生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成（共42张ppt）

(共42张PPT)
第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
遗传信息的转录
遗传信息的翻译
随堂练习
中心法则
基因指导蛋白质的合成
目录
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，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，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。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。
那么基因是如何指导蛋白质的合成的呢？
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，而蛋白质是在细胞质中合成。那么DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中的呢？当遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的呢？
遗传信息的转录
DNA在细胞核中
蛋白质在核糖体合成
不能出细胞核
不能进细胞核
通过信使RNA
科学家推测，在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。
后来发现细胞中的确有这样的物质，它就是RNA。
1.RNA的结构层次
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
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
遗传信息的转录
RNA是什么物质？为什么RNA适于作DNA的信使呢？
名称
基本单位
化学 组成 五碳糖
含氮碱基
无机酸 结构 (双螺旋/单链)
细胞中分布
脱氧核糖核酸(DNA)
核糖核酸(RNA)
脱氧核苷酸(4种)
核糖核苷酸(4种)
脱氧核糖
核糖
T(胸腺嘧啶)
U(尿嘧啶)
A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)
磷酸
双螺旋结构
单链结构
主要在细胞核中
主要在细胞质中
2.RNA与DNA的异同
遗传信息的转录
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
3.RNA的种类
遗传信息的转录
注意RNA中部分位置也存在双链，也会有氢键的存在
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，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。
(4)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。
(3)RNA为单链结构，不稳定，易降解，完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
遗传信息的转录
1.定义：
转录是指——在细胞核中，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： DNA的一条链的片断
酶 ： RNA聚合酶
原料： 4种游离的核糖核苷酸
能量： ATP
遗传信息的转录
4.原则：
碱基互补配对原则（A-U，T-A，C-G，G-C）
5.特点：
边解旋边转录
6.实质：
7.结果：
遗传信息从DNA传递到mRNA
产生mRNA、 tRNA、 rRNA
8.方向：
5’至 3’(和DNA复制方向一致)
9.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，暴露出碱基。
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
遗传信息的转录
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
②配对：
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
3'
5'
遗传信息的转录
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'
遗传信息的转录
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
遗传信息的转录
都需要模板、酶、能量等；都遵循碱基互补配对原则，
碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性；
1、转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
思考·讨论
遗传信息的转录
比较项目 DNA复制 DNA转录
模板
原料
碱基互补配对原则
酶
产物
时期
DNA分子
RNA分子
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核糖核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
细胞分裂间期
生长发育过程
2、与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
转录与DNA复制的区别
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
转录成的RNA的碱基序列与模板链：碱基互补配对
转录成的RNA的碱基序列与非模板链：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？
遗传信息的转录
思考·讨论
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
遗传信息的转录
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；
补充说明：
一个DNA转录出的mRNA不完全相同
随堂练习
B
如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是（　　）
A、①链的碱基A与②（RNA）链的碱基U互补配对，A错误；
B、②为RNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，B正确；
C、图示表示真核生物细胞核内转录过程，如果③表示酶分子，则它的名称是RNA聚合酶，C错误；
D、转录完成后，②通过核孔从细胞核进入细胞质，与核糖体结合，D错误。
A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对
B．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C．如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶
D．转录完成后，②需通过核膜进入细胞质才能与核糖体结合
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
遗传信息的翻译
2.场所：
3.条件：
4.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
产生多肽链
遗传信息的翻译
5.遗传信息传递方向：
从mRNA转移到了蛋白质
遗传信息的翻译
想一想：
DNA和RNA都只含有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有21种。这4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
如1个碱基决定1个氨基酸　　　 决定4种氨基酸
如2个碱基决定1个氨基酸　 　　决定16种氨基酸
如3个碱基决定1个氨基酸　　 　决定64种氨基酸　　　　　　　　　　　
如4个碱基决定1个氨基酸　　 　决定256种氨基酸　　　　　　　　　　　
设想一下
后来，科学家通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码：
mRNA上3个相邻碱基决定1个氨基酸
6.密码子
遗传信息的翻译
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
遗传信息的翻译
表中一共有多少个密码子？
64个
编码氨基酸的密码子有多少个？
61个
为什么有64个密码子，但却只有61个编码氨基酸？
有3个密码子为终止密码子；终止密码子一般不编码氨基酸
密码子与氨基酸的关系：
①1种氨基酸可能由1种或几种密码子决定（也叫密码子的简并性）
②1种密码子只能决定1种氨基酸
密码子的特点：
①简并性（意义：维持物种的稳定性）
②通用性：几乎所有的生物体都共用一套密码子
遗传信息的翻译
tRNA种类很多，但是，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA比mRNA小得多，分子结构也很特别：RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶型，其中一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基（如图所示）。每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
7.转运氨基酸的“搬运工”——tRNA
遗传信息的翻译
8.翻译过程
第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
第2步 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
遗传信息的翻译
第3步 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。
第4步 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，继续肽链的合成
就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止
8.翻译过程
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
遗传信息的翻译
9.特征：
在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。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。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
（1）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
（2）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。
遗传信息的翻译
mRNA
核糖体
正在合成的肽链
思考：
（3）真、原核细胞基因的表达一样吗？有什么区别？
不一样
原核细胞中边转录边翻译（如图1）
真核细胞中先转录后翻译（如图2）
遗传信息的翻译
思考：
拓展
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
遗传信息的翻译
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，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， 若不考虑终止密码子，则控制该多肽合成的基因的长度至少是(　　) 。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
C
遗传信息的翻译
拓展
D
复制 转录 翻译
场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
条件 DNA的两条母链、4种游离的脱氧核苷酸、ATP、解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶、ATP、 DNA一条链、核糖核苷酸 ATP、tRNA、酶、mRNA为模板、氨基酸
产物 2个双链DNA 1个单链RNA 多肽链
特点 半保留复制； 边解旋边复制 边解旋边转录； 1条mRNA可同时合成多条肽链
复制、转录、翻译总结
遗传信息的翻译
随堂练习
下列关于生物体内遗传信息传递过程的叙述，正确的是（ ）
A．每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
B．密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上
C．翻译时每种密码子都有与之对应的反密码子
D．每种氨基酸都至少有两个以上的遗传密码
A、tRNA具有特异性，即一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，A正确；
B、密码子是mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基，反密码子位于tRNA上，B错误；
C、终止密码子没有与之对应的反密码子，C错误；
D、一种氨基酸可能对应于一种或几种密码子，D错误。
A
随堂练习
B
若细胞质中tRNA1(3′AUU5′)可转运氨基酸a，tRNA2(3′ACG5)可转运氨基酸b，tRNA3(3′UAC5′)可转运氨基酸c，今以DNA中一条链3′-ACGTACATT-5′为模板合成蛋白质，该蛋白质基本组成单位的排列可能是（ ）
A．abc B．bca
C．cba D．bac
翻译的直接模板是mRNA，而mRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的，以DNA分子中的一条链3′—ACGTACATT—5′为模板转录形成的mRNA的碱基序列为5′—UGCAUGUAA—3′，其中第一密码子(UGC)对应的反密码子为3′ACG5′，编码的氨基酸为b，第二个密码子(AUG) 对应的反密码子为3′UAC5′，编码的氨基酸为c，第三个密码子(UAA) 对应的反密码子为3′AUU5′，编码的氨基酸为a，所以该蛋白质基本组成单位的排列可能是bca，B正确，ACD错误。
随堂练习
A
tRNA具有转运氨基酸的功能。图中 tRNA携带的氨基酸(选项括号中的内容为相应氨基酸的密码子)是（ ）
A．丙氨酸（5′ -GCG-3′）
B．精氨酸（5′ -CGC-3′）
C．甘氨酸（5′ -GGC-3′）
D．脯氨酸（5′ -CCG-3′）
密码子是信使RNA上决定氨基酸的 3个相邻的碱基。图中tRNA的一侧3个碱基，即反密码子是CGC，而翻译过程中mRNA上密码子和tRNA上反密码子进行碱基互补配对，因此mRNA上的3个碱基是GCG，即图中tRNA对应的密码子为5′ -GCG-3′，决定的是丙氨酸，A正确。
随堂练习
C
下列关于遗传信息翻译过程的叙述，正确的是（ ）
A．翻译需要DNA作模板，tRNA作为转运工具
B．翻译是在核糖体上合成蛋白质，不需要酶的参与
C．原核细胞中转录尚未结束，翻译即已开始
D．翻译时所需的氨基酸种类与密码子的数量相等
A、翻译需要mRNA为模板，tRNA作为转运工具，A错误；
B、翻译是在核糖体上合成蛋白质，需要多种酶的参与，B错误；
C、原核生物没有细胞核，转录和翻译的场所都是细胞质，所以可以边转录边翻译，C正确；
D、氨基酸由21种，密码子有64种，翻译时所需的氨基酸种类一般小于密码子的数量，D错误。
随堂练习
B
下列关于DNA复制、转录和翻译过程的叙述，正确的是（　　）
A．DNA的复制和转录过程都需要用到解旋酶催化DNA双链解旋
B．与翻译过程相比，在转录过程中特有的碱基配对方式是T-A
C．每种密码子决定一种氨基酸，每种氨基酸都对应多种密码子
D．转录时，RNA聚合酶能识别RNA上的起始密码子并与之结合
A、转录不需要解旋酶，A错误；
B、转录是以DNA作为模板进行的，因DNA中具有碱基T，所以转录过程中存在T-A配对，翻译是mRNA和tRNA之间的碱基配对，RNA中不含碱基T，不存在T-A配对方式，B正确；
C、每种密码子决定一种氨基酸，每种氨基酸都对应一种或多种密码子，C错
D、转录时，RNA聚合酶能识别DNA上的启动子，D错误。
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：
随着研究的不断深入，科学家发现：少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA，以及从RNA流向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）
中心法则
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 一般的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
中心法则
随堂练习
下图表示中心法则，①～⑤代表生理过程，下列叙述错误的是（ ）
A．真核生物①过程主要发生在细胞核
B．②过程表示基因转录
C．③④过程不需要碱基互补配对
D．⑤过程表示翻译
A、①表示由DNA到DNA的DNA复制过程，真核生物DNA主要存在于细胞核，A对
B、②表示以DNA为模板合成RNA的转录过程，B正确；
C、③④为RNA逆转录和复制，需要碱基配对，遵循碱基互补配对原则，C错
D、⑤表示以mRNA为模板合成蛋白质的翻译过程，D正确。
C
随堂练习
C
中心法则的建立为生命科学提供了重要的理论框架，促进了人们对生物体本质认知的进一步发展，如图为中心法则的示意图，下列相关叙述错误的是（ ）
A、克里克1957年提出的中心法则只包含图中的①D转录、③复制和⑤翻译过程，后人补充了逆转录过程和RNA的复制过程，A正确；
B、在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是携带遗传信息的载体，蛋白质是翻译的产物，是信息的表达产物，B正确；
C、图中的②④过程是RNA病毒所特有的，发生于RNA病毒寄生的宿主细胞体内，C错
D、②逆转录（产物为DNA）④RNA复制（产物为RNA）⑤翻译（产物为蛋白质）过程所需的原料分别是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸，D正确。
A．克里克于1957年提出的中心法则包含图中①③⑤过程
B．在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA可以作为信息的载体
C．图中的②④过程是RNA病毒所特有的，发生于RNA病毒体内
D．②④⑤过程所需的原料分别是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
随堂练习
D
下图是中心法则示意图，d表示的过程为（　　）
A．逆转录 B．转录 C．DNA复制 D．翻译
据图可知：a表示DNA形成DNA过程，即DNA复制；b表示DNA形成RNA过程，即转录；c表示RNA形成RNA过程，即RNA自我复制；d表示RNA形成蛋白质，即翻译；e表示RNA形成DNA，即逆转录，D正确，ABC错误。
Thank You
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