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第四章基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成 微信公众号:中学生物科学,欢迎关注! 发出绿色荧光 水母 直接原因 绿色荧光蛋白 绿色荧光蛋白基因 合成 指导 转基因鼠 一 信使的寻踪记 一 信使的寻踪记 核糖体 DNA 蛋白质 DNA(基因) 主要存在于细胞核中 蛋白质的合成 在细胞质中的核糖体上进行 信使 信使 合作探究一:充当DNA指导蛋白质合成的信使的是什么物质? 核糖体 DNA 蛋白质 信使 资料1: 1955年,戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。 资料2:1955年,布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料,用RNA酶分解细胞中的RNA,蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA,蛋白质又开始合成。 RNA充当了DNA的信使 一 信使的寻踪记 合作探究二:为什么RNA适于作DNA的信使? 合作探究三: 阅读课本P64 至 P65页第二段内容,思考下列问题: 1.RNA的结构单位是什么?由哪些成分组成? 2.RNA与DNA在化学组成和结构上的区别有哪些? 3.RNA为什么适合作DNA的信使? 4.RNA的种类有哪三种? 二 RNA适于作DNA的信使的原因 5’ 3’ 5’ 3’ 脱氧 核糖 碱基 DNA AGCT 5’ 3’ U RNA 核糖 碱基 AGCU DNA 胸腺嘧啶(T) RNA 尿嘧啶(U) 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 脱氧核糖 核糖 磷酸 二 RNA适于作DNA的信使的原因 1.RNA组成 DNA RNA 全称: 基本单位: 全称: 基本单位: DNA一般为规则的双螺旋结构 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) 2.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) 二 RNA适于作DNA的信使的原因 RNA适于作DNA的信使的原因 二 3.RNA适于作DNA的信使的原因 ①它也是由基本单位——核苷酸连接而成,由核糖、磷酸、碱基(C、G、A、U(尿嘧啶))共同组成4种核苷酸,它也能储存遗传信息。 ②RNA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。 ③在RNA与DNA的关系中,也遵循“碱基互补配对原则”,但由于RNA中没有T,DNA中没有U,所以当RNA与DNA有关系时,U与A配对。 种类 mRNA tRNA rRNA 名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA 功能 结构 示 意 图 共同点 传递遗传信息; 蛋白质合成的模板 识别并转运特定氨基酸 组成核糖体 单链 单链,部分碱基配对形成三叶草型结构 ①都是转录的产物;②基本单位相同;③都与翻译过程有关。 4.RNA的种类、结构及功能 少数RNA还具有催化作用,有的作为RNA病毒的遗传物质 二 RNA适于作DNA的信使的原因 合作探究四:结合教材64页的文字,和图4-4小组合作探究下列问题。 1.DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的? 2.什么是转录? 3.转录的场所?转录的具体过程?转录的结果? 4.转录需要的原料是? 5.转录过程中的模板? 6.转录过程中碱基如何配对? 7.遗传信息的流动方向? 三 遗传信息的转录过程 基因 启动子 RNA聚合酶 转录的起始(以mRNA为例) RNA聚合酶结合到基因的启动子(RNA聚合酶结合位点,位于DNA上)位置,转录就开始 三 遗传信息的转录过程 ⑴解旋:在ATP的驱动下,RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。 C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A C G T A T A C G G C T A G C C G T A 3' 5' C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' ATP RNA聚合酶 **该过程不需要解旋酶,RNA聚合酶有解旋作用; 三 遗传信息的转录过程 ⑵配对:游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则与DNA 模板链上的碱基配对,确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' U A U G C A U G A U C G A G C U U 三 遗传信息的转录过程 13 C C G T A G T A T A C G G C T A G C C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A 3' 5' U A U G C A U G A U C G A G C U U U A U G C A U G A U C G A G C U U 5' 3' ATP ⑶连接:在RNA聚合酶的催化下从子链的5‘端把子链的核糖 核苷酸聚合成核糖核苷酸链。 合成方向: 子链的5’端 3’端 形成磷酸二酯键 三 遗传信息的转录过程 14 ⑷脱离:mRNA释放,DNA双链恢复 U A U G C A U G A U C G A G C U U C G T A T A C G G C C G T A T A G C C G A T A T C G A T C G T A T A T A T A C G T A T A C G G C T A G C C G T A 3' 5' 细胞质 细胞核 mRNA 三 遗传信息的转录过程 15 1.概念: 2.时间: 3.场所: 4.条件: 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 细胞核(主要场所) 模板: 原料: 能量: 酶: 提醒:每次转录的只是DNA分子特定的基因片段(并非整个DNA)。 DNA的一条链 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 遗传信息的转录(总结) 四 (*打开氢键、形成磷酸二酯键) 碱基互补配对 A-U、T-A、G-C、C-G 5.原则: 6.产物: 7.特点: RNA(三种RNA) 边解旋边转录 8.遗传信息传递的方向: DNA RNA 遗传信息的转录(总结) 四 遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上,为翻译做准备。 9.转录的意义: 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 DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C 信使RNA 1.转录成的RNA的碱基序列,与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同? G C U U G G A G U G C G 转录成的RNA的碱基序列与b链(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。 六 遗传信息的转录相关问题探讨 G C T T G G A G T G C G 3.转录是转录整个DNA么? 2.转录时,DNA链完全解开么? DNA的两条链都可作为模板链么? 边解旋边转录; 只有一条链可作为模板链。 转录不是转录整个DNA,转录以基因为单位进行。 一个DNA分子中的两个基因,不一定同时进行转录。 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? 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。 六 遗传信息的转录相关问题探讨 真、原核细胞基因的结构和表达 1.基因的结构 RNA聚合酶是由多个肽链构成的蛋白质,能识别并与调控序列中的启动子结合,催化转录形成RNA。 一.遗传信息的转录和翻译【考点讲解】 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 真、原核细胞基因的结构和表达 1.基因的结构 一.遗传信息的转录和翻译【考点讲解】 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 真、原核细胞基因的结构和表达 1.基因的结构 一.遗传信息的转录和翻译【考点讲解】 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 实战训练 1.关于蛋白质生物合成的叙述,正确的是( ) A.一种tRNA可以携带多种氨基酸 B.DNA聚合酶是在细胞核中合成的 C.反密码子是位于mRNA上相邻的三个碱基 D.线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成 合作探究一: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? 1.翻译的概念: U U A G A U A U C mRNA 蛋白质 碱 基 序 列 氨基酸序列 碱基 氨基酸 4种 20种 翻译 难题一 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。 一 遗传信息的翻译 决定一个氨基酸的碱基个数 决定氨基酸种类 图示 1个 2个 3个 氨基酸 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 AUCG 4 合作探究二:4种碱基如何决定21种氨基酸? 一 遗传信息的翻译 4 42=16 43=64 25 (1)定义: 2.密码子 mRNA上 (2)位置: mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 (3)识别: mRNA 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 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。 一 遗传信息的翻译 26 脯氨酸 例:CCU 第1个字母 第2个字母 第3个字母 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 一 遗传信息的翻译 (4)密码子个数: ① 2个起始密码子 共64种密码子 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。一般情况下,决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。 真核生物只有1种— 原核生物可以有2种— AUG(编码甲硫氨酸) GUG(编码甲硫氨酸,如果该密码子不作为起始密码子 时,其编码缬氨酸) AUG(编码甲硫氨酸) 一 遗传信息的翻译 (5)密码子种类: ② 3个终止密码子 合作探究三: 一 遗传信息的翻译 (6)密码子特点: 合作探究四: ①专一性 一种密码子只决定一种氨基酸 ②简并性 一种氨基酸可由一种或多种密码子决定 1、增强容错性 2、保证翻译速度 ③通用性 地球上几乎所有生物都共用一套密码子,说明地球上生物有共同起源。 mRNA进入细胞质后与核糖体结合,合成生产蛋白质的“生产线”,那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢? A C G U G A U U A 异亮氨酸 甲硫氨酸 谷氨酸 亮氨酸 一 遗传信息的翻译 合作探究五: 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 3.运输氨基酸的工具——tRNA 比mRNA小,RNA单链经过折叠形成4环4臂,环的部分没有碱基互补配对,臂的部分由于碱基互补配对形成氢键。 (1)形态: RNA链经过折叠,形成三叶草形 (2)功能: ①识别氨基酸 ②转运氨基酸 一 遗传信息的翻译 tRNA (填“含有”或“不含有”)氢键,一个tRNA分子中 (填“是”或“不是”)只有三个碱基。 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 3.运输氨基酸的工具——tRNA 比mRNA小,RNA单链经过折叠形成4环4臂,环的部分没有碱基互补配对,臂的部分由于碱基互补配对形成氢键。 一 遗传信息的翻译 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,其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基,有61或62种。 密码子的特点: A.专一性:一种密码子只决定一种氨基酸 B.简并性:一种氨基酸可以由几种密码子决定 C.通用性:生物界共用一套遗传密码 遗传信息、密码子和反密码子的比较: 密码子: 64(43)种 3种终止密码 61种编码 20种氨基酸 UAA UAG UGA 在特殊情况下可编码第21种氨基酸:硒代半胱氨酸 UAG 编码甲硫氨酸同时作为起始密码 GUG 编码缬氨酸,在原核生物中作为起始密码时编码甲酰甲硫氨酸 甲硫氨酸、色氨酸和硒代半胱氨酸只有1个密码子。 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 归纳总结 P E A 甲 A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 起始 密码子 C A U 5’ 3’ 第1步:mRNA进入细胞质,与核糖体结合;携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入P位点。 二 遗传信息的翻译过程 核糖体移动方向 P E A 甲 第2步:携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入A位点。 C A U 5’ 3’ 组 G U G 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 3’ 5’ 起始 密码子 第3步:通过脱水缩合形成肽键,甲硫氨酸被转移到占据A位点的tRNA上。 二 遗传信息的翻译过程 核糖体移动方向 P E A 甲 C A U 5’ 3’ 色 C C A 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 3’ 5’ 起始 密码子 组 G U G 5’ 3’ 精 A C G 5’ 3’ 半 G C A 5’ 3’ 半 A C A 5’ 3’ 脯 A G G 5’ 3’ 第4步:核糖体沿着mRNA移动,读取下一个密码子,合成肽链。 二 遗传信息的翻译过程 核糖体移动方向 36 P E A A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 起始 密码子 A C A 5’ 3’ 甲 色 组 精 半 半 脯 A G G 5’ 3’ 释放因子 直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子,合成才告终止。 肽链释放后,盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。 二 遗传信息的翻译过程 核糖体移动方向 37 ①概念: ②场所: ③条件: ④产物: ⑤遗传信息传递方向: ⑥特点: a、模板: b、原料: c、转运工具: d、能量: e、碱基互补配对: 以mRNA为模板,合成有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 细胞质的核糖体 mRNA 21种氨基酸 tRNA ATP 具有特定氨基酸顺序的蛋白质 RNA 蛋白质 G-C、C-G、U-A、A-U a、翻译结束后,mRNA分解成单个核苷酸。 mRNA-tRNA 五 遗传信息的翻译过程(总结) 正在合成的肽链 核糖体 mRNA (1)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,同时进行多条肽链的合成。 (3)翻译能够精确进行的原因是什么? (4)翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗? 不具有,还需要加工。 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。 (2)多条肽链的氨基酸序列是否相同? 相同,因为其模板相同。 多聚核糖体现象 三 多聚核糖体现象 合作探究七: P182重难突破(3) 正在合成的肽链 核糖体 mRNA (5)意义是? 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 (6)翻译的方向? (即核糖体移动的方向) 由肽链_ 肽链_的方向进行 短 长 (从左到右) 三 多聚核糖体现象 合作探究七: B.模型乙反映出mRNA与核糖体存在的数量关系是_ _ 。 图中核糖体移动的方向是 ;多聚核糖体形成的意义是_。 一个mRNA分子上 可以相继结合多个核糖体 由右向左 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 教材隐性知识: P182模型命题点思考3 教材拾遗 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 C.模型丙是原核细胞内发生的 过程,特点是 ,与真核细胞不同的原因是 ,原核细胞的基因中无内含子,转录形成的mRNA不需要加工即可作为翻译的模板。 转录和翻译 边转录边翻译 原核细胞无以核膜为界限的细胞核 教材隐性知识: 教材拾遗 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 四 基因控制蛋白质合成的相关计算 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 肽键 肽键 1 3 6 基因控制蛋白质合成的过程中,DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系? P183重难突破3 G C A C G T G C A 模板链 丙氨酸 DNA (基因片段) mRNA 氨基酸 DNA 碱基数目 mRNA 碱基数目 氨基酸 数目 : : : : 6 3 1 四 基因控制蛋白质合成的相关计算 (1)基因中的内含子转录后被剪切。 (2)在基因中,有的片段(非编码区)起调控作用,不转录。 (3)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。 (4)转录出的mRNA中有终止密码子,终止密码子不编码氨基酸。 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因 “列表法”比较复制、转录和翻译 复制 转录 翻译 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 细胞质(核糖体) 模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种脱氧核糖核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸 原则 A-T、G-C T-A、A-U、G-C A-U、G-C 结果 两个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 蛋白质 信息传递 DNA DNA DNA mRNA mRNA 蛋白质 意义 传递遗传信息 表达遗传信息 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 归纳总结 ①转录的产物不只是mRNA,还有tRNA、rRNA,但只有mRNA携带遗传信息,3种RNA都参与翻译过程,只是作用不同 ②转录和翻译过程中A不是与T配对,而是与U配对。 ③翻译过程中mRNA并不移动,而是核糖体沿着mRNA移动,进而读取下一个密码子。 ④真核生物首先在细胞核转录,然后在细胞质中翻译,异地、先后进行;原核细胞是边转录、边翻译,同地、同时进行。 “列表法”比较复制、转录和翻译 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 归纳总结 46 DNA上含有的一段能被RNA聚合酶识别、结合并驱动基因转录的序列称为启动子,如果启动子序列的某些碱基被甲基化修饰(DNA分子上连入甲基基团),其将不能被RNA聚合酶识别。拟南芥种子的萌发依赖于NIC基因的表达,该基因启动子中的甲基基团能够被R基因编码的D酶切除。如图表示NIC基因转录和翻译的过程,下列叙述不正确的是 A.种子萌发受R基因和NIC基因共同控制 B.R基因缺失突变体细胞中的NIC基因不能发生图示过程 C.图甲中合成C链的原料是核糖核苷酸,另外还需能量供应 D.若图乙中tRNA上的反密码子碱基发生替换,则导致肽链中氨基酸种类发生改变 D 【考向分析】 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 复制 转录 翻译 信息流动方向 1957年,克里克提出中心法则 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。 弗朗西斯 克里克 一 中心法则的发展 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 合作探究二:1957年,克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗? 一 中心法则的发展 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。 RNA复制酶 情景材料二: RNA RNA 一 中心法则的发展 RNA 逆转录酶 艾滋病病毒 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。 情景材料三: DNA 一 中心法则的发展 复制 DNA 逆转录 转录 复制 RNA 翻译 蛋白质 二 中心法则的完善 1.完整的中心法则图示 2.内容及意义: DNA DNA DNA的复制 DNA RNA 蛋白质 遗传信息的转录和翻译 表示遗传信息传递的法则 遗传信息可以从_流向_,即_;也可以从_流向_,进而流向_,即_,可见 生命是_、_和_的统一体 物质 能量 信息 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 二 中心法则的完善 3.各种生物的遗传信息传递过程 (1)能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递 (2)高度分化的细胞(洋葱表皮细胞) 请写出以下生物的遗传信息的传递过程: 二 中心法则的完善 旁栏边角 (必修2 P69“拓展应用”)抗生素通过与 结合,抑制肽链的延伸;或抑制细菌DNA的复制;或抑制细菌 的活性来抑制转录,从而抑制细菌的生长。 提示:核糖体 RNA聚合酶 教材拾遗 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 易错辨析 (1)由逆转录酶催化的是RNA DNA。(必修2 P69正文)( √ ) (2)生命是物质、能量和信息的统一体。(必修2 P69正文)( √ ) (3)线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则。(必修2 P69正文)( √ ) (4)模板相同,其产物可能不同;产物相同,其模板一定相同。(必修2 P69正文)( ) 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 易混点 图1所示为某种生物细胞内进行的部分生理活动,图2表示中心法则,图中字母代表具体过程。下列叙述错误的是 A.图1所示过程可在原核细胞中进行,其转录和翻译过程可同时进行 B.图2中过程c和d的产物不同,但涉及的碱基配对方式完全相同 C.图1中酶甲和酶乙催化形成磷酸二酯键,而酶丙则催化磷酸二酯键的 水解 D.图1体现了图2中的a、b、c三个生理过程 C 【考向分析】 稿定PPT 稿定PPT,海量素材持续更新,上千款模板选择总有一款适合你 02 $