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

第四章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成 转基因棉花 Bt抗虫 蛋白基因 Bt抗虫 蛋白 控制合成 抗虫 表现性状 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？ 基因可以控制蛋白的合成，这个过程就是基因的表达 本章聚焦（P63） RNA中文名： 核糖核苷酸 A、U、C、G 单链 复习导入 思考：RNA与DNA在化学组成、结构上和分布上有哪些区别？ 核糖核酸 基因指导蛋白质的合成 基因在染色体上呈线性排列 基因通常是有遗传效应的DNA片段 基因控制生物体的性状 蛋白质 指 导合 成 体现 基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达 位于细胞核中 在细胞质的核糖体上合成 ？ 复习导入 阅读课本P64 至 P65页内容，思考下列问题： 1.RNA为什么适合作DNA的信使？ 2.RNA的种类有哪三种？功能是什么？ 自主思考 RNA适于作DNA信使的原因 （1）RNA也是由基本单位——核糖核苷酸连接而成的，核苷酸也含有4种碱基，可以储存遗传信息 （3） RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中 （2）DNA链和RNA链能“碱基互补配对” RNA不稳定，易降解，使得完成使命后迅速分解，保证生命活动的有序进行 RNA的种类及功能 mRNA 传递遗传信息；蛋白质合成的模板 tRNA rRNA 识别并转运氨基酸 核糖体组成成分 核糖体RNA(rRNA） →蛋白质合成的“三剑客” ——信使RNA ——转运RNA ——核糖体RNA RNA的种类及功能 种类 mRNA tRNA rRNA 名称 功能 结构 示 意 图 共同点 传递遗传信息； 蛋白质合成的模板 识别并转运特定氨基酸 组成核糖体 单链 单链，部分碱基配对形成三叶草形结构 单链 ①都是转录的产物；②基本单位相同；③都与翻译过程有关 少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA RNA的种类及功能 (1)核糖核酸是组成RNA的基本单位，一共有4种(　　) × 提示　核糖核苷酸是组成RNA的基本单位。 (2)RNA一般是单链，所以RNA都不含有氢键(　　) × 提示　tRNA的局部含有氢键。 判断正误 10 1.下列关于RNA的叙述，错误的是 A.有些RNA可催化细胞内的某些生化反应 B.RNA的基本单位由磷酸、核糖和含氮碱基组成 C.RNA参与构成核糖体 D.RNA参与构成细胞膜 √ 落实　思维方法 2.下列关于DNA和RNA的叙述，错误的是 A.DNA和RNA都能携带生物的遗传信息 B.真核细胞中RNA主要分布在细胞质中 C.原核细胞中同时含有DNA和RNA分子 D.RNA分子彻底水解的产物有5种 √ 阅读教材P65，结合图4-4，回答下列问题： 定义： 时间： 场所： ④ 过程： 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 个体发育的各个时期 真核生物：细胞核（主要）；叶绿体和线粒体（次要） 原核生物：细胞质 遗传信息的转录 遗传信息的转录 ④ 过程： RNA聚合酶 碱基 核糖核苷酸 互补 氢键 RNA聚合酶 RNA ⚠️注意：RNA聚合酶有断开氢键、形成磷酸二酯键的作用，不需要解旋酶 遗传信息的转录 ④ 过程： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 RNA聚合酶 碱基 RNA聚合 核糖核苷酸 互补 氢键 DNA一条链的片段 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 RNA聚合酶 RNA ⚠️注意：RNA聚合酶有断开氢键、形成磷酸二酯键的作用，不需要解旋酶 RNA 遗传信息的转录 ④ 过程： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 阅读教材P65，结合图4-4，回答下列问题： 定义： 时间： 场所： ④ 过程： 产物： 实质： 特点： 方向： 意义： 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 个体发育的各个时期 真核生物：细胞核（主要）；叶绿体和线粒体（次要） 原核生物：细胞质 遗传信息的转录 RNA （mRNA、tRNA、rRNA） 遗传信息从DNA→mRNA 边解旋边转录 5’→3’ 为翻译做准备 U U G C A U C A A U U C G C G G U U C G A G C TU A C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A T A T A C G G C T A G C C G T A 5' 3' C G G C A C G T A G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A T A T A C G G C T A G C C G T A 5' 3' T G C RNA聚合酶 ATP 5' 遗传信息的转录 2025/5/7 不是 基因 不是 可以 不同 不能，一个基因只以一条链为模板 (1)转录只发生在细胞核内(　　) × 提示　转录可发生在细胞核、线粒体和叶绿体内。 (2)遗传信息转录的产物只有mRNA(　　) 提示　转录的产物有mRNA、tRNA和rRNA。 × (3)转录以DNA的两条链作为模板，以4种核糖核苷酸为原料(　　) 提示　转录以DNA的一条链作为模板。 × (4)转录是以DNA完整的一条链为模板合成RNA的过程(　　) 提示　转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，而基因通常是有遗传效应的DNA片段。 × 判断正误 19 分析：信使物质是RNA的实验证据 实验1：科学家用洋葱根尖和变形虫进行了实验，发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。 探究　核心知识 (1)根据实验1可以得出什么结论？ 蛋白质的合成依赖于RNA。 实验2：科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交(杂交的原理是碱基互补配对原则)，发现RNA只能与噬菌体DNA形成双链杂交分子。 (2)实验2为什么选择14C标记的尿嘧啶作为标记物？ 尿嘧啶是RNA特有的碱基，实验中用14C－U作为标记物可以标记新合成的RNA (3)实验2中分离出的含14C标记的RNA，能与噬菌体的DNA分子形成杂交分子，不能与细菌的DNA结合，说明什么问题？ 新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的 (4)综合实验1和实验2，尝试写出DNA控制蛋白质合成的过程？ DNA→RNA→蛋白质 转录时，DNA的一条链作为转录的模板链，可为反意义链，与其互补的另一条链称为有意义链。如图表示一个DNA分子的片段，回答相关问题： 5′－TACGCTCCGTACCC－3′非模板链(有意义链) 3′－ATGCGAGGCATGGG－5′模板链(反意义链) ①写出该片段转录出的mRNA中的碱基排列顺序。 提示　5′－UACGCUCCGUACCC－3′。 ②转录出的mRNA碱基序列与DNA模板链的碱基序列有什么关系？ 提示　转录出的mRNA的碱基序列与DNA模板链的碱基序列是互补配对的关系。 ③转录出的mRNA碱基序列与DNA非模板链的碱基序列有哪些异同？ 提示　转录出的mRNA碱基序列与DNA非模板链的碱基序列基本相同，区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。 3.如图为真核细胞内的转录过程示意图，①②表示两条多聚核苷酸链，下列叙述正确的是 A.①为DNA上的模板链，②链的左侧为3′端 B.②表示多聚脱氧核苷酸链 C.图中甲、乙两处圆圈内均代表腺嘌呤核糖核苷酸 D.细胞核和线粒体内均可发生该过程 √ 落实　思维方法 4.如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，丙为其中部分片段的放大示意图。下列有关分析正确的是 A.图中酶1和酶2是同一种酶 B.图丙中b链可能是构成核糖体的成分 C.图丙是图甲的部分片段放大 D.图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生 √ 转录后进入细胞质的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，mRNA上的遗传信息是如何进一步指导蛋白质的合成的呢？ DNA携带的遗传信息——碱基序列 蛋白质——氨基酸序列 mRNA携带的遗传信息——碱基序列 转录 ? 翻译 遗传信息的翻译 转录 翻译 23 思考 G A G U C A U G C mRNA 翻译 蛋白质 碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的呢？ 1961年，科学家通过实验证明： 一个氨基酸由mRNA上3个相邻的碱基决定 遗传信息的翻译 21种氨基酸的密码子表 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 遗传信息的翻译 思考·讨论（P67） 1. 从密码子表可以看出，像苯丙胺酸、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。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ A C G A U U G A U C G A C G A 正常mRNA G C G A U U 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 （1）增强密码子的容错性，利于性状稳定 （2）提高翻译效率 遗传信息的翻译 2. 几乎所有生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？ 生物可能来源于同一祖先（有着共同起源） mRNA 相邻3个 64 3 终止密码子 61 2 起始密码子 1 专一性 遗传信息的翻译 21种氨基酸的密码子表 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 遗传信息的翻译 mRNA 相邻3个 64 3 终止密码子 61 2 起始密码子 1 专一性 1种或多种 简并性 通用性 遗传信息的翻译 (1)“三叶草”结构特点 (2)功能： 3’与氨基酸结合 反密码子 能与mRNA上的密码子互补配对 ①一条RNA单链 ②内含氢键 ③碱基互补配对方式为A-U，C-G (3)种类： 61种(因为编码氨基酸的密码子有61种) 氨基酸的搬运工——tRNA 遗传信息的翻译 识别并转运氨基酸 1种 1种或多种 观看翻译过程并思考：核糖体的结合位点有几个、翻译的方向、产物） 遗传信息的翻译 遗传信息的翻译 翻译的基本步骤（P68） 32 定义： 时间： 条件： 产物： 实质： 特点： ⑧ 原则： 模板： 酶： 原料： 能量： 以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程 个体发育的各个时期 细胞质的核糖体中 mRNA 21种游离的氨基酸 各种酶 ATP 多肽链 将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列 真核生物：先转录，后翻译 转运工具： tRNA 原核生物：边转录边翻译 遗传信息的翻译 碱基互补配对原则 场所： （须经过一定加工才能成为具有特定空间结构和功能的蛋白质） 1.数量关系： 2.意义： 3.翻译的方向（即核糖体移动的方向）： 一个mRNA分子上可以相继结合___个核糖体，同时进行____条肽链的合成 多 多 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系 Q2:合成的多肽链是否相同？为什么？ 4.产物之间的关系： Q1:图中的多个核糖体共同合成一条链，还是各自合成各自的链？ 相同，因为模板是同一段mRNA 遗传信息的翻译 5’→3’ 各自合成各自的链 ②由于模板是同一段mRNA，所以图示多个核糖体合成的肽链是相同的； (1)tRNA由3个碱基构成(　　) × 提示　tRNA上含有多个碱基，但每个tRNA上的3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，这3个碱基称为反密码子。 (2)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质(　　) × 提示　核糖体在mRNA上移动。 (3)每种氨基酸仅由一种tRNA转运(　　) 提示　一种氨基酸可由一种或多种tRNA转运。 × 判断正误 35 DNA的碱基数︰mRNA中的碱基数︰合成蛋白质的氨基酸个数=_______ A—C—U—G—G—A—U—C —U 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 mRNA 转录 翻译 肽链 DNA A—C—T—G—G—A—T—C—T T—G—A—C—C—T—A—G—A 6︰3︰1 模板链 基因中碱基数目、mRNA与蛋白质中氨基酸数目的关系 遗传信息的翻译 ★说明：因为mRNA中存在终止密码子不编码氨基酸，所以实际上mRNA中所含有的碱基数要大于3n；其次，DNA中存在非基因片段，所以实际上DNA上所含有的碱基数要大于6n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样才能使用这个比例关系。 中心法则 阅读教材P69思考下列问题： 1.什么是中心法则？中心法则的内容？ 2.谁提出了中心法则？存在什么不完善之处？ 3.为什么说生命是物质、能量和信息的统一体？ 转录 蛋白质 翻译 复制 DNA 复制 RNA 逆转录 37 DNA复制、转录、翻译 DNA复制 转录、翻译 转录、翻译 哺乳动物成熟红细胞 DNA复制和转录 RNA 翻译 宿主细胞 核糖体 遵循 不遵循 DNA复制、转录 RNA复制、逆转录、翻译 DNA DNA复制、逆转录 RNA RNA复制、转录 蛋白质 翻译 (1)线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则(　　) √ (2)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则(　　) 提示　DNA病毒中虽没有RNA，但其遗传信息的传递遵循中心法则。 × (3)遗传信息可以由DNA流向RNA，而不能由RNA流向DNA(　　) 提示　遗传信息可以由DNA流向RNA，也可经过逆转录过程由RNA流向DNA。 × 判断正误 40 2.中心法则概括了自然界生物的遗传信息的流动途径，如图为中心法则的图解。下列相关说法正确的是 落实　思维方法 A.1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③ B.图中③④过程均有碱基互补配对，且配对方式不完全相同 C.图中①⑤过程的酶是DNA聚合酶，②过程是RNA聚合酶 D.在人体胚胎干细胞和心肌细胞中均存在图中①②③过程 √ 落实　思维方法 3.下列关于中心法则的叙述，正确的是 A.肽链的合成一定以rRNA为模板，以氨基酸为原料 B.RNA的合成一定以RNA为模板，以核糖核苷酸为原料 C.DNA的合成一定以DNA为模板，以脱氧核苷酸为原料 D.中心法则揭示了遗传信息在生物大分子之间的传递过程 √ DNA复制 转录 翻译 DNA复制 转录 转录 转录+翻译 原核生物 转录+翻译 真核生物 转录方向？翻译方向？ 翻译方向？ DNA复制、转录、翻译的图像判断 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 Lavf58.51.100 $$