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

将苏云金杆菌的抗虫蛋白基因（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？ 苏云金杆菌 普通棉花 转基因抗虫棉 基因可以控制蛋白质的合成，这一过程叫做基因的表达 人教版高中生物学 必修2《遗传与进化》 第4章 第1节 基因指导蛋白质的合成 基因主要分布在哪里？蛋白质合成的场所呢？ 基因 DNA (2nm) 核孔(0.9nm) 细胞质中的核糖体 (20nm) DNA无法从细胞核出去 核糖体也无法进入细胞核 DNA 蛋白质的合成 指导 有某种物质充当信使 RNA 一、RNA的结构和种类 1.基本单位及组成 (中文名称为核糖核酸) A G C U 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 2.空间结构： 一般为单链结构，由4种核糖核苷酸脱水缩合连接而成 一、RNA的结构和种类 3.分布： 细胞质(主要) 4.RNA与DNA在化学组成上的主要区别： ①五碳糖不同：RNA的是核糖，DNA的是脱氧核糖 ②碱基不完全相同：RNA特有碱基U，DNA特有碱基T 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 脱氧核糖 核糖 磷酸 DNA RNA 一、RNA的结构和种类 6.RNA能作为信使的原因 原因一 原因二 原因三 RNA的基本组成单位也是核苷酸，含4种碱基，可以储存遗传信息 RNA一般是单链，而且比DNA短，能通过核孔从细胞核转移到细胞质中 RNA上的碱基与DNA上的碱基能互补配对(RNA上的U与DNA中的A配对) (穿过0层膜，但耗能) 一、RNA的结构和种类 7.RNA的种类 ①信使RNA (mRNA)： 单链结构, 携带从DNA上传递来的遗传信息,作为合成蛋白质的模板 氨基酸 氢键 ②转运RNA (tRNA)： 局部双链，识别密码子并转运特定氨基酸 ③核糖体RNA (rRNA)： 单链结构，与蛋白质一起构成核糖体 有的RNA具有催化功能 有的RNA可作遗传物质 1.RNA种类繁多，且具有多种多样的作用。下列叙述中，不属于RNA功能的是(　 ) A.细胞质中的遗传物质 B.某些病毒的遗传物质 C.具有生物催化作用 D.参与核糖体的组成 即时巩固 练习册P91 A 具有细胞结构的生物以及DNA病毒的遗传物质都是DNA SZ-LWH 思考：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？ 转录 T A T G C A T G A T C G A G C T T A T C A T G A C G A G C T T C A A 3' 5' …… …… DNA上的遗传信息 U A U G C A U G A U C G A G C U U RNA 5' 二、遗传信息的转录 观看视频，并结合课本P65的文字和图示信息，尝试总结转录发生的场所、所需条件以及过程等 二、遗传信息的转录 1.概念： 通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程 2.场所 真核生物： 原核生物： 细胞核(主要)、叶绿体和线粒体 拟核(主要)、细胞质(中的质粒) 3.所需条件 ①模板： ②原料： ③酶： ④能量： DNA的一条链 4种游离的核糖核苷酸 RNA聚合酶 ATP 4.产物： RNA（mRNA、tRNA和rRNA等） 作用：①催化磷酸二酯键形成 ②解旋(使氢键断裂) ③连接：在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上 ①解旋：RNA聚合酶使DNA双链解开，碱基暴露 ②配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对 ④释放：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复 转录时RNA的延伸方向为从5'-端到3'-端 二、遗传信息的转录 请根据对转录过程的理解思考并回答下列问题： 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？ （课本P66讨论题3） 非模板链 模板链 A T T C A G C A C T T A A G T C G T G A 3′ 5′ 5′ 3′ A U U C A G C A C U 3′ 5′ 转录 RNA DNA 互补 基本相同 (T换为U) 二、遗传信息的转录 2.转录时整个DNA分子双链都要解开吗？ 不需要，因为转录是以基因为单位进行的，所以解旋的只是DNA链中的基因片段 注意：DNA的两条链中只有一条作为转录的模板，而不同基因转录的模板链不固定，又因为一个DNA分子上有多个基因，所以同一个DNA转录出的mRNA不完全相同 二、遗传信息的转录 3.细胞在分裂期会进行转录过程吗？ 分裂期的染色体高度螺旋，DNA无法解旋，转录无法发生 4.DNA复制与转录有何异同之处？ 比较项目 DNA复制 DNA转录 模板 原料 酶 碱基配对 产物 发生时间 DNA分子 RNA分子 DNA的两条链 DNA的一条链 4种脱氧核糖核苷酸 4种核糖核苷酸 A-T；G-C A-U；T-A；G-C 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 细胞分裂间期 生长发育过程 （课本P66讨论题3） 2.下图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是(　 ) A.①链的碱基A与②链的碱基T互补配对 B.②是以4种脱氧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需通过两层生物膜才能与核糖体结合 即时巩固 练习册P87 C DNA链 RNA链 RNA聚合酶 SZ-LWH 3.(2025·钦州高一检测)如图表示某细胞中的转录过程，相关叙述错误的是(　 ) A. a表示DNA B. b表示RNA C. c表示RNA聚合酶 D. 图中有4种碱基 即时巩固 练习册P91 D 5种碱基：A、T、G、C、U SZ-LWH 转录 mRNA 转录结束后，合成的mRNA会通过核孔进入细胞质中 它上面的遗传信息是如何被细胞解读并传递到蛋白质上的呢？ 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 翻译 三、遗传信息的翻译 mRNA中的碱基有4种，常见的组成蛋白质的氨基酸有21种 问题1: mRNA的4种碱基是怎么 决定组成蛋白质的这21种氨基酸的呢？ 至少3个碱基决定1个氨基酸才能满足需要 设想一下 如果1个氨基酸由1个碱基决定，4种碱基能决定 种氨基酸； 如果1个氨基酸由2个碱基决定，4种碱基能决定____种氨基酸； 如果1个氨基酸由3个碱基决定，4种碱基能决定____种氨基酸。 4 16 64 后来科学家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，并破解了64个遗传密码子 三、遗传信息的翻译 1.密码子： mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基 读取方向: 从mRNA的5'端→3'端，相邻的密码子无间隔、不重叠 分析课本67页的密码子表， 回答下列问题：1.密码子共有多少种？起始密码子有几种？分别为？终止密码子有几种？分别为？所有的密码子都能编码氨基酸吗？ 2.查阅密码子表，ACU编码什么氨基酸？苏氨酸的密码子是什么？根据此结果，你能得到什么结论？ 终止密码子：3个(UAA、UAG、UGA (一般不决定氨基酸)) 起始密码子：2个(AUG、GUG(原核)) 【特别注意】特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。所以能决定氨基酸的密码子有61种(一般情况下)或62种(特殊情况下) 共64种密码子 三、遗传信息的翻译 由上表可知ACU编码苏氨酸，而编码苏氨酸的密码子除了ACU还有ACC、ACA、ACG，这说明密码子与氨基酸的对应关系是什么？ 一种密码子决定1种氨基酸，一种氨基酸由1种或几种密码子决定 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： 一般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 三、遗传信息的翻译 讨论1. 从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？ 天冬氨酸 天冬氨酸 精氨酸 精氨酸 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 G C G A U U G A U C G A C G A 正常mRNA 5' G C G A U C G A C C G A C G A 错误mRNA 5' 三、遗传信息的翻译 问题2: 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？ mRNA进入细胞质后会与核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线” 2. tRNA——氨基酸的“搬运工” 结构类似三叶草的叶形，其一端可以结合氨基酸(位于tRNA的3'端)，另一端有3个能与mRNA上的密码子互补配对的碱基，叫反密码子 三、遗传信息的翻译 3.反密码子： tRNA上与密码子互补配对的3个碱基 思考：①若反密码子为GUA，则与tRNA结合的氨基酸是？ ②若密码子为UAA、UAG，则对应的反密码子是？ 密码子为CAU，是组氨酸 它们是终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子 认读方向: 3'端→5'端 结论：①tRNA(反密码子)一般情况下有61种，特殊情况下有62种，与决定氨基酸的密码子一一对应 ②1种tRNA只能转运一种氨基酸，1种氨基酸可以由一种或多种tRNA转运 4.下列关于密码子、tRNA和氨基酸的关系的叙述，正确的(　 ) A.一种密码子可以决定多种氨基酸 B.一种氨基酸只由一种密码子决定 C.密码子是mRNA上3个相邻的碱基 D.一种tRNA可以转运多种氨基酸 即时巩固 练习册P91 C 只决定一种 可以由多种密码子决定 只转运一种 SZ-LWH 5.(2025·柳州高一检测)结合如表信息，推测丝氨酸的密码子(　 ) A. UCA B. AGU C. TCA D. AGT 即时巩固 练与测P186 A DNA碱基序列 T A G mRNA碱基序列 A tRNA碱基序列 G 氨基酸种类 丝氨酸 C A T C U A U SZ-LWH 三、遗传信息的翻译 观看视频，并结合课本P68的文字和图示信息，尝试描述翻译的过程并回答以下问题： 问题3: tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的呢？ 1．核糖体上有几个tRNA的结合位点？核糖体与mRNA谁沿谁移动？移动的方向是什么？ 2．氨基酸的排列顺序是由mRNA的碱基序列还是tRNA决定的？ 3．翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能了吗？ 三、遗传信息的翻译 4.过程： mRNA进入细胞质与核糖体结合，携带甲硫氨酸的tRNA通过与碱基AUG互补配对进入位点1，携带某氨基酸的tRNA进入位点2 第一步： 甲硫氨酸 C A G A C G U C A C U A U A A C U A tRNA 组氨酸 G G U tRNA mRNA 5’ 3’ 进入 核糖体 位点1 位点2 核糖体移动方向 三、遗传信息的翻译 4.过程： 甲硫氨酸与这个氨基酸脱水缩合形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 第二步： 核糖体移动方向 C A G A C G U C A C U A U A A C U A tRNA G G U tRNA mRNA 核糖体 肽键 5’ 3’ 位点1 位点2 甲硫氨酸 组氨酸 三、遗传信息的翻译 4.过程： 核糖体沿着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变成占据位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成 第三步： C A G A C G U C A C U A U A A C U A tRNA G G U tRNA mRNA 核糖体 G U A tRNA 离开 进入 终止密码子 核糖体移动方向 位点1 位点2 甲硫氨酸 组氨酸 异亮氨酸 5’ 3’ 三、遗传信息的翻译 4.过程： 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，用来合成肽链，直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止。然后肽链从核糖体和mRNA的复合物上脱离下来，并盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子 第四步： 5´ 3´ A G U C C A U A A C U A mRNA 核糖体 肽链 三、遗传信息的翻译 思考: 在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程，请结合下面的图片总结原因 一个mRNA分子上可以结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，所以少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质 图中核糖体移动的方向为从左到右(肽链长的最先开始翻译)。这样合成的多条肽链的氨基酸序列相同 三、遗传信息的翻译 场所: 发生时间: 条件 翻译 模板 原料 工具 酶 能量 mRNA 21种氨基酸 tRNA ATP 核糖体 个体生长发育的整个过程 多种 产物: 肽链 在这一过程中，核糖体沿着mRNA从5’端移动到3’端 碱基配对：A-U、G-C 6.(2025·桂林高一检测)如图所示为某细胞中遗传信息的表达的某个过程示意图，下列说法正确的是(　 ) A.在胚胎干细胞、哺乳动物成熟红细胞中，都可 发生图示过程 B.基因表达时，DNA双链打开及子链延伸需要 ATP水解提供能量 C.图示过程表示翻译，参与该过程的RNA有三种，结合在图中mRNA上的多个核糖体可合成多种肽链 D.图示过程在核糖体中进行, 图中决定丙氨酸的密码子是5’-CGA-3‘ 即时巩固 练习册P88 B 无细胞核和众多细胞器,不进行翻译 一种 5’-GCU-3’ SZ-LWH 7.下图为真核细胞RNA参与蛋白质合成的翻译过程示意图，据图回答下列问题: (1)在翻译过程中，参与的RNA有 ① 、③ 和②中的 。 (2)根据给出的密码子判断，图中① 所携带的氨基酸为 ，该过 程中②的移动方向为 (填 “向左”或“向右”) 即时巩固 练习册P91 tRNA mRNA rRNA 脯氨酸 向右 SZ-LWH (3)很多肽链合成时第一个氨基酸都是 甲硫氨酸，然而细胞中大部分分泌蛋白的 第一个氨基酸并不是甲硫氨酸，这是 因为这些肽链要在 处进行加工、修饰。 (4)若以③为模板合成一条肽链需 要的时间是1s，但在2s内③却指导合成了数条同种肽链，原因是 。 即时巩固 练习册P91 内质网和高尔基体 一个③上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条相同肽链的合成 SZ-LWH 真、原核生物基因表达过程的比较 【拓展延伸】 真核生物基因结构 编码区(基因） 非编码区 非编码区 编码区(基因） 非编码区 非编码区 启动子 终止子 RNA聚合酶识别结合位点，启动转录 终止转录 外显子 内含子 原核生物 基因结构 编码区：DNA上能转录成mRNA并进一步翻译出蛋白质的区段 非编码区：DNA上不能转录成mRNA和进一步翻译出蛋白质的区段 (能转录成mRNA并进一步翻译出蛋白质的DNA序列) (能转录成mRNA，但不能翻译出蛋白质的DNA序列) 原核生物的基因(编码区)是连续的，而真核生物的基因(编码区)是间隔、不连续的 真核生物 真、原核生物基因表达过程的比较 【拓展延伸】 编码区(基因） 非编码区 非编码区 启动子 终止子 转录 前体mRNA 成熟mRNA 不编码氨基酸的序列被剪切 真、原核生物基因表达过程的比较 【拓展延伸】 真核生物： 先转录，后翻译 边转录边翻译 DNA mRNA RNA聚合酶 原核生物： （转录和翻译的场所不同） （转录和翻译都在细胞质） 注: 真核生物的线粒体DNA和叶绿体DNA也是边转录边翻译 基因表达过程中的相关数量计算 【拓展延伸】 转录 DNA碱基数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数= 6：3：1 【说明】因为DNA中存在非编码区、内含子等片段，mRNA有终止密码子(不编码氨基酸)等原因，实际上它们的数量关系不完全符合6：3：1，题目中也一般都带有“至少”或“最多”字样 8.一条肽链中有氨基酸1000个，作为合成该肽链的模板的mRNA分子和用来转录成mRNA的DNA分子，至少含有碱基的数量分别是(　 ) A. 3000个和3000个 B. 1000个和2000个 C. 2000个和4000个 D. 3000个和6000个 即时巩固 练习册P89 D SZ-LWH 四、中心法则 DNA复制 转录 翻译 遗传信息的 流动方向 DNA→DNA DNA→RNA RNA→蛋白质 尝试从信息传递的角度，用文字和箭头表示遗传信息的传递规律 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 克里克最先预见了这一遗传信息传递的一般规律，并于1957年提出了中心法则 是不是所有生物遗传信息的传递都按照克里克所提的中心法则来呢？ 四、中心法则 资料1：1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制 RNA RNA RNA复制酶 烟草花叶病毒 资料2：1970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 艾滋病病毒 RNA 逆转录酶 DNA 四、中心法则 逆转录 复制 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 补充后的中心法则： [易错提醒]不是所有生物都能进行中心法则的五个过程 在遗传信息的流动过程中，DNA、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 四、中心法则 不同生物中心法则表达式 ①细胞生物(原核、真核) ②DNA病毒(如噬菌体) ③一般的RNA病毒(如烟草花叶病毒)： ④含逆转录酶的病毒： ⑤高度分化的细胞 ： (如HIV病毒) 注: 哺乳动物成熟的红细胞中无遗传信息的传递 9.(2024·昆明高一检测)如图所示，下列有关中心法则的叙述，正确的是(　 ) A.图中所有过程都可以发生在正常的人 体细胞中 B.图中仅有转录过程可形成DNA-RNA 复合物 C.图中RNA可作为病毒的遗传物质、复制的模板、翻译的模板、逆转录的模板 D.T2噬菌体在宿主细胞内不能进行转录和翻译 即时巩固 练习册P90 C 逆转录和RNA的复制不能发生 逆转录过程也可以 病毒的转录和翻译等过程均在宿主体内进行 SZ-LWH 10.下图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是(　 ) A.若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸 B.若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入 逆转录酶 C.若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸 D.若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶 即时巩固 练习册P90 A 进行的是转录过程，应加RNA聚合酶 进行的是逆转录过程，应加逆转录酶 进行的是翻译过程，应加氨基酸 SZ-LWH Lavf57.56.101 2020-01-18T01:51:12.00796 Lavf58.29.100 $