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

第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成 本节聚焦 基因如何指导蛋白质的合成？ 中心法则是如何描述遗传信息的传递规律的？ 几乎所有生物共用同一套密码子的基本事实， 给我们什么启示？ 基因 蛋白质 基因 基因是有遗传效应的DNA片段， DNA主要存在于细胞核 蛋白质合成 细胞质中的核糖体上 如何指导？ DNA 细胞质中的核糖体 细 胞 核 基因(2nm) 核孔(0.9nm) 科学家推测在DNA和蛋白质之间有中间物质充当信使。 基因主要分布于哪里？ 蛋白质合成的场所呢？ 复习引入 研究发现信使就是RNA。 转录 翻译 基因的表达 蛋白质 DNA RNA 信使 以 信使 DNA 蛋白质的合成 指导 RNA 基因 蛋白质 请阅读课本P64-65，并完成以下思考： RNA的组成元素、基本单位、空间结构？ 总结RNA适于作DNA的信使的原因？ RNA的种类有哪些？分别具有什么功能? 遗传信息的转录 2、基本单位： C、H、O、N、P 1、元素组成： 核糖核苷酸 A 腺嘌呤 G 鸟嘌呤 C 胞嘧啶 U 尿嘧啶 聚合 RNA（核糖核酸） 3、空间结构： 一般是单链，而且比DNA短 4、RNA适于作为信使的原因： ②RNA能通过核孔，从细胞核转移到细胞质。 RNA由4种核糖核苷酸连接而成→碱基的排列顺序多种多样→①能储存遗传信息。 DNA RNA RNA P65 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 5、RNA的种类及作用 RNA P65 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 RNA与DNA比较 P65-66 【任务】请阅读课本P64，并完成以下思考： 转录的概念及场所？ 阐述转录的基本过程？ 转录需要哪些条件? 转录与DNA复制的异同? 遗传信息的转录 P65 2、场所: 真核生物： 原核生物： 细胞核（主要） 叶绿体和线粒体 1、概念： 通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA过程。 拟核、质粒 3、产物: 遗传信息的转录 P65 4、过程: 解旋→配对→连接→释放 产生RNA（mRNA、 tRNA、 rRNA等） DNA 3' 3' 5' 5' 5' 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。 不需要解旋酶 游离的4种核糖核苷酸 RNA聚合酶 mRNA DNA模板链 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 ④释放 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 3' ③连接 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。 ②配对 遗传信息的转录 P65 5、条件： 模版 原料 能量 酶 RNA聚合酶 破坏氢键 催化形成磷酸二酯键 ATP 4种游离的核糖核苷酸 碱基互补配对原则 8、特点: 边解旋边转录；单链转录。 9、实质: 6、原则： A—U、T—A、C—G、G—C DNA的一条链的片段 7、方向: 5′-端→3′-端 遗传信息的转录 P65 遗传信息从 DNA→RNA 转录以基因为单位，不同基因模板链不同。 分裂间期和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。 遗传信息的转录 P65 提醒：每次转录的只是DNA分子特定的片段（基因）， 该片段携带的遗传信息能准确地传递给mRNA分子。 11 相同点：都需要模板、酶、能量等；边解旋边复制，边解旋边转录；都遵循碱基互补配对原则。 意义：碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。 1、转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？ 2、与DNA复制相比，转录所需要原料和酶有什么不同？ DNA复制的原料：四种脱氧核苷酸； 酶：解旋酶和DNA聚合酶 转录的原料：四种核糖核苷酸； 酶：RNA聚合酶. 遗传信息的转录 P66 思考•讨论 12 DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C 信使RNA G C T T G G A G T G C G G C U U G G A G U G C G 与模板链：碱基互补配对 与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U） 3.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点？ 遗传信息的转录 P66 思考•讨论 13 比较项目 DNA复制 转录 时间 场所 模板 原料 酶 产物 ， ， 配对方式 特点 方向 细胞分裂前的间期 生长发育过程 主要在细胞核或拟核中，少部分在线粒体、叶绿体、细胞质中 DNA的两条链 DNA的一条链 游离的4种脱氧核苷酸 游离的4种核糖核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 A—T、G—C、C—G、T—A A—U、G—C、C—G、T—A 半保留复制、边解旋边复制 边解旋边转录 新链（酶）从 5′-端 →3′-端延伸 2个子代DNA分子 RNA(mRNA、tRNA、rRNA) 遗传信息的转录 P66 思考•讨论 [例1]　(2025·河北高考)M和N是同一染色体上两个基因的部分序列，其转录方向如图所示。表中对M和N转录产物的碱基序列分析正确的是(　 　) 编号 M的转录产物 编号 N的转录产物 ① 5′­UCUACA­3′ ③ 5′­AGCUGU­3′ ② 5′­UGUAGA­3′ ④ 5′­ACAGCU­3′ A.①③ B．①④ C．②③ D．②④ 【典题·例析】P81 C 转录的方向为模板链DNA的3′→5′ A．图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右 B．图中RNA与a链碱基互补 C．图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对 D．DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量 【典题·例析】P81 [例2]　下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图，有关叙述正确的是(　 　 ) A 转录时，RNA子链的延伸方向为5′端→3′端，与RNA聚合酶的移动方向一致。 A．该过程可发生在线粒体内 B．该过程与DNA复制时碱基互补配对方式完全相同 C．该过程涉及ATP的消耗 D．游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞 1．如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法错误的是(　 　) 【应用·体验】P81 B 2．下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是(　 　) A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来 B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生 C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生 D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补 C 【应用·体验】P81 回顾： 遗传信息的转录 转录 解旋 配对 连接 释放 基因的一条链 4种游离的核糖核苷酸 RNA聚合酶 mRNA 思考：mRNA上的遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的呢？mRNA上的遗传信息如何传递到蛋白质上呢？ (破坏氢键) (聚合磷酸二酯键) 19 1.概念： 游离在细胞质中的各种_______,以_____为模板合成具有一定氨基酸顺序的_______的过程。 氨基酸 mRNA 蛋白质 2.实质： 将mRNA的_____序列翻译为蛋白质的_______序列。 氨基酸 碱基 思考：碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的呢？ U U A G A U A U C mRNA 蛋白质 翻译 一对一？ 二对一？ 三对一？？ × × 活动：阅读教材P66第三、四段，回答问题。 遗传信息的翻译 P67 20 3.密码子： ______上__个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个_______。 mRNA 3 密码子 问题：密码子有多少种？ 64种 决定64种氨基酸？ 遗传信息的翻译 P67 【任务】请阅读课本P67表4-1，并完成以下思考： 起始密码子是什么？起始密码子编码什么氨基酸？ 终止密码子有几个？终止密码子编码氨基酸吗？ 一种密码子决定几种氨基酸？一种氨基酸有几种密码子？ 密码子具有哪些特点？每个特点对应的意义？ 21 绝大多数氨基酸可以由几种不同的密码子决定。 密码子特点： 简并性: 通用性: 增强密码子的容错性。 当今生物可能有着共同的起源。 起始密码子：起始翻译，作为多肽链合成的起始信号。 终止密码子：终止翻译，终止多肽链的合成。 22 概念：信使RNA上决定1个氨基酸的 。 种类：共 种，其中编码氨基酸的密码子有 种。 其中起始密码子 种（AUG甲硫氨酸，GUG缬氨酸） 终止密码子 种（编码氨基酸：UGA， 不编码氨基酸：UAA、UAG）。 数量关系：1种密码子决定 种氨基酸； 而1种氨基酸却可以由 种不同密码子决定。 3个相邻碱基 64 62 2 3 1 1种或多 密码子 思考：游离在细胞质基质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋 白质的“生产线”上的呢？ 遗传信息的翻译 P67 4.“搬运工”—— tRNA U G A (1)形态： RNA链经过折叠，形成三叶草的叶形 (2)功能： 识别并结合氨基酸 结合部位：3’端（长壁端） 思考：是否会搬运错误呢？ (3)反密码子： 每个tRNA的另一端都有3个相邻的碱基，可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。 注意：决定氨基酸的是密码子！ 遗传信息的翻译 P67 A A C 24 【任务】请阅读课本P67-68，并完成以下思考： 翻译从什么位置开始，在什么位置结束？ 翻译过程是核糖体移动？还是mRNA在移动？ 尝试概述翻译过程 遗传信息的翻译 P66 5、过程： C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A 甲 色 A C C 组 精 G A C 第1步：mRNA在细胞质中与核糖体结合 G G U 3' 5' 遗传信息的翻译 P66 26 位点1 位点2 位点E U C A 甲 色 A C C 组 精 G A C 第1步：携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1 U C A 甲 U C A G G U C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 甲 U C A 3' 5' 5、过程： 遗传信息的翻译 P66 27 位点1 位点2 位点E C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 色 A C C 组 精 G A C 第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 甲 U C A G G U G G U 组 G G U 组 G G U 3' 5' 5、过程： 遗传信息的翻译 P66 28 位点1 位点2 位点E C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 色 A C C 精 G A C 第3步：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键， 从而转移到位点2的tRNA上 甲 U C A 组 G G U 甲 3' 5' 5、过程： 遗传信息的翻译 P66 29 位点1 位点2 位点E 位点1 位点2 位点E 色 A C C 精 G A C 第4步：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。 U C A 组 G G U 甲 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A 3' 5' 5、过程： 遗传信息的翻译 P66 30 位点1 位点2 位点E G A C 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。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。 G G U C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A A C C A G G 半 色 组 甲 精 谷 半 脯 丝 U C U 终止密码子 3' 5' 翻译方向 5、过程： 遗传信息的翻译 P66 31 2）条件 mRNA 21种氨基酸 ATP 5）产物： 具有一定氨基酸顺序的肽链 (脱离时是不成熟的肽链，需要在内质网、高尔基体中加工成蛋白质) 1）场所： 细胞质中的核糖体 tRNA 3）配对方式： 6）遗传信息传递的方向： mRNA→蛋白质 多种酶 模版 原料 能量 酶 搬运工具 A—U、U—A、C—G、G—C 4）方向： 核糖体 沿着 mRNA 5’ 端往3’端移动 小结：遗传信息的翻译 P66 1.图中①、⑥分别是什么分子或结构？ 最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？ 相同。因为它们的模板是同一条mRNA。 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ①mRNA；⑥核糖体 2.图中核糖体移动的方向是怎样的？ 由肽链_____ → 肽链_____的方向进行 短 长 3.图中所示的翻译特点是？其意义是什么？ 形成多聚核糖体：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。 意义：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。 遗传信息的翻译 P69 【任务】请阅读课本P69，并完成以下思考： 请据图概括真核生物和原核生物转录、翻译的区别 先转录后翻译 真核生物转录、翻译示意图 原核生物转录、翻译示意图 边转录边翻译 遗传信息的翻译 [例1]下图表示某真核生物细胞内发生的一系列生理变化，Y 表示具有某种功能的酶，请据图分析下面有关叙述，错误的是（ ） A. Y 为 RNA 聚合酶 B. 该图中最多含 5 种碱基、8 种核苷酸 C. 过程Ⅰ主要在细胞核内进行，过程Ⅱ在细胞质基质中进行 D. b 部位发生的碱基互补配对方式可能有 T—A、A—U、C—G、 G—C C 【典题·例析】P83 35 [例2]　已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的一条多肽链失去的水分子的个数为(　 　) A．20个　　　　　　　 B．15个 C．16个 D．18个 【典题·例析】P83 B C T A C C A C T G G A T G G T G A C G A U G G U G A C DNA的 遗传信息 mRNA 蛋白质的氨基酸 排列顺序 转录 翻译 氨基酸 n 3n 6n 氨基酸数目＝tRNA数目 注意：无特别说明，不考虑终止密码 基因表达过程中的数量计算 P83 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因: 基因中的内含子转录后被剪切。 在基因中，有的片段(非编码区)起调控作用，不转录。 合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。 转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。 37 DNA复制 转录 翻译 时间 细胞分裂的间期（S期） 主要间期（能分裂细胞)或整个生命进程(不分裂细胞) 场所 主要是细胞核 主要是细胞核 细胞质中的核糖体 模板 亲代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 产物 完全相同的两个DNA分子 RNA 蛋白质(多肽) 碱基配对 A—T、T—A C—G、G—C A—U、T—A C—G、G—C A—U、U—A C—G、G—C 模板去向 两个子代DNA分别进入中 重新螺旋，恢复原样 水解成单个核糖核苷酸 特点 ①半保留复制 ②边解旋边复制 边解旋边转录 一条mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链 信息传递 意义 遗传信息的复制、转录和翻译 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 传递遗传信息 表达遗传信息 复制、转录和翻译的比较 项目 复制 转录 翻译 场所 主要在______ 主要在______ 核糖体 模板 DNA的____链 DNA的____链 mRNA 原料 4种脱氧核糖核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸 原则 产物 两个子代DNA 蛋白质 信息 传递 DNA→_____ DNA→_____ ____→______ 归纳： 细胞核 细胞核 两条 一条 A-T、G-C T-A、G-C A-U、 A-U、G-C RNA DNA mRNA mRNA 蛋白质 DNA DNA 基因的表达 T-A、C-G U-A、C-G C-G 活动:请将上述遗传信息的传递途径汇总在一个图中(用箭头和物质名称表示) 39 基因的表达是否一定要经过转录和翻译？ DNA 复制 转录 RNA 翻译 蛋白质 1.提出者： 克里克 2.内容图解： 随着研究的不断深入，科学家对中心法则作出了补充： 【资料1】许多RNA病毒（如烟草花叶病毒）在感染宿主细胞后，其RNA能进行自我复制；这表明有一部分RNA具有自我复制的能力。 复制 逆转录 【资料2】在逆转录病毒（如HIV）中的逆转录酶的作用下，遗传信息可以从RNA传递到DNA。 中心法则 P69 1、在遗传信息流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物 2、虚线是补充内容，少数生物才有 40 其他 RNA病毒 DNA生物 原核生物 真核生物 DNA病毒 能够增殖 不能增殖 RNA病毒 烟草花叶病毒、冠状病毒、 HIV等 逆转录病毒 不同生物遗传信息的传递过程 被RNA病毒侵染的宿主细胞内 中心法则 P69 ⑴DNA和RNA是__________的载体 ⑵ _______是信息表达的产物 ⑶ _______为信息的流动提供能量 遗传信息 ATP 蛋白质 生命是物质、能量和信息的统一体 [例1]　如图为中心法则图解，下列有关叙述正确的是(　 　) A．过程③发生在含有逆转录酶的病毒体中 B．正常植物细胞中能够体现①～⑤过程 C．①～⑤过程中都能发生碱基互补配对 D．③过程中碱基互补配对时，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原则 【典题·例析】P85 C 1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。 (1)DNA转录形成的mRNA,与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。( ) (2)一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。( ) × × 2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止，密码子是指( ) A.基因上3个相邻的碱基 B.DNA上3个相邻的碱基 C.tRNA上3个相邻的碱基 D.mRNA上3个相邻的碱基 D 练习与应用 P69 题中的三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。 3.红霉索、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示，请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。 练习与应用 P69 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $