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（2019）必修2

第1节 基因指导蛋白质的合成 第4章 基因的表达 1.基因如何指导蛋白质的合成? 2.中心法则是如何描述遗传信息的传递规律? 3、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? 本节聚焦 1 基因可以控制蛋白质的合成,这个过程就是基因的表达。 一、遗传信息的转录 基因主要分布于哪里?蛋白质合成的场所呢? 基因(DNA)的分布: 主要在细胞核(真核生物) 拟核(原核生物) 蛋白质的合成场所: _中的核糖体中合成的。 分布和合成场所不同,那么遗传信息如何传递?如何解读? 空间距离 细胞质 遗传信息储存在细胞核的DNA中 蛋白质的合成发生在细胞质中的核糖体上 在DNA和蛋白质之间,有一种中间物质充当信使 RNA 金寨一中 一、遗传信息的转录 DNA RNA 全称: 基本单位: 全称: 基本单位: DNA一般为双螺旋结构 RNA通常呈单链 核糖 P 含氮碱基 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U) 脱氧核糖核酸 脱氧核糖核苷酸 核糖核酸 核糖核苷酸 P 脱氧核糖 含氮碱基 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 1.DNA和RNA的主要区别 结构: 结构: 分布(真核细胞): 细胞核(主要) 线粒体、叶绿体 分布(真核细胞): 细胞质(主要) 结合RNA与DNA的相同点与不同点,分析“RNA适于作信使”的原因 金寨一中 思考讨论 为什么RNA适于作DNA的信使? 核糖 脱氧核糖 分子组成与DNA相似: RNA也是由基本单位——核苷酸(核糖)连接而成的,由核糖、磷酸、含氮碱基(A、 G、C、U)共同组成,RNA具备准确传递遗传信息的可能。 RNA一般是单链,而且比DNA短,能够通过核孔,从细胞核转移到细胞质中。 胞嘧啶 鸟嘌呤 腺嘌呤 尿嘧啶 胞嘧啶 鸟嘌呤 腺嘌呤 胸腺嘧啶 碱基 碱基对 RNA的结构 DNA的结构 一、遗传信息的转录 金寨一中 RNA的类型 作为DNA的信使, 是蛋白质合成的模板 转运氨基酸,识别密码子 核糖体的组成成分 ①信使RNA ( mRNA) 单链 ②转运RNA ( tRNA) 单链 ③核糖体RNA( rRNA ) 单链 注意:少数RNA还具有催化作用,有的作为RNA病毒的遗传物质。 tRNA 一、遗传信息的转录 金寨一中 1.什么是转录? 2.转录场所、过程、结果? 3.转录的条件? 4.转录过程中碱基如何配对? 5.遗传信息的传递方向? 观看视频,阅读教材65页图4-4,尝试回答以下问题。 DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的? 一、遗传信息的转录 DNA mRNA 转录 5' 5' 3' 3' 5' 3' RNA聚合酶 游离的核糖核苷酸 转录的方向 ①解旋 ②配对 ③连接 ④释放 DNA双链解开,碱基暴露出来 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的合成 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上 合成的mRNA从DNA 链上释放,而后,DNA双螺旋恢复 转录的过程 边解旋边转录 方向:5′端 3′端 RNA聚合酶 A-U、T-A、G-C、C-G 一、遗传信息的转录 ①氢键断裂 ②磷酸二酯键形成 DNA DNA模板链 mRNA 8 1.概念: 3.时间: 4.条件: 5.产物: 6.特点: 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,这一过程叫作转录。 个体生长发育的整个过程 2. 场所: 模板: 原料: 能量: 酶: 边解旋边转录 7.遗传信息的传递方向: DNA RNA DNA的一条链的片段 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 mRNA、rRNA和tRNA 一、遗传信息的转录 真核生物:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体 一、遗传信息的转录 1.转录成的RNA的碱基序列与DNA的两条单链的碱基序列各有哪些异同? DNA双链片段 a链 b链 (模板链) C G A A C C T C A C G C 信使RNA G C U U G G A G U G C G 转录成的RNA的碱基序列与DNA模板链的碱基序列是互补配对的; 转录成的RNA的碱基序列与a链(编码链)的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U,对应在非模板链上的碱基是T。 G C T T G G A G T G C G 写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列 写出b链对应的a链的碱基序列 金寨一中 一、遗传信息的转录 2.转录时,DNA链完全解开吗? DNA的两条链都可作为模板链么? 不需要,边解旋边转录; 只有一条链可作为模板链。 3.转录是转录整个DNA么? 转录不是转录整个DNA,转录以基因为单位进行。 4.一个DNA分子中某个基因转录时,其他基因是否一定也在进行转录? 一个DNA分子中的不同基因,不一定同时进行转录。 同种生物的不同细胞中,由于基因的选择性表达,mRNA的种类和数量一般是不相同的,但tRNA和rRNA的种类一般没有差异。 金寨一中 -ATGCATGCAT……CCATGCTAGC CA……TCCCTAAGGATAG CCATC CCAGATG ……CATGCATCCATGC- -TACGTACGTA……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG- 基因A 基因b 基因H 其他基因 1个DNA分子 (多个基因) 转录 UGCAU……CCAUGC mRNA 转录 GGUCUAC……GUA mRNA 哪条是模板链? 1链 2链 DNA两条链中只有一条链是转录的模板链,不同基因模板链可能不同。一个DNA转录出的mRNA不完全相同。 转录以基因为单位,每次转录的只是DNA分子特定的基因片段; 1链 2链 一、遗传信息的转录 转录补充说明 金寨一中 12 一、遗传信息的转录 如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程,请据图分析回答下列问题: (1)转录是以DNA(基因)的 (1条/2条)链为模板, 一个DNA分子上的所有基因的模板链 (一定/不一定)相同。 (2)图中遗传信息的转录方向为 ( / )。 (3) a为启动上述过程必需的有机物,其名称是 。 (4) b和c的名称分别是 、 。 (5) 此过程中的碱基配对方式为 。 (6) 在植物的根细胞中,上述过程发生的场所是 。 (7) 转录完成后,d需要通过 层生物膜才能与核糖体结合。 RNA聚合酶 胞嘧啶脱氧核苷酸 胞嘧啶核糖核苷酸 A—U、T—A、C—G、G—C 练习 0 细胞核、线粒体 1条 不一定 一、遗传信息的转录 [例1]基因通过转录将遗传信息传递 到RNA中,有些RNA携带遗传信息通 过核孔从细胞核进入细胞质中指导蛋 白质合成。如图为基因的转录过程, 相关叙述正确的是( ) A.以DNA的一条链为模板转录出的RNA均可编码多肽链 B.RNA聚合酶可使氢键断裂,催化形成磷酸二酯键和氢键 C.图示的转录方向为从左向右,b为解开螺旋,a为恢复螺旋 D.在一个细胞周期中,DNA的复制和转录都只发生一次 C 金寨一中 一、遗传信息的转录 [例2]图甲和图乙是在人体某细胞的细胞核中发生的两个过程,下列相关判断错误的是( ) A.该细胞可能是造血干细胞,不可能是胰岛B细胞 B.与图甲过程相比,图乙过程可频繁发生 C.图甲过程形成产物的长度与图乙形成的大致相同 D.基因1与基因2转录的模板链可能不在DNA的一条单链上 C 金寨一中 阅读教材P66-P68,思考: 1. mRNA的4种碱基如何对应蛋白质的21种氨基酸? 2. 游离氨基酸是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上? 3.什么是翻译?请简述翻译的过程? 二、遗传信息的翻译 mRNA携带的遗传信息 蛋白质 DNA携带的遗传信息 转录 翻译 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。 翻译概念 金寨一中 4 16(42) 64(43) <21种氨基酸 <21种氨基酸 >21种氨基酸 如果1个碱基对应1个氨基酸,4种碱基决定_种氨基酸; 如果2个碱基对应1个氨基酸,4种碱基决定_种氨基酸; 如果3个碱基对应1个氨基酸,4种碱基决定_种氨基酸。 二、遗传信息的翻译 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 翻译实质 mRNA: 碱基的数量 排列顺序 种类 蛋白质: 氨基酸的数量 排列顺序 种类 决定 决定 决定 ?种 4种AGCU 21种 后来科学家又通过一步步的推测和实验,证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸,最终破解了64个遗传密码子。 金寨一中 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 肽链 实验结论: 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU(第一个被破译的密码子)。 在多位科学家的不断实验下,终于破译了全部64密码子,并编制出密码子表。 遗传密码子的破译 18 mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子。 密码子 决定 密码子 密码子 决定 决定 缬氨酸 精氨酸 组氨酸 mRNA 密码子 任务:仔细阅读67页表4-1,思考问题 1、遗传密码子共多少个,能决定氨基酸的遗传密码有多少个?哪些密码子不决定氨基酸,其作用是什么? 2、密码子与氨基酸之间是否是一一对应关系?若不是请简述其关系。 3、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? 二、遗传信息的翻译 密码子认读是从mRNA的5' 3',相邻的密码子无间隔、不重叠。 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C 亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A 亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C 亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A 亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C 异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A 甲硫氨酸(起始)(AUG) 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C 缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G 密码子(共64个) 起始密码子2种: 终止密码子3种: 注意:1.特殊情况下,UGA可编码硒代半胱氨酸; 2.原核生物中,GUG可作为起始密码子,编码甲硫氨酸。 真核生物只有1种 原核生物可以有2种 GUG(甲硫氨酸,如果该密码子不作为起始密码子时,其编码缬氨酸) AUG (甲硫氨酸) 一般情况下终止密码子(UAA、UAG、UGA)不决定氨基酸,特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下,决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。 金寨一中 尝试归纳密码子的特点 1.密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义? 当密码子中有一个碱基改变时,由于密码子的简并,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。 2.根据密码子的通用性,你能想到什么? 说明当今生物可能有着共同的起源。 每种密码子只对应一种氨基酸 专一性 几乎所有生物体共用一套密码子 通用性 思考讨论 一种氨基酸可能由一种或多种密码子决定 简并性 二、遗传信息的翻译 金寨一中 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 碱基配对 形成氢键 结合氨基酸的部位 GUA 游离在细胞质中的氨基酸是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上呢? tRNA三维结构 tRNA 反密码子 tRNA 组 氨酸 G ①形态: ③特点: ②反密码子: 三叶草形 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 mRNA 5' 3' A C U 密码子 二、遗传信息的翻译 金寨一中 (反密码子) tRNA (61或62种密码子) mRNA 氨基酸 (21种) 运输 编码 互补配对 ①一种tRNA只能识别并运输一种氨基酸,一种氨基酸可能被多种tRNA运输。 ②不是所有的密码子(终止密码子)都有与之对应的反密码子。 二、遗传信息的翻译 金寨一中 tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的? 观看视频,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。 1.mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止? 2.根据密码子的阅读方式,图中mRNA上共有几个密码子? 3.核糖体移动的方向? 4.合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗? 二、遗传信息的翻译 金寨一中 二、遗传信息的翻译 1.mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止? 2.根据密码子的阅读方式,图中mRNA上共有几个密码子? 起始密码子决定翻译的起始 终止密码子决定翻译的终止 10个 3.核糖体移动的方向是什么? 从起始密码子开始翻译,沿着mRNA按照5'到3'的方向读取密码子,直至读到终止密码子,翻译终止。 金寨一中 4.翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗? 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。 二、遗传信息的翻译 金寨一中 思考讨论 1、细胞内如何快速高效地进行翻译呢? 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。 3、判断翻译的方向_。 从左到右 2、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。 核糖体 mRNA 正在合成的肽链 二、遗传信息的翻译 意义:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 由肽链短 肽链长的方向进行从5’端-3’端 金寨一中 二、遗传信息的翻译 模板: 原料: 能量:ATP 酶:多种酶 场所: 转运工具: 条件 碱基互补配对 具有特定氨基酸顺序的多肽链(蛋白质) mRNA 蛋白质 产物 原则 遗传信息传递的方向 G-C、C-G、U-A、A-U mRNA-tRNA mRNA 21种游离的氨基酸 细胞质中的核糖体 tRNA 金寨一中 DNA复制 转录 翻译 时间 场所 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 方向 信息传递 细胞分裂前的间期 主要细胞核,线粒体、叶绿体 DNA的两条母链 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 完全相同的DNA分子 DNA上基因的一条链 4种核糖核苷酸 RNA聚合酶 ATP A-U,T-A,G-C ,C-G 边解旋边转录 mRNA、tRNA、rRNA 生长发育的整个过程 核糖体 mRNA 21种氨基酸 多种酶 一定氨基酸顺序的多肽 A-U,U-A,G-C,C-G 一个mRNA上结合多个核糖体同时合成多条肽链 DNA DNA DNA RNA mRNA 蛋白质 起始密码子到终止密码子 子链从5’端-3’端 RNA从5’端-3’端 二、遗传信息的翻译 [例1]如图为真核细胞内发生的生理过程, 下列相关叙述正确的是( ) A.该过程中既有氢键形成,也有氢键断裂 B.核糖体与mRNA结合后会形成3个 tRNA结合位点 C.正常情况下,UGA是终止密码子,但是在特殊情况下,UGA可以编码硒代半胱氨酸,这体现了密码子的简并性 D.随核糖体移动,②tRNA上的氨基酸会与④tRNA上的氨基酸形成肽键,并转移到④tRNA上 A 2 绝大多数氨基酸都有几个密码子的现象 ② 金寨一中 二、遗传信息的翻译 [例2] 研究发现,在真核细胞中基因表达分三步进行,分别由RNA聚合酶、剪接体和核糖体执行转录、剪接和翻译的过程(如图)。其中剪接体主要由蛋白质和小分子的核RNA组成。下列说法错误的是( ) A.信使RNA前体通过剪接后在细胞质用于翻译 B.合成信使RNA前体时,RNA聚合酶与基因的起始密码子相结合 C.若剪接体剪接位置出现差错,可能导致蛋白质结构发生改变 D.翻译过程中可观察到多个核糖体与同一个信使RNA结合 B 金寨一中 二、遗传信息的翻译 [例3] 如图1、2是两种细胞中遗传信息的主要表达过程。据图分析,下列叙述中不正确的是( ) A.图1细胞中没有核膜包被的细胞核,可以边转录边翻译 B.两细胞中基因表达过程均由线粒体提供能量 C.真核生物细胞核中转录出的mRNA必 须通过核孔后才能翻译,翻译方向为5′到3′ D.图中所示的遗传信息的流动方向都是 DNA mRNA 蛋白质 先转录后翻译 B 图1无线粒体 金寨一中 说明: 因为DNA中有的 片段不能转录出 mRNA;转录出 的mRNA中有终 止密码子,终止 密码子不对应氨 基酸,所以实际上DNA所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。 思考:如合成由n个氨基酸组成的蛋白质,在不考虑终止密码子等情况下,DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系? 6:3:1 DNA mRNA 蛋白质 转录 翻译 二、遗传信息的翻译 DNA的碱基数6n mRNA的碱基数3n 蛋白质中氨基酸数n 金寨一中 二、遗传信息的翻译 [例7]某DNA分子共有1200对碱基,A+T占46%,其中一条链中G和T分别占22%和28%,则由该链转录的mRNA中G所占比例和其翻译产物中含氨基酸的数目最多分别是( ) A.32% 400个 B.32% 200个 C.18% 200个 D.22% 400个 解题:已知DNA分子中,A+T占46%,即A+T=46%,则A=T=23%、C=G=50%-23%=27%。一条链中G和T分别占22%和28%,即G1=22%、T1=28%,根据碱基互补配对原则,G=(G1+G2) 2,则G2=32%,C1=32%,根据碱基互补配对原则mRNA中的鸟嘌呤为32%。 DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1,该DNA分子中共有1200对碱基,因此其翻译形成的产物中氨基酸的数目最多为1200 2 6=400个。 A 金寨一中 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。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。 请根据以下资料补充中心法则的内容 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 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。 复制 逆转录 新冠病毒 HIV病毒 克里克 三、中心法则 金寨一中 35 请写出以下生物的遗传信息的传递过程 1.能分裂的细胞(洋葱根尖分生区细胞、原核细胞)和DNA病毒(噬菌体) 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 复制 2.不能分裂的细胞 (洋葱表皮细胞) 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 3.具有RNA复制酶的RNA病毒 (如烟草花叶病毒) RNA 蛋白质 翻译 复制 4.具有逆转录酶的RNA病毒(如艾滋病病毒) 转录 翻译 RNA DNA 蛋白质 复制 三、中心法则 所有真核细胞遗传信息传递都是一致的吗? 三、中心法则 [例5] 脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA病毒,如图是该病毒在细胞内增殖的示意图(②③过程遵循碱基互补配对原则),下列有关叙述不正确的是( ) A.脊髓灰质炎病毒的遗传信息和密码子均位于+RNA中 B.过程②与过程③发生碱基互补配对的方式相同 C.酶X是RNA复制酶 D.+RNA复制产生子代+RNA的过 程,消耗的嘌呤碱基数大于嘧啶碱基数 D 等于 金寨一中 课堂小结 金寨一中 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。 ( ) 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 练习与应用(P69) D 金寨一中 学而时习之 金寨一中 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 2020-01-18T01:51:12.00796 Lavf58.29.100 $$