4.1 基因指导蛋白质的合成课时2课件（共45张PPT）-2022-2023学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

(共45张PPT)
基因指导蛋白质的合成
第二课时
第1节
人教版 必修2
1. 能够概述遗传信息的翻译过程。
2 .能够阐明中心法则的具体内容。
3. 能说出DNA碱基、mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
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？
mRNA如何要经历什么才能“变身” 成蛋白质？
mRNA通过核孔进入细胞质中，与核糖体结合，开始它新的历程——翻译。
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程
——翻译。
核DNA的遗传信息
mRNA的遗传信息
细胞质中的蛋白质
转录
翻译
一、遗传信息的翻译过程
定义：
原料：___________
21种氨基酸
场所：________________
细胞质中的核糖体
模板：______
mRNA
蛋白质
在细胞质中，游离的各种氨基酸，以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
思考：mRNA的4种碱基如何决定组成蛋白质的21种氨基酸？
实质：
mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
产物：_______
A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
1个碱基决定一个氨基酸，
2个碱基决定一个氨基酸，
3个碱基决定一个氨基酸，
4 (A.U.C.G)
4 (A.U.C.G)
4 (A.U.C.G)
A
A
A
U
A
C
A
G
C
A
C
U
C
C
C
G
U
A
U
U
U
C
U
G
G
A
G
U
G
C
G
G
只能决定 4 种
只能决定 42＝16 种
只能决定 43＝64 种
A
U
C
G
（一）碱基与氨基酸之间的对应关系
1、遗传密码子的破译
实验结论：
资料一：1961年克里克实验
T4噬菌体
研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响
增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质
①增加或删除1个/2个碱基，无法正常产生蛋白质；
②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。
遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。
实验材料：
实验思路：
实验过程：
实验结果：
科学家：
克里克
科学家：尼伦伯格、马太
实验技术：蛋白质的体外合成技术
实验过程：
①在每个试管中分别加入1种氨基酸；
②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；
③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。
资料二：1961年蛋白质的体外合成实验
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
肽链
与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。
实验结果：
加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
实验结论：
（1）定义：
密码子
密码子
密码子
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
2、密码子
mRNA上
（2）位置：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
（3）识别：
5’
3’
从mRNA上5’开始阅读
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
21种氨基酸的密码子表
提示：
正常情况下UGA是终止密码子(不编码氨基酸)，特殊情况下编码硒代半胱氨酸。
原核生物可使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。
密码子表查法
脯氨酸
例:CCU
第1个字母 第2个字母 第3个字母 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU
？
精氨酸 A G G AGG
（4）种类：
问题：
一共有多少个密码子？
终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？编码氨基酸的密码子有多少个？
真核生物的起始密码子是哪一个？
共64种密码子，一般情况下3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不决定氨基酸，特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下，决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。
真核生物只有1种—____，编码_________；
原核生物可以有2种—_____（编码_________）和____（编码_________，如果该密码子不作为起始密码子时，其编码_________）
AUG
甲硫氨酸
AUG
甲硫氨酸
GUG
甲硫氨酸
缬氨酸
2个起始密码子
①专一性
②简并性
地球上几乎所有生物都共用一套密码子
（5）特点：（P67思考讨论）
一种密码子只决定一种氨基酸，
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定
③通用性
思考·讨论 分析密码子的特点
1、你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
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？
（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）密码子的使用频率。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。
那么：
游离在细胞质中的氨基酸
怎样运送到
合成蛋白质的
“生产线”上去的
tRNA
搬运工
搬运到
称为
3、氨基酸的“搬运工”——tRNA
5’
3’
经过折叠，tRNA呈______形；
一端是携带氨基酸的部位，游离的基团为_____，是此单链RNA的____ _；
一端有3个相邻的碱基，可以与_____上的______互补配对，叫做________；
三叶草
-OH
3’-端
mRNA
密码子
反密码子
4、反密码子
（1）概念
____一端可以________________ ________的__个碱基。
tRNA
与mRNA上的密码子碱基互补配对
3
（2）反密码子的识别
tRNA的___ _往__ __识别，tRNA与mRNA也是反向连接的；
3’-端
5’-端
5’
3’
5’
3’
G
G
C
5’
3’
说出该tRNA转运的氨基酸
丙氨酸
A
C
G
U
G
U
U
U
G
mRNA
C
A
U
甲硫氨酸
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
A
A
C
G
A
C
缬氨酸
缬氨酸
①每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸；
而一种氨基酸可由__________种tRNA转运；
一
一或多
5、tRNA和反密码子
tRNA
②决定氨基酸的密码子有61或62种，所以反密码子有 ；tRNA有 。
61或62种
61或62种
易错知识点判断：
一个tRNA只有三个碱基 （ ）
RNA通常都是单链，因此不存在碱基对 （ ）
一个tRNA分子只有一个反密码子 （ ）
因为tRNA只有一个3’-端和5’-端，所以即使tRNA有部分片段互补配对形成碱基对，tRNA依然是单链构成的。 （ ）
×
×
√
√
注意：tRNA上反密码子所含的碱基有3个，但整个tRNA上不止3个碱基，且tRNA分子中含有氢键。
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入位点1。
（二）翻译的过程
甲
C
A
U
组
G
U
G
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
位点1
位点2
3’
5’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据位点2的tRNA上。
甲
组
脱水缩合，形成肽键
C
A
U
G
U
G
位点1
位点2
3’
5’
进位 脱水缩合 转肽
移位
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子。
色
C
C
A
组
甲
C
A
U
G
U
G
位点1
位点2
位点1
位点2
3’
5’
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码，合成才告终止。
甲
组
色
精
半
半
脯
终止密码子
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
肽链合成后，就从______ ____________上脱离，通常经过一系列步骤，________成________ ____________的蛋白质分子。
核糖体与mRNA的复合物
盘曲折叠
具有特定空间结构和功能
（1）数量关系
（2）意义
（3）翻译的方向
（即核糖体移动的方向）
一个mRNA分子上可以相继结合___个核糖体，同时进行____条相同肽链的合成。
多
多
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
（从左到右）
多聚核糖体现象
1、mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系
现学现练：由下图判断翻译的方向
（从左到右）
（从右到左）
（1）定义：
（2）场所：_________________
细胞质中的核糖体
（5）产物：_________
多肽链
在细胞质中，游离的各种氨基酸，以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
（4）工具：_______
tRNA
2、小结：遗传信息的翻译过程
（3）条件
①模板：
②原料：
③能量：
④酶：
细胞提供的能量（ATP等）
21种氨基酸
mRNA
肽酰转移酶
（7）碱基互补配对方式
A-____ G-____ C-____ U-____
U
C
G
A
思考：与转录过程中的配对方式一样吗？
mRNA和tRNA碱基互补配对
（8）结果：
合成的仅是肽链，还需要运送至内质网、高尔基体等结构进一步加工，作为结构蛋白或功能蛋白。
翻译结束后，mRNA被迅速降解成单体，以保证生物体生命活动的有序进行。
（9）特点：
（6）遗传信息传递方向：_______________
mRNA
蛋白质
3、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
方向
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
ATP
A-T,T-A,C-G,G-C
半保留复制
边解旋边复制
子代DNA分子
主要是细胞核
基因特定的一条链
四种核糖核苷酸
RNA聚合酶
ATP
A-U,T-A,G-C ,C-G
边解旋边转录
mRNA、tRNA、rRNA
生长发育过程
细胞质
mRNA
21种氨基酸
肽酰转移酶
ATP
特定氨基酸顺序的肽链
A-U,U-A,G-C,C-G
一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
从起始密码子到终止密码子
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
核基因先转录后翻译
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。
4、真核细胞和原核细胞遗传信息表达的区别
真核生物：
原核生物：
存在位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
5、遗传信息、密码子、反密码子的比较
DNA
碱基的排列顺序
直接决定mRNA中碱基排列顺序间接决定氨基酸排列顺序
mRNA
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
tRNA
tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
识别密码子
G C A
C G T
G C A
模板链
丙氨酸
DNA
（基因片段）
mRNA
氨基酸
DNA
碱基数目
mRNA
碱基数目
氨基酸
数目
：
：
：
：
拓展：基因表达的计算
6
3
1
说明：因为基因中存在不编码蛋白质的片段，实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,而mRNA中也存在终止密码子等片段，所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样才能使用这个比例关系。
1.一条多肽链上有氨基酸300个，则作为合成该多肽链
模板的信使RNA分子和转录信使RNA的DNA分子至少要
有碱基多少个（ ）
A.300；600 B.900；1800
C.900；900 D.600；900
B
2.某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( 　 )
A．198个 B．199个
C．200个 D．201个
B
活学活用：
复制 转录 翻译
信息流动方向
1957年，克里克－－中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图。
二、中心法则
提出者：
内容：
遗传信息可以从____流向____，即___ _____；也可以从_ __流向_ __，进而流向_____ _，即______________ _____。
克里克
DNA
DNA
DNA的复制
DNA
RNA
蛋白质
遗传信息的转录和翻译
（一）中心法则的提出
弗朗西斯·克里克
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
资料一:1965年，科学家在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。
RNA RNA
RNA复制酶
（二）中心法则的发展
资料二: 1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
RNA DNA
逆转录酶
补充内容
少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从___流向___（即___________）以及从__ _流向_ __（即________）；
RNA
RNA
RNA的复制
RNA
DNA
逆转录
①_________ ②______ ③______
④__________ ⑤_______
DNA的复制
转录
翻译
RNA的复制
逆转录
**虚线表示少数生物的遗传信息的流向
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
（三）完整的中心法则图示
是否所有生物均能发生中心法则的所有过程？
DNA生物的遗传信息是怎样传递的？
RNA生物（病毒）的遗传信息是怎样传递？
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)
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
复制
各种生物的遗传信息传递过程
1、 都能进行这5种生理过程。
不是所有生物
与遗传信息流动有关的几个过程比较：
模板 原料 产物 碱基互补
DNA复制
转录
翻译
RNA复制
逆转录
DNA
DNA
RNA
RNA
mRNA
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
脱氧核苷酸
DNA
DNA
RNA
RNA
多肽
A-T T-A G-C C-G
A-U T-A G-C C-G
A-U U-A G-C C-G
A-T U-A G-C C-G
A-U U-A G-C C-G
2、遗传信息传递过程中都遵循 原则。
碱基互补配对
①对遗传信息流动过程的概括。
②对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。
③对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是___ _____，蛋白质是____ _，而____为信息的流动提供能量，可见：
生命是 、 和 的统一体。
信息的载体
信息的表达产物
ATP
物质
能量
信息
（四）中心法则的意义