2.3遗传信息控制生物的性状（第1课时）课件-2025-2026学年高一下学期生物苏教版必修2

PLANT 遗传信息控制生物的性状 第二章 遗传的分子基础 【学习目标】 1.阐明三种RNA的结构和功能 2.构建转录、翻译过程的模型，分析转录、翻译的场所、原料、模板及特点 课堂导入 电影《永不消逝的电波》讲述地下工作者在战斗中破译敌特的电报密码，获取了重要信息，使敌特遭受沉重打击。电报是 19 世纪 30 年代发展起来的通信技术，电报密码被用来代替文字或数字远距离传送信息。科学家在破译遗传密码的过程中是不是借鉴了电报编码的思路呢？ 目 录 01 遗传信息的转录 02 遗传信息的翻译 积极思维：谁引领了遗传密码的破译？ 事实1 科学家破译遗传密码可能借鉴了电报编码的思路，但更重要的是科学思维和科学实验。克里克在DNA 分子双螺旋结构模型建立之后，就投身于遗传密码的破译研究。当时 DNA 上的遗传信息传递给 RNA 的过程已经研究清楚，但 RNA 如何指导蛋白质合成仍然是一个谜。克里克领导的研究团队考虑，组成蛋白质的氨基酸有 20 种，如果一个碱基决定一个氨基酸，则只能编码 4 种氨基酸；如果两个碱基决定一个氨基酸，则只能编码 16 种氨基酸；那么，至少要有三个碱基才足以决定 20 种氨基酸 事实2 遗传密码由三个碱基组成吗？它们中间是否有间隔？为了解决这些问题，克里克研究团队设计了精巧的实验：他们用化学试剂去掉噬菌体 DNA 分子中的一个、两个或三个核苷酸后，观察删除位点之后的基因能否被正确地“读取”。实验结果表明，只有删除三个相邻的核苷酸时，删除位点之后的基因才能被正确地“读取”。反过来，往 DNA 分子上添加一个、两个或三个核苷酸，实验结果表明，只有添加三个核苷酸时，才不会妨碍添加位点后基因的“读取” 积极思维：谁引领了遗传密码的破译？ 1.提出问题：构成蛋白质的氨基酸约20种，而RNA上的碱基只有4种（A、G、C、U），这四种碱基怎样决定蛋白质中20种左右的氨基酸? 2.作出假设 （1）如果1个碱基决定1个氨基酸能编码几种氨基酸? 4种 （2）如果2个碱基决定1个氨基酸，能编码几种氨基酸? 16种 （3）如果3个碱基决定1个氨基酸，能编码几种氨基酸? 64种 积极思维：谁引领了遗传密码的破译？ 3.实施实验：克里克以噬菌体为实验材料，分别用化学试剂去掉菌体DNA分子中的1个、2个或3个核苷酸，发现只有删除3个相邻的核苷酸时，删除位点之后的基因才能被正确地“读取”。相反，往DNA分子上添加1个、2个或3个核苷酸，发现只有添加3个核苷酸时，才不会妨碍添加位点后基因的“读取” 4.分析：克里克研究团队引领了遗传密码的破译工作。他们解决了哪些问题，还有哪些问题没有解决? 运用了数理统计、排列组合的方法确定了3个碱基决定一个氨基酸，三个什么样的碱基决定什么样的氨基酸并没有得以解决 遗传信息的转录 DNA 基因 细胞核 生产蛋白质的机器是？ 信息如何传达？ 细胞质中的核糖体 RNA 遗传信息的转录 【思考】RNA适于作DNA的信使的原因？ （1）RNA的结构 基本组成单位 结构 核糖核苷酸（4种） 腺嘌呤核糖核苷酸 鸟嘌呤核糖核苷酸 胞嘧啶核糖核苷酸 尿嘧啶核糖核苷酸 单链、比DNA短 遗传信息的转录 RNA与DNA比较 比较项目 DNA RNA 分布 主要是________ 主要是__________ 基本单位 化学组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸 五碳糖 碱基 A、_____、G、C A、_____、G、C 结构 一般为_______ 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 脱氧核糖 核糖 双螺旋结构 单链 细胞核 细胞质 T U 遗传信息的转录 （3）RNA的种类和功能 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 遗传信息传递的媒介 转运氨基酸的工具 组成核糖体 单链 单链，部分碱基配对形成三叶草型结构 单链 ①都是转录产物 ②基本单位相同 ③都与翻译过程有关 遗传信息的转录 1.转录 RNA 主要是在细胞核中以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成的，这一合成过程称为转录 2.主要场所：细胞核 3.过程 解旋 配对 释放 连接 遗传信息的转录 （1）解旋：RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来 RNA聚合酶 T C G A T C G A T T G C A A C G T A C A C G G T A A T T ※ 该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用 遗传信息的转录 （2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 转录方向 5’ 3’ C G G G A U 游离的核糖核苷酸 C A A C G G G C C A A A U U U U U U U （3）连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上 遗传信息的转录 （4）释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U 遗传信息的转录 遗传信息的转录 4.条件 5.特点：边解旋边转录 6.精确复制的原因：碱基互补配对原则A－U、T－A、G－C、C－G 7.产物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA） 8.遗传信息的流动方向：DNA→RNA 9.意义：遗传信息从DNA传递到RNA上，为翻译做准备 DNA的一条链 RNA聚合酶 游离的四种核糖核苷酸 ATP 模板： 原料： 酶： 能量： 遗传信息的转录 【注意】 （1）转录时DNA两条链不是完全打开，只解旋要表达的基因片段 （2）模板链不是固定不变的 （3）转录是以基因为单位，模板只是DNA链中的基因，并非整个DNA （4）一个DNA转录出的mRNA不完全相同 （5）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 ※联系细胞分化：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。 积极思维：遗传密码是怎样被破译的？ 事实1 1960 年，正在从事体外蛋白质人工合成研究的美国科学家尼伦伯格和一些青年科学家一起，开始了破译遗传密码的研究 事实2 他们在每支试管中预先加入 ATP、游离的氨基酸、酶和核糖体等，再加入多聚 U（如—UUUUUUUU—），结果其中的一支试管里产生了一些多肽。这让他们非常兴奋，因为他们并不确定多聚 U 是否带有遗传信息。在此基础上，他们精巧地设计实验，最终确认是在加入苯丙氨酸的试管中产生了多肽 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 积极思维：遗传密码是怎样被破译的？ 该实验精妙之处 ①巧妙地设计了简洁的多聚U，避免了其他碱基的加入导致分析难度的增加，形成了只需改变碱基种类便可逐一分析密码子等情况的思路 ②在试管中模拟了细胞质中的情况，并加以研究 ③采用科学分组的方法，将20种氨基酸分为5组，然后将4种氨基酸分别加入4支试管中，使实验进一步明朗，而且可以缩短实验时间。加入多聚U（相当于 mRNA）20种氨基酸分成五组，每组四种，分别加入五支试管中 遗传信息的翻译 1.密码子 mRNA 上决定一个氨基酸的三个相邻的核苷酸称为一个密码子 mRNA 5' 3' G U G G A A C C U 密码子 密码子 密码子 决定 缬氨酸 决定 组氨酸 决定 精氨酸 密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠 遗传信息的翻译 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 遗传信息的翻译 1.密码种类：64（种） 2.终止密码子 UAA、UGA（硒代半胱氨酸）、UAG 3.起始密码子 AUG（甲硫氨酸）、 GUG（缬氨酸、甲硫氨酸） 4.编码氨基酸的密码子61种或62种 （1）特殊密码子 遗传信息的翻译 （2）密码子的特性 ① 密码子的专一性：一种密码子决定一种氨基酸 ② 密码子的简并性：一种氨基酸可以由1种或多种不同的密码子决定 ③ 密码子的通用性：地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子 【思考】你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？ 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 提高使用频率。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 遗传信息的翻译 2.氨基酸的搬运工——tRNA （1）形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形 （2）功能：识别并转运氨基酸 （3）特点 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携带 （4）反密码子：每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子 mRNA 5' 3' A C U A C U 反密码子 密码子 GUA 遗传信息的翻译 5.翻译的过程 mRNA进入细胞质，与核糖体结合，形成2个tRNA的结合位点 （1）携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1 位 点 1 位 点 2 M M：甲硫氨酸 M 遗传信息的翻译 （2）携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2 M H 遗传信息的翻译 （3）甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点 2 的 tRNA 上 M H 遗传信息的翻译 （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 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 M H 核糖体的移动方向 W 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 遗传信息的翻译 多聚核糖体——高效翻译的机制 在细胞质中翻译是一个快速高效的过程。通常一个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。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 遗传信息的翻译 边转录边翻译 原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程同时发生（边转录边翻译）；而真核生物主要在细胞核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译（在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译）。　 先转录后翻译 核基因 遗传信息的翻译 A—C—T—G—G—A—T—C —T T—G—A—C—C—T—A—G—A A—C—U—G—G—A—U—C —U UGA CCU AGA 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 转录 翻译 ACU GGA UCU DNA 1 3 6 mRNA 蛋白质 【思考】基因表达的过程中，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？ 遗传信息的翻译 DNA复制 转录 翻译 时间 场所 条件 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 方向 信息传递 细胞分裂间期 生长发育过程 细胞核（线粒体、叶绿体） DNA的两条链 基因的一条链 mRNA 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 21种氨基酸 解旋酶，DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶 ATP ATP ATP 子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 多肽链 A-T、T-A、C-G、G-C A-U、T-A、G-C、C-G A-U、U-A、G-C、C-G 半保留复制 边解旋边复制 边解旋边转录 一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 从起始密码子到终止密码子 新链从5’端-3’端延伸 新链从5’端-3’端延伸 细胞核（线粒体、叶绿体） 核糖体 课堂小结 课堂练习 1.如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法不正确的是( ) A.①链的碱基U与②③链的碱基A互补配对 B.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的 C.如果③表示酶分子，则它的名称是RNA聚合酶 D.转录完成后，②脱离DNA分子，DNA分子重新恢复双螺旋 解析：A、图示表示真核生物细胞核内转录过程，图中①为DNA模板链，其上无碱基U，A错误；B、②为转录形成的mRNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，B正确；C、如果③表示酶分子，则为RNA聚合酶，可催化转录过程，C正确；D、转录完成后，RNA从DNA上释放，DNA重新恢复双螺旋，D正确。 A 课堂练习 2.如图为真核细胞中正在发生的生理过程，下列叙述正确的是( ) A.①是RNA聚合酶，与DNA上启动部位结合后从左往右移 B.②是DNA模板链，同一DNA上不同基因的模板链相同 C.③是DNA编码链，其基本组成单位与④的相比 仅有碱基种类存在差异 D.④是RNA，需在细胞质中加工成熟后再进行翻译 解析：题图所示过程表示转录，①是RNA聚合酶，与DNA上启动部位结合后从左往右移，A正确；②是DNA模板链，同一DNA上不同基因的模板链不一定相同，B错误；③是DNA编码链，其基本组成单位与④（RNA）的相比，在碱基种类和五碳糖上存在差异，C错误；④是转录出的RNA，在真核生物中，RNA主要在细胞核内加工成熟，然后通过核孔转移至细胞质，D错误。 A 课堂练习 3.如图是有关真核细胞中DNA分子的复制、基因表达的示意图，下列相关叙述错误的是( ) A.甲、乙过程主要发生在细胞核内，丙过程发生在核糖体上 B.甲、乙过程都以DNA的两条链为模板 C.甲、乙、丙过程都遵循碱基互补配对原则 D.甲、乙、丙过程所需原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸 解析：A、甲、乙、丙分别为复制、转录与翻译,复制与转录主要发生在细胞核内,翻译主要发生在细胞质的核糖体上,A正确;B、复制过程中需要DNA聚合酶、解旋酶的催化,而转 录过程只需要RNA聚合酶的催化,B错误;C、在DNA的复制、转录、翻译过程中都遵循碱基互补配对原则,C正确;D、复制是合成子代DNA的过程,需要脱氧核苷酸为原料;转录是合成RNA的过程,需要核糖核苷酸为原料;翻译是合成蛋白质的过程,需要氨基酸为原料,D正确。 B PLANT 谢谢观看 THANKS Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $