4.1 基因指导蛋白质合成 课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

4.1 基因指导蛋白质的合成 1 遗传信息的转录 2 遗传信息的翻译 基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA主要储存在细胞核中。 蛋白质合成是在细胞质的核糖体中进行。 基因 蛋白质 ？ RNA 细胞核 细胞质 1 遗传信息的转录 1.RNA的组成 (1)基本单位：核糖核苷酸 (2)组成成分： (3)结构：一般是单链，长度比DNA短；能通过核孔从细胞核转移到细胞质中 碱基 磷酸 核糖 A G C U （4）RNA和DNA的区别 项目 RNA DNA 名称 组成 基本单位 结构 存在部位 功能 核糖核酸 脱氧核糖核酸 核糖核苷酸 脱氧（核糖）核苷酸 一般为单链 双螺旋结构 主要存在于细胞质中 主要存在于细胞核中 C、H、O、N、P 核糖、磷酸、 含氮碱基：A、G、C、U C、H、O、N、P 脱氧核糖、磷酸、 含氮碱基：A、G、C、T 储存、传递遗传信息（少数可作为酶） 携带遗传信息 2.RNA种类、作用及结构 种类 作用 结构 信使RNA （mRNA） 转运RNA （tRNA） 核糖体RNA （rRNA） 蛋白质合成 的直接模板 单链 运载氨基酸 三叶草形 核糖体的 组成成分 单链 RNA是由基本单位——核苷酸连接而成，含4种碱基，具备准确传递遗传信息的可能。 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”。 因此以RNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。 为什么mRNA适于作DNA的信使？ （2）场所： （1）概念： 3.遗传信息的转录 在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程叫做转录。 （3）条件： 模板: 原料: 能量: 酶: DNA的一条链为模板 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 真核：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 原核：拟核（主要）、细胞质 病毒：宿主细胞内 （4）碱基配对原则： A—U；T—A；C—G；T—A DNA的平面结构图 (5)过程： A G T A C A A A T 3' 5' T C A T G A T T A 5' 3' A G C U G A C G G U U U 游离的核糖核苷酸 (原料） 细胞核中 A G T A C T A A T DNA的一条链 3' 5' 1、 解旋 条件：RNA聚合酶、ATP A G T A C A A A T A G C U G A C G G U U U 2、配对： 4种核糖核苷酸 遵循碱基互补配对原则A—U；T—A；C—G；T—A RNA 聚合酶 细胞核中 3' 5' A G T A C A A A T A G C G A C G G U U U U 3、连接 条件：RNA聚合酶 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T A G C G A C G G U U U U 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G C G A C G G U U U U A 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G C G A C G U U G U U A 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G C G A C G U G U U A U 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G C G A C G G U U A U U 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G C G A C G G U U A U U A 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G C G C G G U U A U U A U 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G G C G G U U A U U A U C 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T G G C G G U U A U U A U C mRNA DNA 细胞核中 3' 5' 3' 5' A G T A C A A A T U C A U G A U U A mRNA 细胞质 细胞核 核孔 DNA 3' 5' 3' 5' 4、释放：RNA聚合酶使mRNA与DNA模板解旋脱离 A G T A C A A A T U C A U G A U U A mRNA 细胞质 细胞核 3' 5' mRNA通过核孔进入细胞质 A G T A C A A A T 3' 5' T C A T G A T T A 5' 3' DNA双螺旋恢复 模板链 非模板链 转录过程小结 （6）产物: mRNA、tRNA、rRNA 边解旋边转录 DNA→RNA （8）转录方向： （7）特点: （8）遗传信息流动方向： RNA沿5'→3'方向延伸 项目   复制   转录 主要 场所 模板 原料 酶 能量 配对 原则 产物 细胞核 DNA→DNA DNA的一条链 游离的四种核糖核苷酸 RNA聚合酶 ATP A-U G-C T-A C-G 3种RNA 细胞核 信息 传递 DNA的两条链 游离的四种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP A-T C-G T-A G-C 子代DNA DNA→RNA 特点 半保留复制 边解旋边复制 边解旋边转录 场所: 模板: 原料: 酶: 产物: 特点: 原则: 遗传信息传递： 真核：主要在细胞核、线粒体、叶绿体 原核：拟核区 (细胞质） DNA的一条链 四种游离的核糖核苷酸(A、G、C、U） RNA聚合酶 RNA（三种） 边解旋边转录 碱基互补配对原则（A=U,T=A; G=C,C=G） DNA→RNA 转录小结 3.如图甲、乙表示真核生物遗传信息传递过程中的某两个阶段的示意图，图丙为图乙中部分片段的放大示意图。对此分析合理的是( ) C A.图甲所示过程主要发生于细胞核内，图乙所示过程主要发生于细胞质内 B.图中催化图甲、乙所示两过程的酶1、酶2和酶3是相同的 C.图丙中a链为模板链，b链为转录出的子链 D.图丙中含有两种单糖、五种碱基、五种核苷酸 DNA(基因) 蛋白质 RNA 转录 翻译 mRNA通过核孔进入细胞质中， 开始了新的历程…… 1、概念： 2、场所： 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。 细胞质中的核糖体 3、条件： 4、产物： 模板： mRNA 原料：游离的氨基酸 能量： ATP 2 遗传信息的翻译 将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 酶 蛋白质 5、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 4种 21种 讨论：4种碱基是怎么决定21种不同的氨基酸的呢？ 决定 如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，即 如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定___种， 即   如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，即 4 16 64 至少需要3个碱基决定1个氨基酸，才能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。 密码子 密码子 密码子 6、密码子： mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫做1个密码子。 U U A G A U A U C mRNA 5' 3' （1）密码子种类： 密码子共有64种： 起始密码2种：AUG（甲硫氨酸）、GUG（原核：甲硫氨酸） 终止密码3种：UAA（不编码）、 UAG（不编码）、 UGA（特殊情况下编码硒代半胱氨酸） 决定氨基酸的密码子：62种 （2）密码子特点： 特异性：一个密码子决定一个特定的氨基酸。 简并性：一个氨基酸对应一个或多个密码子。 通用性：几乎所有的生物体都共用一套密码子。 不间断性、不重叠性。 一段mRNA的碱基序列是：AACCGGUAUGAAGUUUGGCUAACAAUAAA， 请写出对应的氨基酸序列。 练习： AACCGGUAUGAAGUUUGGCUAACAAUAAA 甘氨酸 甲硫氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 起始密码子→终止密码子 思考： mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞质中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？ 核糖体 甲硫氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 谷氨酸 A C G U G A U U A 5' 3' mRNA 7、转运RNA (tRNA) 结构：RNA链经过折叠形成三叶草形，一端（3'）结合氨基酸，另一端有3个相邻碱基，与mRNA上的密码子互补配对，称为反密码子。 功能及特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸；一种氨基酸可由一种或几种tRNA携带。 天冬 氨酸 反密码子 异亮 氨酸 反密码子 A C U A U G G A U 密码子 密码子 A U C U A C 甲硫 氨酸 A C U 天冬 氨酸 核糖体 （1）起始：mRNA与核糖体结合。 位点1 8、翻译的过程 A C G U G A U U A mRNA 3' 5' A C G U G A U U A U A C 甲硫 氨酸 （1）起始：携带甲硫氨酸的tRNA通过与碱基AUG（起始密码子）互补配对，进入位点1。 8、翻译的过程 位点1 mRNA 3' 5' A C G U G A U U A U A C 甲硫 氨酸 A C U 天冬 氨酸 （2）进位：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。 8、翻译的过程 位点1 位点2 mRNA 3' 5' A C G U G A U U A U A C 甲硫 氨酸 A C U 天冬 氨酸 A U G 异亮 氨酸 （3）缩合：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的氨基酸上。 8、翻译的过程 位点1 位点2 肽键 mRNA 3' 5' A C G U G A U U A U A C A C U 天冬 氨酸 A U G 异亮 氨酸 8、翻译的过程 位点1 位点2 mRNA （4）核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的RNA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。 甲硫 氨酸 3' 5' A C G U G A U U A 甲硫 氨酸 A C U A U G 异亮氨酸 8、翻译的过程 位点1 mRNA 天冬 氨酸 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。 3' 5' 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能。 过程： 以同一个mRNA为模板，合成的多肽相同。 翻译的方向：从左向右 9、翻译的特点：一个mRNA上可以相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链。 翻译小结 场所: 条件: 产物: 原则: 细胞质的核糖体上 模板：mRNA 原料：21种游离的氨基酸 能量、酶、工具：ATP、酶、tRNA 多肽链（脱离，盘曲折叠形成蛋白质） mRNA的密码子与tRNA的反密码子互补配对, A=U，U=A，G=C，C=G mRNA→蛋白质 遗传信息流动方向： 特点： 一个mRNA上结合多个核糖体，同时合成多条肽链 注：翻译结束后，模板mRNA将分解成核糖核苷酸，重新合成新的mRNA. DNA复制 转录 翻译 时间 细胞分裂前的间期 个体发育的整个过程 场所 细胞核（主要） 线粒体 叶绿体 细胞核（主要） 线粒体 叶绿体 细胞质（核糖体） 模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种氨基酸 条件 解旋酶、DNA聚合酶、 ATP RNA聚合酶、ATP tRNA 、ATP 、相关酶 产物 两个双链DNA 一个单链RNA 肽链 碱基互补 配对原则 A—T、T—A、 C—G、G—C A—U、T—A、 C—G、G—C A—U、U—A、 C—G、G—C 特点 ①半保留复制 ②边解旋边复制 边解旋边转录 一条mRNA结合多个核糖体，同时合成多条肽链 信息传递 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质 意义 传递遗传信息 表达遗传信息 项目 遗传信息 密码子 反密码子 概念 DNA分子（基因）中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基 tRNA上与密码子互补的3个碱基 作用 控制生物的性状 直接决定蛋白质中的氨基酸序列 与密码子互补配对，转运氨基酸 种类 多样性 64种 61（或62）种 图解 与蛋白质合成有关的计算（不考虑终止密码子） DNA mRNA 蛋白质 1个 3个 6个 6n 3n n 碱基数 碱基数 氨基酸数 DNA的碱基数：mRNA的碱基数：tRNA个数：蛋白质中氨基酸数 ＝6：3：1：1 转录 翻译 1、一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含碱基数，依次为(　　) A．32；11；66 B．36；12；72 C．12；36；24 D．11；36；72 B 三、中心法则 1.提出者：克里克 2.内容：遗传信息可以从DNA流向RNA，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。 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 思考：克里克的中心法则适用于所有的生物吗？ 只适用于细胞生物及某些DNA病毒。 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 逆转录 复制 复制 适用范围：所有生物 3.中心法则的补充：少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。 4.意义：揭示了遗传信息流动的一般规律 三、中心法则 （3）生物体内不同细胞的遗传信息流动 正在分裂的细胞： 停止分裂的细胞： 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 RNA 核糖和碱基U mRNA 传递遗传信息 rRNA 新知探究一　遗传信息的转录 [在探究中学通] 1．下面是几种核酸的结构示意图，据图回答问题： 组成核糖体 tRNA 识别并转运氨基酸 (1)图1为 ，含有脱氧核糖和碱基T，图2为 ，含有 。 (2)图2中A是 ，功能是 ；B是 ，功能是 ；C是 ，功能是 。 DNA 合酶 胞嘧啶脱氧核苷酸 胞嘧啶 核糖核苷酸 细胞核、线粒体 2．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)在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。 (2)图中a为启动上述过程必需的有机物，该物质为 。 (3)图中b和c的名称分别是 、 。 (4)在根尖细胞中上述过程发生的场所有 。 RNA聚 互补配对 3．如图为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录，试回答下列问题： DNA　α链：……A T G A T A G G G A A A C…… β链：…… T A C T A T C C C T T T G…… (1)写出对应的mRNA的碱基序列。 提示：……AUGAUAGGGAAAC……。 (2)该mRNA与β链的碱基序列 。 (3)该mRNA与α链的碱基序列有哪些异同？ 提示：碱基序列基本相同，不同的是α链中碱基T的位置，在mRNA中是碱基U。 [典例1]　下列关于洋葱根尖细胞遗传信息转录过程的叙述，正确的是 (　　) A．一个DNA可转录出多个不同类型的RNA B．以完全解开螺旋的一条脱氧核苷酸链为模板 C．转录终止时成熟的RNA从模板链上脱离下来 D．可发生在该细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中 [答案]　A 易误提醒 (1)转录的基本单位是基因，而不是整个DNA。 (2)在真核细胞内，转录出来的RNA需经过加工才具有生物活性。 (4)地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子表。根据这一事实，你能想到什么？ 提示：地球上的生物有或近或远的亲缘关系(或有共同的祖先) ；体现了生物界的统一性等。 (5)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。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ 提示：密码子的简并增强了密码的容错性，也可提高翻译的速率。 [在应用中落实] 3．下列有关遗传信息传递过程的叙述，错误的是 (　　) A．DNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则 B．核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中参与翻译过程 C．DNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸 D．DNA复制和转录都是以DNA的一条链为模板，翻译则以mRNA为模板 解析：DNA复制以DNA的两条链为模板，而转录以DNA的一条链为模板，翻译则以mRNA为模板。 答案：D 4、(2019·龙岩月考)关于图示生理过程的说法，正确的是(　　) A．该图表示的是转录和翻译 B．mRNA上所含有的密码子均能在tRNA 上找到与其相对应的反密码子 C．能发生图示生理过程的细胞有真正的细胞核 D．该图表示的生理过程所需要的能量都是由线粒体提供的 [答案]　A 归纳拓展 原核细胞和真核细胞的转录与翻译在场所、时间上的区别 原核细胞无核膜，基因的转录和翻译可同时进行，边转录边翻译。 真核生物中核DNA的转录主要在细胞核中进行，翻译主要在细胞质中进行，核基因先转录后翻译。线粒体和叶绿体中的转录和翻译与原核细胞的相同。 [在深化中提能] 1．中心法则内容及其发展图解 2．不同生物的遗传信息传递过程 (1)以DNA为遗传物质的生物 主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的过程如下： (2)以RNA为遗传物质的生物 ①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下： ②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下： 1、如图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程。相关叙述错误的是(　　) A．①②③④⑤⑥过程均遵循碱基互补配对原则 B．艾滋病病毒侵染宿主细胞后会进行④①②③过程 C．在菠菜叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均可进行①②③过程 D．在硝化细菌体内②和③过程可同时进行 [答案]　C 3、(2019·汕头期末)下列关于中心法则的叙述，正确的是(　　) A．DNA是RNA和蛋白质合成的直接模板 B．在人体正常细胞中，①～⑤过程都可发生 C．②过程以DNA的一条链为模板，原料为脱氧核苷酸 D．一个 mRNA分子上能结合多个核糖体，以提高③过程的效率 答案：D　 $