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

该高中生物学课件聚焦“基因指导蛋白质的合成”，系统阐述转录、翻译的核心流程及中心法则。以“基因如何指导蛋白质合成”设问导入，结合DNA、核糖体、核孔的结构尺寸对比引发思考，通过拉斯特和布拉舍的实验资料逐步揭示RNA的信使作用，搭建从基因到蛋白质的逻辑学习支架。 其特色在于融合科学史与探究实践，如通过克里克实验、密码子破译过程培养科学思维，借助转录翻译步骤分解、密码子表及tRNA结构分析深化结构与功能的生命观念。思考讨论题引导学生对比转录与DNA复制、分析密码子简并性意义，助力学生构建知识体系，教师可利用结构化内容提升教学效率。

第 1 节 基因指导蛋白质的合成 第4章 基因的表达 基因如何指导蛋白质的合成？ 基因 蛋白质 （细胞核） （细胞质） DNA分子直径约2nn 核糖体直径约23nm 核孔大小只有0.9nm 基因 蛋白质 信使 寻找信使 1955年，布拉舍用RNA酶分解变形虫细胞中的RNA，蛋白质合成停止，如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。 1955年，拉斯特用放射性同位素标记的尿嘧啶培养液来培养变形虫，检测到放射性从细胞核转移到细胞质。 资料1 资料2 RNA是信使 ◆基本单位： 核糖核苷酸 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） ◆结构： RNA一般是单链，而且比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。 ◆遵循“碱基互补配对原则”，实现遗传信息的准确传递。 一、遗 传 信 息 的 转 录 RNA的种类 ①信使RNA（mRNA) 功能：携带遗传信息，蛋白质合成的模板。 ③转运RNA（tRNA) 功能：识别并运载氨基酸。 ②核糖体（rRNA） 功能：与核糖体的合成有关。 模板： 2、条件： DNA的一条链 原料： 能量： 酶： 4种游离的核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 3、原则： 碱基互补配对原则 A-U , T-A , C-G , G-C 一、遗 传 信 息 的 转 录 1、场所： 在__________的作用下，DNA双链解开，碱基暴露出来； 注意：该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用 ①解旋 RNA聚合酶 游离的__________与DNA模板链上的碱基_________，在___________的作用下开始mRNA的合成 ②配对： 核糖核苷酸 互补配对 RNA聚合酶 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成 键） 特点：边解旋边转录 磷酸二酯 ③连接： ④释放和恢复：合成的RNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 3´ 3´ 5´ 5´ RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来 第一步 游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对 第二步 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 第三步 合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复 第四步 5´ 6、方向： 5’ 向 3’ 转录 复制 转录 模板 原料 场所 酶 碱基互补配对方式 方向 结果 转录以基因为单位 思考·讨论： 2、转录的是DNA还是DNA片段？ 1、转录与DNA复制有什么共同之处?这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？ 都需要模板,都遵循碱基互补配对原则; 碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性; 思考·讨论： 3、转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？ DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C 信使RNA G C U U G G A G U G C G G C T T G G A G T G C G ① 该RNA与DNA模板链的碱基互补配对，A 与U配对，而非T ； ② 该RNA与DNA互补链的碱基序列基本相同， 只是DNA链上T的位置，RNA 链上是U 。 DNA携带的遗传信息 mRNA携带的遗传信息 蛋白质 转录 翻译 碱基排序 碱基排序 氨基酸排序 4种碱基：A、U、C、G 氨基酸：21种 mRNA 蛋白质 1个碱基决定一个氨基酸，则只能决定： 2个碱基决定一个氨基酸，则只能决定： 3个碱基决定一个氨基酸，则只能决定： 41=4 42=16 43=64 4种碱基是怎样决定蛋白质的21种氨基酸的呢？ 4个碱基决定一个氨基酸，则只能决定： 44=256 1961年克里克实验 《遗传密码的破译》（教材P70） 实验材料：T4噬菌体 实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响。 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。 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； 实验结论：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸 ②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。 二、遗 传 信 息 的 翻 译 mRNA 密码子 密码子 密码子 1.密码子 mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 决定 缬氨酸 决定 组氨酸 决定 精氨酸 遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符，并且从mRNA的5’向3’读取。 遗传密码子的破译(UUU) 除去DNA和mRNA的细胞提取液 人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸(UUUUUUU…) 肽链 实验结论： 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。 在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。 思考1：加入细胞提取液的目的是什么？ 思考2：要将细胞提取液的DNA和mRNA去除？ 2.密码子表 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种密码子 ①3种终止密码子 UAA、UAG为终止密码子，提供翻译终止的信号。 UGA正常情况下为终止密码子，特殊情况下，可编码硒代半胱氨酸。 2.密码子表 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 ② 2种起始密码子 真核生物的起始密码子为AUG，编码甲硫氨酸。 AUG可作为原核生物的起始密码子，编码甲硫氨酸。 原核生物也可以使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。 2.密码子表 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 一种氨基酸可由一种或多种密码子决定。 ①简并性 容错率高，一个碱基发生变化的时候，可能对应的氨基酸不会发生变化。 当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。 2.密码子表 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 地球上几乎所有生物都共用一套密码子。 ②通用性 生物有共同起源 二、遗 传 信 息 的 翻 译 3.氨基酸的搬运工——tRNA 结合氨基酸的部位 碱基配对 mRNA 5' 3' A C U 密码子 反密码子 U G A RNA链经过折叠，形成三叶草形 (1)形态： （内部存在碱基互补配对形成氢键） (2)结构： 其一端是携带氨基酸的部位，另一端是反密码子，与mRNA上的密码子进行碱基互补配对。 (3)功能特点： ①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 ②一种氨基酸可以由多种tRNA转运 4.过程 位点 1 位点 2 第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合； 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’ U C 起始 密码子 二、遗 传 信 息 的 翻 译 4.过程 位点 1 位点 2 甲 C A U 5’ 3’ 第2步：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。 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’ 起始 密码子 U C 二、遗 传 信 息 的 翻 译 4.过程 位点1 位点2 甲 第3步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入位点2。 C A U 5’ 3’ 组 G U G 5’ 3’ 第4步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据位点2的tRNA上。 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’ 起始 密码子 U C 二、遗 传 信 息 的 翻 译 第5步：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。 4.过程 位点1 位点2 甲 C A U 5’ 3’ 色 C C A 5’ 3’ 组 G U G 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’ 起始 密码子 U C 二、遗 传 信 息 的 翻 译 4.过程 位点1 位点2 A C A 5’ 3’ 甲 色 组 精 半 半 脯 A G G 5’ 3’ 第6步：直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。 终止密码子 无tRNA与之配对 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’ 起始 密码子 U C 二、遗 传 信 息 的 翻 译 二、遗 传 信 息 的 翻 译 盘曲 折叠 盘绕 聚集 经过一系列步骤盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动各项职责。 二、遗 传 信 息 的 翻 译 模板： 2、条件： mRNA 原料： 工具： 21种游离的氨基酸 ATP和酶 tRNA 3、原则： 碱基互补配对原则 A-U , U-A , C-G , G-C 1、场所： 细胞质的核糖体上 4、概念： 细胞质的核糖体上,以游离在细胞质中各种氨基酸为原料，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 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。 问题1: 意义是什么？ 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 问题2: 多条肽链的氨基酸序列是否相同？ 相同，因为模板相同。 问题3: 翻译的方向是？ 由肽链短向肽链长延伸。 多聚核糖体 基因中的6个碱基 mRNA中的3个碱基（1个密码子） 多肽链中的1个氨基酸 对应 对应 注意：无特别说明，不考虑终止密码 基因表达过程中的数量关系： 三、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。 1957年，克里克提出中心法则： 三、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，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。 烟草花叶病毒模式图 RNA复制酶 RNA RNA 三、中 心 法 则 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。 RNA 逆转录酶 DNA 三、中 心 法 则 中心法则的完善： 复制 DNA 逆转录 转录 复制 RNA 翻译 蛋白质 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 总 结 在遗传信息的流动过程中 生命是物质、能量和信息的统一体 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RNA病毒 逆转录病毒 (HIV) 各种生物的遗传信息传递过程 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 复制 RNA $