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

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，培育出的棉花植株会产生 Bt 抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？ 苏云金杆菌 提取 Bt抗虫蛋白基因 导入 棉花细胞 Bt抗虫蛋白 Bt基因表达 原来，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。 思考：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？ 问题探讨 第1节 基因指导蛋白质的合成 Gene guided protein synthesis 人教版 2019 必修二《遗传与进化》 问题探讨 细胞核 核糖体 细胞质 DNA （2nm） 核孔0.9nm 语言矛盾： ATGC碱基排列顺序 氨基酸排列顺序 位置矛盾： 基因的载体：染色体位于细胞核 蛋白质合成在核糖体（细胞质） 问题探讨 资料1: 1955年,戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。 资料2：1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。 DNA RNA 蛋白质 1、RNA的结构 1)基本组成单位： 核糖核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 鸟嘌呤核糖核苷酸 胞嘧啶核糖核苷酸 尿嘧啶核糖核苷酸 为什么RNA适合做DNA的信使 RNA具备传递遗传信息的可能 5 1、RNA的结构 2)结构： 单链 RNA也可储存遗传信息； RNA是单链，比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。 为什么RNA适合做DNA的信使 比DNA短 6 ①信使RNA（mRNA） 蛋白质合成的模板 ②转运RNA（tRNA） 氨基酸的搬运工具 ③核糖体RNA（rRNA） 核糖体的组成部分 蛋白质 rRNA 核糖体 tRNA mRNA 3)种类： 为什么RNA适合做DNA的信使 遗传信息的转录 Transcription of genetic information 1、RNA的结构 3)种类： 分布 结构 主要在细胞质中 主要在细胞质中 与蛋白质合成核糖体 单链 三叶草形，有碱基互补配对 单链 mRNA tRNA rRNA 8 遗传信息的转录 Transcription of genetic information 2、遗传信息的转录 U A G C 游离的核糖核苷酸 RNA聚合酶 第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来 第2步：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶作用下开始mRNA的合成 第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上 第4步：新合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 DNA 9 思考：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？ 遗传信息的转录 Transcription of genetic information RNA聚合酶 DNA mRNA 游离的核糖核苷酸 RNA 是在细胞核中，通过RNA 聚合酶以 DNA 的一条链为模板合成的过程。 1.转录： 2.条件： 模板： 原料： 酶： 能量： DNA的一条链 RNA聚合酶 游离的四种核糖核苷酸 ATP 4.产物： mRNA、tRNA、rRNA 3.原则： 碱基互补配对原则 遗传信息的转录 Transcription of genetic information A－U、T－A G－C、C－G RNA聚合酶 T C G A T C G A T T G C A A C G T A C A C G G T A A T T 第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来。（解旋） 5.过程： 断裂氢键 12 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ C G G G A U 游离的核糖核苷酸 C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 第2步：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合成。（配对） 模板链 13 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 模板链 14 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 模板链 15 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 模板链 16 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 模板链 17 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 模板链 18 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 5’ 3’ C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U mRNA：5’→ 3’；DNA：3’→ 5’ 模板链 19 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 5’ 3’ C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上 （RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键） 模板链 20 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 21 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。 22 DNA复制 转录 场所 模板 原料 酶 配对方式 特点 方向 产物 意义 DNA的两条链均为模板 DNA的一条链为模板 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 解旋酶、 DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 A-T、T—A、C—G 、G—C A-U、C—G 、T—A、 G—C 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体 新链从5’端-3’端延伸 DNA复制和转录的比较 mRNA：5’→ 3’；DNA：3’→ 5’ 23 转录以基因为单位，不同基因模板链不同 1.分裂间期和分裂期都可以进行转录吗？ 分裂期的染色体高度螺旋， DNA难以解旋，转录难以发生。 2.转录的是DNA还是DNA片段？ 遗传信息的转录 Transcription of genetic information 基因的表达第一步是什么？ 苏云金杆菌 提取 Bt抗虫蛋白基因 导入 棉花细胞 Bt抗虫蛋白 Bt基因表达 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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，培育出的棉花植株会产生 Bt 抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？ 基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达 转录 基因的表达 转录+翻译 （1）翻译： 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。 (2)实质： 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 遗传信息的翻译 Translation of genetic information mRNA： 碱基的数量 排列顺序 蛋白质： 氨基酸的数量 排列顺序 4种 21种 讨论：至少需要多少个碱基才能够决定21种不同的氨基酸？ 1954年，美籍理论物理学家伽莫夫（G·Gamow）数学推理: (1)如果一个碱基决定一种氨基酸： (2)如果两个碱基决定一种氨基酸： (3)如果三个碱基决定一种氨基酸： 41 = 4 4×4=16 4×4×4=64 27 mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，每3个这样的碱基就叫作1个密码子。 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 密码子 mRNA的5’→3’ 读取的方向： 遗传信息的翻译 Translation of genetic information （1）如何从密码子表中找出某一氨基酸对应的密码子? 29 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 密码子（共64个） 起始密码子： 终止密码子： 3种，UAA、UGA、UAG（特殊情况下也可编码氨基酸） 2种，AUG、GUG，也编码氨基酸 能编码氨基酸的密码子: 62种 30 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 1.从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ 分析密码子的特点 思考·讨论 1.当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。 2.当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。 31 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？ 地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。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。 分析密码子的特点 思考·讨论 32 密码子的特点： （1）密码子的简并性 绝大多数氨基酸都有几个密码子 （2）密码子的通用性 地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子 （3）密码子的专一性 一种密码子决定一种氨基酸 遗传信息的翻译 Translation of genetic information tRNA的结构示意图 ①形态： ②功能特点： RNA链经过折叠，形成三叶草形 识别密码子，转运氨基酸。 tRNA只能识别并转运一种氨基酸。氨基酸可由一种或几种tRNA转运 ③反密码子： 位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 反密码子 概念： 种类： 与mRNA上的密码子互补配对的tRNA上的3个碱基 62种，反密码子与62种决定氨基酸的密码子对应 tRNA的结构示意图 反密码子阅读方向为3’-5’。 35 mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？ 核糖体上有几个tRNA的结合位点？核糖体移动的方向是什么？ 氨基酸的排列顺序是由mRNA的碱基序列决定还是由tRNA决定？ 翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗？ tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的？ 观看翻译的视频，结合教材68页图4-7，尝试描述翻译的过程并回答以下问题。 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 36 遗传信息的翻译 Translation of genetic information S z L w h 37 1．mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？ tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的？ 观看翻译的视频，结合教材68页图4-7，尝试描述翻译的过程并回答以下问题。 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 起始密码子决定翻译的起始 终止密码子决定翻译的终止 核糖体移动的方向 2．核糖体上有几个tRNA的结合位点？ tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的？ 观看翻译的视频，结合教材68页图4-7，尝试描述翻译的过程并回答以下问题。 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 遗传信息的翻译 Translation of genetic information A G U C C A U A A G G U U A C 甲硫氨酸 色氨酸 A C C 组氨酸 G U G 40 遗传信息的翻译 Translation of genetic information A G U C C A U A A G G U 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 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 组氨酸 G U G 41 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 42 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 肽键 第3步： 甲硫氨酸与组氨酸形成肽键 43 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 第3步：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键， 从而转移到位点2的tRNA上 44 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 第4步：核糖体沿mRNA移动，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1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。 45 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 46 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 47 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 48 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 49 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 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 50 遗传信息的翻译 Translation of genetic information A G U C C A U A A G G U 甲硫氨酸 组氨酸 色氨酸 XXXX 51 mRNA与 结合 携带氨基酸至特定位置 核糖体沿 移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上（一个mRNA可以结合多个核糖体） 起始 运输 延伸 终止 脱离 当核糖体到达mRNA上的 时，合成停止 肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定 和 的蛋白质 核糖体 tRNA mRNA 终止密码子 空间结构 功能 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 52 翻译 mRNA分子 碱基互补配对原则 细胞质中的核糖体 mRNA A－U、U－A G－C、C－G mRNA→蛋白质 场所： 原则： 模板： 条件： 遗传信息流动： 原料： 产物： 蛋白质 ATP、多种酶 tRNA 21种游离氨基酸 具有一定氨基酸序列的多肽链（蛋白质） 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 53 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 思考: 如何加快蛋白质的合成速度呢？有没有与功能相适应的结构呢？ 一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链。 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 意义 mRNA可能不同 同一mRNA上的多肽链必然相同 54 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 2．判断翻译的方向____________。 从左到右 思考： 1．同时合成的多条肽链是否相同，为什么？ 相同，因为模板为同一条mRNA。 根据不同核糖体上肽链的长度判断翻译进行的方向。越长的肽链，翻译开始的时间越早 mRNA可能不同 同一mRNA上的多肽链必然相同 55 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 真核生物 先转录，后翻译 DNA mRNA RNA聚合酶 边转录边翻译 原核生物 mRNA可能不同 同一mRNA上的多肽链必然相同 56 DNA复制 转录 翻译 （多肽链）蛋白质 时间 场所 模板 原料 条件 原则 特点 产物 信息传递 细胞分裂间期 主要是细胞核 DNA的两条链 4种脱氧核苷酸 解旋酶，DNA聚合酶等 A-T、T-A、C-G、G-C 半保留复制、边解旋边复制 2个子代DNA分子 生长发育过程 主要是细胞核 DNA的一条链 4种核糖核苷酸 RNA聚合酶等 边解旋边转录 RNA 生长发育过程 细胞质中的核糖体 mRNA 21种氨基酸 tRNA、酶等 多核糖体翻译蛋白质 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 A-U、T-A、C-G、G-C A-U、T-A、C-G、G-C 真核细胞中复制、转录、翻译的比较 遗传信息的翻译 Translation of genetic information 你能从信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律吗？ 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 克里克 复制 中心法则 中心法则 Central dogma 【资料1】1965年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。 【资料2】1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。 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。 逆转录 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 复制 中心法则 Central dogma 复制 59 中心法则 Central dogma 不同生物中心法则的体现 生物种类 举例 遗传信息的传递过程 DNA病毒 RNA 病毒 T2噬菌体 不含逆转录酶 含逆转录酶 烟草花叶病毒 艾滋病病毒 细胞生物 动物、植物、真菌、细菌等 基因表达过程中的相关计算 Central dogma 拓展：DNA、RNA的碱基和氨基酸的数量关系 DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1 随堂练习 In-class practice 1、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需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含的碱基数依次为（ ） A.33、11、66 B.36、12、72 C.12、36、24 D.11、36、72 B 62 DNA复制 转录 翻译 时间 场所 模板 原料 条件 原则 特点 产物 信息传递 真核细胞中复制、转录、翻译的比较 遗传信息的翻译 Translation of genetic information Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 2020-01-18T01:51:12.00796 Lavf58.29.100 $$