4.1基因指导蛋白质的合成课件（共79张ppt）高中生物人教版（2019）必修2

(共79张PPT)
第四章 基因的表达
问题探讨
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
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。
问题：基因如何指导蛋白质合成的呢？
◆DNA主要存在哪里？
◆蛋白质在哪里合成？
核糖体
DNA
蛋白质
在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质充当信使。
科学家推测
（RNA）
DNA为什么不能出细胞核指导蛋白质的合成？
DNA是双链，其链的长度远远大于RNA，不易通过核孔。
核糖体为何不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。
析疑
1．基本组成单位：____________。
2．组成成分：
核糖核苷酸
一、RNA的组成及分类
核糖
脱氧核糖
信使RNA (mRNA)
转运RNA (tRNA)
核糖体RNA (rRNA)
3.RNA的结构
4.RNA的种类
RNA是由多个核糖核苷酸连接而成的单链分子。
DNA的信使
蛋白质合成的模板。
识别并转运氨基酸
组成核糖体
RNA虽然是单链，但也有可能存在氢键
DNA和RNA的区别
DNA RNA
组成元素相同 C、H、O、N、P
基本单位不同 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
组成不完全相同 五碳糖 脱氧核糖 核糖
含氮碱基 A、G、C、T A、G、C、U
分布不同 主要在细胞核 主要在细胞质
空间结构不同 规则的双螺旋结构 通常呈单链
种类不同 1种（DNA） 3种（mRNA、tRNA、rRNA）
构成人体的核酸有两种,构成核酸的基本单位核苷酸有8种碱基有5种。
5.RNA适合做DNA的信使的原因：
③ RNA一般是____链，而且比 DNA 短，因此能够通过_______，从________转移到________中。
单
核孔
细胞核
细胞质
① RNA结构与DNA相似，也是由核苷酸连接而成，含4种碱基，可以储存遗传信息
②在RNA和DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”A=U，G=C。
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
解旋、配对、连接、释放
在_______内，以DNA的 为______， 按照 ____________的原则合成 的过程。
细胞核
一条链
模板
碱基互补配对
RNA
1.转录的概念
2.场所：
细胞核(主要)、线粒体、叶绿体
3.过程：
二、遗传信息的转录
DNA指导蛋白质合成的第一个过程
转录产物包括信使RNA，核糖体RNA，转运RNA
A
G
T
A
C
A
A
A
T
T
C
A
T
G
T
T
T
A
第1步：解旋：在RNA聚合酶（氢键）的作用下，使DNA双链解开，碱基暴露
需要解旋，但不需要解旋酶参与。因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
A——U；G——C；C——G； T——A
RNA
聚合酶
第2步：配对 游离的核糖核苷酸与DNA一条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
DNA
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
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
第3步：连接
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
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
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
形成的mRNA链，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上。
RNA
DNA
第四步：释放合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
1 转录时，需要解旋，但不需要解旋酶参与。因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。
2 转录时，RNA子链的延伸方向为5′端→3′端，与RNA聚合酶的移动方向一致。
U
A
A
G
U
C
C
C
T
T
G
G
A
A
A
RNA聚合酶
mRNA
DNA
方向：
RNA子链的延伸方向为5′端→3′端，与RNA聚合酶的移动方向一致。
特点：边解旋边转录，单链转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
细胞质
细胞核
mRNA通过核孔进入细胞质
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA！
真核生物转录形成的RNA通过核孔，进入细胞质，穿过 0 层膜，需要消耗能量
注意
转录以基因为单位
转录不是转录整个DNA，而是其中的几个基因片段即基因的选择性表达
基因的结构
启动子
终止子
RNA聚合酶可以识别DNA片段上的启动子，开启转录过程
真核生物转录产物mRNA需要在细胞核中加工成为成熟mRNA
原核生物无细胞核，形成的mRNA可以直接参与翻译合成蛋白质的过程
1.场所：
2.过程：
(1)模板：
3.条件 (2)原料：
　 (3)酶：
　 (4)能量：
4.产物：
5.碱基配对：
6.遗传信息流向(意义)：
7.特点：
8.本质：
细胞核，线粒体，叶绿体
解旋、配对、连接、脱离。
DNA的一条链。
四种核糖核苷酸。
RNA聚合酶。
ATP。
mRNA、tRNA、rRNA 。
A-U,T-A,C-G,G-C。
DNA mRNA
边解旋边转录，单链转录
转录小结
解开双螺旋结构
识别DNA上的启动子
形成磷酸二酯键
基因的选择性表达
思考·讨论
01
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;
02
转录与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？
DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶
DNA复制：脱氧核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶
思考·讨论
03
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？
生成的RNA的碱基序列与模板链互补，与非模板链碱基序列基本相同(除T和U外)。
1、信使RNA中核苷酸的顺序是由下列哪
项决定的（ ）
A、转运RNA中核苷酸的排列顺序
B、蛋白质分子中氨基酸的排列顺序
C、核糖体上的RNA核苷酸的排列顺序
D、DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序
D
练习
2、如果DNA的一条模板链的碱基排列顺序是ACGCTAGCA，那么与它互补的另一条链上的碱基排列顺序是 　，转录成的信使RNA上的碱基排列顺序是
__________________________　　　　　　　　　　　　　　　
TGCGATCGT
UGCGAUCGU
1、构成人体的核酸有两种,构成核酸的基本单位---核苷酸有多少种 碱基有多少种 ( )
A.2种 4种 B.4种 4种
C.5种 5种 D.8种 5种
2、下列哪一组物质是RNA的组成成分( )
A.脱氧核糖核酸和磷酸
B.脱氧核糖﹑碱基和磷酸
C.核糖﹑碱基和磷酸
D.核糖﹑嘧啶和核酸
D
C
巩固练习
3.DNA分子的解旋发生在___过程中( )
A.复制 B.转录
C.翻译 D.复制和转录
4.一个DNA分子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
D
C
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——翻译。
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决定蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何将信息翻译成蛋白质？
三、遗传信息的翻译
1、概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译。
翻译的实质：将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列
DNA和RNA都只含有4种碱基
4种碱基如何决定蛋白质的20种氨基酸呢？
1、1个碱基决定一个氨基酸？
2、2个碱基决定一个氨基酸？
3、20种氨基酸，至少需要多少个碱基来决定呢？
3个
43=64个
4种氨基酸
16种氨基酸
思考：
密码子
密码子
密码子
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
密码子：mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基。
2、密码子
密码子由哪几种碱基组成？
A、G、C、U
21种氨基酸的密码子表
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
依据教材65页密码子表，探讨以下问题：
①、起始密码、终止密码各有几种？
它们分别决定哪种氨基酸？
决定氨基酸的密码子有多少种？
起始密码：2种， 决定AUG甲硫氨酸 ； GUG缬氨酸
终止密码：3种，终止密码不决定氨基酸，在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
决定氨基酸的密码子有：61/62种
②、一个密码子最多能编码几种氨基酸？
编码亮氨酸的密码子有多少种？
1种
一种氨基酸可以由多种密码子编码（简并性）
6种
③、当某基因的碱基发生改变，是否一定会导致生物性状发生改变？为什么呢？
不一定，因为密码子有简并性
01
专一性
02
简并性
03
通用性
一种密码子只能对应一种氨基酸
一种氨基酸可以对应一种或多种密码子
生物界共用同一套遗传密码（生物可能有共同起源）
①增强密码容错性
②保证翻译的速度。
密码子的特点
A
A
U
A
C
U
亮氨酸
天冬氨酸
3、反密码子
1、概念：与mRNA分子中的密码子互补配对的tRNA上的三个碱基
2、种类：61种 一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，但是一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运
3.功能：识别密码子，转运氨基酸
终止密码子无对应的反密码子
tRNA并非只存在三个碱基，除一端的反密码子外还存在其他碱基，在折叠区存在氢键
密码子与反密码子：
1.密码子位于 上，密码子中没有
碱基 。
2.密码子共有 个，决定氨基酸的
密码子有 个。
3.一种密码子决定 种氨基酸，
一种氨基酸由 种密码子决定。
4.反密码子位于 上，
一种tRNA转运 种氨基酸。
mRNA
T
64
61
1
1或多
1
tRNA
（P66）
场所：
细胞质的核糖体上
过程：
条件：
mRNA
20种氨基酸
ATP
4.遗传信息的翻译
“搬运工”：
tRNA (转运RNA )
模板：
原料：
能量：
酶
A
G
G
U
C
A
C
G
U
mRNA
细胞质
翻译的过程
A
G
G
U
C
A
C
G
U
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
核糖体
mRNA与核糖体结合。
第1步：
位点1
位点2
mRNA
A
G
G
U
C
A
C
G
U
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对。
位点1
位点2
第2步：
A
G
G
U
C
A
C
G
U
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
tRNA将氨基酸转运到mRNA上的相应位置。
A
G
G
U
C
A
C
G
U
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
两个氨基酸分子脱水缩合形成肽键
脱水缩合
第3步：
位点2
位点1
A
G
G
U
C
A
C
G
U
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
核糖体随着mRNA滑动。另一个tRNA上的碱基与mRNA上的密码子配对.
位点2
位点1
第4步：
A
G
G
U
C
A
C
G
U
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
由mRNA上的密码子决定的氨基酸分子一个个按照预定的顺序脱水缩合形成多肽链。
A
G
G
U
C
A
C
G
U
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
tRNA离开，再去转运新的氨基酸。
A
G
G
U
C
A
C
G
U
G
G
U
C
A
C
甲硫氨酸
组氨酸
色氨酸
以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的多肽链。
终止
位点1
位点2
核糖体移动方向
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。
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
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
核糖体读取下一个密码子，原来位点1的tRNA离开，原来占据位点2的tRNA进入位点1，新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码子，翻译终止。
从基因的表达过程可以看出：
DNA（基因）中脱氧核苷酸的排列顺序决定了信使RNA中 的排列顺序，进而决定 的排列顺序，最终决定了 的结构和功能。
核糖核苷酸/密码子
氨基酸
蛋白质
多肽链合成之后，从核糖体中脱离，再经过内质网和高尔基体盘曲折叠形成一定空间结构，最终形成具有一定功能的蛋白质分子。
翻译的特点：
一条mRNA上可以结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
且这多条肽链相同，因为他们的mRNA模板链相同
核糖体移动方向
意义：
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质
1.翻译的场所：
2.翻译时的模板：
3.翻译的原料：
4.翻译的起始密码有: 个，终止密码有: 个
5.决定氨基酸的密码子 种。
6.翻译时的碱基配对：
7.肽链由各相邻的氨基酸通过 连接形成。
8.翻译的条件：
3
61
肽键
2
A U C G
mRNA ─┴─┴─┴─┴─
t RNA ─┴─┴─┴─┴─
细胞质的核糖体
mRNA
合成蛋白质的20种氨基酸
模板、原料、酶、能量（ATP）
翻译小结
U A G C
真核生物：先转录后翻译
原核生物：边转录边翻译
真核生物和原核生物转录和翻译的区别
原核生物核基因表达比真核生物要快一些
DNA上的基因
RNA
蛋白质
1
3
6
6n
3n
n
碱基数
碱基数
氨基酸数
肽键数=脱去水分子数=氨基酸个数-肽链条数
重点：弄清基因中的碱基、RNA中的碱基和蛋白质中氨基酸的数量关系
基因中的碱基、RNA中的碱基和蛋白质中氨基酸的数量比为：6：3：1
1.某一多肽链共有100个氨基酸，则控制合成该肽链的基因中的碱基数至少有（ ）
A、600 B、300 C、297 D、594
2. 某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( 　 )
A．198个 B．199个 C．200个 D．201个
A
B
3.一种细菌mRNA由360个核苷酸组成，它所编码的蛋白质长度是多少（ ）
A、约360个氨基酸
B、约1080个氨基酸
C、整120个氨基酸
D、少于120个氨基酸
D
为什么题目中一般带有“碱基至少几个”或“氨基酸最多几个”的字样？
①DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。
②转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸。
实际上基因（或DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
练习
1.“遗传信息”是指（ ）
A. 基因的脱氧核苷酸排列顺序
B.DNA的碱基对排列顺序
C.信使RNA的核苷酸排列顺序
D.蛋白质的氨基酸排列顺序
A
2、有3个核酸，经分析共有5种碱基，8种核苷酸，4条核苷酸链，则它们是（ 　）
　A、一个DNA和两个RNA
　B、两个DNA和一个 RNA
　C、三个DNA
　D、三个RNA
3、DNA和RNA的区别是（ 　）
　A、五碳糖不同 B、碱基种类不同
　C、空间结构不同 D、以上都是
D
A
4、由DNA蕴藏的遗传信息所支配合成的
RNA完全水解后，得到的化学物质是
（ 　　　）
　
　A、氨基酸 葡萄糖 碱基
　
　B、氨基酸 核苷酸 葡萄糖
　
　C、核糖 碱基 磷酸
　
　D、脱氧核糖 碱基 磷酸
C
5、在遗传信息的转录和翻译过程中，起 “搬运工”作用的是（ ）
A、核糖体RNA
B、转运RNA
C、信使RNA
D、氨基酸
B
6.“密码子”是指（ ）
A.核酸上特定排列顺序的碱基
B.DNA特定排列顺序的碱基
C.信使RNA上决定一个氨基酸的三个
相邻的碱基
D.转运RNA上决定一个氨基酸的三个
相邻的碱基
C
7、已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是（ ）
A 、12 B、 24
C、18 D、 30
D
8、已知某转运RNA的一端的三个碱基顺序是GAU，它所转运的氨基 酸是亮氨酸，那么决定此氨基酸的密码是由下列哪个转录来的（ ）
A、GAT
B、GAA
C、GUA
D、CTA
A
9、某一DNA分子含有20%的A+T，那么它转录成的信使RNA中的G+C的含量为：
A、40% B、80%
C、60% D、20%
B
复制、转录、翻译总结
复制 转录 翻译
场所
模板
原料
条件
产物
特点
主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
ATP、解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶、ATP ATP、tRNA、酶
2个双链DNA 1个单链RNA 多肽链
半保留复制；边解旋边复制；多起点复制 边解旋边转录；单链转录 1条mRNA可同时合成多条肽链
DNA聚合酶
DNA解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA聚合酶
核糖体
DNA
mRNA
多肽链
DNA复制
转录
翻译
探究 生物体内遗传信息的流动
请你根据DNA复制、基因指导蛋白质合成过程，画出一张遗传信息的传递方向图。
动动手
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复
制
一、中心法则的提出及发展
大胆猜想
生物界是否还有其它的遗传信息传递途径呢？
提出：1957年克里克的预测：
表示遗传传递的规律
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。
资料分析
RNA转录酶
RNA RNA
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复
制
虚线：少数生物遗传信息的方向
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。
资料分析
逆转录酶
RNA DNA
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复
制
逆转录
3、1982年，科学家发现疯牛病是由一种结构异常的蛋白质在脑细胞内大量增值引起的。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质，可能促使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误，从而导致大量结构异常的蛋白质的形成。
蛋白质 蛋白质
不是合成新蛋白质，而是导致原有蛋白质发生同样的错误折叠
1.遗传信息传递过程包含五条线路
DNA→DNA：
DNA→RNA：
RNA→蛋白质：
RNA → RNA：
RNA → DNA：
以DNA作为遗传物质的生物的自我复制
细胞核中mRNA的转录过程
细胞质中核糖体的翻译过程
以RNA作为遗传物质的生物的自我复制
个别病毒的逆转录过程
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复
制
逆转录
上述5个过程均遵守 原则，但配对方式均 相同
碱基互补配对
不完全
1、真核生物：
2、原核生物：
3、DNA病毒：
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
（遗传物质为DNA的生物）
2.不同类型的生物的中心法则途径不同
只有具有分裂能力的细胞才能进行DNA复制，高度分化的细胞不具有分裂能力，如肌肉细胞、胰岛细胞。
转录和翻译，几乎所有的细胞生物都可以发生，除了成熟的红细胞。
4、RNA病毒：如烟草花叶病毒
RNA
翻译
蛋白质
5、逆转录病毒：HIV
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
RNA
逆转录
RNA的复制和RNA的逆转录不能同时存在一种病毒中。
（遗传物质为RNA的生物）
生命是物质、能量和信息的统一体。
1、下图所示的过程，正常情况下在动植物细胞中都不可能发生的是（ ）
A、①② B、③④⑥
C、⑤⑥ D、②④
B
课堂练习
2.揭示生物体内遗传信息传递一般规律的是（ ）
A．基因的遗传定律
B．碱基互补配对原则
C．中心法则
D．自然选择学说
C
3.遗传信息从RNA→RNA途径是对中心法则的 补充,下列能够进行该传递的生物是(　　)
A.烟草 B.烟草花叶病毒
C.噬菌体 D.大肠杆菌
B
4.已停止分裂的细胞，其遗传信息的传递情可能是( )
A．DNA→DNA B．RNA→RNA
C．DNA→RNA D．蛋白质→RNA
C
5.关于遗传的“中心法则”是指( )
A.遗传信息的表达过程 B.遗传信息的解读过程
C.遗传信息的遗传规律 D.遗传信息传递途径
D