第4章第1节 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

基因怎样行使功能？ 第一章：遗传因子的发现 第二章：基因和染色体 第三章：基因的本质 第四章：基因的表达 人类怎样认识基因的存在 基因在哪里？ 基因是什么？ 温故知新： 问题讨论： 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？ 第4章 基因的表达 4.1 基因指导蛋白质的合成 基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。 （2课时） 基因如何指导蛋白质的合成？ 基因 蛋白质 信使物质 （一）核基因携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中？ （二）遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的？ 第3张 我们已经知道，合成蛋白质的场所是核糖体，核糖体位于细胞质中，细胞核中的基因无法通过核孔直接进入细胞质。Bt抗虫蛋白基因导入到了棉花细胞核的染色体DNA上，却在细胞质中合成了Bt抗虫蛋白。因此要弄清楚细胞核中的基因是如何指导细胞质中的核糖体合成蛋白质的，我们必须弄清楚以下两个问题： （1）核基因携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中的？（点击出现） （2）当遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的？（点击出现） 从生命的物质性角度分析，推测可能会有一种物质帮助传递信息。我们权且将这种物质称为信使物质。如果是这样的话，基因指导蛋白质的过程将分解为以下步骤，基因首先将信息传递给信使物质（点击出现），信使物质将信息传递给蛋白质（点击出现）。真有这种信使物质存在吗？（点击出现） 如果有，你认为这种物质的成分可能是什么呢？每个同学应该都有自己的想法了吧？ 20世纪五六十年代，许多科学家为了找到这种物质，也曾提出了不同的假设，进行实验。 比较DNA和RNA RNA与DNA的结构相似，可以储存遗传信息； RNA一般是单链，比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。 总结RNA适于做DNA的信使的原因： 阅读课本P64至 P65页内容，思考：RNA是什么物质？为什么RNA适于做DNA的信使呢？ 任务一：RNA适于作DNA的信使的原因 种类 mRNA tRNA rRNA 名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA 功能 结构 示意图 共同点 遗传信息传递的媒介 转运氨基酸的工具 组成核糖体 单链 单链，部分碱基配对形成三叶草型结构 单链 ①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关 RNA的种类、结构及功能： RNA还有其他类型，比如催化RNA，还有作为遗传物质的RNA。RNA中不存在氢键？ 转录：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程。 1. 转录的概念 DNA中的遗传信息是怎样传递给mRNA的？ 任务二：探索遗传信息的转录 真核生物主要在细胞核，线粒体和叶绿体中也能进行；原核生物主要在拟核。 2. 场所： 观看视频，尝试用关键词概括转录的过程 具体的转录过程是怎么样的？ 8 3.过程： ①解旋 RNA聚合酶——氢键断裂 ②配对 碱基互补配对原则 ③连接 RNA聚合酶催化形成 磷酸二酯键 ④释放 mRNA释放 ，DNA双螺旋恢复 首先，RNA聚合酶与DNA双链结合，DNA打开双螺旋结构，碱基暴露出来； 游离在细胞中的核糖核苷酸和模板链的碱基互补配对，配对结合的核苷酸连接在已经合成的信使RNA链上； 信使RNA链合成后释放，DNA恢复双螺旋结构。 （转录过程如何保证遗传信息的准确传递？） 通过这个过程，就实现了遗传信息从DNA传递到了RNA上去了，由于模版的制约，碱基互补配对的限制，遗传信息就实现了准确的转录（转移录制）。 9 碱基互补配对 4种游离的核糖核苷酸 DNA的一条链 RNA聚合酶（①.解旋 ②.催化磷酸二酯键的形成） A－U、T－A、G－C、C－G 5. 原则： 模板： 4. 条件 原料： 酶： 能量： ATP等 6. 特点： 边解旋边转录 8. 意义： 使遗传信息从DNA转移至RNA，为翻译过程提供模板mRNA。 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 7. 转录的产物： 单链RNA（mRNA、rRNA、tRNA) 10 DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C 信使RNA 比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。 G C T T G G A G T G C G G C U U G G A G U G C G 思考与讨论： 与模板链：碱基互补配对 与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U） 按照碱基配对原则 1. 写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列， 2. 写出b链对应的a链的碱基序列。 活动： 请结合DNA的复制过程，比较转录与DNA复制有什么异同点？ 不同点： 相同点： 都需要模板、原料、酶、能量； 边解旋边复制，边解旋边转录； 都遵循碱基互补配对原则，碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。 DNA复制 转录 模板 DNA的两条链 DNA中的一条链 原料 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 碱基对 A-T、T-A 、G-C 、C-G A-U、T-A 、G-C 、C-G 产物 两个双链DNA分子 单链RNA 课堂小结 基因指导蛋白质的合成——转录 RNA的结构、 种类和功能 转录的场所 转录的过程 转录需要的条件 转录的产物 转录的特点及意义 解旋→配对→连接→释放 模板、原料、酶、能量 三种RNA 边解旋边转录；遗传信息从DNA转移至RNA，为翻译过程提供模板。 真核细胞：主要在细胞核 原核细胞：主要在拟核 巩固训练： 1．如图表示真核生物体内DNA传递遗传信息的某过程，据图回答问题： (1)图示两种物质的组成元素有____________________。 (2)该图所示的是遗传信息传递的________过程，该过程发生的主要场所是________。 (3)物质③是以DNA的哪一条链为模板形成的？________。试写出③的碱基序列______________。 C、H、O、N、P 转录 细胞核 CAUGCA ① 2. DNA复制，转录后所形成的产物分别是( )　 A．DNA，RNA　　 B．DNA，氨基酸 C．RNA，核糖　　　 D．RNA，DNA A 任务三：探究遗传信息的翻译 翻译需要解决的问题： 1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？ 2.游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的？ 3.在生产线上蛋白质是如何合成的？ 4.翻译过程中如何提高蛋白质合成效率的？ 第17张 Bt抗虫蛋白基因转录完成后，mRNA携带着遗传信息从核孔进入细胞质，细胞又是如何解读的呢？ 我们知道RNA携带的是碱基序列编码的遗传语言，蛋白质却是靠氨基酸序列来进行编码。这实际上要实现的是碱基语言和氨基酸语言的转换，一种语言与另一种语言的转换我们称之为称为翻译。这里我们也将RNA在核糖体上指导蛋白质的合成过程也称之为翻译。 同学们想一想RNA与蛋白质之间的翻译过程需要弄清楚哪些问题呢？想想我们平时将英语翻译成汉语的过程，首先要知道某个单词与汉语词汇的对应关系，其次就是将这些词汇按照语法顺序有序组织。RNA语言与蛋白质语言的翻译过程有类似之处，但也有不同，我们需要弄明白三个问题： （1）mRNA碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？（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？ （3）在生产线上蛋白质是如何合成的？ 如1个碱基决定1个氨基酸 　 决定4种氨基酸 如2个碱基决定1个氨基酸　 　决定16种氨基酸 如3个碱基决定1个氨基酸　 　 碱基组合有64种　　　　　　　　　　　 1. mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？ （1）如何从密码子表中找出某一氨基酸对应的密码子? （2）密码子具有哪些特点？结合教材67页思考讨论回答。 阅读教材P66-67，思考和讨论： 任务三：探究遗传信息的翻译 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 密码子（共64个） 起始密码子： 2种：AUG、GUG 终止密码子： 3种：UAA、UGA、 UAG,一般不编码氨基酸 注意：1.特殊情况下，UGA可编码硒代半胱氨酸； 2.原核生物中，GUG可作为起始密码子，编码甲硫氨酸。 能决定氨基酸的密码： 61个 AUG是真核生物唯一的起始密码。 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对生物体的生存发展有什么意义？ 思考·讨论：分析密码子的特点： （1）当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。 （2）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。 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起源或生命在本质上是统一的。 通用性 18 mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”——核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。有了“生产线”，还要有“原材料”，才能生产产品。 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？ tRNA： (1)形态： RNA链经过折叠，形成三叶草形 3' 5' (2)功能特点： 识别密码子，转运氨基酸。（每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运） 结合氨基酸的部位 碱基配对 mRNA 5' 3' A C U 密码子 U G A 反密码子 位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。 2. 游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的？ tRNA含有3个碱基？错误 第1步：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。 第2步：携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 。 第3步：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。 图中M表示甲硫氨酸，H和W表示其他不同的氨基酸 翻译过程 3. 在生产线上蛋白质是如何合成的？ 第4步：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 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。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止 翻译过程 3. 在生产线上蛋白质是如何合成的？ 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 翻译的概念？ 1 翻译的场所？ 2 翻译的模板？ 3 翻译的原料？ 4 翻译的条件？ 5 翻译的碱基配对方式？ 6 翻译的产物？ 7 遗传信息传递的方向？ 8 细胞质中的核糖体上 mRNA 21种氨基酸 模板、原料、能量、酶、tRNA等 A-U，U-A，G-C，C-G 多肽，经加工后成为成熟的蛋白质 RNA 蛋白质 任务三：探究遗传信息的翻译 多聚核糖体 在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。通常，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（如左图），因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 核糖体移动方向 多聚核糖体上形成的多条肽链相同吗？ 4. 翻译过程中如何提高蛋白质合成效率 任务三：探究遗传信息的翻译 中心法则：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。 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 中心法则的完善： 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。 1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA 复制 RNA 逆转录 中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向） 任务四：理解遗传信息的传递和表达规则——中心法则 蛋白质是信息的表达产物 DNA、RNA是信息的载体 ATP为信息的流动提供能量 生命是物质、能量和信息的统一体 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA 复制 RNA 逆转录 DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系 DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数= 6：3：1 例：如mRNA上有n个碱基，转录时产生它的基因片段中至少有______个碱基，该mRNA指导合成蛋白质中至多有_______个氨基酸。 2n n/3 知识拓展1： 真核生物： 先转录，后翻译 DNA mRNA 边转录边翻译 原核生物： 真核细胞与原核细胞转录与翻译的区别 知识拓展2： mRNA可能不同 同一mRNA上的多肽链必然相同 29 巩固训练： 1.甲硫氨酸的密码子位于( ) A. DNA 分子上 B. mRNA分子上 C. tRNA 分子上 D. rRNA 分子上 B 2.下图代表真核细胞中发生的某一过程，下列叙述正确的是( ) A.该过程表示翻译，模板是核糖体 B.该图所示过程也可以发生在原核细胞中 C.启动此过程的是起始密码子，其不对应氨基酸 D.该过程不需要酶的参与 B 课堂总结：构建本节思维导图 作业布置： 基础必做：1.预习第2节基因表达与性状的关系，并完成导学案部分内容。 2.完成教材第69页：一、概念检测1、2题。 提升选做：教材第69页：二、拓展应用。 Lavf57.56.101 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $