生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成(共65张PPT)

(共65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
必修二 遗传和变异
回顾
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。害虫啃食植株，Bt抗虫蛋白会进入害虫体内，产生毒素，使害虫死亡。
思考：这个现象说明什么？
基因
蛋白质的合成
指导
基因的表达
(转录和翻译）
4.1 基因指导蛋白质的合成
授课人：李清晨
思考：
1.真核生物的基因主要存在于细胞的什么结构中？
2.蛋白质的合成产所在哪里？
细胞核
核糖体（细胞质）
3.DNA的分布和蛋白质的合成场所不同，
那么遗传信息如何传递？
科学家推测：
在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质
充当信使。
——RNA
一、遗传信息的转录
1. RNA的结构
（1）RNA基本单位
核糖核苷酸
当生物体内只有RNA时，它是遗传物质；（如少数病毒）
当细胞中含有DNA时，RNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和转录。
OH
核糖
A、G、C、U
比较RNA与DNA结构的不同
比较项目 DNA RNA
结 构
基本单位
五碳糖
含氮碱基
功能
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
遗传信息的储存、传递、表达
传递
RNA的种类
信使RNA (mRNA)：
传递遗传信息的媒介（作为DNA的信使）
核糖体RNA (rRNA)：
与蛋白质一起构成核糖体。
转运RNA (tRNA)：专一性
三叶草结构，运输氨基酸的工具。
4、为什么RNA适合做DNA的信使呢？
1、RNA是由基本单位—核糖核甘酸连接而成，
跟DNA一样能储存遗传信息。
2、RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
3、 RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互
补配对原则”。因此以RNA为媒介可将遗
传信息传递到细胞质中
RNA是怎样产生的呢？
RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来
第一步
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对
第二步
在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上
第三步
合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复
第四步
3
3
5
5
5
（1）什么叫转录？DNA的两条链都能转录吗？
（2）转录时，DNA链完全解开吗？
（3）在转录过程中碱基互补配对原则有什么特殊情况？
A—U、T—A、 G—C、 C—G
……A－A－G－C－T－A－G－C－T－A……
……T－T－C－G－A－T－C－G－A－T……
DNA:
甲链
乙链
……U－U－C－G－A－U－C－G－A－U……
（4）假设以甲链为模板，则转录出的RNA碱基排列为：
在细胞核中，以DNA双链中的一条链为模板，合成RNA的过程
；不能
不是，只有遗传效应的DNA片段（基因）解开
2.转录
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
注意：mRNA、rRNA和tRNA都是转录而来的。
3
5
3
5
5
联系细胞分化：
不是所有基因都会转录，转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。
一、遗传信息的转录
转录
（RNA释放，DNA双链恢复）
DNA分子
碱基互补配对
主要在细胞核
四种核糖核苷酸、
DNA的一条链（供转录的那一条）
ATP、RNA聚合酶
A－U、T－A
G－C、C－G
DNA→RNA
场所：
原则：
模板：
条件：
遗传信息流动：
时间：
活细胞新陈代谢过程中
RNA
转 录
一、遗传信息的转录
思考·讨论
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
DNA
RNA
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
模板链
1.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
2.果蝇的遗传物质由_________种核苷酸组成。
A. 2 B. 4 C. 5 D. 8
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
B
D
当堂训练
4、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
__________________________　　　　　　　　　　　　　　　
5、如下是转录过程： DNA ……ＡＴＧ……
　　　　　　　　 　 RNA ……ＵＡＣ……
该图中有 种核苷酸，有 种核酸 ，有 种碱基，该过程是在 中进行的。
TGCGATCGT
6
2
5
细胞核
UGCGAUCGU
翻译：
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序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。
二、遗传信息的翻译
mRNA通过核孔进入细胞质后，携带的遗传信息如何翻译成蛋白质？
思考：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？
二、遗传信息的翻译
mRNA：
碱基的数量
排列顺序
种类
蛋白质：
氨基酸的数量
排列顺序
种类
决定
决定
决定
种
4种
21种
讨论：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
一个碱基决定一个氨基酸，41 = 4
二个碱基决定一个氨基酸，42 = 16
三个碱基决定一个氨基酸，43 = 64
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
a. 密码子表查法
例:CCU
脯氨酸
b. 密码子表查天冬氨酸对应的密码子
密码子（共64个）
种类
起始密码子：
普通密码子：
终止密码子：
3种：UAA、UGA、UAG,不编码氨基酸
2种：AUG、GUG，也编码氨基酸
59种：只编码氨基酸
2．密码子
密码子的特点
一个密码子对应 氨基酸
一种氨基酸可对应 密码子
地球上几乎所有生物都共用一套密码子
专一性
一种
一种或多种
简并性
通用性
①编码氨基酸的密码子共有 种
③一种密码子最多只能决定 种氨基酸
②一种氨基酸可以由 种密码子来决定(简并性)
1. 密码子
一种或几种
(2)对应
关系
一
专一性
思考：密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义呢？
共有64种密码子，其中3种终止密码子不编码氨基酸
61
U
C
A
U
G
A
U
U
A
A
U
G
U
C
A
U
G
A
C
U
A
A
U
G
甲硫氨酸
亮氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
亮氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
简并性的意义：
增强容错性，保证翻译速度。在真核生物中，除了甲硫氨酸和色氨酸外，每个氨基酸都至少有两个密码子。这样可以在一定程度内，使氨基酸序列不会因为某一个碱基被意外替换而导致氨基酸错误。
已知一段mRNA的碱基序列为
ACUCUAUGGAAGCAUAAACUCAG
其对应的氨基酸序列是？
ACUCUAUGGAAGCAUAAACUCAG
起始密码子
终止密码子
氨基酸序列为：甲硫氨酸、谷氨酸、苏氨酸
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，这一过程叫做翻译。
L
C
R
H
M
游离的氨基酸
蛋白质
合成场所： 核糖体
mRNA
“生产线”
搬运工人？
“产品”
“原料”
tRNA
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。
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
密码子
密码子
密码子
◆ 密码子与反密码子
密码子:
反密码子:
mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
tRNA上与密码子互补的3个相邻的碱基
例：密码子和反密码子[据图填空]
反密码子
位
点
1
位
点
2
mRNA进入细胞质，与核糖体结合，形成2个tRNA的结合位点。
遗传信息的翻译过程
遗传信息的翻译过程
携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
M
M：甲硫氨酸
携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
M
遗传信息的翻译过程
携带组氨酸的tRNA，以同样的方式进入位点2。
M
H
H：组氨酸
遗传信息的翻译过程
携带组氨酸的tRNA，以同样的方式进入位点2。
M
H
遗传信息的翻译过程
甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。
M
H
遗传信息的翻译过程
核糖体沿mRNA移动，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tRNA进入位点1。
M
H
遗传信息的翻译过程
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W：色氨酸
W
遗传信息的翻译过程
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W
遗传信息的翻译过程
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W
遗传信息的翻译过程
一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复直至核糖体读取到mRNA的终止密码。
M
H
W
遗传信息的翻译过程
翻译
mRNA分子
碱基互补配对
细胞质的核糖体
mRNA
A－U、U－A
G－C、C－G
mRNA→蛋白质
场所：
原则：
模板：
条件：
遗传信息流动：
蛋白质
转 录
翻 译
21种游离氨基酸、
ATP、酶
tRNA
二、遗传信息的翻译
6.翻译是一个快速的过程（具有高效性）
在细胞中，合成蛋白质的速度很快，其中一个主要原因是：一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成（如右图）。此时，多个核糖体串联附着在一条mRNA上，形成念珠状结构——多聚核糖体。从而，在少量mRNA的指导下就可高效合成大量的某种蛋白质。
先合成
后合成
核糖体在mRNA上的移动方向：
短肽链--长肽链
7.DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系
8.真核细胞和原核细胞翻译的区别
真核生物：核基因先转录后翻译
原核生物：可以边转录边翻译
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
（真核生物线粒体、叶绿体DNA）
1．图形解读
(1)图1表示真核细胞的翻译过程，
其中①是 ，⑥是 ，②、③、④、⑤表示正在合成的4条 ，具体内容分析如下:
①数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体，形成多聚核糖体。
②目的意义： 。
③方向：从 向 (见图1)，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。
mRNA
核糖体
多肽链
少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
右
左
④结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
⑤形成的多条肽链氨基酸 ：其原因是有相同的模板mRNA。
序列相同
(2)图2表示 (真核或原核)的转录和翻译过程，图中①是DNA，②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA， mRNA在核糖体上同时进行翻译过程。
原核细胞
1．转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数＝ 。图解如下:
(二)基因表达过程中有关数量变化
6∶3∶1
(二)基因表达过程中有关数量变化
2. 以上关系应理解为：每合成1个氨基酸 (至少或最多)需要mRNA中3个碱基，基因中6个碱基，其原
因如下：
(1)DNA中 。
(2)转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不
对应氨基酸，所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质
氨基酸数目的6倍多。
至少
有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA
一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有12个肽键的多肽链，则此mRNA分子至少含有的碱基个数(不考虑终止密码子)及合成这段多肽链需要的tRNA个数，依次为(　　)A．36，12 B．39，13 C．13，39 D．12，36
B
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。
以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递
DNA
RNA
蛋白质
复制
转录
翻译
复制
RNA
蛋白质
翻译
以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递
复制
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
RNA
逆转录
生命是物质、能量和信息的统一体。
（HIV病毒）
（流感病毒）
复制、转录与翻译的比较
复制、转录和翻译的比较
比较项目 复制 转录 翻译
场 所
模 板
酶
能 量 原 料
产 物
碱基配对
主要在细胞核
主要在细胞核
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
解旋酶，DNA聚合酶等
RNA聚合酶
多种酶
ATP
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
子代DNA
RNA
多肽链
A-T T-A
G-C C-G
A-U T-A
G-C C-G
A-U U-A
G-C C-G
C
DNA C
G
信使RNA G
转运RNA A
氨基酸 色氨酸 A
C