生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成（共48张ppt）

(共48张PPT)
第一章：遗传因子的发现
第二章：基因和染色体的关系
第三章：基因的本质
第四章：基因的表达
人类是怎样认识到基因的存在的？
基因在哪里？
基因是什么？
基因是怎样行使功能的（作用）？
知识梳理：
肤色
眼皮单双
血型
基因
有遗传效应的DNA片段
控制生物性状
在染色体上呈线性排列
温故而知新：
试管中的绿色荧光蛋白在紫外线照射下发出绿色荧光
温故而知新：
荧光蛋白
荧光蛋白基因
基因控制生物性状
指导
合成
蛋白质
体现者
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
基因是怎样指导蛋白质的合成呢？
？
温故而知新：
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
1. 对比分析RNA和DNA的主要区别，归纳RNA适于做DNA信使的条件。
2. 通过分析、归纳图文资料，构建遗传信息通过转录和翻译的传递过程模型。
3.通过探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，达成结构与功能观。
4.运用数学方法，分析基因中碱基、RNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
5.基于地球上几乎所有的生物都去共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共日的起源，形成生物进化观。
6.了解中心法则的提出和修正过程，认同科学是不断发展的，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。
学习目标
DNA的主要存在场所
蛋白质的合成场所
一、遗传信息的转录
基因
蛋白质的合成
指导
基因
蛋白质的合成
指导
推测
可能存在某种物质作为中介
在空间上存在障碍。
如何解决呢？
一、遗传信息的转录
细胞核
核糖体
信使？
思考一：位于细胞核的基因如何控制细胞质核糖体进行蛋白质的合成？
1955年有人曾进行实验，如果加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质合成就停止，如果再加进了RNA，又可重新合成一定数量的蛋白质。
资料：
实验结果表明：
蛋白质合成跟 有关，其很有可能是DNA的信使。
RNA
一、遗传信息的转录
思考2：
DNA为什么不能出细胞核指导蛋白质的合成？
DNA是遗传物质；
细胞核控制细胞的遗传和代谢。
核糖体为何不能进入细胞核合成蛋白质？
细胞核的核孔通道直径为9nm，核糖体为圆形颗粒状，直径约为23nm。
最终结论：
在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质充当信使，这种中间物质是RNA。
一、遗传信息的转录
DNA(基因)
蛋白质
？
细胞核
细胞质核糖体
基因
思考三：RNA为何适于作为DNA信使？
DNA(基因)
蛋白质
细胞核
细胞质核糖体
RNA
一、遗传信息的转录
一、遗传信息的转录
1、DNA与RNA的比较
比较项目 DNA RNA
基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
五碳糖 脱氧核糖 核糖
含氮碱基 A T C G A U C G
结 构 双链结构 多为单链结构
主要存在部位 细胞核 细胞质
组成RNA的五碳糖是核糖； RNA的碱基组成中没有碱基T（胸腺嘧啶）而替换成碱基U (尿嘧啶)。
3、RNA适于作DNA信使的原因
一、遗传信息的转录
(1)RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基( C、G、A、U )共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
(4)RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
(3)RNA为单链结构，不稳定，易降解，完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
mRNA（messenger RNA）
——信使RNA
mRNA
携带遗传信息，蛋白质合成的模板
tRNA（transfer RNA）
——转运RNA
tRNA
rRNA（ribosomal RNA）
——核糖体RNA
识别并运载氨基酸
核糖体的组成成分
２、 RNA的种类
一、遗传信息的转录
２、 RNA的种类
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
分布
功能
结构
示 意 图
共同点
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
分布
功能
结构
示 意 图
共同点
主要在细胞质中
主要在细胞质中
与蛋白质结合成核糖体
翻译的直接模板
翻译时运载氨基酸
组成核糖体
单链
单链
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
一、遗传信息的转录
思考四：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？
1.定义：
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
2.场所：
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
3.条件：
模板： DNA的一条链的片断
酶： RNA聚合酶
原料： 4种游离的核糖核苷酸
能量： ATP
⑴解旋：RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
RNA聚合酶
RNA聚合酶具有解旋的效果
4.过程：
⑵配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
5'
3'
ATP
⑶连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
合成方向：
子链的5’端→ 3’端
形成磷酸二酯键
⑷释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
细胞质
细胞核
mRNA
一、遗传信息的转录
转录补充说明：
A
T
C
G
A
G
C
G
A
G
T
C
T
T
C
G
T
C
A
A
T
C
G
A
T
G
A
C
A
T
C
G
G
C
DNA
U
C
G
C
U
A
G
C
mRNA
mRNA
DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，模板链不固定。
转录以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段；
基因1
基因2
说明：
一个DNA转录出的mRNA不完全相同
部分解旋
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
时期
DNA分子
RNA分子
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核糖核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
思考讨论：转录与DNA复制的区别
细胞分裂间期
生长发育过程
一、遗传信息的转录
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
二.DNA的复制
2. 通过分析、归纳图文资料，构建遗传信息通过翻译的传递过程模型。
3.通过探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，达成结构与功能观。
4.运用数学方法，分析基因中碱基、RNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
5.基于地球上几乎所有的生物都去共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共同的起源，形成生物进化观。
6.了解中心法则的提出和修正过程，认同科学是不断发展的，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。
学习目标
二、遗传信息的翻译
1.定义：
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，称为遗传信息的翻译。
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
04
讨论：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
1个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
2个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
3个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
4
41
16
42
64
43
二、遗传信息的翻译
二、遗传信息的翻译
科学史话：克里克T4噬菌体实验
资料1：1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，研究某个基因的碱基序列：
增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；
增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；
但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
为什么会产生这样的结果？
克里克：第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。
但是无法说明由3个碱基排列成的1个密码子对应的究竟是哪一个氨基酸。
Tyr
Ser
Phe
Cys
Tyr
Ser
Phe
Cys
各管加入多聚
尿嘧啶核苷酸
Tyr
利用这个实验系统，破译了第一个遗传密码——UUU(苯丙氨酸) 。
二、遗传信息的翻译
科学史话：蛋白质体外合成实验
资料2： 1961年8月，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。
二、遗传信息的翻译
2.密码子：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。
缬氨酸
组氨酸
精氨酸
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
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
终止密码子： 、 、
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、
（ 种） _ ____（缬氨酸、甲硫氨酸）
编码氨基酸的密码子______种或_____种
64
UAA
UGA（硒代半胱氨酸）
UAG
AUG
GUG
61
62
特殊密码子说明：
①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
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。
2.密码子的简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
3.密码子的通用性
讨论1：你认为密码子的简并对生物体的 生存和发展有什么意义？
讨论2：根据密码子的通用性这一事实，
你能想到什么？
①增强密码子的容错性。
②提高使用频率。
说明当今生物可能有着共同的起源。
一种密码子决定一种氨基酸。
1.密码子的专一性
思考讨论：分析密码子的特性
二、遗传信息的翻译
3.tRNA(转运RNA)：
①形态：
②功能特点：
③反密码子
RNA链经过折叠，形成三叶草形
识别密码子，转运氨基酸。
（1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸。1种氨基酸可由1种或几种tRNA转运）
mRNA
5'
3'
A
C
U
反密码子
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。
密码子=反密码子=61或62
二、遗传信息的翻译
04
4.过程：
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 。
二、遗传信息的翻译
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。
第4步 核糖体沿mRNA移动
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
核糖体
核糖体
核糖体
U
A
U
C
G
u
C
U
G
G
G
A
U
A
C
U
A
C
C
G
u
G
G
A
C
U
G
U
A
G
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
脱水缩合
肽键
二、遗传信息的翻译
3.翻译过程
三、遗传信息的翻译
04
5.场所：
6.条件：
7.结果：
核糖体
能量：
酶：
模板：
原料：
原则：
ATP
mRNA
21种游离氨基酸
碱基互补配对
A－U、U－A
G－C、C－G
多肽链
二、遗传信息的翻译
mRNA
核糖体
8.特征：
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。
（2）以同一模板合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同，因为其模板相同
（3）翻译合成的肽链就具有相应的功能吗？
不具有，还需要进一步加工。
mRNA
核糖体
二、遗传信息的翻译
8.特征：
（4）真、原核细胞基因的表达有什么区别？
真核细胞中先转录后翻译，原核细胞中边转录边翻译
二、遗传信息的翻译
A—C—U—G—G—A—U—C—U
mRNA：
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
肽链：
DNA：
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
肽键 肽键
（假设以B链为模板进行转录）
A链
B链
转录
翻译
基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 ＝
6∶3∶1
二、遗传信息的翻译
例1：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。
DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=
6：3：1
2n
n/3
注意：无特别说明，不考虑终止密码
二、遗传信息的翻译
计算中“最多”和“最少”的分析：
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的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
②基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
例2：某个多肽的由100个氨基酸脱水缩合而成，则控制该多肽合成的基因的长度至少是(　　)对碱基。
若考虑终止密码子呢？
300
二、遗传信息的翻译
303
复制 转录 翻译
场所 主要在细胞核 主要在细胞核
模板 DNA的两条单链 DNA的一条链
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶
碱基互补配对原则
产物 2个DNA 单链RNA
特点 半保留复制； 边解旋边复制 边解旋边转录；
复制、转录、翻译总结
A-T、G-C
A-U、T-A、G-C
A-U、G-C
核糖体
mRNA
21种氨基酸
酶
多肽链
1条mRNA可同时合成多条肽链
05
1。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
2.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）
三、中心法则
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)
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
RNA
各种生物的遗传信息传递过程
三、中心法则
四、练习与应用
一、概念检测（P69）
1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。( )
(2)一个密码子只能对应一种氨基酸、一种氨基酸必然有多个密码子。（ ）
×
×
2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指( )
A.基因上的3个相邻的碱基 B.DNA上的3个相邻的碱基
C.tRNA上的3个相邻的碱基 D. mRNA上的3个相邻的碱基
D
四、练习与应用
二、拓展应用（P69）
红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示，请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
抗菌药物 抗菌机制
红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸
环丙沙星 抑制细菌DNA的复制
利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性
都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。
翻译
复制
转录