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

第1节 基因指导蛋白质的合成 第4章 基因的表达 问题探讨 有些科幻电影围绕着虚构的未来场景，展现了这样的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些“复活”的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA培育繁殖而来的。 从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使这些生物“复活”吗？ 一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息。 但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。 因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。 肤色 眼皮单双 血型 基因 控制生物性状 DNA 蛋白质 体现者 指导合成 基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。 细胞核 核糖体 细胞质基质 DNA主要存在于细胞核中。 细胞中合成蛋白质的场所。 细胞核中的DNA，是如何指导核糖体合成蛋白质的？ 基因是？ 通常是有遗传效应的DNA片段。 DNA 蛋白质的合成 指导 我是RNA。 （一）DNA和RNA的区别 核糖和脱氧核糖的结构模式图 DNA与RNA在化学组成上的区别 一、遗传信息的转录 红山教育 高中生物名师工作室 名称 基本单位 化学 组成 五碳糖 含氮碱基 无机酸 结构 (双螺旋/单链) 细胞中分布 脱氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA) 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种) 脱氧核糖 核糖 T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶) A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶) 磷酸 双螺旋结构 单链结构 主要在细胞核中 主要在细胞质中 （一）DNA和RNA的区别 6 （二）RNA的种类和功能 核糖体RNA（rRNA）： 信使RNA（mRNA）： 转运RNA（tRNA）： 核糖体RNA 转运RNA →其他功能： RNA病毒的遗传物质、催化作用的酶 信使RNA 遗传信息传递的媒介。 转运氨基酸的工具。 核糖体的重要组成成分。 （1）RNA也由核苷酸组成，核苷酸也含有4种碱基，也储存遗传信息。 （2）RNA一般是单链，且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。 （三）RNA适于作为DNA的信使原因 穿过0层膜，需要ATP DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？ （四）转录 RNA是在 中，通过 以 为模板合成的，这一过程叫做转录。 1.概念： 2.场所： （线粒体和叶绿体中也存在） 细胞核 RNA聚合酶 DNA的一条链 主要在细胞核。 细胞核 细胞质中的核糖体 转录场所 3.转录的过程： 10 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 注：该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用； ⑴在ATP的驱动下， 将DNA双螺旋的两条链解开。 RNA聚合酶 11 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 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 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’ 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 (2) 游离的 与DNA模板链上的碱基 ，形成 ，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。 核糖核苷酸 互补配对 氢键 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’ 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 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’ 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 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’ 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 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’ 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 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’ 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 模板链 (3)新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 转录方向： RNA聚合酶移动的方向为转录方向。 (即mRNA5’→ 3’) 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 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 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 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 (4) 合成的mRNA从 上释放，而后 恢复。 DNA链 DNA双螺旋 氢键断裂 20 21 4.转录的条件 模板： 原料： 能量： 酶： DNA的一条链 四种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 5.原则： DNA RNA G C C G T A A U 碱基互补配对原则 6.特点： 边解旋边转录 7.产物： mRNA、tRNA、rRNA ①RNA碱基数目： ②RNA去向： 少于模板链碱基 通过核孔进入细胞质(穿过0层膜，需能量)，mRNA完成使命后迅速降解。 （转录以基因为单位进行） 转录与DNA复制的异同 都需要模板、酶、能量等； 边解旋边复制，边解旋边转录； 都遵循碱基互补配对原则，碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性； 1.转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？ 思考·讨论 2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？ 23 比较项目 DNA复制 DNA转录 模板 原料 碱基互补配对原则 酶 产物 时期 DNA分子 RNA分子 DNA的两条链 DNA的一条链 四种脱氧核糖核苷酸 四种核糖核苷酸 A-T；G-C A-U；T-A；G-C 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 转录与DNA复制的区别 细胞分裂间期 生长发育过程 24 DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C 信使RNA 比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。 G C T T G G A G T G C G G C U U G G A G U G C G 与模板链：碱基互补配对 与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U） 3.转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？ 与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？ 按照碱基配对原则，写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列。 25 二、遗传信息的翻译 电报机 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。 1. 概念： 实质： 数字→字→句子 碱基→氨基酸→蛋白质 mRNA 蛋白质 ? 4种碱基 21种氨基酸 思考：至少要多少个碱基的不同排列顺序才能够决定21种不同的氨基酸？ 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 A C U G A C U G 氨基酸 A C U G A C U G 氨基酸 A C U G A C U G 氨基酸 假如1个碱基决定一个氨基酸，只能决定 种氨基酸 假如2个碱基决定一个氨基酸，只能决定 种氨基酸 假如3个碱基决定一个氨基酸，只能决定 种氨基酸 4 (A.U.C.G) 4 (A.U.C.G) 4 (A.U.C.G) A A A U A C A G C A C U C C C G U A U U U C U G G A G U G C G G A U C G 4 42＝16 43＝64 U C A U G A U U A mRNA 密码子 密码子 密码子 2.密码子： mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。 64种密码子 21种氨基酸 ？ 数字→字→句子 3个碱基→1个氨基酸→蛋白质 电报密码 密码子 密码子 密码子 密码子 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 DNA mRNA 3’ 5’ G U C G A U C G A G T C G A T C G A C A G C T A G C T 5’ 3’ 3’ 5’ (1)种类： 种密码子 终止密码子: UAA UAG UGA 包括起始密码子: AUG GUG 例：找AGC对应的氨基酸 找色氨酸对应的密码子 61种 3种 (2)分类： ①不编码氨基酸的： ②编码氨基酸的： 特殊情况：2种 43=64 特殊情况：62种 密码子表 在正常情况下，UGA是终止密码子，但特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。 在原核生物中，GUG也可以做起始密码子，编码甲硫氨酸。 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。密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？ 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？ 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； 说明当今生物可能有着共同的起源。 思考·讨论 密码子表 在正常情况下，UGA是终止密码子，但特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。 在原核生物中，GUG也可以做起始密码子，编码甲硫氨酸。 每种密码子编码 种氨基酸。 （除终止密码子及特殊情况） (3)密码子的特性: 一 ①专一性 一种氨基酸可对应 种密码子。 一或多 ②简并性 如：色氨酸对应一种密码子 意义：防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。 ③通用性 地球上几乎所有生物都共用一套密码子。 说明生物有共同的起源。 2. 密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指 （ ） A. 基因上3个相邻的碱基 B. DNA上3个相邻的碱基 C. tRNA上3个相邻的碱基 D. mRNA上3个相邻的碱基 D P69练习与应用 思考： mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？ A C G U G A U U A 异亮氨酸 甲硫氨酸 谷氨酸 亮氨酸 合成蛋白质的“生产线” 氨基酸的“搬运工”—— 转运RNA（tRNA） 3.氨基酸的搬运工tRNA 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对 mRNA 5' 3' A C U 密码子 U G A 反密码子 三叶草形态 (1)形态： tRNA是单链，但存在局部双链。 (3)反密码子 位于tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。 思考：tRNA上是否只有三个碱基？ 注：tRNA不止3个碱基。 (2)结构： 单链，但局部存在双链结构 3.氨基酸的搬运工tRNA 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对 mRNA 5' 3' A C U 密码子 U G A 反密码子 tRNA是单链，但存在局部双链。 一种tRNA只能识别并转运 氨基酸； 一种氨基酸由 种tRNA转运。 (4)对应关系： 一种 一或多 决定氨基酸的密码子有61或62种，所以反密码子有 ；tRNA有 。 (3)种类 61或62种 61或62种 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 第1步：起始 mRNA进入细胞质，与 结合。 核糖体 4.翻译的过程 36 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 携带 的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入 。 第1步：起始 起始密码子 甲硫氨酸 位点1 37 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 第2步：运输 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入 。 位点2 38 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’ 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 第3步：缩合 位点1 位点2 肽键 C A C 色 甲硫氨酸与这个氨基酸形成 ，从而转移到位点 的tRNA上。 通过脱水缩合 肽键 2 39 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 第4步：延伸 一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。 核糖体沿 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。 mRNA 40 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 随着 的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成 。 核糖体 肽链 41 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 42 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 形成肽键 43 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体移动读取下一个密码子 44 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 45 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 46 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 47 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 48 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 49 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 50 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 51 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 52 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 位点1 位点2 核糖体遇到mRNA ，合成才告终止。 终止密码子 无tRNA与之配对 第5步：终止 终止密码子 53 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’ C A C 色 组 U G G A U C 甲硫 精 G A C 半胱 G A C 半胱 A C A 脯 A G G 谷 C U U 丝 G G A 肽链合成后，从核糖体与mRNA复合物上脱离。 54 肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。 55 游离的21种氨基酸 mRNA ATP 多种酶 多肽链 tRNA 5.场所： 6.条件 7.原则： 8.产物： 原料： 模板： 运载工具： 能量： 酶： 核糖体 碱基互补配对原则 A-U U-A G-C C-G 二、遗传信息的翻译 思考：翻译过程涉及到几种RNA？ 56 9.翻译能高效进行的原因 (1)数量关系： (2)结果： (3)意义： (4)核糖体移动方向（翻译方向）： 一个mRNA可相继结合 个核糖体； 形成 条氨基酸序列 的肽链； 少量的mRNA就可以合成大量的蛋白质； 从左向右 多 相同 多 （从短多肽链向长多肽链方向） 10.特点 真核生物 细胞核基因： 细胞质基因： （线粒体、叶绿体） 先转录后翻译 转录和翻译同时进行 原核生物： 转录和翻译同时进行 G A G U C A U G C mRNA 转 录 A G A G T C T G C T C C C A G A G T DNA 翻 译 蛋白质 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 11.基因表达中相关数量计算 （1）DNA碱基数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数= 6:3:1 1 2 （2）每合成n个氨基酸至少需要mRNA中 个碱基，DNA中 个碱基。 3n 6n 加上“至少”原因： ②DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。 ①转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸。 项目 复制 转录 翻译 场所 条件 模板 原料 能量 酶 产物 原则 信息传递 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 两个相同的子代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 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 DNA复制、转录、翻译的比较 三、中心法则 1.提出： 2.发展修正 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 逆转录 克里克 （1）RNA的自我复制 遗传信息从 流向 。 （2）RNA逆转录合成DNA 遗传信息从 流向 。 DNA RNA RNA RNA 克里克 (1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递 DNA RNA 蛋白质 复制 转录 翻译 复制 RNA 蛋白质 翻译 (2)RNA病毒遗传信息的传递 复制 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 RNA 逆转录 3.不同生物遗传信息传递过程 （如：烟草花叶病毒） （如：HIV、劳氏肉瘤病毒） ①含RNA复制酶 （多数） ②含逆转录酶（逆转录病毒） （原核生物、真核生物、DNA病毒） ATP DNA 信息的载体 RNA 信息的载体 蛋白质 信息的表达产物 生命是物质、能量和信息的统一体。 三、中心法则 P69练习与应用 一、概念检测 1. 基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。 （1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（ ） （2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。（ ） × × 二、拓展应用 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。具体而言，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。 P69练习与应用 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$