4.1基因指导蛋白质的合成(第2课时)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 （第2课时） 教材分析 课标要求 素养目标 1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成的过程。 2.理解遗传信息从DNA→mRNA→蛋白质的流动方向。 1.生命观念：理解遗传信息的流动方向，认识基因通过指导蛋白质合成来控制生物性状，形成信息流决定生命活动的生命观念。 2.科学思维：通过分析转录和翻译过程，培养动态思维和逻辑推理能力；能够运用中心法则解释遗传信息的传递过程。 3.科学探究：能够分析密码子的破译过程；能够设计简单实验验证遗传信息的传递方式。 4.社会责任: 认识基因表达研究在医学、农业等领域的应用价值（如抗虫棉）。 难点 重点 2 01 信使的寻踪记 02 遗传信息的转录 目录 03 RNA的结构及做为信使的原因 04 课本练习与应用 3 在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA过程。 模板：DNA的一条链 原料：4种核糖核苷酸 能量：由细胞呼吸提供 酶：RNA聚合酶等 场所：真核：细胞核、线粒体、叶绿体 原核：细胞质中 定义： 条件： 温故知新：遗传信息的转录过程 个体生长发育的整个过程 时间： 4 碱基互补配对 A－U、T－A、G－C、C－G RNA（mRNA、tRNA、rRNA） 边解旋边转录 DNA→RNA 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备 从5’-端到3’-端 产物： 原则： 特点： 遗传信息传递的方向： 转录的意义： mRNA的延伸方向： 温故知新：遗传信息的转录过程 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.翻译的概念及实质 mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 (1)概念： (2)实质： ？ U U A G A U A U C mRNA 蛋白质 碱 基 序 列 氨基酸序列 4种 21种 翻译 【任务1】 概述遗传信息的翻译 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， 氨基酸 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 AUCG 4 氨基酸 AUCG 4 AUCG 4 4 64 16 第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要 【任务1】 概述遗传信息的翻译 2.碱基与氨基酸之间的对应关系 请同学们自主阅读教材P66-68，图4-5、表4-1,思考并回答问题： 1.什么是密码子？ 2.决定氨基酸的密码子有多少种？ 3.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？ 4.一种密码子决定几种氨基酸？一种氨基酸酸有几种密码子？ 【任务1】 概述遗传信息的翻译 (1)定义： 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 决定 缬氨酸 决定 组氨酸 决定 精氨酸 怎么判断？ 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。 3.密码子 (2)位置： mRNA上 【任务1】 概述遗传信息的翻译 9 3.密码子 【任务1】 概述遗传信息的翻译 （4）密码子表的认读 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 (5)密码子个数： ① 2种起始密码子 共64种密码子 真核生物只有1种— 原核生物可以有2种— ➡AUG (编码甲硫氨酸) 注意: 如果GUG不作为起始密码子时，其编码缬氨酸。 ➡AUG (编码甲硫氨酸) (6)密码子种类： ➡GUG(编码甲硫氨酸) 【任务1】 概述遗传信息的翻译 3.密码子 11 特殊情况下，决定氨基酸的密码子62种。 ② 3种终止密码子 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。 【任务1】 概述遗传信息的翻译 3.密码子 (6)密码子种类： 12 【任务1】 概述遗传信息的翻译 分析密码子的特点 思考.讨论 1.从密码子表可以看出：一种密码子决定几种氨基酸？色氨酸有几种密码子？苯丙氨酸、亮氨酸等有几种密码子？一种氨基酸酸有几种密码子？ ①1种密码子只能决定1种氨基酸（正常情况下）。 ②色氨酸色氨酸只有UGG一种密码子，苯丙氨酸、亮氨酸分别有2种、 种密码子。 总结：1种密码子只能决定1种氨基酸（正常情况下）。 1种氨基酸可以由1种或几种密码子决定。 分析密码子的特点 思考.讨论 A C G A U U G A U C G A C G A 正常mRNA G C G A U U G A C C G A C G A 错误mRNA 2.从密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子决定，这一现象称作密码的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？ 【任务1】 概述遗传信息的翻译 意义:有利于保持物种的稳定性，减少突变带来的影响。 分析密码子的特点 思考.讨论 一、遗传信息的翻译 说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。 称为密码的通用性 3.地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么？ 意义:为基因工程提供了理论基础。 （7）密码子的特性： 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，可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。 3.密码子 地球上几乎所有生物都共用一套密码子。 ③通用性 【任务1】 概述遗传信息的翻译 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ 色 组 甲硫 精 半胱 半胱 脯 谷 丝 如何精准运送过来的？ tRNA 知道碱基和氨基酸的对应关系后，游离在细胞质中的氨基酸,是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢? 思考 mRNA 5´ 3´ 5´ 3´ ①结构： 结合氨基酸的部位 密码子 反密码子 OH A A C 碱基配对 ②功能： 识别和转运氨基酸 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，这3个碱基可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。 4.转运RNA、反密码子 【任务1】 概述遗传信息的翻译 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。 mRNA 5´ 3´ 5´ 3´ 结合氨基酸的部位 密码子 反密码子 OH A A C 碱基配对 ④种类： ③特点： 1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸 1种氨基酸可有1种或多种tRNA识别并转运 62种，与决定氨基酸的密码子一 一对应。 4.转运RNA、反密码子 【任务1】 概述遗传信息的翻译 这个tRNA携带的 氨基酸是 ？ 亮氨酸 遗传信息、密码子、反密码子的比较 项目 存在位置 含义 生理作用 遗传信息 密码子 反密码子 DNA mRNA tRNA 碱基的排列顺序 mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 tRNA上与密码子互补配对的三个碱基 直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序 直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序 识别密码子 知识归纳 ①mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止? 请结合以下问题阅读教材图4-7及相关内容，概述翻译过程。 mRNA 核糖体 多肽链 反密码子 ②根据遗传密码的阅读方式分析，图中mRNA上共有几个密码子? ③翻译合成的肽链的氨基酸序列是怎样的? 【任务1】 概述遗传信息的翻译 5.翻译的过程 【任务1】 概述遗传信息的翻译 5.翻译的过程 起始密码子 第1步: mRNA进入细胞质，与 结合；携带 的tRNA通过与mRNA上的碱基AUG互补配对进入 。 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 M 核糖体 核糖体 甲硫氨酸 位点1 【任务1】 概述遗传信息的翻译 5.翻译的过程 E 1 2 甲 第2步: 携带 的tRNA以同样的方法进入 。 第3步: 甲硫氨酸与该氨基酸通过脱水缩合形成 ，从而被转移到 上。 H 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 组氨酸 位点2 肽键 位点2的tRNA 【任务1】 概述遗传信息的翻译 5.翻译的过程 E 1 2 第4步: 沿 移动，读取下一个密码子，原占位点1的 离开核糖体，原位点2的tRNA进入 ，一个新的携带氨基酸的tRNA进入 ，继续肽链的合成。 精 色 半 半 甲 组 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 脯 5’ 3’ 5’ 3’ 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 核糖体 mRNA tRNA 位点1 位点2 【任务1】 概述遗传信息的翻译 5.翻译的过程 E 1 2 精 色 半 半 甲 组 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 脯 5’ 3’ 5’ 3’ 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 【任务1】 概述遗传信息的翻译 5.翻译的过程 核糖体移动方向 就这样随着核糖体的移动，tRNA将氨基酸运送过来，以合成肽链直至核糖体读取到mRNA上的 ，合成才告终止。 终止密码子 盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。 无功能 有功能 【任务1】 概述遗传信息的翻译 5.翻译的过程 肽链合成后，从 上脱离， 成具有特定 的蛋白质分子。 核糖体 盘曲折叠 空间结构和功能 27 【任务1】 概述遗传信息的翻译 6.翻译的方向 7.翻译的结果 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 起始 密码子 A C A 5’ 3’ 甲 色 组 精 半 半 脯 A G G 5’ 3’ 核糖体移动方向 核糖体沿着mRNA从5’端向3’端进行合成多肽链 合成多肽链 5’ 3’ 【任务1】 概述遗传信息的翻译 8.多聚核糖体 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ （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？ （2）图所示的翻译有何特点？ （3）核糖体移动的方向是怎样的？ mRNA 核糖体 相同。因为它们的模板是同一条mRNA。 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 【任务1】 概述遗传信息的翻译 8.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。 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ （4）翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？ （5）翻译能够精确进行的原因是什么？ （6）图所示的翻译特点，其意义是什么？ 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质，从而提高翻译效率。 【任务1】 概述遗传信息的翻译 8.多聚核糖体 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。 不具有，还需要加工。 DNA的复制、转录和翻译的比较 复　制 转  录 翻  译 时间 场所 模板 原料 能量 酶 产物 碱基配对 特点 方向 意义 细胞分裂前的间期 个体生长发育的整个过程 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体 DNA的两条链 DNA中的一条链 mRNA 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶 翻译相关的多种酶 两个双链DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 多肽（蛋白质） A-T T-A G-C C-G 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 原核生物可以边转录边翻译；一个mRNA上结合多个核糖体提高翻译效率 新链从5’端-3’端延伸 从起始密码子到终止密码子 细胞提供的能量（ATP、dNTP） 细胞提供的能量（ATP等） 细胞提供的能量 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 表达遗传信息，使生物表现出各种性状 新链从5’端-3’端延伸 知识归纳 知识归纳 转录 DNA复制 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 4种游离的脱氧核苷酸 DNA的两条链 由ATP提供 解旋酶、DNA聚合酶 原料： 模板： 能量： 酶： DNA 复制 4种游离的核糖核苷酸 DNA的一条链的某片段 由ATP提供 RNA聚合酶 原料： 模板： 能量： 酶： 转录 1.图示过程为？图2中b和c的区别是什么？ b和c的五碳糖不同 常考示意图解读 知识归纳 tRNA 核糖体 mRNA DNA 转录 翻译 真核生物转录和翻译 2.图示过程为？①至④分别表示什么？ 常考示意图解读 知识归纳 常考示意图解读 3.图示过程为？①至⑤分别表示什么？ 转录 翻译 ① ② ③ RNA聚合酶 ④ ⑤ DNA 核糖体 多肽链 mRNA 3’ 5’ 原核生物：可以边转录边翻译 为什么会是这样呢？ 原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内，所以可以边转录边翻译 DNA模板链 ②③④⑤表示正在合成的4条mRNA 知识归纳 常考示意图解读 3.图示过程为？①至⑤分别表示什么？ 边转录边翻译 基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系 A—C—U—G—G—A—U—C—U 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 A—C—T—G—G—A—T—C—T T—G—A—C—C—T—A—G—A 肽键 肽键 （假设以B链为模板进行转录） A链 B链 转录 翻译 基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 ＝ 6∶3∶1 转录 翻译 DNA mRNA 蛋白质 50个氨基酸 150 300 1 3 6 知识拓展 基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系 说明：因为DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA;转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。 知识拓展 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，RNA复制酶 能催化RNA的复制。 1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能 以RNA为模板合成DNA。 逆转录 复制 科学家克里克 【任务2】 分析中心法则 2.内容 1.提出者 遗传信息可以从DNA流向DNA,即DNA的复制;也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译 3.补充 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) 【任务2】 分析中心法则 4.不同生物遗传信息的传递过程 中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律，据图回答下列问题： (1)②表示_____过程，需要_________酶；④表示_______过程，需要_______ 酶的参与。 (2)正常情况下，在人体细胞内能进行的过程是_________。 (3)图中遵循碱基互补配对原则的过程是________________。 (4)任意一个人体细胞均能发生①②③过程吗？ 转录 RNA聚合 逆转录 逆转录 ①②③ ①②③④⑤ 高度分化的细胞不再进行细胞分裂，因而不能发生①过程。 知识归纳 基因指导 蛋白质的合成 遗传信息的转录 课堂小结 遗传信息的翻译 中心法则 (1)概念: (2)发生时间: (3)发生场所： 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过程。 个体生长发育的整个过程。 (4)实验过程: 解旋 配对 延伸 细胞核(主要场所) (5)条件: ②原料 ③酶 ④能量 ①模板 (7)特点: 边解旋边转录 (6)方向: 沿着模板链3'端→5'端方向延伸 (8)结果: 产生RNA (9)意义: 为翻译做准备。 (1)概念: (2)发生场所: mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中，游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质这过程。 细胞质的核糖体 (3)方向: (4)结果: 核糖体沿着mRNA从5’端向3’端进行合成多肽链 合成多肽链 42 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。( ) × × 练习与应用·概念检测 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·概念检测 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。 1.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。 提示: 练习与应用·拓展应用 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $