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 1.从原理上分析，利用已灭绝的恐龙的DNA分子，真的能使恐龙复活吗？ Bt抗虫 蛋白基因 Bt抗虫 蛋白 控制合成 抗虫 表现性状 2.为什么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，培育出的棉花植株抗虫。 绿色荧光 蛋白基因 绿色荧光蛋白 控制合成 绿色荧光 表现性状 人的 胰岛素基因 胰岛素 控制合成 降低血糖 表现性状 基因控制生物性状 指导 合成 蛋白质 基因的表达 基因是有遗传效应的DNA片段，DNA主要存在于细胞核中 蛋白质在细胞质的 核糖体上合成 DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中的呢？ 该实验说明蛋白质的合成与 有关系。 思考：1955年，科学家用洋葱根尖细胞和变形虫进行实验，发现如果用RNA水解酶将细胞内的RNA分解掉，蛋白质合成就停止；如果将提取出的RNA再加进去，细胞重新合成蛋白质。 RNA 【任务一】 阅读教科书P64—P65第二段，完成讨论题，同时思考以下问题。（时间：3min） 1.RNA为什么适于作DNA的信使呢？ 2.DNA和RNA的区别是什么？ 3.RNA的种类。 一、遗传信息的转录 1.RNA可以作为DNA信使的原因 ③RNA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。 ①RNA的分子结构和DNA很相似，也是由基本单位核苷酸连接而成，也含有4种碱基，跟DNA一样可以储存遗传信息。 ②RNA与DNA一样，也遵循碱基互补配对。 一、遗传信息的转录 比较项目 DNA RNA 基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 五碳糖 脱氧核糖 核糖 含氮碱基 A T C G A U C G 结构 一般双链 一般单链 主要存在部位 细胞核 细胞质 2.RNA与DNA的区别 从组成上RNA与DNA相比: ①组成RNA的五碳糖是核糖而不是脱氧核糖； ②组成RNA的碱基中有U无T 一、遗传信息的转录 传递遗传信息，蛋白质合成的模板 识别、转运氨基酸， 识别密码子 核糖体的组成成分 ③核糖体RNA(rRNA)： ②转运RNA(tRNA) ①信使RNA(mRNA)： 转录的过程 RNA聚合酶 RNA聚合酶与DNA结合，使DNA解旋。 3' 5' ①解旋 游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对配，在RNA聚合酶的作用下开始RNA的合成并不断延伸。 ②合成RNA ③RNA释放 合成的mRNA从DNA链上释放，DNA双螺旋恢复。 非模板链 模板链 【任务二】阅读教科书P65第二段，同时思考以下问题（时间：3min） 概念： 时间: 场所: 条件: 在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程 个体：生长发育的整个过程 细胞核（主要） 模板： 原料： 能量： 酶： DNA的一条链 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 （断氢键、成磷酸二酯键） 细胞：细胞分裂前的间期 A－U、T－A、G－C、C－G 原则: 产物: 特点: RNA（mRNA、tRNA、rRNA） 边解旋边转录 遗传信息传递的方向： DNA→RNA 合成方向： 子链的5’端→ 3’端 转录与DNA复制有何异同？ 复制 转录 场所 主要是细胞核 主要是细胞核 模板 DNA的两条链 DNA上基因的一条链 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 能量 ATP ATP 碱基配对 C-G、G-C、A-T、T-A C-G、G-C、A-U、T-A 产物 两个完全相同的子代DNA mRNA、tRNA、rRNA 1、DNA的两条链都能转录吗？ 2、转录时，DNA链完全解开吗？ 不能 不是，只能以基因为单位解开 思考与讨论： 3、在转录过程中碱基互补配对原则有什么特殊情况？ 4、假设以b链为模板，则转录出的RNA碱基排列为？ A—U、T—A、 G—C、 C—G ……A－T－T－C－A－G－A－T－G…… ……T－A－A－G－T－C－T－A－C…… DNA a链 b链 ……A－U－U－C－A－G－A－U－G…… RNA 与模板链： 互补 与非模板链：相同，将 T 换成 U 5、转录出的RNA碱基序列与DNA模板链及其互补链之间有何异同？ 1.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： 【思考.讨论】 (1)图中遗传信息的转录方向为____(用“→”或“←”表示)。 (2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是____________。 (3)图中有 种核苷酸，有 种核酸，有 种碱基。 b和c的名称分别是__________________、___________________。 胞嘧啶脱氧核苷酸 胞嘧啶核糖核苷酸 RNA聚合酶 ← 8 2 5 5、[2019·海南卷] 下列关于蛋白质合成的叙述错误的是 (　　) A、蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束 B、携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点 C、携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合 D、最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸 C 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 课堂小结 二、遗传信息的翻译 1、概念： 2、实质： mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。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，这一过程叫做翻译。 mRNA的碱基序列 → 蛋白质的氨基酸顺序 3、碱基与氨基酸的对应关系 （1）如果1个碱基决定1个氨基酸，则A、G、C、U分别决定1种， 只能决定 种氨基酸。 （2）如果2个碱基决定1个氨基酸，则A、G、C、U4种碱基， 能决定 种氨基酸。 （3）如果3个碱基决定1个氨基酸，则A、G、C、U4种碱基， 能决定 种氨基酸。 上述推测只是破解遗传密码过程中的一步，后来，科学家又通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码。 4 4×4 4×4×4 4、密码子 （1）概念：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。 特点：相邻的密码子之间无间隔，不重叠 mRNA 5' 3' 密码子 密码子 密码子 思考：根据相关信息完成下表，并确定色氨酸的密码子 是 。 DNA A C C T G G mRNA U G G tRNA A C C 氨基酸 色氨酸 UGG 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 （1）密码子共 种，一般情况下，能编码氨基酸的密码子共 种， 真核细胞的起始密码有 种，为 ,编码 ，原核细胞的起始密码有 种，为 ，编码 ， 初始多肽链的第一个氨基酸是 。 64 1 一般情况下3个终止密码子（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。 如果GUG不作为起始密码子时，其编码缬氨酸 2 甲硫氨酸 61 AUG 甲硫氨酸 AUG、GUG 甲硫氨酸 (2)64种密码子决定21种氨基酸，这其中必然就有重复的，即一种氨基酸可由 种密码子决定。一种氨基酸由多种密码子决定的特点即为密码简并性，请问，密码简并性有何意义？ (3) 几乎所有生物都共用一套遗传密码，即为密码通用性，从进化角度看，说明了什么？ (4)从密码子的特点看，将一种生物的基因转移到另一种生物体内，得到了相同的表达，原因是？ (5)一种密码子决定 种氨基酸 一种或多种 说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的 地球上几乎所有生物都共用一套密码子， ②通用性 ③专一性 ①简并性 一种 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；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。 mRNA进入细胞质后与核糖体结合，形成合成蛋白质的“生产线”。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？ 5.运输氨基酸的工具——tRNA (2)tRNA的功能是： (1)由图可知，tRNA比mRNA小，含 条链，因部分碱基互补配对使其折叠形成 形。tRNA的 端携带氨基酸。每个tRNA 含 个碱基，能与mRNA上的___________互补配对的三个碱基叫______________。 识别并转运氨基酸 (3)根据密码子的特点以及碱基互补配对的唯一性，推理：tRNA共有 种，每种tRNA识别并转运 种氨基酸，每种氨基酸可由 种tRNA转运。 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 3' mRNA 5' 3' 1 三叶草 3' 多个 密码子 反密码子 61或62 1 多 6.翻译的过程 （1）翻译过程，是核糖体移动还是mRNA移动？ （2）翻译的方向？ （3）相邻氨基酸如何结合在一起？ （4）翻译过程需要哪些RNA参与？ （5）翻译过程碱基如何配对？ 核糖体移动 沿着mRNA5'→3' 脱水缩合形成肽键 mRNA、tRNA、rRNA A-U、U-A、C-G、G-C 正在合成的肽链 核糖体 mRNA 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 翻译方向： 据图回答： （6）一个 mRNA分子上可以相继结合 多个核糖体，形成多聚核糖体。 图中最终合成的四条多肽的氨基酸序列是否相同？ （7）形成多聚核糖体有何意义？ （8）图中翻译的方向是？ 相同，因为其模板相同 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 （9）翻译能够精确进行的原因是什么？ ①mRNA为翻译提供了精确的模板； ②通过mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。 场所： 条件： 能量： 模板： 原料： 工具： 原则： A－U、U－A、G－C、C－G 产物： 遗传信息传递的方向： 概念： 氨基酸以mRNA为模板形成蛋白质的过程 RNA → 蛋白质 多肽，经加工后成为成熟的蛋白质 6.翻译的过程 细胞质中的核糖体上 碱基互补配对原则 ATP mRNA 21种氨基酸 tRNA 正在合成的肽链 核糖体 mRNA 复制 转录 翻译 信息流动方向 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图 1957年，克里克提出中心法则 弗朗西斯·克里克 三、中心法则 生物种类 遗传信息的传递过程 以DNA作为遗传物质的生物 原核生物 真核生物 DNA病毒 以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒 逆转录病毒 (HIV) 翻译 蛋白质 复制 DNA 转录 RNA 复制 RNA 蛋白质 翻译 蛋白质 翻译 转录 DNA RNA 逆转录 RNA 复制 A—C—T—G—G—A—T—C —T T—G—A—C—C—T—A—G—A 基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间的数量关系？ A—C—U—G—G—A—U—C —U 苏氨酸—— 氨酸—— 氨酸 DNA 1 3 6 mRNA 蛋白质 小结：基因表达的相关计算 1.某病毒的遗传物质是单链RNA(-RNA),宿主细胞内病毒的增殖过程如下图所示,-RNA和+RNA的碱基序列是互补的。下列叙述正确的是(　　) C A.-RNA和+RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板 B.据图推测,只有-RNA上有RNA聚合酶的结合位点 C.过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同 D.过程②需要的tRNA来自病毒,原料及场所都由宿主细胞提供 Lavf57.62.100 Lavf58.20.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $$