高中生物人教版（2019）必修2- 4.1基因指导蛋白质的合成(课件共63张PPT)

(共63张PPT)
现代遗传学认为：
生物的性状是由 控制的
性状是由 物质体现的
基因
蛋白质
DNA（基因）
蛋白质（性状）
？
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
问题：基因是怎样指导蛋白质的合成呢？
4.1基因指导蛋白质的合成
1.基因主要存在哪里？
2.蛋白质在哪里合成？
基因
主要在细胞核
蛋白质的合成
在细胞质(核糖体)进行
指导
通过RNA
问题：
1、基因在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质中进行的，两者如何联系起来的呢？
RNA充当了两者之间信使。
回顾：RNA与DNA结构的区别
比较项目 DNA RNA
结 构
基本单位
五碳糖
含氮碱基
主要存在部位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核 糖
A T C G
A U C G
通常双螺旋结构
一般单链结构
细胞核
细胞质
RNA的种类
1.信使RNA
（messenger RNA, mRNA）
结构：
特点：
功能：
单链
携带从DNA上转录来的遗传信息
作为翻译的模板
2.转运RNA
（transfer RNA, tRNA）
识别密码子，转运特定的氨基酸进入
结构：
特点：
功能：
单链，呈三叶草形
一端携带特定的氨基酸，另一端特定的三个碱基可与mRNA上的密码子互相配对，叫反密码子
*一种tRNA只能携带一种氨基酸
3.核糖体RNA
（ribosomal RNA, rRNA）
单链
结构：
特点：
功能：
核糖体的组成成分
参与构成核糖体
三者共同点：
都是经过转录产生的，基本单位都相同，都与翻译的过程有关。
思考：为什么RNA适于做DNA的信使呢？
⑴RNA能储存遗传信息。
⑵在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，RNA中没有T但有U，U与A配对。
⑶RNA一般是单链，比DNA短，能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
问题:DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的？P63
在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对的原则合成RNA的过程，叫做转录。
遗传信息的转录：
转录四步曲
解旋
配对
连接
释放
①解旋
思考：DNA双链全解开吗？
酶：
结果：
误区警示：转录不是转录整个DNA，是转录其中的基因，不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没差异。
编码这个蛋白质的一段DNA双链将解开
RNA聚合酶
氢键断开，双链解开，暴露碱基
②配对
原则：
A—
碱基互补配对原则
游离的核糖核苷酸
T—
C—
G—
U
A
G
C
模板：
原料：
DNA双链中的一条链
③连接
酶：
RNA聚合酶
结果：
连接的化学键是？
3’-5’磷酸二酯键
形成一条RNA
④释放
合成的mRNA从模板链上释放
DNA双链恢复成双螺旋结构
A
G
C
A
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA
RNA
聚合酶
T
G
C
A
C
A
A
A
T
DNA解旋，碱基暴露
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA与RNA的碱基互补配对：
A——U；G——C；C——G；T—A
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
组成RNA的核糖核苷酸一个个连接起来
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
连接成mRNA
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
A
U
G
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
A
U
G
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
A
U
G
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
A
U
G
U
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
A
U
G
U
U
A
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
C
RNA
聚合酶
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
C
形成mRNA链，
DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
mRNA
DNA
细胞质
细胞核
核 孔
mRNA在细胞核中合成
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
U
U
A
U
U
A
U
C
DNA
mRNA
释放
T
G
C
A
C
A
A
A
T
细胞质
细胞核
核孔
DNA
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
A
C
G
T
G
T
T
A
T
mRNA通过核孔进入细胞质释放，DNA双链恢复
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
T
G
C
A
C
A
A
A
T
细胞质
细胞核
核孔
DNA
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
A
C
G
T
G
T
T
A
T
mRNA通过核孔进入细胞质释放，DNA双链恢复
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
从核孔释放消耗能量吗？
误区警示：细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。
（1）转录的定义：
（2）转录的场所：
（3）转录的模板：
（4）转录的原料：
（5）转录的条件：
（6）转录时的碱基配对：
（7）转录的产物：
（8）转录的特点：
在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。
主要在细胞核中，在线粒体、叶绿体中也能发生
DNA分子的一条链
四种核糖核苷酸。
模板、原料、ATP（能量）、酶。
A T C G
DNA ─┴─┴─┴─┴─
─┴─┴─┴─┴─
RNA U A G C
mRNA
遗传信息流动：
DNA　　mRNA
边解旋边转录
【转录小结】
练一练：已知DNA片段的碱基对顺序,写出对应的mRNA
的碱基顺序 (以链1为模板进行转录)。
DNA 链1：……T A C T A T C C C T T T……
链2：……A T G A T A G G G A A A……
★强调：整个转录过程是严格按照碱基互补配对原则进行的，从而保证了DNA上的遗传信息被准确的传递到了mRNA上。
mRNA:
……A U G A U A G G G A A A ……
复 制 转 录
场 所
解 旋
模 板
原 料
酶
能 量
碱基配对
产 物
DNA复制与转录比较
细胞核
细胞核
完全解旋
只解有遗传效应的片段
DNA的两条链
只有DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
A—T C—G T—A G—C
A—U G—C T—A C—G
子代DNA
mRNA
P64思考与讨论
1.甲、乙图表示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是(　　)
A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子
B.甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行
C.DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶
D.一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次
D
2.一个DNA分子可以转录出多少种多少个mRNA （ ）
A．一种一个 B．一种多个
C．多种多个 D．无数种无数个
C
3.mRNA在细胞核中合成后，到达细胞质的过程中，共经过几层生物膜(　　)
A．1 B．2 C．3 D．0
D
4.mRNA上有25％的腺嘌呤，35％的尿嘧啶，则转录该mRNA的DNA片段上腺嘌呤占碱基总数的（ ）
A 50％ B 25％ C 30％ D 35％
C
RNA是怎样把DNA的遗传信息翻译成蛋白质的？
电报机
0130 0117
电报密码
0130 0117
好
你
翻译
电报员
遗传信息的翻译
翻译的概念:
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。
问题：转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？
碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
思考：
组成蛋白质的氨基酸：
mRNA的碱基：
4种碱基如何决定蛋白质的20种氨基酸呢？
20种
4种
如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种、即
如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定___种，即
如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，即
4
16
64
实验验证：1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA的3个碱基决定，即三联体密码子.
信使RNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
密码子:
第一个字母 第二个字母 第三个
字母
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 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 （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
a.密码子表查法
例:CCU
脯氨酸
c.特殊密码子
b.密码子的特点
3个终止密码:（不编码氨基酸）UAA UAG UGA
2个起始密码:（编码氨基酸）AUG GUG
专一性(一个密码子只对应一种氨基酸)
简并性(一种氨基酸可对应多个密码子)
通用性(地球上几乎所有生物都共用一套密码子)
编码氨基酸的密码子有61种
问题：mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
A
C
G
U
G
A
U
U
A
异亮氨酸
甲硫氨酸
谷氨酸
亮氨酸
思考：1.细胞中的tRNA有多少种？
2.tRNA和氨基酸转运有何对应关系？
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。
与mRNA上的密码子碱基互补配对
专一性
tRNA——“搬运工”
决定氨基酸的密码子有61种，所以tRNA 有61种。
遗传信息、密码子、反密码子的比较
存在位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
DNA
脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序
直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序
mRNA
mRNA上三个相邻的碱基
直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
tRNA
与密码子互补配对的三个碱基
识别密码子
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
以下tRNA分别转运什么氨基酸？
一种tRNA只能携带一种氨基酸
一种氨基酸只能由一种tRNA携带
判断：
正确
错误
DNA双 螺旋 G
G
信使RNA C
转移RNA
氨基酸 丙 氨 酸
密码子 A
G
C
G
T
U
A
C
G
C
C
A
完成以下表格
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
核糖体
核糖体与mRNA结合，核糖体占据两个密码子位点
翻译的过程：
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
携带甲硫氨酸的tRNA通过与碱基AUG互补配对进入位点1
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
携带天门冬氨酸的tRNA进入位点2
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
肽键
甲硫氨酸与天门冬氨酸形成肽键，核糖体转移到占据位点2的tRNA上。
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的核糖体进入位点1。
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
肽键
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
甲硫氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
重复步骤1、2、3、4,肽链延长
A
C
G
U
G
A
U
U
A
U
A
C
A
C
U
A
U
G
甲硫氨酸
天冬
氨酸
异亮氨酸
肽链
直到核糖体读取到mRNA的终止密码
一个mRNA分子只连接一个核糖体吗？P67
一个mRNA分子同时结合多个核糖体。
意义：
少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质
思考：上图中肽链合成的方向怎么判断？合成了多少条肽链？
从左向右，判断依据是肽链的长短，长的翻译在前。
因为模板mRNA相同，上图中4个核糖体合成了4条相同的肽链。
1.翻译的概念：
2.翻译的场所：
3.翻译时的模板：
4.翻译的原料：
5.翻译的条件:
6.翻译时的碱基配对：
7.产物:
细胞质中的核糖体
mRNA
游离的氨基酸
模板、原料、能量、酶
遗传信息流动：
mRNA 蛋白质
蛋白质(肽链)
【翻译小结】
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。
A U C G
mRNA ─┴─┴─┴─┴─
tRNA U A G C
【知识拓展】
（1）真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。
表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译过程，翻译的方向是从下到上。
（2）原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。
复制 转录 翻译
时间
场所
模板
原料
能量
酶
配对
产物
特点
分裂间期
生长发育的整个过程
主要是细胞核
主要是细胞核
细胞质的核糖体
DNA两条母链
DNA的一条链
mRNA
脱氧核苷酸4种
核糖核苷酸4种
氨基酸约20种
解旋酶，DNA聚合酶等
RNA聚合酶
多种酶
A-T、T-A、C-G、G-C
A-U、T-A、C-G、G-C
A-U、U-A、C-G、G-C
2个双链DNA
mRNA
多肽链（或蛋白质）
都需要
边解旋边复制，半保留复制
边解旋边转录，转录后DNA恢复原状
翻译结束后，mRNA被降解成单体
真核生物DNA复制、转录、翻译的区别
DNA
mRNA
蛋白质
转录
翻译
复制
脱氧核苷酸序列
基因
核糖核苷酸序列
氨基酸序列
遗传信息
遗传密码
遗传性状
表现出性状
DNA复制、转录和翻译的联系
误区警示：基因的表达包括转录和翻译过程，不包括DNA复制。
基因的表达中相关数量的计算
注：（1）翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
转录、翻译过程中，DNA（基因）碱基数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=6：3：1
（2）由于DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA；在基因片段中，有的片段起调控作用，也不转录。因此，基因或DNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数的6倍还要多一些。
1.一条多肽链上有氨基酸300个，则作为合成该多肽链模板的信使RNA分子和转录信使RNA的DNA分子至少要有碱基多少个？
A.300；600 B.900；1800 C.900；900 D.600；900
D
2.由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均分子量为a，则该蛋白质的分子量最大为
A．na/6 B．na/3-18（n/3-1）
C．na-18(n-1) D．na/6-18(n/6-1)
D
3.现代生物工程能够实现通过已知蛋白质的氨基酸序列来人工合成基因。现已知人体生长激素共含190个肽键(单链)，假设与其对应的mRNA序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G至少有(　　)
A.130个 B.260个 C.313个 D.无法确定
B
点拨：此蛋白质由191个氨基酸缩合而成，控制其合成的mRNA中最少有573个碱基，又知mRNA中A＋U为313个，所以mRNA中G＋C为573－313＝260(个)，故DNA的两条链中G＋C共有520个，即该基因中G至少有260个。
A—C—U—G—G—A—U—C—U
mRNA
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
蛋白质
DNA双链
肽键 肽键
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
【课堂小结】
原核细胞的基因结构
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
与RNA聚合酶结合位点
启动子
终止子
①不编码蛋白质。
：编码蛋白质 ,连续不间断
编码区
非编码区
②调控遗传信息表达,上
游的RNA聚合酶结合位点:
基因结构
编码区
非编码区
非编码区
与RNA聚合酶
结合位点
内含子
外显子
能够编码蛋白质的序列叫做外显子
不能够编码蛋白质的序列叫做内含子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
内含子：
外显子：
真核细胞的基因结构
真核细胞的 基因结构
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的序列
内含子：不能编码蛋白质的序列
：有调控作用的核苷酸序列，
包括位于编码区上游的RNA
聚合酶结合位点等。
非编码序列：
包括非编码区和内含子
原核细胞与真核细胞的基因结构比较
原核细胞 真核细胞
不同点 编码区是_____ 的，边_________边_________ 编码区是间隔的、
_____的，先_____后_____
相同点 都由能够编码蛋白质的______和具有调控作用的______区组成的
连续
不连续
编码区
非编码
转录
翻译
转录
翻译