4.1.2遗传信息的翻译课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

《柳叶刀》发布全球肥胖数据，中国超重/肥胖成年人数量最多，达到4.02亿。 1 第二课时 遗传信息的翻译 单元主题——《探索肥胖的奥秘—基因的表达》 遗传与进化 2 生命观念 1 2 3 4 学习目标 建构翻译等概念，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。 科学思维 科学探究 社会责任 辨析tRNA的结构和功能，提升分析复杂事件的方法和能力。 掌握遗传信息翻译的过程和特点，认同健康生活方式的重要意义。 运用科学的探究方法，验证密码子是mRNA上相邻的三个碱基的实验思路，提升讨论和交流的能力。 3 ob基因 转录 obmRNA ob蛋白 ？ 思考:转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质，那么，mRNA上的遗传信息如何传递到蛋白质上呢？ 基因的表达 4 任务一：密码子的破译 假设：如果1个碱基决定1个氨基酸，构成的氨基酸有______种； 如果2个碱基决定1个氨基酸，构成的氨基酸有______种； 如果3个碱基决定1个氨基酸，构成的氨基酸有______种； 4 16 64 氨基酸 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 AUCG 4 思考1：4种碱基如何决定21种氨基酸 5 一、遗传信息的翻译 实验证据 1961年克里克实验 实验材料：T4噬菌体 实验过程：增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能 正常产生蛋白质。 1.遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。 2.遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。 ①增加或删除1个/2个碱基,无法正常产生蛋白质； ②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。 实验结论： 任务一：遗传密码的破译 实验结果： 6 任务一：密码子的破译 科学家：尼伦伯格、马太 实验技术：蛋白质的体外合成技术 实验过程： 加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 U U U U U U U U U U U U U U RNA 3个碱基是如何与1个氨基酸对应的呢？如UUU对应哪种氨基酸？ 实验结果： 除去了DNA和mRNA的细胞提取液 人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸 7 任务一：密码子的破译 密码子 (1)定义： mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 (2)认读： obmRNA 5' 3' G U G G A A C C U 密码子 密码子 密码子 密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠 决定 缬氨酸 决定 组氨酸 决定 精氨酸 8 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） 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 第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子 苯丙氨酸 U U U UUU 精氨酸 A G G AGG 21种氨基酸的密码子表 9 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） 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 21种氨基酸的密码子表 终止密码子： 、 、 。 种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、 （ 种） （甲硫氨酸） 编码氨基酸的密码子___种 64 UAA GUG AUG UGA 62 UAG 10 任务一：密码子的破译 思考2：从密码子表上可以看出一种密码子决定几种氨基酸?色氨酸有几种密码子？苯丙氨酸有几种密码子？一种氨基酸有几种密码子？ 思考3：.从密码子表中可以看出， 一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作密码的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义? 思考4：地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么? 11 任务一：密码子的破译 思考3：.从密码子表中可以看出， 一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义? G C G A U U G A U C G A C G A G C G A U C 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 增强密码子的容错性,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一种氨基酸，可以保证遗传翻译的速度。 12 任务一：密码子的破译 思考4：地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么? 说明所有的生物可能有共同的起源 称为密码子的通用性 13 【突破一】密码子的读取 拓展：密码子读取方向：mRNA的5'→3'，从起始密码子开始，相邻的密码子无间隔、不重叠。 思考与讨论： 1、已知ob基因的mRNA的碱基序列是3’-AUG GAA GCA UGU GUA-5’，你能写出对应的氨基酸序列吗？ 甲硫氨酸—半胱氨酸—苏氨酸—赖氨酸—缬氨酸 14 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ 色 组 甲硫 精 半胱 半胱 脯 谷 丝 如何精准运送过来的？ tRNA 氨基酸并不含有碱基，因此不能与mRNA上的密码子直接配对。 那么是谁将氨基酸精准运送到mRNA上的？ 15 运输氨基酸的工具 ——tRNA 3' 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 (1)形态： tRNA单链经过折叠，形成三叶草形 (2)功能： ①识别密码子 ②转运氨基酸 ①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 ②一种氨基酸可以由多种tRNA转运 (3)功能特点： (4)反密码子: 位于tRNA上，其实质是与mRNA上密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基，有62种。 16 小结：密码子与反密码子的比较 密码子 反密码子 定义 上3个相邻碱基 与密码子配对的3个碱基 种类 特点 功能 mRNA tRNA上 64种 61或62种 ①一种密码子只决定 氨基酸； ②一种氨基酸可由 密码子决定。 ①一种tRNA只转运 氨基酸， ②一种氨基酸可由 tRNA转运。 决定氨基酸 识别密码子，转运氨基酸 (简并性) 一种 一或多种 一种 一或多种 17 观看视屏并思考：翻译的具体过程是怎样的？ 任务二：翻译的过程 18 起始密码子 mRNA与核糖体结合，携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基起始密码子AUG互补配对进入位点1。 核糖体移动方向 E 1 2 5’ 3’ A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 甲 核糖体 思考：1、翻译的模版是什么？ 2、翻译过程中碱基如何配对？ mRNA tRNA的碱基和mRNA的碱基进行配对，即A-U、U-A、C-G、G-C 任务二：翻译的过程 19 E 1 2 甲 下一个携带氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2，氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键 组 5’ 3’ A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 思考：1、翻译的原料是什么？ 2、翻译的工具是什么？ 3、翻译过程需要能量吗？由谁提供？ 游离的21种氨基酸 tRNA 翻译需要能量，能量由ATP提供 任务二：翻译的过程 20 E 1 2 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，前1个tRNA离开，下一个携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续合成肽链。 精 色 半 半 甲 组 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 脯 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 核糖体移动方向 A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 思考：1、翻译的方向是？ 翻译的方向由mRNA的5’端→3’端 任务二：翻译的过程 核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成终止。 肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质 思考：1、翻译的产物是什么？ 具有一定氨基酸序列的蛋白质（肽链） 2、核糖体上合成的蛋白质具有生物学活性吗？ 核糖体上合成的肽链不具备空间结构，因此不具备生物活性，需要经过内质网和高尔基体加工，才具备生物学功能 3、遗传信息的传递方向是？ mRNA的碱基序列流向蛋白质的氨基酸序列 【突破一】翻译的过程 2.最终合成的多肽链②、③、④、 ⑤ 的氨基酸序列相同吗?为什么? 3.如何快速高效地进行翻译呢？意义是什么? 1.图中①、⑥分别是什么分子或结构?核糖体移动的方向是怎样的? 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。 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。 4.该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗？ 复制 A—T、T—A、G—C、C—G 转录 A—U、T—A、C—G、G—C 翻译 A—U、U—A、C—G、G—C mRNA 核糖体 相同。因为它们的模板是同 一条mRNA。 23 【突破二】真核生物和原核生物基因表达的区别 真核生物 原核生物 24 【突破三】DNA碱基数、mRNA碱基数和氨基酸数量关系 A—C—U—G—G—A—U—C —U mRNA 反密码子 UGA CCU AGA 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 转录 翻译 蛋白质 密码子 ACU GGA UCU DNA A—C—T—G—G—A—T—C —T T—G—A—C—C—T—A—G—A 1 3 6 拓展：因为DNA中有的片段无遗传效应，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，所以实际上当肽链中有n个氨基酸，对应的基因上所含有的碱基数要大于6n,或mRNA 中所含有的碱基数也要大于3n 。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。 25 任务三：中心法则 材料1.1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则 (1)遗传信息可以从DNA流向DNA, 即DNA的复制； (2)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 材料2. 1965年，科学家在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。 材料3.1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。 烟草花叶病毒 艾滋病病毒 26 【突破一】中心法则 思考与讨论： 1、植物根尖分生区细胞和成熟区细胞遗传信息的传递 27 复制 逆转录 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 补充后的中心法则 在遗传信息的流动过程中，__________是信息的载体，_________是信息的表达产物，_____为信息的流动提供能量，说明了_______________。 DNA、RNA 蛋白质 ATP 生命是物质、能量和信息的统一体 28 29 谢谢 30 $$1961年，我用T4噬菌体作为实验材料，通过增加或者删除一个、二个或三个碱基，研究基因碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响。 翻译的过程如下，MRNA分子合成后，通过核孔从细胞核进入细胞质中与核糖体结合。核糖体与MRNA的结合部位会形成2个TRNA的结合位点。MRNA上的碱基AUG是起始密码子，携带甲硫氨酸的TRNA通过与碱基AUG互补配对进入位点1，携带组氨酸的TRA以同样的方式进入位点2，甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到V点2的TRA上。核糖体沿MRA移动读取下一个密码子，原位点一的TRNA离开核糖体，原位点2的TRA进入位点1，一个新的携带氨基酸的TRA进入位点二继续肽链的合成，这个过程一直重复进行。直到核糖体读取到MRA上的中指密码子合成，才中指肽链合成后，就从核糖体与MRA的复合物上脱离。通常还需要经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，才能开始承担细胞生命活动的各项职责。