4.1基因指导蛋白质的合成-2025-2026学年高一下学期必修2生物人教版

该高中生物学课件聚焦基因指导蛋白质的合成，系统阐述转录、翻译过程及中心法则，通过“转基因抗虫棉”问题探讨导入，衔接DNA结构与基因功能前序知识，为基因工程应用搭建学习支架。 其亮点在于融合科学史（如布拉切特实验、同位素标记实验）与模型建构（软磁贴动态模拟转录翻译），通过比较表格与问题驱动（密码子简并性意义讨论）发展科学思维和探究能力。例如分析实验设计培养实验分析能力，结合基因工程案例渗透社会责任，助力学生提升系统分析与模型建构能力，为教师提供结构化教学资源与核心素养培养路径。

第1节 基因指导蛋白质的合成 第4章 基因的表达 高中生物人教版必修2《遗传与进化》 学习目标 【生命观念】通过分析从DNA到RNA再到蛋白质的完整信息传递路径，阐明中心法则的核心内容（转录和翻译），理解遗传信息如何通过模板传递并最终决定生物性状，形成“结构与功能相统一、信息流决定生命活动”的生命观念。 【科学思维】基于DNA、RNA和蛋白质三者在结构与功能上的内在联系，运用归纳、比较、演绎推理和模型建模的方法，分析转录与翻译过程的异同及逻辑关系，理解“密码子”与“反密码子”的对应规则，发展系统分析与批判性思维能力。 【科学探究】通过分析同位素标记实验（如变形虫核质交换实验等）的设计思路，并运用软磁贴等材料动态构建转录和翻译过程的物理模型，模拟遗传信息的传递与表达，体验“假说—演绎—验证”的科学探究过程，提升模型建构与实验分析能力。 【社会责任】通过了解基因指导蛋白质合成原理在基因工程（如转基因抗虫棉、胰岛素生产）、核酸检测、蛋白质工程等领域的实际应用，关注生物学研究成果对人类健康、农业生产和社会发展的重要贡献，感悟科学家的创新精神，增强运用生物学知识服务社会的责任意识。 一、信使的发现 二、RNA的结构和功能 三、遗传信息的转录 四、遗传信息的翻译 五、真核生物、原核生物比较 六、中心法则 目录 contents 将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。 转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？ 基因 蛋白质的合成 控制 基因的表达： 苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白 转基因抗虫棉 为什么转基因棉花能抗虫？ 为什么转基因棉花能产生抗虫蛋白？ 问题探讨 基因如何指导蛋白质的合成？ 4 性状 基因 蛋白质 （细胞核中） （核糖体） 控制 体现 控制 已知，DNA不能出核孔（核孔有选择性） 科学家推测：在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。 一、信使的发现 5 【资料1】1955年，布拉切特分别用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质的合成就停止；若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。 【资料2】1955年，戈德斯坦和普劳特用放射性同位素标记的尿嘧啶培养液培养变形虫，检测到放射性物质从细胞核转移到细胞质。 一、信使的发现 ——RNA是DNA与蛋白质之间的信使 思考：RNA适于作为信使的原因有哪些？ 分析上述资料，你能得到什么结论？ 2.RNA的基本单位 核糖核苷酸 3.核糖核苷酸的组成 一分子磷酸 一分子核糖 一分子含氮碱基 C 胞嘧啶 U 尿嘧啶 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 1.元素组成： C、H、O、N、P 二、RNA的结构和功能 比较项目 DNA RNA 组成元素 基本单位 化学组成 磷酸 五碳糖 碱基 分布 结构 C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 脱氧核糖 A、C、G、T 一分子磷酸 双螺旋结构 主要在细胞核 核糖核苷酸 核糖 A、C、G、U 一分子磷酸 大多数单链结构 主要存在于细胞质 二、RNA的结构和功能 4.DNA和RNA的对比 5.RNA适于作为信使的原因 4.RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。 3.RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。 1.它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。 2.RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。 二、RNA的结构和功能 9 二、RNA的结构和功能 6.RNA的种类和功能 种类 图示 功能 mRNA （信使RNA） tRNA （转运RNA） rRNA （核糖体RNA） 核糖体RNA (rRNA） 携带遗传信息，蛋白质合成的模板 识别并转运特定氨基酸 核糖体（由rRNA和蛋白质组成的大、小亚基）的组成成分 10 习题巩固 1．下列不属于 RNA 功能的是（    ） A．作为某些细菌的遗传物质 B．在细胞质基质中搬运氨基酸 C．催化某些代谢反应 D．可穿过核孔进入细胞质 【答案】A 2．RNA分子与DNA分子均由核苷酸连接而成。DNA通过RNA指导细胞质中蛋白质的合成。下列不属于RNA作为信使条件的是（    ） A．RNA和DNA一样，都能够携带遗传信息 B．RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔 C．RNA能从细胞核中转移到细胞质中与核糖体结合 D．RNA作为运输工具能识别密码子并携带特定氨基酸 【答案】D 11 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。 三、遗传信息的转录 1.概念 2.场所 3.产物 mRNA、tRNA、rRNA等 ①真核生物：细胞核、线粒体和叶绿体。 ②原核生物：拟核，质粒（细胞质）。 4.过程 三、遗传信息的转录 ①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 RNA聚合酶具有解旋功能，转录不需要解旋酶。 三、遗传信息的转录 4.过程 ②配对 游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则与DNA模板链上的碱基互补配对，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 ③连接 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 （磷酸二酯键） 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 三、遗传信息的转录 5’ 3’ 子链延伸方向 ④释放 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 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 三、遗传信息的转录 ①解旋 ②配对 ③连接 ④释放 思考： ①模板链是DNA的两条链还是一条链？ ②DNA和RNA的碱基如何配对？ 三、遗传信息的转录 5.时间： 6.特点： 个体生长发育的整个过程 边解旋边转录 7.条件： 模板（DNA一条链的片段）、能量(一般是ATP)、 酶（RNA聚合酶（作用于磷酸二酯键和氢键））、 原料（4种游离的核糖核苷酸）、 碱基互补配对 （A-U，T-A，C-G，G-C） 8.原则： DNA→RNA 9.遗传信息流动 思考： ①转录是转录整个DNA吗？ ②同一生物不同种类的细胞，各种RNA都相同吗？ DNA a链 b链 基因1 基因2 mRNA mRNA U A G C C G U C 部分解旋 同一生物不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。 三、遗传信息的转录 不是，转录以基因为单位，不同基因模板链不同。 DNA复制与转录的比较 DNA复制 转录 时间 场所 解旋 模板 原料 酶 配对方式 特点 方向 产物 意义 细胞分裂 间期 生长发育过程 先后 完全解旋 只解有遗传效应片段（基因） DNA的两条链均为模板 DNA的一条链为模板 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 解旋酶、 DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 A-T、 T—A、C—G 、 G—C A-U、 C—G 、T—A、 G—C 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒 新链从5’端-3’端延伸 新链从5’端-3’端延伸 三、遗传信息的转录 21 1.转录成的RNA的碱基序列与DNA的两条单链的碱基序列各有哪些异同？ RNA DNA 2.转录与DNA复制有哪些共同之处？这对保证遗传信息的传递有什么意义？ 转录与DNA复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。 碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。 模板链 非模板链 互补 配对 相同， T换为U 三、遗传信息的转录 22 3.细胞分裂期可以进行转录吗？ 分裂期的染色体高度螺旋，DNA无法解旋，转录无法发生。 三、遗传信息的转录 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？ 一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录；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。 习题巩固 1．下图表示真核细胞某基因的转录过程。有关叙述错误的是（    ）   A．④是游离的核糖核苷酸 B．RNA聚合酶的移动方向是从左向右 C．转录时，子链的合成方向都是从3'端向5'端进行，因此③的左端为3'端 D．该过程中存在T与A的碱基配对方式 【答案】C 24 习题巩固 4．转录是基因表达过程的必需步骤，通过转录可以实现遗传信息的传递。下列关于细胞中基因转录过程的叙述，正确的是（    ） A．两条模板链在氢键断裂后同时转录出相应的RNA链 B．DNA复制和转录过程中碱基互补配对方式相同 C．DNA转录生成的RNA链与模板DNA链上的碱基互补 D．通过转录将DNA上的遗传信息传递给RNA聚合酶 【答案】C 25 四、遗传信息的翻译 DNA→RNA 遗传信息流动 mRNA从细胞核到细胞质穿过了几层膜？ 0层 1.概念： 四、遗传信息的翻译 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。 mRNA→蛋白质 2.遗传信息流动： 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 决 定 4种 21种 4种碱基是怎样决定21种氨基酸的呢? 1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸； 2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸； 3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸。 4 64 16 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。 四、遗传信息的翻译 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 mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，每 3 个这样的碱基叫作 1 个密码子。 密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠 密码子： 四、遗传信息的翻译 1.一共有多少个密码子？ 2.终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？ 3.编码氨基酸的密码子有多少个？ 4.真核生物和原核生物的起始密码子是哪个？ 64个 3个，一般不，特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸 61或62个 真核生物：AUG（甲硫氨酸） 原核生物：AUG、GUG（甲硫氨酸） 四、遗传信息的翻译 一种密码子决定 种氨基酸， 一种氨基酸由 密码子决定。 密码子与氨基酸的对应关系： 1 1种或几种 2.密码子的特点 生物界共用一套遗传密码。 ①专一性： ②简并性： ③通用性： 一种密码子只决定一种氨基酸。 一种氨基酸可以由几种密码子决定。 四、遗传信息的翻译 讨论：1.你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ ①增加容错性：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。 ②保证翻译的速度：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，可以保证翻译的速度。 2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？ 地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。 密码子的通用性说明所有生物可能有共同的起源。 四、遗传信息的翻译 A C G U G A U U A 异亮氨酸 甲硫氨酸 天冬氨酸 mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”。 核糖体 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？ 四、遗传信息的翻译 3' 5' 结合氨基酸的部位 U G A 反密码子 mRNA 5' 3' A C U 密码子 tRNA（转运RNA） ①结构：tRNA链经过折叠，像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。 ②功能：识别并转运氨基酸。 每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸； 而一种氨基酸可由__________种tRNA转运； 一 一或多 ③种类：61/62种，与决定氨基酸的 密码子一一对应。 四、遗传信息的翻译 四、遗传信息的翻译 翻译过程 过程： ① 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位点1。 起始密码子 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 四、遗传信息的翻译 过程： E 1 2 甲 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 ②携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入位点2。 ③通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。 四、遗传信息的翻译 过程： E 1 2 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 就这样，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。直到核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点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。 四、遗传信息的翻译 1.条件： ①原料：21种氨基酸 ②模板：mRNA ③能量：一般是ATP 多肽，经加工后成为成熟的蛋白质 4.原则： 碱基互补配对（A-U，U-A，C-G，G-C） mRNA→蛋白质 6.遗传信息流动 5.密码子的阅读方向 5´→3´ 四、遗传信息的翻译 2.产物： 3.场所： 细胞质中的核糖体上 39 ①由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？ 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 ②这样合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？ 相同。因为是以同一个mRNA为模板翻译出来的。 1.数量关系： 一个mRNA分子结合______核糖体， 可以同时合成______肽链。 2.目的意义： 多个 多条 四、遗传信息的翻译 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 为什么最右边的肽链最长？翻译早，核糖体先 40 真核生物的基因结构 启动子 终止子 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 间隔的、不连续的 内含子 外显子 外显子 内含子 能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列。 能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列。 五、真核生物原核生物的比较 非编码区：不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段。 编码区：能转录相应的mRNA，进一步编码（翻译）出蛋白质的DNA 区段。 41 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 启动子 终止子 转录 初级RNA 成熟mRNA 剪切、拼接 五、真核生物原核生物的比较 42 原核生物 真核生物 不同点 编码区是 的 编码区是间隔的、 的 相同点 都有能够编码蛋白质的 和具有调控作用的 区组成的 连续 不连续 编码区 非编码 非编码序列 =非编码区 原核基因 非编码序列 真核基因 =非编码区+内含子 五、真核生物原核生物的比较 43 真核生物 先转录，后翻译 （转录和翻译的场所不同） 边转录边翻译 （无核膜，转录和翻译都在细胞质） 原核生物 请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。 五、真核生物原核生物的比较 1 项目 复制 转录 翻译 场所 条件 模板 原料 能量 酶 产物 原则 细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种游离的氨基酸 ATP 解旋酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 与蛋白质合成有关的酶 DNA RNA 多肽 碱基互补配对 A－T、T－A G－C、C－G 碱基互补配对 A－U、T－A G－C、C－G 碱基互补配对 A－U、U－A G－C、C－G DNA的复制、转录和翻译的比较 45 习题巩固 1.核糖体含有甲、乙和丙3个供tRNA结合的位点如图所示，其中序号代表氨基酸。下列说法正确的是（　　） A．丙位点是空载tRNA的释放位点 B．2号和3号一定代表两种氨基酸 C．乙位点正在结合的tRNA上的反密码子是5'-ACC-3' D．反密码子与终止密码子的碱基互补配对可终止肽链延伸 【答案】C 46 习题巩固 2．下图表示某原核生物基因表达的过程，④代表核糖体，⑤代表肽链。下列有关叙述错误的是（    ）   A．该基因以②链为模板进行转录 B．图中基因表达过程存在氢键的形成与断裂 C．合成的③沿着④从左向右依次翻译形成⑤ D．该过程不可能发生在根尖分生区细胞核中 【答案】C 47 六、中心法则 复制 转录 翻译 信息流动方向 DNA→DNA DNA→RNA RNA→蛋白质 尝试信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 1957年克里克提出中心法则——遗传信息传递的一般规律。 克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？ 资料1：1965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 RNA RNA 烟草花叶病毒 资料2： 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。 艾滋病病毒 RNA 逆转录酶 DNA 六、中心法则 49 六、中心法则 DNA 蛋白质 转录 翻译 复制 逆转录 复制 RNA 补充后的中心法则： 虚线表示少数生物的遗传信息的流向 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，而_____为信息的流动提供能量，可见，生命是__________________的统一体。 DNA和RNA 蛋白质 ATP 物质、能量和信息 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 一般的RNA病毒 逆转录病毒 (HIV) 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 复制 RNA 翻译 蛋白质 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 RNA 六、中心法则 51 习题巩固 1．下列关于中心法则的叙述，正确的是（　　）   A．⑤过程需要逆转录酶进行催化 B．③过程没有发生碱基互补配对 C．RNA病毒在宿主细胞中生存，都能体现①～⑤过程 D．②过程主要发生在细胞核中，产生的RNA都可作为蛋白质合成的模板 【答案】A 52 习题巩固 2.列有关真核生物的DNA复制及基因表达的叙述，错误的是（    ） A．DNA复制、转录、翻译的过程均有氢键的形成与断裂 B．DNA复制、转录、翻译过程的碱基配对方式不完全相同 C．tRNA是由三个核糖核苷酸组成的三叶草状的结构 D．翻译时，核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点 【答案】C 53 THANKS! 高中生物人教版必修2《遗传与进化》 Lavf60.4.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 FormatFactory : www.pcfreetime.com $