生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成（共33张ppt1个视频）

(共33张PPT)
第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
人教版高中生物必修二 遗传与进化
目录
01
02
03
04
05
遗传信息的翻译 过程
中心法则的提出及其发展
习题巩固
课后拓展
遗传信息的翻译
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——翻译。
转录
翻译
遗传信息的翻译
场所
模板
原料
产物
酶
1、定义：
21种氨基酸（需tRNA转运）
细胞质中的核糖体
mRNA
蛋白质
问题1：mRNA的4种碱基如何决定组成蛋白质的21种氨基酸？
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，这一过程叫做翻译。
2、条件：
肽酰转移酶等
定义和条件
遗传信息的翻译
3、mRNA碱基与氨基酸之间的对应关系
决定一个氨基酸的碱基个数 决定氨基酸种类 图示
1个 4
2个 42＝16
3个 43＝64
氨基酸
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
mRNA碱基与氨基酸之间的对应关系
遗传信息的翻译
1961年克里克实验 实验材料 T4噬菌体
实验思路 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
实验过程 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
实验结果 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。
实验结论 遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。
克里克后续实验还发现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。
遗传密码的破译
遗传信息的翻译
1.定义：
5、密码子
2.位置：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
3.识别：
从mRNA上5'端开始阅读
密码子
mRNA
密码子
密码子
密码子
遗传信息的翻译
mRNA上
1961年尼伦伯格、、马太蛋白质的体外合成实验
实验技术：蛋白质的体外合成技术
加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。
与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。
遗传信息的翻译
遗传密码的破译
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
21种氨基酸的密码子表
密码子表查法
问题1： 密码子总共有几个？每一种密码子都能编码氨基酸吗？
问题2：起始密码子有几个？编码什么氨基酸？
问题3：终止密码子有几个？
遗传信息的翻译
2个起始密码子
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——
原核生物可以有2种—
AUG（编码甲硫氨酸）
GUG（编码甲硫氨酸,如果该密码子不作为起始密码子时，其编码缬氨酸）
AUG（编码甲硫氨酸）
密码子种类
遗传信息的翻译
问题2：色氨酸的密码子是什么？苏氨酸的密码子有哪些？说明了什么？
密码子的特点
遗传信息的翻译
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。
遗传信息的翻译
问题2：细胞质中的氨基酸如何被运到蛋白质的生产线上的？
RNA链经过折叠，形成三叶草形
3'端-OH（携带氨基酸）
反密码子:
反密码子环上3个相邻的碱基，与密码子互补配对
氨基酸的”搬运工“-tRNA
遗传信息的翻译
C
A
U
甲硫氨酸
A
C
G
U
G
U
U
U
G
mRNA
3'
5'
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
tRNA
5'
3'
5'
3'
5'
3'
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
氨基酸的”搬运工“-tRNA
tRNA的_______往________识别，tRNA与mRNA也是反向连接的。
3'-端
5'-端
遗传信息的翻译
遗传信息的翻译 过程
问题三：tRNA转运的氨基酸在核糖体上发生了什么反应？
遗传信息的翻译 过程
请同学们结合视频及课本图4-7，利用小组道具，完成翻译过程的模拟
核糖体
起始密码子
肽键
肽键
终止密码子
mRNA与核糖体结合
形成2个tRNA结合位点
AUG是起始密码子
携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
甲硫氨酸与组氨基酸形成肽键，转移到位点2
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子
原占位点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
直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止
遗传信息的翻译 过程
▌细节：为什么一个mRNA分子上结合多个核糖体？他们各负责一段后拼起来还是各自合成一条条肽链？
mRNA分子结合多个核糖体，单独同时合成多肽链。
有利于加快翻译的速度
遗传信息的翻译
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。
弗朗西斯·克里克
中心法则的提出及其发展
RNA RNA
RNA复制酶
RNA DNA
逆转录酶
烟草花叶病毒
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。
艾滋病病毒
中心法则的提出及其发展
逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
转录
复制
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
中心法则的提出及其发展
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。
中心法则的意义
中心法则的提出及其发展
与遗传信息流动有关的几个过程比较：
模板 产物 原料 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
中心法则的提出及其发展
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
生长发育过程
主要是细胞核
主要是细胞核
细胞质
DNA的两条链
基因特定的一条链
mRNA
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
21种氨基酸
解旋酶，DNA聚合酶
RNA聚合酶
肽酰转移酶
ATP
ATP
ATP
子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
特定氨基酸顺序的肽链
A-T,T-A,C-G,G-C
A-U,T-A,G-C ,C-G
A-U,U-A,G-C,C-G
半保留复制
边解旋边复制
边解旋边转录
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
1.一个转运RNA一端的三个碱基是CGA，这个RNA运载的氨基酸是(　　)
A．酪氨酸(UAC) B．谷氨酸(GAC)
C．精氨酸(CGA) D．丙氨酸(GCU)
D
2.如图为tRNA的结构示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
A．a端是结合氨基酸的部位
B．生物体中的tRNA一共有61或者62种
C．一种tRNA只能携带一种氨基酸
D．c端表示密码子，可以与mRNA碱基互补配对
D
习题巩固
3.如图为多聚核糖体合成肽链的过程，有关该过程的说法正确的是(　　)
A．图示表示多个核糖体合成一条多肽链的过程
B．mRNA沿着三个核糖体从右向左移动
C．三条肽链在氨基酸排列顺序上各不相同
D．由图示可推测少量mRNA可以合成大量的蛋白质
D
习题巩固
由下图判断翻译的方向
习题巩固
4.一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
5.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
习题巩固
6.某病毒的遗传物质是单链，－RNA和＋RNA，宿主细胞内病毒的增殖过程如图，－RNA和＋RNA的碱基序列是互补的。下列叙述正确的是(　　)
A．－RNA和＋RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板
B．据图推测，只有－RNA上有RNA聚合酶的结合位点
C．过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同
D．过程②需要的tRNA来自病毒，原料及场所都由宿主细胞提供
C
习题巩固
7.在其他条件具备的情况下，在试管中加入物质X和物质Z，可得到相应产物Y。下列叙述正确的是(　　)
A．若X是DNA，Y是RNA，则Z是逆转录酶
B．若X是DNA，Y是mRNA，则Z是脱氧核苷酸
C．若X是RNA，Y是DNA，则Z是限制性内切酶
D．若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，则Z是氨基酸
D
习题巩固
存在位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
拓展：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
拓展：真核细胞和原核细胞转录和翻译的时间地点区别
真核生物：
核基因先转录后翻译（异时异地）
原核生物：
边转录边翻译（同时同地）
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
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。
蛋白质中肽链条数+肽键数（或脱水数）：
=蛋白质中氨基酸的数目
=参加转运的tRNA的数目
=1/3 mRNA的碱基数
=1/6 基因的碱基数