4.1.3 遗传信息的相关计算与中心法则课件-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 人教版 2019 必修二 《遗传与进化》 啥是基 因表达？ DNA复制 转录 翻译 时间 场所 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 方向 信息传递 细胞分裂间期 生长发育整个过程 主要是细胞核 细胞质的核糖体 DNA的两条链 基因特定的一条链 mRNA 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 21种氨基酸 解旋酶，DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 肽酰转移酶等 ATP 子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 特定氨基酸顺序的肽链 A-T,T-A,C-G,G-C 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,单链转录 一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 从起始密码子到终止密码子 从5’端-3’端延伸 从5’端-3’端延伸 2 【讨论】 （1）你从图中看出了二者的区别吗？为什么会是这样呢？ 真核生物(核基因先转录后翻译) 原核生物(边转录边翻译) 原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程常紧密偶联，同时发生(边转录边翻译)；而真核生物主要在细胞核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译(在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译)。　 遗传信息的相关计算 四 1. DNA中的碱基和mRNA之间的碱基关系 G A T C C T A G A G U C DNA mRNA 以2链为 模板转录 2 3 ① 1链碱基数=2链碱基数=3链碱基数=1/2DNA碱基总数 ② A1+T1 = T2+A2 = A3+U3 ； G1+C1 = C2+G2 = G3+C3 ③ （A1+T1）%（占1链的碱基比例） =（A2+T2）%（占2链的碱基比例） =（A3+U3）%（占3链的碱基比例） =（A+T）% （占整个DNA分子中的碱基总数比例） 1 遗传信息的相关计算 四 1.某DNA片段所转录的mRNA中U%＝28%，A%＝18%，则个DNA片段中T%和G%分别占（ ） A.46%,54% B.23%,27% C.27%,23% D.46%,27% B A1 T2 T1 A2 G1 C1 C2 G2 1 2 (A1＋ T1)%= (A2+ T2)%= (A总+T总)% Am Um Gm Cm mRNA = (Am+Um)% 课堂小测 DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n=6:3:1 2. DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？ 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。 n 6n 3n 3n 3n 转录 翻译 DNA mRNA 蛋白质 遗传信息的相关计算 四 2.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含的碱基数依次为（ ） A.33、11、66 B.36、12、72 C.12、36、24 D.11、36、72 B 课堂小测 7 (2)关注计算中的“最多”和“最少”问题。 ③不能忽略“最多”或“最少”等字: 如mRNA上有n个碱基,转录产生它的基因中至少有2n个碱基,该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。 知识拓展 基因表达中的相关数量关系 ①mRNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系: 翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,因此准确地说,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。 ②DNA上的碱基数目与蛋白质中的氨基酸的数目关系: 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倍还多。 遗传信息的相关计算 四 8 中心法则与合成生物学 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 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？ 克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？ 中心法则 五 RNA RNA RNA复制酶 RNA DNA 逆转录酶 1.中心法则的发展 资料1：烟草花叶病毒 资料2：艾滋病病毒： 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。 中心法则 五 在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是__________ ，蛋白质是_____________ ，而____ 为信息的流动提供能量，可见： 生命是______、______和_______的统一体 信息的载体 信息的表达产物 ATP 物质 能量 信息 中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向） 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA 复制 RNA 逆转录 ： 1.中心法则的发展 中心法则 五 例1.请写出以下生物的遗传信息的传递过程： （1）具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒) 中心法则 五 （2）能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒遗传信息的传递 （3）高度分化的细胞（洋葱表皮细胞） （4）具有RNA复制功能的RNA病毒（烟草花叶病毒） 例1.请写出以下生物的遗传信息的传递过程： 中心法则 五 生物种类 遗传信息的传递过程 以DNA作为遗传物质的生物 分裂的细胞(分生区) DNA病毒(噬菌体) 高度分化的细胞 (洋葱表皮细胞) 以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒 (烟草花叶病毒) 逆转录病毒(HIV) (艾滋病病毒) 中心法则 五 场所 模板 原料 产物 细胞核 DNA分子的一条链 4种核糖核苷酸 mRNA tRNA rRNA 场所 模板 原料 产物 核糖体 21种氨基酸 具有一定氨基酸顺序的肽链(蛋白质) mRNA 转运 蛋白质 DNA RNA 逆转录 转录 翻译 密码子 编码 氨基酸 合成 mRNA rRNA tRNA 生命是物质、能量和信息的统一体 DNA、RNA是信息的载体； 蛋白质是信息的表达产物； ATP为信息的流动提供能量。 16 中心法则最新研究 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 D 练习与应用（P69） 二、拓展应用 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。 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。 练习与应用（P69） 1．下列关于中心法则的叙述，正确的是（　　） A．⑤过程需要逆转录酶进行催化 B．③过程没有发生碱基互补配对 C．RNA病毒在宿主细胞中生存，都能体现①～⑤过程 D．②过程主要发生在细胞核中，产生的RNA都可作为蛋白质合成的模板 【答案】A 课堂小测 20 2.有关真核生物的DNA复制及基因表达的叙述，错误的是（    ） A．DNA复制、转录、翻译的过程均有氢键的形成与断裂 B．DNA复制、转录、翻译过程的碱基配对方式不完全相同 C．tRNA是由三个核糖核苷酸组成的三叶草状的结构 D．翻译时，核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点 【答案】C 课堂小测 21 3.如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题： ← 5′ 3′ RNA聚合酶 解开 磷酸二酯 胞嘧啶脱氧核苷酸 (3)b和c的名称分别是________________________、_ ________________。 (4)此过程中的碱基配对方式为___________________________。 胞嘧啶核糖核苷酸 A—U、T—A、C—G、G—C (1)图中遗传信息的转录方向为________(用“→”或“←”表示)； RNA链延伸的方向是由________端到________端。 (2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是____________，其作用：①作用于氢键，使DNA双螺旋________；②催化核糖核苷酸连接到RNA链上(形成____________键)。 课堂小测 B 4.合成一条含1 000个氨基酸的多肽链，至少需要转运RNA的个数，信使RNA上的碱基个数和双链DNA上的碱基对数依次是(不考虑终止密码子)(　　) A．1 000、3 000和6 000 B．1 000、3 000和3 000 C．300、300和3 000 D．1 000、3 000和1 500 课堂小测 C 5.下列关于如图所示生理过程的描述中，不合理的是(　　) A．图中两核糖体合成的肽链相同 B．在RNA聚合酶的作用下DNA双螺旋 结构解开 C．图中现象也可能出现在人体细胞 核基因的表达过程中 D．该生理过程可能发生于蓝细菌 细胞内 课堂小测 6.RNA聚合酶在执行基因转录时类似高速行驶的汽车，以大约每秒50个核苷酸的速度合成RNA，当RNA聚合酶转录至终止序列时，需要从高速延伸的状态刹车，停止转录并释放RNA。下列相关说法错误的是(　　) A.RNA聚合酶能够局部解开DNA的两条链，所以转录时不需要将DNA双链完全解开 B.一条染色体上的多个部位可同时启动转录过程，从而提高转录效率 C.在细胞周期中，mRNA的种类和含量基本没有变化 D.细胞中RNA的合成在细胞核和细胞质中均能发生 C 课堂小测 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 26 27 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因 计算中“最多”和“最少”的分析 遗传信息的相关计算 四 $