4.1 基因指导蛋白质的合成课件（共50张PPT、1份视频）2022-2023学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

(共50张PPT)
将1个全部被15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基中培养n代，则
（1）子代DNA分子总数： （2）含15N的DNA分子数：
（3）含14N的DNA分子数： （4）只含15N的DNA分子数：
（5）只含14N的DNA分子数：
（6）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
（7）含15N的脱氧核苷酸链数：
（8）含14N的脱氧核苷酸链数：
（9）复制n次需要某游离的脱氧核苷酸（原有m个）多少个？
（10）第n次复制需要某游离的脱氧核苷酸（原有m个）多少个？
2n
2
2n
0
2n－2
2n＋1
2
2n＋1－2
DNA复制
时间
场所
条 件 模板
酶
原料
能量
原则
特点
有丝分裂的间期 　减数第一次分裂前的间期
主要在细胞核
碱基互补配对原则
半保留半不连续复制、边解旋边复制、
多起点复制、双向复制
解旋酶， DNA聚合酶
游离的4种脱氧核苷酸
细胞提供的能量
以解开的每段DNA链（母链）为模板
4.1基因指导蛋白质的合成
新课导入
美国科幻电影《侏罗纪世界》中，生活着各种各样的恐龙，它们在原野中跳跃飞奔、互相争斗。复活的恐龙是科学家利用提取出的恐龙的DNA分子培育繁殖而来的。
问题探讨
讨论：从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使这些生物复活吗？
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，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具体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。因此，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。
基因如何指导蛋白质的合成
我们知道，基因是有遗传效应的DNA片段。DNA主要存在于细胞核中，而蛋日质是在细胞质中合成的。
那么，DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中的呢
讲授新课
(基因）
转录
RNA
翻译
DNA
蛋白质
DNA的信息是怎么传给mRNA的？
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
基因有什么功能？
生命活动的主要承担者是？
DNA
主要在细胞核
在核糖体上合成肽链
蛋白质的合成
指导
(基因）
媒介：RNA
基因控制生物性状
指导
合成
蛋白质
体现者
一、DNA和RNA的区别
腺嘌呤核糖核苷酸
鸟嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
H
H
H
H
T
比较：脱氧核苷酸
DNA与RNA的比较
DNA
RNA也可储存遗传信息；
RNA一般是单链，比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。
为什么RNA适于作DNA的信使？
mRNA
（信使RNA）
RNA的种类及作用
rRNA
（核糖体RNA）
tRNA
（转运RNA）
核糖体RNA(rRNA）
核糖体组成部分
作用
携带遗传信息，蛋白质合成的模板
识别并运载氨基酸
核糖体的
组成成分
二、遗传信息的转录
DNA的遗传信息
RNA的遗传信息
转录
细胞核
细胞质中的核糖体
转录场所
RNA聚合酶
T
C
G
A
T
C
G
A
T
T
G
C
A
A
C
G
T
A
C
A
C
G
G
T
A
A
T
T
⑴解旋：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；
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
游离的核糖核苷酸
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
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A
A
U
U
U
U
U
U
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C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
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A
C
A
A
A
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A
A
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T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
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U
U
U
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C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
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C
G
G
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A
C
A
A
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A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
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A
U
U
U
U
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U
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G
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G
G
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A
C
A
A
A
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A
A
T
T
A
A
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3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
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T
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G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
5’
3’
5’
3’
转录方向
5’
3’
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
（2）细胞中游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
模板链
（3）新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键）
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
T
C
G
T
C
G
T
T
G
C
C
G
C
G
G
T
A
C
A
A
A
T
A
A
T
T
A
A
C
G
G
G
A
U
C
A
A
C
G
G
G
C
C
A
A
A
U
U
U
U
U
U
U
（4）合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
概念:
条件:
模板:
原料:
产物:
特点:
原则:
DNA上基因的一条链
四种核糖核苷酸(A、G、C、U）
模板、原料、能量和酶
单链的mRNA
边解旋边转录
碱基互补配对原则（A=U,T=A; G=C,C=G）
转录小结
在细胞核中，以DNA双链中的一条链为
模板合成mRNA的过程
--ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC---
--TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG---
基因A
基因b
基因H
其他基因
1个DNA分子
（多个基因）
转录
UGCAU……CCAUGC
mRNA
转录
GGUCUAC……GUA
mRNA
哪条是模板链？
1链
2链
▲ DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，到底哪条链 是模板链不是固定不变的。
一个DNA转录出的mRNA不完全相同
▲以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段；
1链
2链
遗传信息的转录——小结
DNA复制 转录
时间
场所 解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
细胞分裂间期
生长发育过程
完全解旋
只解有遗传效应片段（基因）
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链为模板
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
2个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
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
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
比较
4.1 基因指导蛋白质的合成第2课时
学习目标 核心素养
1．概述遗传信息翻译的过程和特点。 2．说明密码子、反密码子和遗传信息之间的关系。(重点) 3．概述中心法则的内容 1．通过图示和列表比较转录和翻译的异同。
2．从存在位置、作用等方面，探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，构建知识脉络
一、遗传信息的翻译
1、翻译的概念：
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。
？
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
碱 基 序 列
氨基酸序列
碱基
氨基酸
4种
21种
翻译
翻译的实质是将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
RNA是怎样把DNA的遗传信息翻译成蛋白质的？
电报机
0130 0117
电报密码
0130 0117
好
你
翻译
电报员
41=4
42=16
43=64
4种碱基如何决定蛋白质的21种氨基酸呢？
如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种
如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定 种
如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种
4
16
64
假设：
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。
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 谷氨酸 谷氨酸 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 天冬氨酸 天冬氨酸 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
21种氨基酸的密码子表
密码子表总结
共有64种密码子
61或62种密码子决定21种氨基酸：一个密码子决定一个特定的氨基酸；有的氨基酸可能有一个以上的密码子。
起始密码子2 种( AUG甲硫氨酸; GUG缬氨酸、甲硫氨酸 )。
终止密码子3种 ( UAA; UAG; UGA 硒代半胱氨酸)
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
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) 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
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
翻译从
mRNA的5'→3'
翻译具有方向性
翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束
A
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
氨基酸如何识别密码子并被转运到相应位置？
甲硫氨酸
酪氨酸
终止
按照密码子表将mRNA上的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列
A
C
U
U
G
A
转运RNA(tRNA)
2、翻译的过程：
“工人”必须要能解决这一难题
3、 “搬运工”tRNA和反密码字
（1）tRNA呈__________；
（2）一端为携带_______的部位；另一端有3个碱基。
三叶草形
氨基酸
（3） 每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。
U
A
C
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
核糖体
肽键
①
②
A
C
G
U
C
A
C
U
A
C
A
C
-H2O
①
②
A
G
G
U
C
A
C
G
U
C
A
C
甲硫氨酸
U
A
C
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
①
②
A
G
G
U
C
A
C
G
U
C
G
U
甲硫氨酸
G
G
U
组氨酸
C
A
C
色氨酸
A
G
C
精氨酸
……
4、多聚核糖体
（1）数量关系：通常一个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。
（2）意义：少量的mRNA分子就可以
迅速合成大量的蛋白质。
（3）产物之间的关系
①多个核糖体各自合成各自的链，产物是多条肽链，不是一条；
②由于模板是同一段mRNA，所以图示多个核糖体合成的肽链是相同的
在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。
现学现练：由下图判断翻译的方向
DNA聚合酶
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA聚合酶
核糖体
DNA
mRNA
多肽链
DNA复制
转录
翻译
场所 模板 原料 产物 遗传信息传递方向
DNA复制： DNA DNA
转录： DNA RNA
翻译： RNA Pro
游离的脱
氧核苷酸
游离的核
糖核苷酸
游离的
氨基酸
DNA
mRNA
蛋白质
DNA→DNA
DNA→mRNA
亲代DNA的两条链
DNA的一条链（模板链）
mRNA
主要在
细胞核
细胞质
mRNA→Pro
转录、翻译与DNA复制的比较
主要在
细胞核
请根据DNA的复制和基因的表达，绘制流程图，表示遗传信息的传递方向。
小任务1
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
克里克：中心法则
（预见了遗传信息传递的一般规律）
大胆猜想
生物界是否还有其它的遗传信息传递途径呢？
二、中心法则
小任务2
阅读以下资料，对中心法则进行补充
1.在RNA病毒中发现了RNA复制酶，能对RNA进行复制。
2.在RNA病毒中发现逆转录酶，能以RNA为模板合成DNA。
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
逆转录
复制
蓝色的线表示少数生物的遗传信息流向
二、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。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
1957年，克里克提出中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则的完善
逆转录
复制
（RNA病毒中才有）
（RNA病毒中才有）
二、中心法则
1.1957年克里克提出中心法则
2.内容：
表示遗传信息传递的法则
3.不同生物中心法则的体现
生物种类 举例 遗传信息的传递过程
DNA病毒 T2噬菌体
RNA 病毒 不含逆转录酶 烟草花叶病毒
含逆转录酶 艾滋病病毒
细胞生物 动物、植物、真菌、细菌等
中心法则分析
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
1
DNA复制
2
遗传信息转录
4
RNA复制
3
遗传信息翻译
5
逆转录
1）烟草花叶病毒（TMV）
2）人免疫缺陷病毒（HIV）、肉瘤病毒
3
1
2
3
(病毒自身携带的逆转录酶)
RNA
病毒
4
(该类病毒，部分自身携带RNA复制酶)
5
并非所有病毒注入到宿主细胞内的物质均只有遗传物质
DNA
RNA
蛋白质
1
2
3
4
5
中心法则分析
1
DNA复制
2
遗传信息转录
4
RNA复制
3
遗传信息翻译
5
逆转录
5）原核细胞
6）噬菌体
大肠杆菌：
1
2
3
1
2
3
(发生在：_____________)
宿主细胞内