第4章第二节基因指导蛋白质的合成第二课时课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件聚焦基因指导蛋白质合成的翻译过程，以杂交水稻WRS1基因突变案例（胚乳淀粉降低、发育滞后）导入，通过“关键基因如何表达遗传效应→遗传信息如何由mRNA传递到蛋白质”的问题链，衔接DNA转录与翻译的知识脉络，搭建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于融合真实情境（突变体表型与碱基序列对比）、跨学科探究（密码子组成数学建模、Deepseek碱基删减模拟）及科学史（尼伦伯格实验破译密码子），通过构建翻译模型、分析突变体表型缺陷原因等活动，培育生命观念（结构与功能观）、科学思维与探究实践能力，课后结合AlphaFold3连接科技前沿，助力学生理解遗传信息流动，教师可借情境化活动提升教学深度与学生参与度。

北京中学 刘璐 基因指导蛋白质的合成 （第二课时） 1 资料：杂交水稻技术是中国农业科技进步的重要标志之一。自袁隆平院士成功研发以来，已在中国累计推广6亿公顷，增产稻谷8000多亿公斤，为保障国家粮食安全作出巨大贡献。 袁隆平团队通过基因层次的研究，成功找到提升水稻产量的关键基因，极大地提高了中国乃至世界的水稻产量，为解决中国乃至世界人民的“吃饭问题”做出了实质性贡献。 关键基因是如何表达遗传效应？ 籼（xiān）稻 世界上第一个实用高产杂交水稻品种“南优2号” 2 资料：水稻中的淀粉含量对于口感和营养价值有着重要作用。科学家通过诱变筛选得到了wrs1突变体，发现wrs1纯合突变体从出芽阶段表现出明显的发育滞后，20天后逐渐萎蔫死亡。突变体胚乳中的淀粉含量显著降低。 野生型 wsr1突变体 总淀粉含量(%) 资料：水稻中的淀粉含量对于口感和营养价值有着重要作用。科学家通过诱变筛选得到了wrs1突变体，发现wrs1纯合突变体从出芽阶段表现出明显的发育滞后，20天后逐渐萎蔫死亡。突变体胚乳中的淀粉含量显著降低。 通过基因测序技术发现，wrs1突变体是由于位于水稻12号染色体中的WRS1基因第6个外显子上一个碱基由G变成T。 WSR1 基因 12号 染色体 野生型序列 wrs1序列 问题：遗传信息如何由 mRNA传递到蛋白质？ 基因(DNA)转录形成________ 性状是由________控制 mRNA 蛋白质 【活动 数学建模探究密码子组成】 组成 mRNA 的碱基种类有4种，而组成蛋白质的氨基酸有21种。 运用排列组合的方法,分析mRNA上至少几个碱基决定一个氨基酸? 一、碱基与氨基酸的对应关系 41=4 42=16 43=64 44=256 推测： <21 <21 >21 >>21 √ mRNA上三个核苷酸一组编码氨基酸。 【小组活动 Deepseek 模拟碱基删减实验】 截取 WRS1 基因中一段序列， 如下 ATGCCACGAACGAGGAGG， 使用深度求索网站下达指令“将这段序列翻译成蛋白质”，并记录翻译出的蛋白质序列。 一、碱基与氨基酸的对应关系 随后对该段序列进行删减和增加碱基，使用 Deepseek 翻译，对比翻译结果与蛋白质序列。 思考问题：碱基在翻译过程中，缺少或增加一个、二个碱基，对蛋白质的表达影响？ DNA序列上 ①缺失1个或连续的4个碱基就无法表达出原有蛋白质。 ②缺少连续的2个或5个碱基也无法表达出原有蛋白质。 ③缺少连续的3的倍数个碱基能产生原有蛋白质，只不过活性减弱或无活性。 一、碱基与氨基酸的对应关系 氨基酸 上述实验证明： mRNA 5' 3' mRNA上连续的三个核糖核苷酸（碱基）为一组，编码一个氨基酸 密码子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 密码子的阅读方式为非重叠阅读。 二、密码子的破译 【科学史】1961年生物学家尼伦伯格和马太受到克里克实验的启发，利用人工合成的已知碱基序列 mRNA 链合成蛋白质，再检验蛋白质中氨基酸种类。他们将一条全部由尿嘧啶核糖核苷酸组成的多聚核苷酸链——PolyU 放入体外蛋白质翻译系统中，结果表达出的肽链都是由苯丙氨酸组成。 (含有蛋白质合成需要的一切条件) 大肠杆菌细胞 破碎细胞 去除细胞内原有DNA和mRNA 人工合成的mRNA 第一个密码子被破译！ 密码子UUU —— 苯丙氨酸 5’UUUUUUUUUUUUUU...3’ 无细胞翻译系统 （可体外合成蛋白质） 苯丙氨酸 苯丙氨酸 苯丙氨酸 苯丙氨酸 N- -C - - - 原因？ 避免原有mRNA合成的蛋白质干扰实验结果 二、密码子的破译 【小组活动 破译密码子组成】 根据三条不同的 mRNA 序列，使用 Deepseek 下达指令分析每条序列中的密码子种类，以及合成的氨基酸种类。 UGUGUGUGUG UUGUUGUUGU GGUGGUGGUG 思考问题： 你能确定哪些氨基酸所对应的密码子？ 合成mRNA 密码子种类 UGUGUGUGUG... ... UUGUUGUUGU... ... GGUGGUGGUG... ... 半胱氨酸-缬氨酸交替 多聚亮氨酸 多聚半胱氨酸 多聚缬氨酸 多聚甘氨酸 多聚色氨酸 多聚缬氨酸 UGU 、GUG UUG 、UGU 、GUU GGU 、GUG 、UGG 合成肽链中氨基酸种类 二、密码子的破译 二、密码子的破译 思考： 1、密码子与氨基酸之间是一一对应的关系吗？ ①1种氨基酸一般对应多种密码子。 ②终止密码子一般不对应氨基酸。 （简并性） 2、几乎所有的生物体都共用上述密码子（通用性）。你能联想到什么？ 起始密码子决定翻译起点。 终止密码子决定翻译终点。 3、从mRNA的不同起点阅读，阅读的内容就会有差异，mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？ 21种氨基酸密码子表 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 当今生物可能有共同的起源 【资料】1965年，美国生物学家霍利在经过数年不懈的努力后成功解析了氨酰tRNA的化学结构。 mRNA tRNA具有怎样的结构,使它能承担运送氨基酸的功能呢? 【小组活动: 探究tRNA结构功能】 阅读课本中tRNA的内容后，并以小组为单位辨别活动包 中给出的9个tRNA结构正误。 三、氨基酸的转运体——tRNA 反密码子 三、氨基酸的转运体——tRNA 场所：______________ 模板：______________ 原料：____________________ 能量：______ 产物：____________________ 转运工具：________ 遗传信息传递方向：__________________ 翻译的特点：__________________ （细胞质中的）核糖体 mRNA ATP 21种游离的氨基酸 蛋白质（多肽链） tRNA mRNA→蛋白质 一个mRNA上可相继结合多个核糖体 四、翻译的过程 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与mRNA上的密码子AUG互补配对，进入位点1。 位点1 位点2 携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 。 位点1上的tRNA将甲硫氨酸交给位点2上的tRNA通过与组氨酸形成肽键，从而转移到占据位点2的tRNA上。 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA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。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，翻译终止。 核糖体移动方向 16 【小组活动 野生型与突变体WRS1 基因翻译模型构建】 请4人为一小组使用活动材料包中物品， 选野生型序列或突变体序列构建其蛋白质合成过程。 构建翻译模型 思考：遗传信息的流动方向和原则？ 【小组活动 野生型与突变体WRS1 基因翻译模型构建】 构建翻译模型 四、翻译的过程 【小组活动 分析突变体 wrs1 表型缺陷原因】 wrs1突变体在基因 Os12 的第6外显子上存在一个碱基由G变成T，导致蛋白质wrs1突变体表型缺陷。 课后作业 完成课后练习题 提供WRS1基因全序列，使用 Deepseek 进行转录翻译，后将蛋白质序列提交到 alphafold3 （https://alphafold.ebi.ac.uk/），观察蛋白质空间结构。 思考问题:遗传信息从 DNA 到 RNA,再到蛋白质是怎么的关系？ 2024年诺贝尔化学奖 alphafold3 Lavf58.76.100 $