生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成 课件（共30张ppt）

(共30张PPT)
第四章 基因的本质
第1节 基因指导蛋白质合成
01
问题探讨
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：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还原而来的。
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需要的全部遗传信息。但是，从遗传信息（DNA）到遗传性状（蛋白质）的生物体，需要复杂的过程，因此复活恐龙很难做到。
天高皇帝远，奈我何？
01
问题探讨
DNA
核糖体
轻易不出宫
我看不懂皇帝的指令……
信使
翻译
RNA
1.RNA的结构层次
03
基本组成元素：
基本组成物质：
基本组成单位：
RNA(单链)：
C、H、O、N、P
磷酸基团、核糖、含氮碱基
核糖核苷酸（4种）
核苷酸链
02
RNA的结构及分类
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
OH
H
H
碱基
磷酸
A:腺嘌呤
U:尿嘧啶
C:胞嘧啶
G:鸟嘌呤
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
功能
结构
示意图
共同点 遗传信息传递的媒介
转运氨基酸的工具
组成核糖体
单链
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关
RNA中不存在氢键？

3.RNA的种类
4.RNA适于作DNA的信使的原因
(1)RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基( C、G、A、U )共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
(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。
(3)RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
03
遗传信息的转录
1.定义：
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
2.场所：
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
3.条件：
模板：
酶：
原料：
能量：
DNA分子的一条链
RNA聚合酶
4种游离的核糖核苷酸
ATP
4.过程：
1
解旋：
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'
在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
2
配对：
游离的脱氧核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
3'
5'
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
mRNA
DNA
3
连接：
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
5'
3'
A
G
T
A
C
A
A
A
T
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
细胞质
细胞核
4
释放：
合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复
T
C
A
T
G
A
T
T
A
5'
3'
通过核孔进入细胞质中，穿过0层膜，需要消耗能量
转录补充说明：
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
DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，模板链不固定。
转录以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段；
基因1
基因2
a链
b链
说明：
一个DNA转录出的mRNA不完全相同
部分解旋
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
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）
3.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？
04
遗传信息的翻译
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
04
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
讨论：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
1个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
2个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
3个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
4
4种
21种
41
16
42
64
43
04
遗传信息的翻译
2.密码子：
mRNA 上 3 个相邻的碱基决定 1 个氨基酸，每 3 个这样的碱基叫作 1 个密码子。
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。
缬氨酸
组氨酸
精氨酸
苯丙氨酸
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子
U U U UUU
A G G AGG
苯丙氨酸
精氨酸
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
终止密码子： 、 、
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、
（ 种） _ ____（缬氨酸、甲硫氨酸）
编码氨基酸的密码子______
64
UAA
UGA（硒代半胱氨酸）
UAG
AUG
GUG
62
特殊密码子说明：
①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
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。
绝大多数氨基酸都有几个密码子。
2.密码子的简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
3.密码子的通用性
讨论1：你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？
讨论2：根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？
①增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；
②提高使用频率。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。
说明当今生物可能有着共同的起源。
一种密码子决定一种氨基酸。
1.密码子的专一性
分析密码子的特性
思考·讨论
3.tRNA(转运RNA)：
①形态：
②功能特点：
③反密码子
RNA链经过折叠，形成三叶草形
识别密码子，转运氨基酸。（tRNA只能识别并转运一种氨基酸。氨基酸可由一种或几种tRNA转运）
mRNA
5'
3'
A
C
U
反密码子
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。
核糖体
核糖体
核糖体
U
A
U
C
G
u
C
U
G
G
G
A
U
A
C
U
A
C
C
G
u
G
G
A
C
U
G
U
A
G
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
脱水缩合
肽键
04
遗传信息的翻译
5.场所：
6.条件：
7.结果：
核糖体
能量：
酶：
模板：
原料：
原则：
ATP
肽酰转移酶（连接肽键）
mRNA
21种游离氨基酸
碱基互补配对
A－U、U－A
G－C、C－G
多肽链
8.特征：
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。
（2）以同一模板合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同，因为其模板相同
（3）翻译合成的肽链就具有相应的功能吗？
不具有，还需要进一步加工。
mRNA
核糖体
8.特征：
（4）真、原核细胞基因的表达有什么区别？
真核细胞中先转录后翻译，原核细胞中边转录边翻译
拓展
例：如mRNA上有n个碱基，转录时产生它的基因片段中至少有________个碱基，该mRNA指导合成蛋白质中至多有________个氨基酸。
DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=
6：3：1
2n
n/3
注意：无特别说明，不考虑终止密码
计算中“最多”和“最少”的分析
①翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
②基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
某个多肽的相对分子质量为2778，氨基酸的平均相对分子质量为110，若考虑终止密码子，则控制该多肽合成的基因的长度至少是(　　)
A．75对碱基 B．78对碱基 C．90对碱基 D．93对碱基
D
05
中心法则
中心法则：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。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
中心法则的完善：
1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制。
1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
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 一般RNA病毒
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
参与翻译的RNA有____种
DNA中有氢键，RNA中无氢键（ ）
转录只能在细胞核中进行（ ）
转录和翻译过程中碱基配对方式完全相同（ ）
一种氨基酸一定由多种tRNA转运（ ）
一种氨基酸只能有一种密码子决定（ ）
RNA酶就是具有催化作用的RNA分子（ ）
转录时RNA聚合酶的识别位点在RNA分子上（ ）
DNA的复制和转录过程一定都需要解旋酶（ ）
×
×
×
×
×
一种或多种
×
×
×
3
练习与运用
易错判断　　
(1)一个DNA分子上有很多基因，转录是以基因的一条链为模板的。( )
(2)转录与DNA复制都遵循碱基互补配对原则，且配对方式相同。( )
(3)由于基因选择性表达，一个DNA分子在不同细胞内转录出来的mRNA不完全相同。( )
(4)三种RNA均由DNA转录而来。( )
(5)RNA聚合酶具备解旋的功能。( )
(6)不同种类的细胞，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA种类一般无差异。( )
×
√
√
√
√
√