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

好莱坞电影《侏罗纪公园》中，科学家是怎么使已灭绝的恐龙复活的？ 科学家从史前蚊子的血中抽取到恐龙血液并分离出恐龙的DNA（遗传物质），利用高新生物科技，将已绝迹6500万年的史前庞然大物复活。 思考1：基因与性状是什么关系？ 基因控制生物体的性状 思考2：基因和性状的本质分别是什么生物大分子？ 基因的化学本质是DNA，性状的化学本质是蛋白质 恐龙的基因 恐龙的蛋白质 指导合成 第四章 基因的表达 第一节 基因指导蛋白质的合成（第一课时） 推测： DNA与蛋白质之间，必有一种物质充当信使。 疑惑：基因如何指导蛋白质的合成？ 基因（DNA） 蛋白质 （细胞核） （细胞质） 核孔 ？ 1955年有人曾进行实验，在活细胞中加入RNA水解酶，蛋白质合成停止，再加入同种活细胞中提取的RNA，发现活细胞又可重新合成一定数量的蛋白质。 资料一： 实验结果表明： 蛋白质合成跟 有关，其很有可能是DNA的信使。 RNA 6 思考：为什么RNA适于作DNA的信使？ 阅读教材P64-65，思考DNA与RNA的异同，完成下表。 DNA脱氧核糖核酸 RNA核糖核酸 主要存在部位 结构 基本单位 碱基 五碳糖 无机酸 一般双链 一般单链 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 A G C T A G C U 脱氧核糖 核糖 磷酸 磷酸 细胞核 细胞质 DNA（双链） A A G C C A T T G G T C RNA（单链） A U G G U C 碱基的排列顺序 遗传信息 1.化学组成及功能： RNA也是由四种核苷酸连接而成，也能携带遗传信息 2.分子特点： RNA一般为单链，比DNA更短更细，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中 思考一：为什么RNA适于作DNA的信使？ P64-65 从结构和功能两方面均有理论基础 A B 去核 U* U* U* U* U* U* U* U* U* U* U* U* U* U* 移植 U* 资料二： 同位素标记的尿嘧啶 U* 取核 拉斯特同位素标记变形虫换核实验 10 上述实验表明： 1.RNA合成场所为： 2.转移途径为： 细胞核 细胞核 细胞质 信使： RNA （mRNA） 思考一：为什么RNA适于作DNA的信使？ 实验证据 思考二：DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的？ 观看短片，了解相关过程并思考：DNA的遗传信息传给mRNA的实质。 思考二：DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的？ 以 为模板，指导 合成 单位： DNA mRNA 实质 基因？ DNA？ 1. 主要场所： 细胞核 P65 DNA指导mRNA合成 DNA指导mRNA合成 2.过程： 解旋 配对 延伸 释放 A U C G T A G C P65 16 疑惑：合成mRNA的模板链是一条？还是两条？ Marmur和Duty利用噬菌体为材料进行实验。噬菌体的DNA分子由两条碱基组成很不平均的链构成，其中一条链富含嘌呤，另一条链富含嘧啶。 资料三： 实验者在噬菌体侵染后，从细胞中分离出新合成的RNA，他们发现所有新合成的RNA都富含嘧啶。 由此可见，RNA是DNA中的 条链指导合成的 一 18 3.条件 模板 原料 能量 酶 DNA的一条链 4种核糖核苷酸 需要能量 RNA聚合酶 DNA指导mRNA合成 3.条件 模板 原料 能量 酶 DNA的一条链 4种核糖核苷酸 需要能量 RNA聚合酶 产物 转录 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，这一过程叫做转录。 mRNA tRNA rRNA DNA指导mRNA合成 4.概念： P65 基因（DNA） 蛋白质 细胞质 mRNA 遗传信息 转录 ？ 1：概念：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，这一过程叫做转录。 2：场所：细胞核 3：过程：解旋、碱基互补配对、延伸、释放 4：所需物质： 5：结果：形成1条RNA单链 模板：DNA双链之中的1条 原料：4种游离的核糖核苷酸 能量：ATP提供 酶：RNA聚合酶 在同一个DNA上不同基因的转录，与其需要任何一条模板链无关。 ATCTTCTCGGTATTTGATACAATTGCTAGGTCTC TAGTACAGCCATAAACTGGATTAACGATCCAGAG a链 b链 基因1 基因2 表达基因1时， 需要AUGUCGGUA的mRNA链 此时需要用b链作为模板链，a链则为信息链 表达基因2时，需要AUGUUAACGUTCCAG 的mRNA链 此时需要用a链作为模板链，b链则为信息链 要用哪一条DNA链进行转录，只与需要哪条链上的遗传信息有关。 DNA复制和转录的比较 DNA复制 转录 场所 模板 原料 酶 能量 产物 碱基配对方式 遗传信息传递 两条母链 一条链 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 ATP ATP 两个子代DNA 一个RNA 细胞核 细胞核 碱基互补配对；A—T 碱基互补配对；A—U DNA→DNA DNA→RNA 第四章 基因的表达 第一节 基因指导蛋白质的合成（第二课时） 转录的原料是 ，模板是 ，真核生物DNA转录的主要场所 ，转录的结果是 。 游离的4种核糖核苷酸 DNA分子的一条链 细胞核 RNA 细胞核 DNA 核糖体 氨基酸 肽链（蛋白质） mRNA 氨基酸 氨基酸 氨基酸 氨基酸 氨基酸 核糖体是如何读懂mRNA上的遗传信息，并精准将其“翻译”成蛋白质的？ DNA （核苷酸语言） RNA （核苷酸语言） 特点氨基酸 序列的蛋白质 （氨基酸语言） 碱基 氨基酸 ？ 28 摩斯电码又称摩斯密码 ，以“. ” (短音)跟“－” (长音)组成。摩斯密码是世界上最重要的密码技术之一，1843年美国发明者山缪摩斯建立了这一套摩斯电码的系统。它是在电话尚未被发明之前，用于长距离的电报电讯技术。因为摩斯电码的简易使用，人们在战争时期或是突发状况中会使用到它。 摩斯电码 摩斯电码表 请你根据左侧提供的摩斯电码表，将下面用摩斯电码编写的句子译成英文，每个密码已用斜线分隔开。 摩斯电码表 Where are genes located？ 碱基如何编码 氨基酸？ mRNA上的碱基(4种)和氨基酸(21种)之间是如何对应的 ？几个碱基决定一种氨基酸 ？ 一个碱基决定一种氨基酸： 4种碱基可以决定4种氨基酸，明显不够。 二个碱基决定一种氨基酸： 4种碱基可以决定4×4＝16种氨基酸，还差一点。 三个碱基决定一种氨基酸： 4种碱基可以决定4×4×4＝64种氨基酸，绰绰有余。 Mrna上的4种碱基和核糖体合成蛋白质的的原料——20种氨基酸之间是如何对应的？几个碱基对应一种氨基酸？这种猜想一定准确吗？ 31 上世纪50～60年代，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。 克里克T4噬菌体实验 为什么DNA上删掉三个碱基，对噬菌体合成蛋白质无影响，删掉一个或两个碱基，影响却那么大？ 删掉一个： hef atc ata tet heb igr at. 删掉二个： efa tca tat eth ebi gra 删掉三个： fat cat ate the big rat. 试着插入或删去前端的一个、两个和三个字母，看删除后的语意会有什么变化？ the fat cat ate the big rat. 为什么DNA上删掉三个碱基，对噬菌体合成蛋白质无影响，删掉一个或两个碱基，影响却那么大？ 类比推理可得知：出现上述现象的原因是，DNA转录形成的mRNA上每三个碱基决定一个氨基酸。 Mrna上的4种碱基和核糖体合成蛋白质的的原料——20种氨基酸之间是如何对应的？几个碱基对应一种氨基酸？具体哪种碱基排列决定哪种氨基酸呢？ 33 1961年8月，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。 Tyr Ser Phe Cys Tyr Ser Phe Cys 各管加入多聚 尿嘧啶核苷酸 Tyr 利用这个实验系统，破译了第一个遗传密码——UUU(苯丙氨酸) 。 其中有两位名不见经传的年轻人（尼伦伯格和马太），发表了一场仅仅15分钟的汇报，克里克老年回忆时说，听完就像触电一般，我们一直都想靠理论来建立模型，没想到从来没有想到遗传密码可以用这样的生化系统，在试管中破解！这件事情难吗？看上去任务繁重，但只是重复工作，而最初的那个创意很重要。用这个办法，解决了所有种类氨基酸的决定 34 通过大量的尝试，科学家确定三个碱基决定一种氨基酸，并将64种碱基排列所控制的氨基酸编制成了表格。称为密码子表。 U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 亮氨酸 丝氨酸 终止 硒代半胱氨酸 亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 缬、甲硫氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 U C A G U C A G U C A G U C A G U C A G 简并性： 1种氨基酸可以对应一个或多个密码子，而同一种氨基酸具有两个或更多个密码子的现象称为密码子的简并性。 密码子的特点 1、一定程度上防止基因突变导致生物性状的改变。 2、提高翻译过程的容错率。 通用性： 几乎所以生物共用一套遗传密码； 苯丙氨酸 遗传信息的翻译 每3个碱基序列对应1个氨基酸 根据21种氨基酸的密码子表，从AUG或GUG序列开始启动翻译，到UAA或UAG结束翻译 我们已经找到了“基因语言”和“蛋白质语言”的对应关系 1. 定义： 游离在细胞质中各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫做翻译。 2. 碱基与氨基酸之间的对应关系： 密码子 密码子 密码子 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 DNA RNA 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’ 3. 密码子： mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。 mRNA上的每3个碱基决定1个氨基酸 4. 氨基酸的搬运工——tRNA： 反密码子 密码子 tRNA可识别并转运氨基酸。 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； tRNA折叠成三叶草形，其上有3个能与mRNA上的密码子互补配对的碱基，称为反密码子； 若反密码子为ACU，则携带的氨基酸是？ 5’ 3’ 氨基酸 A A G 由密码子UGA所决定的丝氨酸 若密码子为UAA，则对应的反密码子是？ 由于UAA是终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子。即： ▲不是所有的密码子都有与之对应的反密码子。 一般情况下，密码子64种，反密码子有61种。 4. 氨基酸的搬运工——tRNA： 反密码子 密码子 5’ 3’ 氨基酸 A A G （反密码子） tRNA （61种密码子） mRNA 氨基酸 （20种） 运输 编码 互补配对 mRNA、tRNA和氨基酸之间的对应关系 5. 翻译的过程： mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与mRNA上的密码子AUG互补配对，进入位点1（起始密码子AUG）。 位点1 位点2 携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2（密码子CAC）。 位点1上的tRNA将甲硫氨酸交给位点2上的tRNA通过与组氨酸形成肽键，从而转移到占据位点2的tRNA上。 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占据位点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。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，翻译终止。 核糖体移动方向 在细胞质中翻译是一个快速高效的过程。通常一个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。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 多聚核糖体——高效翻译的机制 43 原核、真核生物转录与翻译的区别 原核生物基因组转录和翻译可同时进行（边转录边翻译） 。 真核生物由于核膜的阻隔，所以是先转录完成后，再进行翻译。 6. 翻译的条件： ① 模板： ② 原料： ③ 酶： ④ 能量： ⑤工具： ⑥装配机器： mRNA 游离的21种氨基酸 多种酶 ATP tRNA 核糖体 7. 翻译的结果： 多肽链 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。 8.碱基配对方式： A U C G U A G C 中心法则 中心法则 1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA 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。 RNA 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 逆转录 RNA 的复制 物质、能量、信息 亲代传递给子代的也是信息：DNA上的遗传信息； 亲代传递给子代的是物质：染色体、DNA； 遗传信息作为生命的“设计手册”，通过转录和翻译来支配对应的蛋白质合成，进而控制生物的性状； 生命是物质、能量和信息的统一体。 受精卵 无论是遗传信息的复制、转录、翻译还是个体的生命活动都离不开能量的持续输入。 A—C—U—G—G—A—U—C—U mRNA： 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 肽链： DNA： A—C—T—G—G—A—T—C—T T—G—A—C—C—T—A—G—A 肽键 肽键 （假设以B链为模板进行转录） A链 B链 转录 翻译 基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系 基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：合成蛋白质中的氨基酸个数 ＝ 6∶ 3∶ 1 DNA复制 转录 翻译 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 基因的一条链 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 mRNA 20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 Lavf57.62.100 $$