4.1基因指导蛋白质的合成（共45张ppt）2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

(共45张PPT)
O
第一节 基因指导蛋白质的合成
第四章 基因的表达
基因如何指导蛋白质的合成？
DNA
蛋白质
DNA
蛋白质
？
基因指导蛋白质的合成
核糖体
DNA
蛋白质
假说①
假说②
你也来提假说
实验一 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。
实验二 1955年，拉斯特用已标记尿嘧啶(RNA特有的碱基）核苷酸的培养液来培养变形虫细胞，检测发现该标记先出现在细胞核，随后出现在细胞质。
结论：蛋白质合成与RNA有关
结论：RNA可以从细胞核到细胞质中
寻找信使
实验三
1961年科学家用噬菌体SP8侵染枯草杆菌后，枯草杆菌裂解，分别提取噬菌体DNA，噬菌体侵染后产生的RNA，以及枯草杆菌DNA。
研究三种提取物的关系。
●结论：噬菌体RNA的碱基排列顺序可以和噬菌体的DNA一条链一一对应
●结果：噬菌体侵染后产生的RNA只与噬菌体DNA中一条固定链形成杂交分子，而不与枯 草杆菌DNA杂交。
噬菌体DNA
枯草杆菌DNA
寻找信使
DNA
蛋白质
RNA
转录
基因指导蛋白质的合成
核糖体
DNA
蛋白质
RNA是信使
为什么RNA适于作DNA的信使呢？
重点关注：
（1）RNA分子与DNA分子的结构有哪些相似，便于分子之间传递信息。
（2）RNA分子与DNA分子的结构有哪些不同，有利于RNA通过核孔向外传递信息。
RNA是信使
◆基本单位（单体）：
核糖核苷酸
◆结构：
单链 比DNA短 能够通过核孔转移到细胞质中
◆种类：
腺嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
鸟嘌呤核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
rRNA
mRNA
tRNA
◆ 功能：RNA也可储存遗传信息；
也可传递遗传信息
DNA
酶：RNA聚合酶
原料:游离的核糖核苷酸
碱基互补配对
RNA
转录过程我来提假说
关于模板链：
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
mRNA1
mRNA2
▲ DNA两条链中只有一条链是转录的模板链。
▲ 作为模板的只是DNA链中的某个片段——基因；
基因1
基因2
▲ 基因的两条链中，一条是模板链也叫转录链、非编码链或反义链，另一条是非模板链也叫非转录链、编码链或有义链。
a链
b链
说明：
A
G
T
A
C
T
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA的一条链
以DNA的一条链为模板
RNA
聚合酶
游离的核糖核苷酸
A
G
T
A
C
T
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
T
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
A
U
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
A
U
A
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
A
U
A
U
C
A
G
T
A
C
T
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
A
U
A
U
C
形成mRNA链，DNA上的遗传信息传递到mRNA上
mRNA
DNA
A
G
T
A
C
T
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
细胞核
核孔
DNA
mRNA在细胞核中合成
T
C
A
T
G
A
T
T
A
U
A
A
G
U
C
C
C
T
T
G
G
A
A
A
原料:游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA
DNA
1.DNA双链解开
RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合
原料：游离的核糖核苷酸
模板：DNA一条链
原则：碱基互补配对
酶：RNA聚合酶、
4. 释放
3. 连接 延伸
2. 互补配对
释放mRNA，DNA双螺旋恢复。
遗传信息的转录：
DNA
RNA
转录
能量：ATP等物质水解
模板链
过程：
以mRNA为例
条件：
① 模板：
② 原料： ③ 能量：
④ 酶：
RNA聚合酶
产物：
RNA
原则：碱基互补配对
A
U
T
A
C
G
G
C
识别和结合启动子（基因的首端）；
催化形成磷酸二酯键，形成RNA
主要场所：
细胞核
方向：
5'
3'
遗传信息的转录：
DNA
RNA
转录
U
A
A
G
U
C
C
C
T
T
G
G
A
A
A
mRNA
DNA
酶
定义：
在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程。
原料:游离的核糖核苷酸
遗传信息的转录：
DNA
RNA
转录
复制 转录
场所
模板
原料
酶
能量
碱基配对
产物
主要在细胞核
主要在细胞核
DNA的两条链
DNA的一条链
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
子代DNA
G－C、C－G、T－A、A － T
G－C、C－G、T－A、A－U
RNA
相同
相同
不同
不同
不同
不同
不同
遗传信息的转录---与DNA复制的比较
DNA
蛋白质
mRNA
转录
基因指导蛋白质的合成
核糖体
DNA
蛋白质
（核苷酸语言）
（核苷酸语言）
？
实验四 1988年Agre（阿格雷）等将控制水通道蛋白的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中,最终也能分离出水通道蛋白。
mRNA与蛋白质的关系
该实验证明
在一定的条件下 mRNA可以控制蛋白质的合成
DNA
蛋白质
转录
翻译
基因指导蛋白质的合成
核糖体
DNA
蛋白质
（核苷酸语言）
（核苷酸语言）
4种
21种
？
（氨基酸语言）
mRNA
mRNA上的碱基(4种)和氨基酸(21种)之间是如何对应的 ？
几个碱基决定一种氨基酸 ？
1个碱基决定1种氨基酸：
4种碱基可以决定4种氨基酸
2个碱基决定1种氨基酸：
4种碱基可以决定4×4＝16种氨基酸
3个碱基决定1种氨基酸：
4种碱基可以决定4×4×4＝64种氨基酸
G.GAMOV
mRNA碱基数目和蛋白质氨基酸对应关系的探索
实验结论： mRNA中可能是3个碱基编码1个氨基酸
实验与推理五
mRNA
多肽
mRNA碱基数目和蛋白质氨基酸数目对应关系的探索
1 2 3 4 5 6 7 8 9
非重叠式阅读
实验与推理六
1 2 3 4 5 6 7 8 9
多肽
α β
重叠1个碱基
（ 4×4＝16 种 ）
α β
（ 21种 ）
多肽
α β
1 2 3 4
重叠2个碱基
结论：核酸碱基可能非重叠式阅读方式编码氨基酸
（4种 ）
正常
★增加1个碱基
★增加2个碱基
★增加3个碱基
蛋白质
核酸
多肽
Francis Crick
实验结论：
核酸中3个碱基编码1个氨基酸
非重叠式阅读
研究T4噬菌体的某个基因的碱基的改变对蛋白质的影响
实验七
核酸碱基数目和蛋白质氨基酸对应关系的探索
正常
异常
异常
★对照组
DNA
蛋白质
转录
翻译
基因指导蛋白质的合成
核糖体
DNA
蛋白质
3个
碱基
1个
氨基酸
编码
mRNA
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
多肽
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）
1961年 科学家：尼伦伯格一马太
实验技术：蛋白质的体外合成技术
（原料）
（模板）
怎样知道编码多肽链的氨基酸来自细胞提取液还是加入进去的？
同位素标记
实验八
mRNA碱基和蛋白质氨基酸对应关系的探索
U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止硒代半胱氨酸
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸
甲硫氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸
缬、甲硫氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U C A G
第一位碱基
第二
位碱基
第三位碱基
苯丙氨酸
通过大量的尝试，科学家确定三个碱基决定一种氨基酸，并将64种碱基排列所控制的氨基酸编制成了表格。
mRNA的秘密——密码子表
3’
5’
简并：
一种氨基酸可由多种密码子决定；
●特点
在正常情况下，UGA是终止密码子，但特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。
在原核生物中，GUG也可以做起始密码子，编码甲硫氨酸。
通用：
几乎所以生物共用一套遗传密码；
说明地球上生物有共同起源。
mRNA的秘密——密码子
●定义
mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基（含起始码、终止密码）
U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止硒代半胱氨酸
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸
甲硫氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸
缬、甲硫氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U C A G
第一位碱基
第二
位碱基
第三位碱基
苯丙氨酸
5’
3’
氨基酸的搬运工——tRNA：
密码子
反密码子
5’
3’
苯丙氨酸
A
A
G
从携带氨基酸的一端(长臂端）与密码子配对
功能：
识别并转运氨基酸。
特性：
专一性 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
反密码子
tRNA上三个碱基能与mRNA上的密码子碱基互补配对
若反密码子3’端为ACU，则携带的氨基酸是？
由密码子UGA所决定终止密码子，但特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。
若密码子为UAA，则对应的反密码子是？
由于UAA是终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子
翻译过程：
核糖体
核糖体
核糖体
U
A
U
C
G
T
C
U
G
G
G
A
U
A
C
G
G
C
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
U
A
C
C
G
T
G
G
A
C
U
G
多肽链
核糖体
起始密码
密码子
密码子
密码子
密码子
终止密码
对翻译的理解：
U
A
C
U
A
G
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
甲硫氨酸
U
A
U
C
U
G
第一个由tRNA携带进入核糖体的是何种氨基酸
如何结束
起始密码
U
A
C
密 码 子
反密码子
碱基配对
氨基酸
决定
翻译
多聚核糖体——高效翻译的机制
mRNA
核糖体
多肽
核糖体移动方向
①数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体
②意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质
③方向：判断依据是多肽链的长短，长的肽链翻译时间久
1.场所：
2.模板：
3.原料：
4.起始密码有: 个，终止密码有: 个
5..碱基配对：
7.肽链由各相邻的氨基酸通过 连接形成。
8.条件：
3
肽键
2
细胞质的核糖体
mRNA
合成蛋白质的21种氨基酸
酶，ATP、模板、原料
翻译小结
好好学习、助力抗疫
9、通常一个mRNA分子与多个核糖体结合，翻译出多条肽链。
真核细胞中复制、转录、翻译的比较
DNA复制 转录 翻译
时间
场所
模板
原料
酶
能量
原则
特点
产物
信息传递
细胞分裂间期
主要是细胞核
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶等
ATP
A-T、T-A
C-G、G-C
半保留复制
边解旋边复制
2个子代DNA分子
生长发育过程
主要是细胞核
基因的一条链
四种核糖核苷酸
RNA聚合酶等
ATP
A-U、T-A
G-C 、C-G
边解旋边转录
1个信使RNA
生长发育过程
细胞质
mRNA
21种氨基酸
特定的酶等
ATP
多个特定氨基酸顺序的蛋白质
A-U、U-A
G-C 、C-G
一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多个蛋白质
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
好好学习、助力抗疫
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
逆转录
复制
中心法则
Francis Crick
组装
实验十 1970年发现逆转录酶,它能催化以RNA为模板合成DNA的反应 例如HIV
实验九 1965年在RNA肿瘤病毒里发现了一种 RNA复制酶, 能催化RNA复制
广州市教育局
生命是物质、能量和信息的统一体
小结
中心法则
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
逆转录
复制
思维方法总结：数学推理、质疑、实验论证等
DNA、RNA的碱基和氨基酸的关系
DNA双链 C
T C G A
信使RNA A U
转运RNA
氨基酸 亮氨酸
[例] 根据碱基互补配对原则和中心法则，完成表格（假定“转录”和“翻译”是从左向右进行的）。
供选的氨基酸及其密码如下：
CUA—亮氨酸，CGA—精氨酸，GAU—天门冬氨酸
G A T
C U A
G A U
C A
G
T A
G A T
C U A
天门冬氨酸
G C T
C G A
G C U
精氨酸
某生物基因表达过程如图所示。下列叙述与该图相符的是(　 )
A.在RNA聚合酶作用下DNA双螺旋解开
B.DNA-RNA杂交区域中A应与T配对
C.mRNA翻译只能得到一条肽链
D.该过程发生在真核细胞中
原核生物的mRNA合成后不需要加工，转录和翻译可以同时进行。
A