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

4.1 基因指导蛋白质的合成 第4章 基因的表达 1 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 普通棉花 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？ 基因如何指导蛋白质的合成？ 2 细胞质 细胞核 DNA(2nm) (遗传信息) 核孔0.9nm 核糖体 （蛋白质合成场所） ? 信使？ 思考：基因主要存在哪里？蛋白质在哪里合成的？ 信使 皇帝不出宫 DNA 核糖体 地方官员 DNA和核糖体两者在空间上是隔开的。DNA的分布和蛋白质的合成场所不同，那么遗传信息如何传递？ 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。 3 【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。 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？ RNA的结构和功能 核糖核苷酸 C、H、O、N、P 基本单位： 核糖核苷酸 A(腺嘌呤） U(尿嘧啶) C(胞嘧啶) G(鸟嘌呤) 5’ 1’ 2’ 3’ 4’ 元素组成： RNA: 脱水缩合 1 RNA的组成： 5 (1)RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息（碱基的排列顺序）。 (3)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。 (2)在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以U与A配对。 穿过0层膜 2、RNA适于作DNA的信使的原因 （为什么RNA可以帮DNA送信？） 6 “三叶草型” 转运RNA（tRNA） 信使RNA（mRNA） 核糖体RNA（rRNA） →蛋白质合成的“三剑客” 遗传信息传递的媒介， 蛋白质合成的模板 核糖体的组成成分 转运氨基酸的工具 少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质 RNA的结构和功能 蛋白质 rRNA tRNA mRNA 3 RNA的种类和功能： 7 DNA和RNA的比较 种 类 DNA RNA 组 成 成 分 碱基 磷酸 五碳糖 全 称 基本组成单位 空间结构 分布（真核细胞） 特有：T 特有：U 共有： A、G、C 都有磷酸 脱氧核糖 核糖 脱氧核糖核酸 核糖核酸 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 多为规则双螺旋结构 多为单链 细胞核（主要） 线粒体、叶绿体 细胞质（主要） 遗传信息储存在碱基的排列顺序中 8 遗传信息的转录 思考：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？ 转录（transcription） 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' 把DNA上的遗传信息copy 下来 和哪过程相似？ 9 1、过程： 游离的核糖核苷酸 U A A A U U C G C A G C G U G C G C T T T G C G T C C 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ （RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键） 1. 解旋 RNA聚合酶使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。 2. 配对 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 3. 连接 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 4. 释放 遗传信息的转录 10 遗传信息的转录 11 遗传信息的转录 真核生物： 原核生物：拟核、细胞质（质粒） 通过 酶以DNA的 为模板合成 的过程。 2、概念： 3、场所： 细胞核（主要） 叶绿体和线粒体（基质） 4、产物： mRNA、rRNA、tRNA等 RNA聚合 一条链 RNA 12 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 遗传信息的转录 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 DNA复制和转录的比较 14 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。 遗传信息的转录 模板链 非模板链 互补 配对 相同， T换为U 15 3、看图回答下列问题： A T C G A G C G A G T C T T C G T C A A T C G A T G A C A T C G G C DNA U C G C U A G C mRNA mRNA 基因1 基因2 a链 b链 部分解旋 不能，转录只能以基因的一条链为模板 不一定相同,到底以DNA哪条链为模板不是固定不变的 遗传信息的转录 不是，转录是以基因为单位进行 （2） 一个基因的两条链都能转录吗？ （3）不同基因的模板链是否相同？ （1）转录过程是对整个DNA分子进行转录吗？ 16 1. 如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，丙为其中部分 片段的放大示意图。以下分析正确的是 (　　 ) B A.图中酶1和酶2是同一种酶 B.图丙中b链可能是构成核糖体的成分 C.图丙是图甲的部分片段放大 D.图乙所示过程在高度分化的细胞中不能发生 DNA聚合酶 RNA聚合酶 RNA DNA(模板链） rRNA 乙 能 17 转录 翻译 蛋白质 DNA （脱氧核苷酸） （核糖核苷酸） 4种AGCU 21种 ？ （氨基酸） mRNA 4种AGCT 游离在细胞质中的各种氨基酸，以 为模板合成具有一定氨基酸顺序的 ，这一过程叫做翻译。 mRNA 蛋白质 基因指导蛋白质的合成 4种碱基如何决定21种氨基酸? 基因的表达 一一对应 DNA和RNA都是有核苷酸组成的，我们可以将DNA上的信息“抄 ”到RNA上，但是蛋白质是由氨基酸组成的，不能直接“抄写”，而要“翻译”。 要想知道mRNA是如何翻译成蛋白质的，首先要寻找mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。 18 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 遗传信息的翻译 ，明显不够，还差一点，绰绰有余 19 实验证据 1961年克里克实验 课本p70 实验材料：T4噬菌体 实验过程：增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。 支持遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。 遗传信息的翻译 实验结果： ①增加或删除1个/2个碱基,无法正常产生蛋白质； ②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。 实验结论： 20 1961年蛋白质的体外合成实验 科学家：尼伦伯格、马太 实验技术：蛋白质的体外合成技术 实验过程：①在每个试管中分别加入1种氨基酸； ②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； 加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 遗传信息的翻译 U U U U U U U U U U U U U U RNA 3个碱基是如何与1个氨基酸对应的呢？如UUU对应哪种氨基酸？ 实验结果： ③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。 除去了DNA和mRNA的细胞提取液 人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸 细胞提取液喂蛋白质的体外合成提供各种条件和原料，但唯独除去DNA和mRNA，防止利用自身RNA合成蛋白质 21 遗传信息的翻译 密码子 (1)定义： mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 (2)认读： 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 (2)位置： mRNA上 22 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 21种氨基酸的密码子表 23 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 酪氨酸 酪氨酸 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 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 共64个密码子 遗传信息的翻译 1、密码子的个数： 2、密码子的种类： （1）编码氨基酸的密码子： （2）起始密码子：2个 (AUG/GUG) （3）终止密码子：3个 (UAA/UAG/UGA) 61或62个 24 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 酪氨酸 酪氨酸 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 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 3、密码子与氨基酸的关系： ①1种密码子只能决定 氨基酸 1种 遗传信息的翻译 ②1种氨基酸可能由 密码子决定 1种或几种 ①专一性 ②简并性 25 1.绝大多数氨基酸都有几个密码子，密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？ 分析密码子的特点 G C G A U U G A U C G A C G A 正常mRNA G C G A U C G A C C G A C G A 错误mRNA 天冬氨酸 天冬氨酸 精氨酸 精氨酸 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。说明所有生物可能有共同的祖先 通用性： 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。 26 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 翻译的过程 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？ 是蛋白质的基本单位，作为翻译的原料，它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？？ 27 (1)形态： RNA单链经折叠（形成氢键），形成三叶草结构 (2)功能： 识别并转运特定的氨基酸 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 遗传信息的翻译——tRNA（转运RNA） 氨基酸与tRNA是否是一一对应的关系呢？ 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 tRNA为什么不是常见的单链结构？而是折叠成三叶草结构？虚线部分代表什么？ 28 密码子与反密码子的比较： 密码子 反密码子 位置 种类 特点 功能 mRNA上 tRNA上 64种 61或62种 一种密码子只决定一种氨基酸， 一种氨基酸可由多种密码子决定。 一种tRNA只转运一种氨基酸， 一种氨基酸可由多种tRNA转运 编码(决定)氨基酸 与密码子配对，将氨基酸运输到相应位置 29 第一节 结合氨基酸的部位 反密码子 5´ 3´ 5´ 3´ mRNA tRNA P OH A C A 若反密码子为3′-AAC-5′，则携带的氨基酸是？ 只有密码子表，没有反密码子表 30 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 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。 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。 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´ 2.产物： 3.场所： 细胞质中的核糖体上 遗传信息的翻译 34 遗传信息的翻译 35 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。 遗传信息的翻译 1.数量关系： 一个mRNA分子结合______核糖体， 可以同时合成______肽链。 目的意义： 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 多个 多条 为什么最右边的肽链最长？翻译早，核糖体先 36 “列表法”比较DNA复制、转录和翻译 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） 细胞核（主要场所） 核糖体 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 ATP ATP 解旋酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 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 特定的酶 37 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 2．请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。 遗传信息的翻译 38 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。 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。 39 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 40 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 真核生物原核生物的比较 41 DNA→DNA DNA→RNA RNA→蛋白质 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 弗朗西斯·克里克 克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？ 中心法则及其发展 你能从信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律吗？ 42 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 中心法则及其发展 43 在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的__________，蛋白质是信息的___________，而_____为信息的流动提供能量，可见：生命是______、______和_______的统一体。 表达产物 ATP 物质 能量 信息 物质载体 DNA 蛋白质 转录 翻译 复制 逆转录 复制 RNA 中心法则： 中心法则的完善 虚线表示少数生物的遗传信息的流向 亲代传递给子代的是物质：染色体、DNA；亲代传递给子代的也是信息：DNA上的遗传信息（DNA、RNA是信息的载体）；遗传信息作为生命的“设计手册”，通过转录和翻译来支配对应的蛋白质合成，进而控制生物的性状（蛋白质是信息的表达产物）；无论是遗传信息的复制、转录、翻译还是个体的生命活动都离不开能量的持续输入。 44 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 各种生物的遗传信息传递过程 45 练一练 请判断以下图示分别代表什么过程？ 图1 图2 图3 图4 图5 图6 图7 DNA复制 转录 翻译 翻译 原核细胞：边转录边翻译 真核细胞：先转录后翻译 原核细胞：边转录边翻译 46 思考：判断下列各图中的翻译方向？ 47 A—C—U—G—G—A—U—C—U mRNA： 苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸 肽链： DNA： 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 基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系 基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：合成蛋白质中的氨基酸个数 ＝ 6∶ 3∶ 1 48 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 FormatFactory : www.pcfreetime.com $