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 基因指导蛋白质的合成 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 主要内容 一、几种主要的RNA 二、遗传信息的转录 三、遗传信息的翻译 RNA适于作DNA信使的原因 RNA也是由四种核苷酸连接而成，结构非常相似，也能储存遗传信息。 RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。 RNA与DNA的关系中，也遵循碱基互补配对原则。 一、几种主要的RNA DNA与RNA比较 构成RNA 构成DNA 脱氧核糖 DNA 胸腺嘧啶（T） 磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） RNA 核糖 尿嘧啶（U） tRNA mRNA rRNA 信使RNA（mRNA） 转运RNA（tRNA） 核糖体RNA RNA分类 mRNA 将DNA遗传信息转录下来，传递至细胞质中的核糖体上，控制蛋白质的合成。 tRNA 转运氨基酸的工具，专一识别一种氨基酸的密码子，转运一种氨基酸(多种) rRNA 与蛋白质构成核糖体 主要内容 一、几种主要的RNA 二、遗传信息的转录 三、遗传信息的翻译 基因的表达 转录： 翻译： 转录：是指遗传信息从基因（DNA）转移到RNA，在RNA聚合酶的作用下形成一条与DNA碱基序列互补的RNA的过程。 二、遗传信息的转录 DNA（基因）的平面结构图 A G T A C A A A T T C A T G A T T A 遗传信息的转录 二、遗传信息的转录 DNA一条链 游离的核糖核苷酸 A G T A C A A A T U U G G A C U G C U G A 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T A G C U G A C G G U U U RNA 聚合酶 DNA与RNA的碱基互补配对：A——U；T——A；C——G；G—C RNA 聚合酶作用： ①解旋 ②催化RNA的合成 二、遗传信息的转录 RNA聚合酶本质是蛋白质 A G T A C A A A T A G C G A C G G U U U U 组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来 U 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G C G A C G G U U U U A U 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G U U A G C G A C G U U U 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G U U A U G C G A C G U U 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G U U A U U G C G A C G U 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G U U A U U A G C G C G U 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G U U A U U A U G C G C G 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G U U A U U A U G G C G C 二、遗传信息的转录 A G T A C A A A T G U U A U U A U C mRNA（单链） DNA一条链 G G C G 形成 mRNA,DNA上的遗传信息就传递到mRNA上 转录的产物为RNA可以是mRNA、tRNA和rRNA 二、遗传信息的转录 RNA聚合酶 碱基 碱基互补配对 一条链 核糖核苷酸 mRNA DNA链 双链 3´ 5´ 3´ 5´ 5´ 二、遗传信息的转录 不是所有基因都会转录，转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。 蛋白质是由21种氨基酸组成的，而信使RNA上的碱基只有四种（A、G、C、U），那么，这四种碱基是怎样决定蛋白质上的21种氨基酸的呢？ 主要内容 一、几种主要的RNA 二、遗传信息的转录 三、遗传信息的翻译 基因的表达 转录： 翻译： 转录：是指遗传信息从基因（DNA）转移到RNA，在RNA聚合酶的作用下形成一条与DNA碱基序列互补的mRNA的过程。 翻译：翻译是根据遗传密码，将成熟的信使RNA分子（由DNA通过转录而生成）中“碱基的排列顺序”（核苷酸序列）解码，并生成对应的特定氨基酸序列的过程。 起始 运输 延伸 终止 脱离 三、遗传信息的翻译 A G T A C A A A T mRNA通过核孔进入细胞质 核孔 细胞质 三、遗传信息的翻译 三、遗传信息的翻译 组成人体蛋白质的氨基酸有21种，至少需要3个碱基对应1个氨基酸 碱基和氨基酸间的对应关系可能 最多编码的氨基酸种类 1个碱基→1个氨基酸 2个碱基→1个氨基酸 3个碱基→1个氨基酸 4个碱基→1个氨基酸 …… …… 三联体密码的提出 野生型噬菌体 插入或删掉3个相邻碱基 噬菌体能侵染细菌，使死菌死亡 野生型噬菌体 噬菌体不能侵染细菌，不能使细菌死亡 插入或删掉1个或2个相邻碱基 4 16 64 256 ①遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。 ②遗传密码从一个固定的起点开始，以非重读的方式阅读，编码之间没有分隔符。 G U U A T T A A G mRNA 密码子：遗传学上把信使RNA（mRNA）上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做一个密码子。 密码子 密码子 密码子 三、遗传信息的翻译 第一个遗传密码的破译 请利用以下材料设计试验方案，探究UUU是哪种氨基酸的密码子，简要写出实验思路，并预期结果和结论。 实验材料：20支试管、二十种纯化的氨基酸、去除了DNA和mRNA的细胞提取液（含核糖体和酶）、（多聚尿嘧啶核苷酸）UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU。 第一个遗传密码的破译 实验方案： ①取20支试管，分别加入二十种氨基酸。 ②给每支试管中加入去除了DNA和mRNA的细胞提取液。 ③给每支试管加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸。 ④检测每支试管中肽链的合成情况。 预期结果与结论： 如果加入苯丙氨酸的试管中出现了肽链，则说明UUU是苯丙氨酸的密码子。 真核生物的起始密码子为AUG，编码甲硫氨酸。 AUG可作为原核生物的起始密码子，编码甲硫氨酸。 原核生物也可以使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。 UAA、UAG为终止密码子，提供翻译终止的信号。 UGA正常情况下为终止密码子，特殊情况下，可编码硒代半胱氨酸。 氨基酸和密码子的对应关系是怎么样的？ 思考、有的氨基酸只有一个密码子，例如色氨酸。绝大多数氨基酸都有好几个密码子，这一现象称为密码的简并，你认为密码的简并对生物体的生存和发展有什么意义？ ①可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。 ②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。 思考、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？ 通用性 说明地球上生物有共同起源 三、遗传信息的翻译 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ M U A C 位点1 位点2 反密码子 （反密码子） tRNA （密码子） mRNA 氨基酸 （约20种） 运输 编码 互补配对 mRNA、tRNA和氨基酸之间的对应关系 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不是所有的密码子都有与之对应的反密码子。 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ M U A C 第1步： mRNA 进入细胞质,与核糖体结合。 位点1 位点2 携带甲硫氨酸(M)的tRNA,通过与碱基AUG互补配对,进入位点1 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ M U A C H U G G 第2步 位点1 位点2 携带某个氨基酸(H)的tRNA以同样的方式进入位点2 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ H U G G 位点1 位点2 M U A C 第2步 携带某个氨基酸(H)的tRNA以同样的方式进入位点2 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ H U G G 位点1 位点2 U A C M 第3步 甲硫氨酸与这个氨基酸(H)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ H U G G 位点1 位点2 U A C M 第4步 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ H U G G 位点1 位点2 U A C M 第4步 原位点1的tRNA 离开核糖体,原位点2的tRNA进入位点1 A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ H U G G 位点1 位点2 U A C M 第4步 一个新的携带氨基酸(W)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成 C A W C A U G C A C U G G C G U 5′ 3′ H U G G 位点1 位点2 M 第4步 一个新的携带氨基酸(W)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成 C A W C C A C U G G C G U 5′ 3′ A U G U G G C A W C M H 位点1 位点2 二肽(M-H)与这个氨基酸(W)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上。 C A C U G G C G U 5′ 3′ A U G U G G C A W C M H 位点1 位点2 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。 C A C U G G U 5′ 3′ A U G 就这样，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,合成才告终止。 A A R M H W 四、中心法则 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。这样少量的mRNA就可以迅速合成大量蛋白质，提高翻译的效率。 DNA复制 转录 翻译 时间 场所 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 （遗传信息） （遗传密码） （生物性状） 细胞分裂间期 细胞核 DNA的两条链均为模板 四种脱氧核苷酸 DNA聚合酶等 ATP A-T、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 细胞核 基因的一条链为模板 四种核糖核苷酸 RNA聚合酶等 ATP A-U、T-A G-C ，C-G 边解旋边转录 1个信使RNA 生长发育过程 细胞质（核糖体） mRNA为模板 二十种氨基酸 特定的酶等 ATP mRNA与tRNA配对 A-U, G-C 多个特定氨基酸顺序的蛋白质 四、中心法则 1957年克里克提出中心法则：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。 少数生物遗传信息可以从RNA流向RNA（RNA复制）或RNA流向DNA（逆转录） 生命是物质、能量和信息的统一体 五、基因表达过程中有关数量的变化 转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数：mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数＝6∶3∶1。图解如下： RNA聚合酶 的识别和结合位点 原核细胞的基因结构 能转录 编码区 不能转录 非编码区 不能转录 非编码区 启动子 转录 调控 调控 上游 下游 mRNA 翻译 蛋白质 终止子 启动子 外显子 内含子 1 2 3 4 5 非编码区 非编码区 编码区 转录 前体mRNA 加工 成熟mRNA 翻译 肽链 真核细胞的基因结构 终止子 mRNA AUG 起始密码子 UAA 终止密码子 如何区分启动子、终止子、起始密码子、终止密码子？ 启动子、终止子位于基因（DNA）上，与转录有关。 起始密码子、终止密码子位于mRNA上，与翻译有关。 原核生物，转录还没完成，就开始了翻译，边转录边翻译。 真核生物，核基因的转录和翻译不能同时进行，被核膜从时空上隔开了。 第 基因指导蛋白质的合成 $$