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4章 基因的表达 1 基因的表达 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？ 原来，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。 4.1 基因指导蛋白质的合成(第1课时) 正在合成的肽链 核糖体 mRNA 3 遗传信息储存在细胞核的DNA中 蛋白质的合成在细胞质（核糖体） 基因如何指导蛋白质的合成 ？ DNA和核糖体两者在空间上是隔开的，那么DNA的遗传信息怎么传递到细胞质？ 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。 基因 核糖体 ——RNA 4 一、关于RNA 1.RNA的全称： 2.RNA的基本单位： 核糖核酸 核糖核苷酸 3.RNA与DNA的主要区别： （1）五碳糖不同 （2）碱基不同 （3）RNA一般为单链 脱氧核糖 DNA 胸腺嘧啶（T） 磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） RNA 核糖 尿嘧啶（U） 5 1. RNA是由基本单位-----核苷酸连接而成，跟DNA一样能储存遗传信息。 2. RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。 3. RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。 问题2：为什么RNA能充当DNA信使呢？ mRNA——信使RNA 携带遗传信息，蛋白质合成的模板 tRNA——转运RNA rRNA——核糖体RNA 识别并运载氨基酸 核糖体的组成成分 rRNA 3. RNA的种类和功能 少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质 一种转运RNA只能识别和转运一种氨基酸。 问题3：DNA的 遗传信息是怎样传 给RNA的呢？ 合作探究一：结合教材65页的文字和图4-4，小组合作探究下列问题。 1.什么是转录？ 2.转录的场所？转录的具体过程？转录的结果？ 3.转录需要哪些条件？ 4.转录过程中碱基如何配对？ 5.遗传信息的流动方向？ 细胞核 细胞质中的核糖体 二、遗传信息的转录过程 1.概念 在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程 2.场所 主要在细胞核中 10 RNA聚合酶 T C G A T C G A T T G C A A C G T A C A C G G T A A T T 在ATP的驱动下，RNA聚合酶使 DNA双链解开，将碱基暴露出来。 该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用； 3.过程 ⑴解旋： 11 在RNA聚合酶的作用 下开始mRNA的合成。 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ C G G U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U A G 游离的核糖核苷酸 游离的核糖核苷酸与DNA模板链 上的碱基互补配对。 （2）配对： （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mRNA分子上。 思考：DNA和RNA的碱基如何配对？ A-U,T-A, G-C,C-G 转录方向（子链的5´→3´） 12 T C G T C G T T G C C G C G G T A C A A A T A A T T A A 合成的mRNA从DNA链上释放。 C G G G A U C A A C G G G C C A A A U U U U U U U （4）释放： DNA双螺旋恢复。 13 三、转录过程小结 1.概念 在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程 2.场所 主要在细胞核中 3.条件 模板： 原料： 能量： 酶： 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 A－U、T－A、G－C、C－G RNA（三种RNA） 5.遗传信息的传递方向 4.产物 边解旋边转录 DNA→RNA 6.原则 7.特点 14 比较项目 DNA复制 DNA转录 模板 原料 碱基互补配对原则 酶 产物 DNA RNA DNA的两条链 DNA的一条链 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 A-T；G-C A-U；T-A；G-C 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶 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 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，为翻译做准备 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双链片段 a链 b链 C G A A C 信使RNA 1.转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？ 转录成的RNA的碱基序列与DNA模板链的碱基序列是互补配对的； 转录成的RNA的碱基序列与DNA另一条链的碱基序列相同，不同点：RNA链的碱基U代替DNA链的碱基T。 G C T T G 思考与讨论： G C U U G 3.转录是转录整个DNA吗？ 2.转录时DNA的两条链都可作为模板链吗？ 只有一条链可作为模板链。 不是，只转录有遗传效应的片段，即基因片段。 同种生物的不同细胞中转录不同的基因，从而产生不同的mRNA，指导合成不同的蛋白质，这就是基因的选择性表达， 不同基因的模板链不同 4.1 基因指导蛋白质的合成(第2课时) 正在合成的肽链 核糖体 mRNA 18 细胞质中蛋白质的合成 转录 ? 问题1：mRNA上的遗传信息如何传递给蛋白质 ？ 细胞核中携带遗传信息的DNA RNA 翻译 mRNA携带的遗传信息 19 一、遗传信息的翻译 1.概念 2.条件 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。 （1）原料： 氨基酸（21种） mRNA （2）模板： mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。 mRNA的碱基序列 蛋白质的氨基酸序列 翻译 问题2：RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢 ？ 20 如果1个碱基决定1个氨基酸，只能决定___种 如果2个碱基决定1个氨基酸，只能决定___种 如果3个碱基决定1个氨基酸，只能决定___种   一、遗传信息的翻译 1.概念 2.条件 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。 （1）原料： 氨基酸（21种） mRNA （2）模板： 4 4种碱基如何决定21种氨基酸？ 思考1： 16 64 × × √ mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。 → 有密码子 分别决定什么氨基酸呢？ mRNA 5' 3' 密码子 密码子 密码子 21 mRNA 5' 3' 密码子 密码子 密码子 决定 缬氨酸 决定 组氨酸 决定 精氨酸 G U G C A U C G A 密码子的种类 共64种密码子 是不是所有的密码子都能编码氨基酸？ 思考2： 分别是：UAA、UAG、UGA ①3个终止密码子 ②2个起始密码子 一般情况下不决定氨基酸 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 翻译终止的信号 真核生物只有1种— 原核生物可以有2种— AUG、GUG（编码甲硫氨酸） AUG（编码甲硫氨酸） 翻译的起点 翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束 密码子的特点 ② 专一性 1种密码子编码 种氨基酸 1 1种氨基酸可对应 种密码子 1或多 ③ 简并性 几乎所有的生物体都共用一套密码子表 ① 通用性 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 一、遗传信息的翻译 1.概念 2.条件 （1）原料： 氨基酸（21种） mRNA （2）模板： → 有密码子 问题3：游离在细胞质中的氨基酸是怎样运送到”生产线”的？ （3）搬运工具： tRNA 转运RNA 5´ 3´ P OH A C A 碱基互补配对，形成氢键 氨基酸的结合位置 1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸 tRNA上3个相邻的碱基与mRNA上的密码子发生碱基互补配对 → 有反密码子 反密码子： 1种氨基酸可以由1种或多种tRNA转运 （62种） （4）能量： ATP （5）多种酶 25 一、遗传信息的翻译 1.概念 2.条件 （1）原料： 氨基酸（21种） mRNA （2）模板： → 有密码子 （3）搬运工具： tRNA → 有反密码子 （4）能量： ATP （5）多种酶 3.场所 核糖体 核糖体 组成：rRNA和蛋白质 U A A U C C U C U G G C G C A U A C U G G U G G U C C U A A 3’ 5’ 2个tRNA结合位点 ① ② A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 26 小组合作讨论： 阅读课本P68，自主学习翻译过程，完成以下思考题 (1)翻译时，蛋白质的合成通常是从mRNA的哪里开始，到哪里结束？ (2)翻译时，核糖体的移动方向如何？ (3)翻译合成的肽链具有相应生物学功能吗？ (4)如何快速高效地进行翻译呢？ A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 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mRNA上的碱基AUG互补配对进入位点①。 核糖体移动方向 甲 C A U 5’ 3’ 4.翻译过程 思考1：翻译从mRNA模板链的哪里开始时？ 起始密码子AUG ① ② A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ 第2步：接着携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点② C A U 5’ 3’ 4.翻译过程 ① ② 组 G U G 5’ 3’ 甲 第3步：氨基酸之间形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点②的tRNA上 甲 C A U 5’ 3’ 色 C C A 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 3’ 5’ 组 G U G 5’ 3’ 精 A C G 5’ 3’ 半 G C A 5’ 3’ 半 A C A 5’ 3’ 脯 A G G 5’ 3’ 第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，合成肽链。 核糖体移动方向 4.翻译过程 沿着mRNA的5'→3'方向移动 思考2：翻译时，核糖体往哪个方向移动？ ① ② 思考3：翻译过程何时停止？ 随着核糖体的移动，tRNA以上述的方式将携带的氨基酸输送过来，继续肽链的合成。 30 A U G C A C U G G C G U U G C U G U C C U U A A 3’ 5’ A C A 5’ 3’ 甲 色 组 精 半 半 脯 A G G 5’ 3’ 直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止 核糖体移动方向 4.翻译过程 终止密码子 肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物脱离 ① ② 31 2.5 真核、原核细胞翻译的特点 真核生物 先在细胞核内转录，后在细胞质翻译。 线粒体/叶绿体内转录、翻译同时进行。 原核生物 边转录边翻译。 mRNA 33 正在合成的肽链 核糖体 mRNA 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。 相同，因为其模板相同。 思考4：如何快速高效地进行翻译呢？ 盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。 思考3：翻译合成的肽链具有相应生物学功能吗？ 思考5：多条肽链的氨基酸序列是否相同？ ①概念： ②场所： ③条件： ④产物： ⑤遗传信息传递方向： a、模板： b、原料： c、转运工具： d、能量： e、碱基互补配对： 以mRNA为模板，合成有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 细胞质的核糖体 mRNA 21种氨基酸 tRNA ATP 具有特定氨基酸顺序的蛋白质 RNA→蛋白质 G－C、A－U 二、遗传信息的翻译小结 模板 原料 产物 配对原则 遗传信息传递方向 DNA复制 转录 翻译 游离的脱 氧核苷酸 游离的核 糖核苷酸 游离的 氨基酸 DNA mRNA 蛋白质 DNA→DNA DNA→mRNA 亲代DNA的两条链 DNA的一条链（模板链） mRNA mRNA→蛋白质 转录、翻译与DNA复制的比较 G－C、 A－U G－C、 A－U T－A G－C、 A－T DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 1957年，克里克提出中心法则 二、中心法则 中心法则的完善 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 逆转录 复制 小结 $