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1节：基因指导蛋白质的合成 第四章 基因的表达 1 01 02 03 学习目标 从存在位置、作用等方面，探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，结合中心法则的内容，理解遗传信息的传递规律。（生命观念） 对比分析三种RNA的结构和组成。（科学思维） 归纳和概括转录和翻译的异同。（科学思维） 2 问题探讨 从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？ 一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。 美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来 3 核糖体 DNA 蛋白质 核孔 实现核质之间频繁的物质交换和信息交流 DNA(基因） 主要存在于细胞核中 蛋白质的合成 在细胞质中的核糖体上进行 信使RNA 信使 基因如何指导蛋白质合成呢？ 4 RNA（核糖核酸） 1.RNA的全称： 2.RNA的基本单位： 核糖核酸 4种核糖核苷酸 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 3.组成元素： C、H、O、N、P 5 RNA（核糖核酸） 4. RNA作为信使的原因 ① 能够储存遗传信息 它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸链接而成，也能储存遗传信息。 CH2OH H O H OH H OH H OH CH2OH H O H OH H H H OH 核糖和脱氧核糖的结构模式图 6 RNA（核糖核酸） 4. RNA作为信使的原因 ① 能够储存遗传信息 ① 能够储存遗传信息 RNA与DNA不同的是：组成RNA的五碳糖是核糖而不是脱氧核糖；RNA的碱基组成中没有碱基T（胸腺嘧啶）而替换成U（尿嘧啶）。 DNA和RNA在化学组成上的区别 DNA RNA 脱氧核糖 胸腺嘧啶(T) 磷酸 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 核糖 尿嘧啶(U) 7 RNA（核糖核酸） 4. RNA作为信使的原因 ② 容易转移到细胞质 RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。 8 RNA（核糖核酸） 5. RNA的种类 信使RNA (mRNA) 作为DNA的信使 核糖体RNA (rRNA) 核糖体的组成部分 转运RNA (tRNA) 氨基酸的运载工具 DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的? 过渡 9 遗传信息的转录（DNA→RNA） 1. 转录的概念 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。 3' 5' 5' 3' DNA mRNA RNA聚合酶 游离的脱氧核苷酸 转录方向 10 2. 转录的过程 遗传信息的转录（DNA→RNA） 11 2. 转录的过程 U A A C U G C C T A G G A U G T A RNA聚合酶 ①解旋 ②配对 ③连接 ④释放 DNA双链解开，碱基暴露出来 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 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上 合成的mRNA从DNA 链上释放，而后，DNA双螺旋恢复 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（DNA→RNA） 12 时间： 场所： 条件： 产物： 个体生长发育的整个过程 真核生物主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体 模板： 原料： 能量： 酶： RNA 提醒：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段（并非整个DNA）。 原则： DNA的一条链 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 碱基互补配对原则 方向： mRNA 5’→ 3’ 特点： （A—U、T—A、C—G、G—C） 边解旋边转录 遗传信息的转录（DNA→RNA） 13 遗传信息的转录（DNA→RNA） U G A U C C mRNA A C T A G G b链 T G A T C C a链 DNA b链：模板链（反意义链） a链：非模板链（有意义链、编码链） 1.若一条mRNA以DNA的b链为模板，请写出该mRNA与a链的碱基序列 小试牛刀： 思考：转录出的mRNA碱基序列与DNA模板链的碱基序列有哪些异同？ 5‘ 3‘ 3‘ 5‘ 5‘ 3‘ 14 遗传信息的转录（DNA→RNA） 小试牛刀： 2.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A与②链的碱基U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需要通过两层生物膜才能与核糖体结合 D 15 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 1. 翻译的概念 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，这一过程叫作翻译。 16 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 2. 碱基与氨基酸之间的关系 17 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 2. 碱基与氨基酸之间的关系 ✬密码子概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。 mRNA 密码子 密码子 密码子 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 决定 决定 决定 18 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 络氨酸 丝氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 终止密码子： 、 _____、____ 种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、 （ 种） ___（缬氨酸、甲硫氨酸） 编码氨基酸的密码子______种或_____种 UAA UGA（硒代半胱氨酸） UAG AUG GUG 61 62 64 2. 碱基与氨基酸之间的关系 19 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 2. 碱基与氨基酸之间的关系 （2）密码子的简并性 地球上几乎所有的生物都共用同一套遗传密码子。 （3）密码子的通用性 一种密码子决定一种氨基酸。 （1）专一性 ✬密码子的特性 ✬密码子种类：共有64种（其中有3种终止密码子，不决定氨基酸。能决定氨基酸的密码子只有61或62种） 一种氨基酸可以对应一种或多种密码子。 20 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 3. 氨基酸的“搬运工”——tRNA ①形态： 三叶草形 ②特点： 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 ③反密码子： 位于tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对() 密码子 A U C 反密码子 U G A 密码子 甲硫氨酸 21 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 22 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。 携带甲硫氨酸（M）的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。 4. 翻译的过程 23 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 第2步 携带某个氨基酸（H）的tRNA，以同样的方式进入位点2。 4. 翻译的过程 24 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 第3步 甲硫氨酸(M)与这个氨基酸(H)形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。 4. 翻译的过程 25 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 第4步 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。 4. 翻译的过程 26 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 第4步 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，继续肽链的合成。 4. 翻译的过程 27 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 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。至到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。 4. 翻译的过程 28 肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特点空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。 一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质 几条多肽链折叠形成蛋白质 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 29 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 场所： 产物： 模板： 原料： 条件： 细胞质（核糖体） mRNA 21种氨基酸 ATP、酶、tRNA 碱基互补配对： G－C、C－G、U－A、A－U 遗传信息流动： mRNA 蛋白质 搬运工具： tRNA 多肽，经加工后成为成熟的蛋白质 30 遗传信息的翻译（RNA→蛋白质） 5.高效翻译的机制 核糖体 mRNA 正在合成的肽链 ① 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。 ② 因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 31 比较项目 复制 转录 翻译 场所 模板 原料 酶 能量 碱基互补配对 产物 总结 细胞核（主要） 细胞核（主要） 核糖体 亲代DNA两条链 亲代DNA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 RNA聚合酶 多种酶 ATP等提供 ATP等提供 ATP等提供 A-T，T-A C-G，G-C A-U，T-A C-G，G-C A-U，U-A C-G，G-C DNA RNA 蛋白质 32 真核生物的转录和翻译 原核生物的转录和翻译 先转录后翻译 边转录边翻译 转录和翻译 33 1. 1957年，科学家克里克预见了遗传信息传递的一般规律，提出了中心法则。 2. 内容：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。 DNA 转录 RNA 翻译 蛋白质 复制 中心法则 34 中心法则 3. 补充：少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及RNA流向DNA。 DNA 转录 RNA 翻译 蛋白质 逆转录 复制 复制 中心法则图解（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，DNA和RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。 35 中心法则 36 相关计算 DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系 DNA(基因) mRNA 肽链 n 个氨基酸 3n 个碱基 6n 个碱基 至多 至多 至少 至少 (1) 规律：DNA(基因)中碱基数目 :mRNA中碱基数目 :蛋白质中氨基酸数目 =6:3:1 (2) 计算：蛋白质中肽链数 + 肽键数 = 氨基酸数 = 1/3 mRNA中碱基数 = 1/6 基因中碱基数 37 相关计算 DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系 (3) 计算中“最多”和“最少”的分析： ① 翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质 中氨基酸数目的3倍还要多一些。 ② 基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。 ③ 在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的 基因中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。 38 练习与应用 一、概念检测 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 39 练习与应用 红霉素、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。 抗菌药物 抗菌机制 红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸 环丙沙星 抑制细菌DNA的复制 利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性 题中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。 二、拓展应用 40 在此输入您的学校名字 THANKS 谢谢观赏 41 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 2020-01-18T01:51:12.00796 Lavf58.29.100 $