4.1 基因指导蛋白质的合成第二课时-【精讲课堂】2024-2025学年高一生物同步备课精制课件(人教版2019必修2）

第1节 基因指导蛋白质的合成 （第二课时---翻译、中心法则） 第四章 基因的表达 本节聚焦 基因如何指导蛋白质的合成？ 中心法则是如何描述遗传信息的传递规律的？ 几乎所有生物共用同一套密码子的基本事实， 给我们什么启示？ 1、翻译的概念： 2、翻译的实质： 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 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。 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的？ 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， 推测 4 64 16 4种：AUCG → 21种 第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要 实验材料：T4噬菌体 实验思路：研究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： 1961年克里克实验P70 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。 实验过程： 1961年尼伦伯格、马太蛋白质的体外合成实验 P70 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 多聚苯丙氨酸的肽链 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。 科学家们的不断实验下，破译了全部64种密码子，并编制出密码子表。 3、密码子： mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫作1个密码子。 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：从mRNA的5’→ 3’，相邻的密码子无间隔、不重叠 决定 决定 决定 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 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 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GUG 2.密码子CAU 3.密码子CGA 起始密码子： 终止密码子： 密码子的特点： ①专一性 一般1种密码子决定1种氨基酸。 ②简并性 1种氨基酸可以对应1种或多种密码子。 ③通用性 地球上几乎所有的生物都共用同一套遗传密码子。 AUG（甲硫氨酸）、 原核生物还有GUG（甲硫氨酸 ） UAA、UAG（不编码氨基酸）、 UGA （特殊情况下可编码硒代半胱氨酸） 密码子（ ）种、 编码氨基酸的密码子 （ ）种 64 61或62 a.保证翻译的速度 b.增加容错性 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。 密码子的特点★： ①专一性 一般1种密码子决定1种氨基酸 ②简并性 1种氨基酸对应1或多种密码子 ③通用性 地球上几乎所有的生物都共用 同一套遗传密码子。 a.保证翻译的速度 b.增加容错性 生物可能有着共同的起源或生命在本质上是统一的。 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。 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。 4.氨基酸的“搬运工”——tRNA 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对 识别氨基酸、搬运氨基酸 mRNA 5' 3' A C U 密码子 U G A 反密码子 经过折叠，形成三叶草形（局部有氢键） ①形态： ②结构： ③功能： 尾部（3‘端）为结合氨基酸的部位， 头部为反密码子，能与密码子互补配对 （1种tRNA只转运1种氨基酸） （专一性） (一般61种) 5.过程 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A 甲 色 A C C 组 精 G A C 第1步：mRNA进入细胞质中与核糖体结合 G G U 3' 5' 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 5.过程 8 位点1 位点2 U C A 甲 色 A C C 组 精 G A C 第1步：携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1 U C A 甲 U C A G G U C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 甲 U C A 3' 5' 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 5.过程 9 位点1 位点2 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 色 A C C 组 精 G A C 第2步：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2 甲 U C A G G U G G U 组 G G U 组 G G U 3' 5' 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 5.过程 10 位点1 位点2 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 色 A C C 精 G A C 第3步：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 甲 U C A 组 G G U 甲 3' 5' 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 5.过程 11 位点1 位点2 位点1 位点2 色 A C C 精 G A C 第4步：核糖体沿mRNA移动（5’→3’），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。 U C A 组 G G U 甲 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A 3' 5' 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 5.过程 12 位点1 位点2 色 A C C 精 G A C 第4步：一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成 G G U 组 甲 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A A C C 色 A C C 色 A C C 组 甲 3' 5' 翻译方向 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 5.过程 13 位点1 位点2 G A C 就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。 G G U C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A A C C A G G 半 色 组 甲 精 谷 半 脯 丝 U C U 终止密码子 3' 5' 翻译方向 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 5.过程 14 6.基因表达过程中各种数量关系 6 3 1 注意： ①因为DNA中有非基因片段，不能转录出mRNA; ②转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸， 因此实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。 练一练（P78复习与提高）一条肽链有500个氨基酸，则作为合成该肽链模板的mRNA和用来转录mRNA的DNA的碱基至少有( ) A.500个和1 000个 B.1000 个和2 000 个 C.1 500 个和 1 500 个 D.1 500 个和 3 000 个 D 一、遗传信息的翻译 （mRNA → 蛋白质） 特别提醒　实际过程中的数量关系并不符合6∶3∶1，解释原因： ①基因：内含子转录后被剪切； ②基因：有的片段(非编码区)起调控作用，不转录； ③mRNA：起始密码子之前，终止密码子及其以后的序列，不编码氨基酸。 ④肽链：加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸； 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 （mRNA → 蛋白质） 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（无空间结构） 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 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1.如何快速高效地进行翻译呢？ 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 意义：少量mRNA分子可迅速合成大量蛋白质。 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。 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； ②mRNA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。 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 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 二、中心法则 1.中心法则的提出 1957年 克里克 2.中心法则的完善 复制 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 逆转录 烟草花叶病毒 3.总结 DNA、RNA是信息的载体 蛋白质是信息的表达产物 ATP为信息的流动提供能量 生命是物质、能量和信息的统一体 在遗传信息的流动过程中 艾滋病病毒 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 高度分化细胞不分裂，细胞核中无DNA复制 练一练 ① ② ③ 蛋白质 DNA ④ RNA ⑤ （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）高度分化的细胞遗传信息的传递： （3）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： （4）具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)遗传信息的传递： 总结：各种生物遗传信息的传递途径 红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示， 请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。 【提示】题中的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。 抗菌药物 抗菌机制 红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸 环丙沙星 抑制细菌DNA的复制 利福平 抑制细菌RNA酶的活性 练一练 P69拓展应用 影响翻译过程 影响复制过程 影响转录过程 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$