ ⑤①②③ ①②③ ②③ 写出下列生物体内能够进行的过程: 高度分化细胞不分裂，细胞核中无DNA复制 小试牛刀 D × × 三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。 红霉素影响翻译过程 环丙沙星影响复制过程 利福平影响转录过程 课后练习P69 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$