生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成（共50张ppt）

(共50张PPT)
提问：DNA的复制
1.验证DNA是半保留复制时所用的技术？
2.亲代DNA两条链为15N，放在含有14N的培养基中，则：
（1）n代后，总共有多少个DNA？包括哪两种类型？分别有多少个？
（2）n代后，总共有多少条DNA链？包括哪两种类型？分别有多少条？
（3）n代后，总共需要多少个腺嘌呤（A=m）？
（4）第n代后，总共需要多少个腺嘌呤（A=m）？
3.DNA复制的场所？时期？模板？产物？原料？酶的种类以及作用？特点？
4.DNA的复制为什么可以准确进行？
第1节 基因指导蛋白质的合成
第4章 基因的表达
有些科幻电影围绕着虚构的未来场景，展现了这样的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃，相互争斗，而这些“复活”的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA培育繁殖而来的。
问题探讨
问题探讨
利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
细胞核
核糖体
细胞质
DNA
(2nm)
核孔0.9nm
RNA
问题：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？
DNA--RNA--蛋白质
可以看出RNA充当信使
自主探究
1.RNA与DNA的区别？
2.RNA为什么适合作为信使？
3.RNA的种类？
4.尝试理解转录的过程，找出该过程的模板，产物，酶，原料等
一 遗传信息的转录
1.RNA是什么物质呢 ？
1.RNA的全称：
2.RNA的基本单位：
核糖核酸
核糖核苷酸
3.RNA与DNA的主要区别：
（1）五碳糖不同
（2）碱基不完全相同
（3）RNA一般为单链
（1）它也是由基本单位——核苷酸连接而成，核苷酸也含有4种碱基，它也能储存大量的遗传信息。
（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。
2.RNA适于作DNA的信使的原因
3..RNA的种类与功能
蛋白质
rRNA
tRNA
mRNA
转运RNA（tRNA）：
识别并运载氨基酸
信使RNA（mRNA）：
携带着从DNA转录来的遗传信息，是合成蛋白质的模板。
核糖体RNA（rRNA）：
核糖体的组成成分。
DNA的遗传信息是怎么传递给mRNA的？
1. 转录：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的RNA的过程。
2. 场所：主要在细胞核，少部分在线粒体、叶绿体（细胞质）
DNA
核孔
（1）第1步：解旋 DNA双链解旋，碱基暴露。
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'
RNA聚合酶
3. 转录过程
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
3. 转录过程
DNA
RNA
G
C
C
G
T
A
A
U
配对方式:
注意：氢键形成不需酶
（2）第2步：配对 游离的核糖核苷酸以DNA的一条链为模板进行碱基互补配对。
RNA聚合酶
DNA
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
3. 转录过程
磷酸二酯键
RNA聚合酶
（3）第3步：连接 新结合的核糖核苷酸连接到正合成的mRNA上。
DNA
mRNA
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
C
形成 mRNA ，DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
mRNA
DNA
A
C
G
T
G
T
T
A
T
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
T
G
C
A
C
A
A
A
T
细胞质
细胞核
核孔
DNA
3. 转录过程
（4）第4步 释放 合成的mRNA从DNA链上释放，DNA恢复双螺旋。
RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量
解旋
RNA聚合酶——氢键断裂
配对
碱基互补配对原则
连接
RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键
释放
RNA释放到细胞质，DNA恢复双螺旋
二、遗传信息的转录
4. 转录过程总结
二、遗传信息的转录
4. 条件
（1）模板：DNA分子的一条链
（2）原料：4种游离的核糖核苷酸
（3）酶 ： RNA聚合酶（解旋，催化磷酸二酯键的形成）等
（4）能量：ATP
5. 特点：边解旋边转录
6. 方向：mRNA 5’→ 3’
7. 产物：RNA（三种RNA）
8. 遗传信息传递方向：DNA→RNA
4. 转录过程总结
（1）转录时DNA两条链不是完全打开，只解旋要表达的基因片段；
（2）转录是以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段，并非整个DNA；
（3）模板链不是固定不变的；
注意：
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
基因1
基因2
a链
b链
部分解旋
（4）一个DNA转录出的mRNA不完全相同；
（5）同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的。
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
（6）与模板链：碱基互补配对
与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U）
二 DNA复制和DNA转录的比较
比较项目 DNA复制 DNA转录
模板
产物
原料
碱基互补配对原则
酶
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；T-A; C-G; G-C；
A-U；T-A；C-G; G-C
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
巩固练习
1.下列关于真核细胞中转录的叙述，正确的是（　　）
A. 细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
B. 转录时RNA聚合酶的结合位点在RNA上
C. tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
D. 一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板
C
三 遗传信息的翻译
04
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
mRNA碱基种类
蛋白质氨基酸种类
4种
21种
1个碱基决定1个氨基酸
41＝4种，不够
2个碱基决定1个氨基酸
42＝16种，不够
3个碱基决定1个氨基酸
43＝64种，足够有余
汉水丑生侯伟作品
？
碱基与氨基酸的对应关系
4
AUGC
mRNA
mRNA
mRNA
4
AUGC
4
AUGC
4
AUGC
4
AUGC
4
AUGC
（1）定义：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。
（2）方向：mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
2. 密码子
21种氨基酸的密码子表
（6）特点
①专一性：一种密码子只决定一种氨基酸（除终止密码子）。
②简并性：一种氨基酸可由一种或多种密码子决定。
③通用性：几乎所有生物体共用一套密码子。
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
1．密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并，可能并不会改变其对应的氨基酸；
当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
2．根据密码子的通用性，你能想到什么？
说明当今生物可能有着共同的起源。
思考讨论
二 遗传信息的翻译
mRNA进入细胞质后，就与蛋白质的“装配机器”——核糖体结合起来，形成合成蛋白质的“生产线”。有了“生产线”，还要有“工人”，才能生产产品。
游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
“搬运工”—tRNA
分子内配对
结合氨基酸的部位
CAG
反密码子
AUGGUCUGGCG
mRNA
5'
3'
（1）形态：三叶草形
（3）反密码子：
①定义：每个tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。②种类：61或62种
（2）结构：单链，但局部存在氢键
注意：读反密码子的方向：tRNA 3’→5’
反密码子：CAG
“搬运工”—tRNA
（4）功能：
①识别密码子 ②转运氨基酸
反密码子
结合氨基酸部位
密码子
（5）功能特点：
①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
②一种氨基酸可以由一种或多种tRNA转运
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
第1步
mRNA进入细胞质，与核糖体结合。
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
位点1
第1步
携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
位点1
位点2
第2步
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
第3步
位点1
位点2
肽键
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
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
位点1
位点2
第4步
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
半胱
G
A
C
半胱
A
C
A
脯
A
G
G
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
精
G
A
C
位点1
位点2
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
色
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
核糖体遇到mRNA终止密码子，翻译结束
终止密码子
无tRNA与之配对
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
色
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
肽链合成后，从核糖体与mRNA复合物上脱离
肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
场所：
模板：产物：
原料：能量：酶：
工具：原则：
核糖体
mRNA
21种氨基酸
ATP
多种酶
tRNA
碱基互补配对（A=U；U-A;C-G; G=C）
5. 条件
mRNA
tRNA
多肽链
核糖体
大亚基
小亚基
位点1
位点2
多肽链
三 遗传信息的翻译
一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
相同，因为其模板相同
（3）意义是？
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
（4）翻译的方向？
（即核糖体移动的方向）
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
（2）多条肽链的氨基酸序列是否相同？
四：DNA的复制，转录和翻译的区别
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所）
细胞核（主要场所）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
21种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
真核生物：
先转录，后翻译
DNA
mRNA
边转录边翻译
原核生物：
拓展 真核细胞与原核细胞转录与翻译的区别
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
五、中心法则
1957年，克里克提出：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。
1. 遗传物质为DNA的生物：细胞生物、DNA病毒
克里克
1965年，科学家在某种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。
五、中心法则
复制
翻译
蛋白质
RNA
2. 含RNA复制酶的RNA病毒：烟草花叶病毒
RNA
蛋白质外壳
TMV
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
RNA
1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
五、中心法则
3. 含逆转录酶的RNA病毒：HIV
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
五、中心法则
4. 完整的中心法则
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。
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 RNA复制酶（烟草花叶毒）
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
拓展
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n=6:3:1
DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？
n
6n
3n
3n
3n
转录
翻译
DNA
mRNA
氨基酸