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)
基因指导蛋白质的合成
学习目标
1.通过观看模拟动画、分析教材图文资料与科学实验证据，概述遗传信息的转录和翻译过程，阐明生命的物质观与信息观，养成科学思维的习惯。
2.基于地球上几乎所有的生物共用一套遗传密码的事实分析，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共同的起源。
3.基于遗传信息可以从DNA流向RNA,进而流向蛋白质的事实，阐明生命活动不仅需要物质和能量，也需要信息，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。
4.通过了解中心法则的提出和修正过程，认同科学是不断发展的，科学概念也是在不断更新或修正的，人们对自然界的探究永无止境。
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。
基因的表达
——基因可以控制蛋白质的合成
遗传 代谢
矛盾
（一）核基因携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中？
（二）遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的？
一、核基因携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中
1.信使物质是RNA的证据
假设：克里克提出了RNA是信使物质的假设
实验1：1955年Brachet用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
得出结论1：蛋白质的合成依赖于RNA。
实验2：1961年南非生物学家布伦纳等科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体DNA形成双链杂交分子。
1.信使物质是RNA的证据
请同学们结合实验2思考以下问题：
（1）本实验为什么选择14C的尿嘧啶作为标记物？
（2）细菌中新合成的含14C标记的RNA,能与噬菌体的DNA分子形成杂交分子，不能与细菌的DNA结合，说明什么问题？
1.信使物质是RNA的证据
得出结论2：说明新合成的RNA与噬菌体的DNA具有很高
的同源性，新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的。
综合以上实验我们能够得出结论，RNA在DNA和蛋白质合
成中起到媒介作用。
1.信使物质是RNA的证据
2.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与DNA的结构的比较
比较项目 DNA RNA
基本组成单位不同
彻底水解产物 磷酸
五碳糖
碱基
结构不同
3.核基因是怎样将遗传信息准确传递给mRNA的？
任务：请阅读教材65页图4-4以DNA为模板转录RNA的示意图。
思考：
①场所
②特点
③条件
3.核基因是怎样将遗传信息准确传递给mRNA的？
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。
思考：
①转录的模板是DNA的几条链？
②转录时，模板是整条DNA，还是其中的片段？
3.核基因是怎样将遗传信息准确传递给mRNA的？
当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA 聚合酶与编码这个蛋白质的一段 DNA 结合
思考：
①转录的模板是DNA的几条链？
②转录时，模板是整条DNA，还是其中的片段？
含有三个基因的DNA片段的模式图
基因甲
基因乙
基因丙
3' 5'
5' 3'
RNA 聚合酶与编码这个蛋白质的一段 DNA 结合，使 DNA 双链解开，双链的碱基得以暴露。
思考：
①RNA聚合酶的功能？
细胞中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，依次连接，然后形成一个 mRNA 分子
思考：
①RNA聚合酶的功能？
A
A
G
C
T
G
T
C
C
G
G
A
C
A
G
T
T
C
A
A
G
C
T
G
T
C
C
G
G
A
C
A
G
T
T
C
A
A
G
C
T
G
T
C
C
T
C
G
C
G
G
U
A
A
G
G
A
C
A
G
T
T
C
第 4 步 合成的 mRNA从 DNA 链上释放。而后，DNA双螺旋恢复
转录
①场所
②特点
③条件
模板链3'……GATACCGATGATCATCGGCTACC……5'
非模板链5'……CTATGGCTACTAGTAGCCGATGG……3'
下图是某种基因的碱基序列，请写出该片段转录的mRNA的碱基序列。
基因指导蛋白质的合成
mRNA
mRNA
（一）核基因携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中？
（二）遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的？
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
1954年，美籍理论物理学家伽莫夫（G·Gamow）数学推理
(1)如果一个碱基决定一种氨基酸：
41 = 4
二、遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的
(2)如果两个碱基决定一种氨基酸：
A
AA
AU
AC
AG
U
UA
UU
UC
UG
C
G
4×4=16
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
二、遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的
(3)如果三个碱基决定一种氨基酸：
4×4×4=64
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
寻找证据：克里克以T4噬菌体为实验材料研究其中某个基因的碱基的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响实验，在相关碱基序列中增加或删除1个或2个碱基，无法产生正常功能的蛋白质，但是当增加或删除3个碱基时，却合成了正常功能的蛋白质。
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
蛋白质的
体外合成实验
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 终止密码子 终止密码子 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸① 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(起始密码子) 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②) 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
注：①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
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。
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
问题：
（1）如何从密码子表中找
出某一氨基酸对应的密码子
（2）密码子具有哪些特点？
结合教材67页思考讨论回答。
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 终止密码子 终止密码子 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸① 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(起始密码子) 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②) 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
注：①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
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。
2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？
分析密码子的特点
1.从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子。这一现象称为密码子的简并。你认为密码子简并对生物体的生存发展有什么意义？
（1）遗传密码的专一性
（2）遗传密码的简并性
（3）遗传密码的通用性
密码子的特点：
1.mRNA上的碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
练习与应用（教材69页）
X
X
一、概念检测
1.基因的表达包括遗传信息的转录与翻译过程。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，一种氨基酸必然对应多个密码子。 （ ）
2.mRNA上的密码子序列怎样翻译为氨基酸序列？
2.游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的？
（1）氨基酸和模板之间的连接物假说
寻找证据：1955年詹美尼克等三位科学家分别很意外的在同一溶液中发现氨基酸先附着在一种小分子量的RNA上，然后这些氨基酸再被带到一种微粒体进行蛋白质合成，这种RNA后来被命名为tRNA 。
2.游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的？
（2）tRNA为什么能够承担搬运氨基酸并识别密码子的功能？
要求：重点关注tRNA的哪些结构与搬运氨基酸和识别密码子相适应。
（1）观察核糖体结构模式图
（2）观看翻译模拟视频，思考tRNA是如何工作的？
2.游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运送到合成蛋白质的“生产线”上的？
3.在“生产线”上蛋白质是如何合成的？
图4-7蛋白质合成示意图
请同学们翻到教材68页，阅读教材图4-7蛋白质合成示意图，结合视频内容，思考并回答以下问题:
(1)翻译过程有哪几个阶段？
(2)mRNA上的什么信息决定着翻译的起始和终止？
(3)图4-7中的mRNA上共有几个密码子？
(4)在这个过程中tRNA是如何与核糖体配合，准确搬运氨基酸的？
(5)请写出翻译后合成的肽连。（这个过程同学们可查阅密码子表）
(6)请用一句话归纳翻译的慨念
二、遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的
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，这一过程叫作翻译。
①场所
②条件
二、遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的
翻译是一个快速高效的过程
在翻译过程中会观察到如图所示的一个mRNA分子结合多个核糖体现象，观察图片回答下列问题：
（1）图中显示有几条肽链正在同时合成？每条肽链合成结束后，它们都相同吗？
（2）这样翻译有什么意义？
肽链加工与蛋白质转运
比较转录与翻译，并说明两者之间的联系。
项目 DNA复制 转录 翻译
时间 细胞分裂前的间期 生长发育全过程（活细胞都进行） 场所 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体等 ________
模板 DNA的两条链均为模板 ________________ mRNA
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 ________
酶等条件 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 核糖体、转运RNA等
配对方式 A—T、T—A、C—G、G—C A—U、C—G、T—A、G—C ________
特点 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录 一条mRNA可同时结合多个核糖体，同时合成多条肽链
方向 新链从5′端→3′端延伸 新链从5′端→3′端延伸 核糖体沿mRNA的5′端→3′端移动
产物 2个子代DNA分子 mRNA、________ 多肽链
意义 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 遗传信息的表达(DNA→RNA(mRNA)→蛋白质) 请比较原核生物与真核生物基因表达的过程有什么异同。
原核生物基因表达模式图
翻译
翻译
小结1
基因指导蛋白质的合成
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质
转录
rRNA
tRNA
核糖体
信使
练习：
1.请同学们从转录与翻译两个方面谈谈Bt蛋白基因导入棉花细胞后是如何指导Bt抗虫蛋白合成的？
2.你认为棉花细胞合成的Bt抗虫蛋白与在苏云金芽孢杆菌体内合成的蛋白质理论上讲相同吗？为什么？
中心法则
（一）中心法则的建立
（一）中心法则的发展
HIV生活史模式图
(1) 逆转录病毒的
信息流动：
新冠病毒生活史模式图
(2) 此类RNA病毒的
遗传信息流动：
（一）中心法则的发展
生命是物质、能量、信息的统一体。
细胞生物
和DNA病毒
逆转录病毒
某些RNA病毒
：遗传信息流动
DNA、RNA
：信息的载体
蛋白质
：信息的表达产物
ATP
：提供能量
练习与应用（教材69页）
二、拓展应用
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，请结合本内容说明这些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
小结2
基因指导蛋白质的合成
逆转录
复制
复制
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
氨基酸序列
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质
转录
tRNA (转运)
rRNA (组成核糖体)
物质
信息
能量
化虚为实——模型建构