高中生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成（共43张ppt）

(共43张PPT)
第4章 基因的表达
第1节基因指导蛋白质的合成
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。
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？
从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，利用DNA来使灭绝的生物复活仍难以做到。
一、遗传信息的转录
1. DNA和RNA的区别
一、遗传信息的转录
2. RNA的各类
（1）转录概念：以DNA的一条链为模板，通过RNA聚合酶合成RNA的过程叫作转录。
（2）转录过程
1 .概念：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，这一过程叫作转录。
一、遗传信息的转录
2.条件：
（2）模板
DNA的一条链（模板链）
（3）原料
游离核糖核苷酸
（4）能量
ATP
（5）酶
RNA聚合酶
（6）原则
碱基互补配对原则
A-U、T-A、C-G、G-C
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？
（1）场所:
主要在细胞核（真核）
（2）转录过程
首先，RNA聚合酶与基因的某部位结合，转录就开始。
第一步 解旋
DNA双链解开（_____________的催化），碱基暴露出来；
RNA聚合酶
注意：该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
第2步 mRNA开始合成
在RNA聚合酶的作用下，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成磷酸二酯键）
第3步 mRNA的延伸
（方向： ）
从5’-端到3’-端
第4步 mRNA的释放
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
转录的过程
游离的核糖核苷酸
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
RNA 聚合酶
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
小飞守角制作
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
mRNA
1、转录过程中只有基因(DNA)中的一条母链起作用。
——（模板链）
例1：按照碱基配对原则，写出DNA的①链对应的②链的碱基序列以及以①链为模板转录形成的mRNA碱基序列。
①：C G A A C C T C A C G C
②：G C T T G G A G T G C G
mRNA：G C U U G G A G U G C G
2、转录形成的mRNA的遗传信息和另一条链的相似。
不同基因的模版链是否相同？
模板链
41=4
42=16
43=64，足够有余
一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的21种氨基酸？
如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸
讨论：
4种碱基如何决定21种氨基酸
经过不断的推测与实验得知：
(二).mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸
1个密码子
称为
密码子
密码子
密码子
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
二、 遗传信息的翻译
1 .概念：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）场所:
细胞质的核糖体上
（2）模板:
mRNA
（3）原料:
21种氨基酸
（4）能量:
ATP
（5）搬运工具:
tRNA
（6）产物:
具有一定氨基酸顺序的蛋白质
4种碱基
蛋白质的21种氨基酸
决定？
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基
2．密码子
mRNA
密码子
密码子
密码子
4种碱基能决定64（43）种氨基酸，足够满足
1个碱基决定1个氨基酸
4种碱基只能决定4种氨基酸，显然不够
2个碱基决定1个氨基酸
4种碱基能决定16（42）种氨基酸，还是不够
3个碱基决定1个氨基酸
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
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① 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②) 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
▼21种氨基酸的密码子表
注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
翻译从
mRNA的5'→3'
翻译具有方向性
翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束
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① 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②) 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
▼21种氨基酸的密码子表
注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
绝大多数氨基酸都有几个密码子
1.密码子简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子
2.密码子通用性
3.相邻的密码子无间隔、不重叠
①增加容错性：由于密码子的简并性，当密码子中有一个碱基改变时，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同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
说明当今生物可能有着共同的起源。
或说明生命在本质上是统一的。
担任“翻译”角色的中间物质是tRNA分子
tRNA
核糖体
3．tRNA的形态和功能特点
(1)形态：
RNA链经过折叠，形成三叶草形
3'
5'
(2)功能特点：
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
结合氨基酸的部位
碱基配对
4．反密码子
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。
核糖体
起始密码子
肽键
肽键
终止密码子
5．翻译过程
mRNA与核糖体结合
形成2个tRNA结合位点
AUG是起始密码子
携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
甲硫氨酸与组氨基酸形成肽键，转移到位点2
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
直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止
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
5．复习翻译过程
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
图中M表示甲硫氨酸，H和W表示其他不同的氨基酸
三、复制、转录与翻译的比较
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），线粒体，叶绿体
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
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
20种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
DNA解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
与蛋白质合成有关的酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A=T G=C
碱基互补配对
A=U T=A G=C
碱基互补配对
A=U G=C
核基因先转录后翻译
边转录边翻译
为什么会是这样呢？
原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内，所以可以边转录边翻译。
真核细胞和原核细胞遗传信息表达的区别
真核生物：
原核生物：
中心法则及其补充
DNA
复制
翻译
转录
逆转录
RNA复制
资料一:1965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 RNA
RNA复制酶
中心法则的发展
资料二: 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 DNA
逆转录酶
补充内容
少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从___流向___（即___________）以及从__ _流向_ __（即________）；
RNA
RNA
RNA的复制
RNA
DNA
逆转录
①_________ ②______ ③______
④__________ ⑤_______
DNA的复制
转录
翻译
RNA的复制
逆转录
**虚线表示少数生物的遗传信息的流向
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
3、完整的中心法则图示
四、中心法则及补充
中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
1.下图表示发生在某细胞内一重要物质的合成过程,下列相关叙述正确的是(　　)。A.该图所示过程以脱氧核苷酸为原料
B.该图所示过程只发生在细胞核内
C.图中a最可能代表核糖体
D.③为DNA模板链
D
2.基因、遗传信息和密码子分别是指(　　)。
①mRNA上核苷酸的排列顺序　②基因中脱氧核苷酸的排列顺序　③DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基　④tRNA上一端的3个碱基　⑤mRNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基　⑥通常是有遗传效应的DNA片段
A.⑤①③　　 B.⑥②⑤　　
C.⑤①②　　 D.⑥③④
B