生物人教版（2019）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成（共57张ppt）课件

(共57张PPT)
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质合成
讨论:
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
问题探讨
美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虛构的“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。
DNA主要存在于 中;
蛋白质的合成是在 中进行的。
基因是有遗传效应的 片段；
DNA
细胞核
那么，细胞核中的DNA如何来指导细胞质中蛋白质的合成呢？
细胞质
DNA的信使----RNA
思考：为什么RNA适于做DNA的信
使呢？
比较项目 DNA RNA
基本单位
五碳糖
含氮碱基
结构
主要存在部位
一、DNA和RNA的区别
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
A T G C
A U G C
大多为双链结构
一般为单链结构
细胞核
细胞质
（1）RNA的基本单位------核糖核苷酸能储存遗传信息。
二、RNA适于做DNA信使的原因：
（2）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。
mRNA（信使RNA）:
tRNA（转运RNA） :
rRNA（核糖体RNA）:
三、RNA的种类
翻译的模板
识别并转运氨基酸
核糖体的组成部分
　DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？
阅读教材P65（结合图4-4）2min，思考：
（1）DNA转录为RNA的场所？产物？
（2）转录所需的条件(模板、原料、能量、酶)？
（3）DNA的碱基与RNA的碱基如何互补配对？
探究：DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的呢？
5'
5'
3'
3'
3'
5'
转录过程
RNA聚合酶
游离的核糖核苷酸
DNA
转录的方向
第1步 RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来
第2步 游离的核糖核苷酸与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
第3步 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上
第4步 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复
解旋
合成
配对
释放
mRNA
T
C
A
T
G
A
T
T
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
DNA的平面结构图
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
RNA
聚合酶
解旋：DNA双链解开，碱基暴露出来。
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
配对：游离的核糖核苷酸与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
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
U
A
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
mRNA
DNA
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
核孔
DNA
mRNA在细胞核中合成
释放：合成的mRNA从DNA链上释放,而后DNA双链恢复。
T
C
A
T
G
A
T
T
A
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
mRNA通过核孔进入细胞质
至此，DNA上的遗传信息就传递到了细胞质中。
T
C
A
T
G
A
T
T
A
1 .概念：RNA是在 中，通过 以
为模板合成的，这一过程叫作转录。
四、遗传信息的转录
2.条件：
（2）模板
：DNA的一条链（模板链）
（3）原料
：4种核糖核苷酸
（4）能量
：ATP
（5）酶
：RNA聚合酶
（6）碱基配对
细胞核
RNA聚合酶
DNA的一条链
（1）主要场所
：细胞核
：A— ，T— ，G— ，C—
U
A
C
G
（7）产物
：RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
（8）遗传信息
流动
：DNA RNA
DNA复制与转录的比较
复制 转录
主要场所
解旋
模板
原料
酶
能量
碱基配对
产物
细胞核
细胞核
完全解旋
部分解旋
DNA的两条链
只有DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
ATP
ATP
A- T- C- G-
A- T- C- G-
子代DNA
RNA
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
T
A
G
C
U
A
G
C
写出a链及以a链为模板转录形成的mRNA碱基序列。
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
课堂反馈
A
C
G
G
G
G
T
T
T
G
G
C
U
G
C
C
C
C
A
A
A
C
C
G
课堂反馈：
1.构成人体的核酸有两种，构成核酸的基本单位──核苷酸有多少种？碱基有多少种？ [ ]
A．2种 4种 B．4种 4种
C．5种 5种 D．8种 5种
D
D
2、组成噬菌体的核酸的碱基和核苷酸各有（ ）
A、5、5 B、5、8
C、8、5 D、4、4
3、 mRNA上有25％的腺嘌呤，35％的尿嘧啶，则转录该mRNA的DNA分子上腺嘌呤占碱基总数的（ ）
A 50％ B 25％
C 30％ D 35％
C
4、某DNA片段所转录的mRNA中U%＝28%，A%＝18%，则该DNA片段中T%和G%分别占（　 ）
A 46%,54% B 23%,27%
C 27%,23% D 46%,27%
B
A1
T2
T1
A2
G1
C1
C2
G2
1
2
Am
Um
Gm
Cm
mRNA
转录成的RNA的碱基序列,与作为模板的
DNA单链的碱基序列有哪些异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有哪些异同？
转录成的RNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列是互补配对关系，但RNA链中与DNA链的A配对的是U,不是T;
思考与讨论
与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。
--ATGCATGCATCC---
--TACGTACGTAGG---
DNA
--AUGCAUGCAUCC---
RNA
a链
b链
五、遗传信息的翻译
翻译：
实质：
游离在细胞质中的氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。
将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
4种碱基
蛋白质的21种氨基酸
决定？
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基
密码子
mRNA
密码子
密码子
密码子
4种碱基能决定64（43）种氨基酸，足够满足
1个碱基决定1个氨基酸
4种碱基只能决定4种氨基酸，显然不够
2个碱基决定1个氨基酸
4种碱基能决定16（42）种氨基酸，还是不够
3个碱基决定1个氨基酸
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
▼21种氨基酸的密码子表
注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
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。
密码子
密码子
密码子
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束
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
▼21种氨基酸的密码子表
注:①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
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。
2.绝大多数氨基酸都有几个密码子(密码子的简并)
由于密码子的简并性，当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，维持性状的稳定性。
1.一种密码子决定一种特定的氨基酸。
3.决定21种氨基酸的密码子共61种。
密码子的特点
思考与讨论：
1.对应的氨基酸序列为:甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—
半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。
2.地球上几乎所有的生物都共用一套密码子，这一事实
说明地球上的所有生物都有着或远或近的亲缘关系，
或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上
是统一。
3.从密码的简并性我们能认识到；如果密码子中的一个
碱基发生变化，可能影响到蛋白质氨基酸的种类，也有
可能蛋白质氨基酸的种类不发生变化（如GAU→GAC都
决定天冬氨酸），这就保证了生物遗传的相对稳定性，
又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化 。
问题：
氨基酸是怎样运送到核糖体上的呢？
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
形状：三叶草结构
作用：只能识别并转运1种氨
基酸
担任“翻译”角色的中间物质是tRNA分子
tRNA
核糖体
tRNA的形态和功能特点
(1)形态：
RNA单链经过折叠，形成三叶草形
3'
5'
(2)功能特点：
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
结合氨基酸的部位
碱基配对
反密码子
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
位于tRNA上，与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
核糖体
起始密码子
肽键
肽键
终止密码子
5．翻译过程
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
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 携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 。
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。
图中M表示甲硫氨酸，H和W表示其他不同的氨基酸
5．复习翻译过程
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
图中M表示甲硫氨酸，H和W表示其他不同的氨基酸
翻译
场所：
产物：
模板：
原料：
条件：
核糖体
mRNA
一定氨基酸顺序的蛋白质（多肽链）
21种氨基酸
ATP、酶
碱基互补配对：
G－C、C－G、U－A、A－U
遗传信息流动：
mRNA
蛋白质
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。
正在合成的肽链
核糖体
mRNA
方向：
从左向右
判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。
转录、翻译与DNA复制的比较
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 蛋白质
游离的脱
氧核苷酸
游离的核
糖核苷酸
游离的 氨基酸
DNA
RNA
蛋白质
DNA→DNA
DNA→RNA
DNA的两条链
DNA的一条链（模板链）
mRNA
小结
RNA
基因
蛋白质
转录
翻译
细胞核
细胞质
细胞核
(主要)
细胞核
(主要)
细胞质中的核糖体
mRNA→蛋白质
基因控制蛋白质合成的过程
DNA
mRNA
一定氨基酸顺序的蛋白质
转录
翻译
数量
n 个氨基酸
3n 个碱基
6n 个碱基
思考：DNA的碱基、mRNA的碱基与
氨基酸个数的关系？
DNA的碱基数:mRNA的碱基数:蛋白质的氨基酸数= 6:3:1
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
复制
复制
六.中心法则
1、提出者：
克里克
2、时间：
1957年
3、内容：
①DNA的复制：
遗传信息从DNA流向DNA
②转录：
遗传信息从DNA流向RNA
③翻译：
遗传信息从RNA流向蛋白质
④RNA的复制：
遗传信息从RNA流向RNA
⑤逆转录：
遗传信息从RNA流向DNA
生物种类 遗传信息的传递过程
原核生物
真核生物 DNA病毒 RNA复制病毒
逆转录病毒
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
下列各类生物遗传信息传递过程：
蛋白质是信息的表达产物
DNA、RNA是信息的载体
ATP为信息的流动提供能量
生命是物质、能量和信息的统一体
课堂小结：
1.一条多肽链中有氨基酸有1000个,则作为合成该多肽
链模板的信使RNA分子和用来转录信使RNA的DNA分子分
别至少需要碱基（ ）
3000个,3000个 B.1000个,2000个
C. 2000个,4000个 D.3000个,6000个
D
2.某个基因含有3000个碱基，由它控制合成的一条
肽链所含有的肽键数最多是（ ）
A. 499个 B. 500个
C. 749个 D. 1000个
A
课堂反馈：
3.一段mRNA有30个碱基，其中A＋G有12个，则转录成mRNA的一段DNA分子中应有C+T( )个
A.12 B.18 C.24 D.30
D
4.下列不属于“翻译”过程中碱基配对的是（ ）
A. A-U B. C-G
C. G-C D. A-T
D
5.某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均分子量为a，控制该蛋白质合成的基因含b个碱基对，则该蛋白质的分子量约为（ ）
A．2/3ab -6b+18n B．1/3 ab -6b
C．无法判断 D．1/3ab一（1/3b-n）×18
6. 某条多肽的相对分子质量为2778,若氨基酸的平均相对分子质量为110,如考虑终止密码,则编码该多肽的基因长度至少是（ ）
A.75对碱基 B. 78对碱基
C.90对碱基 D. 93对碱基
D
D
7.碱基配对行为最可能发生在下列哪组细胞结构中（ ）
细胞核 线粒体 叶绿体 中心体
线粒体 叶绿体 核糖体 高尔基体
C. 线粒体 叶绿体 核糖体 细胞核
D. 细胞核 核糖体 中心体 高尔基体
8.下列关于细胞质基因的存在位置的说法正确的是（ ）
存在于细胞质中某些细胞器的染色体上
存在于细胞质中某些细胞器内的DNA上
存在于细胞质和细胞核内
D.存在于染色体上
C
B
10.已知某物种的细胞中含有26个DNA分子，其中有2
个DNA分子各含有24000个碱基，由这2个DNA分子所
控制合成的多肽链中，含有（ ）种氨基酸
A. 8000 B. 4000 C. 16000 D. 20
D
11．烟草、烟草花叶病毒、Ｔ２噬菌体中含有的物质，下列叙述正确的是（ ）
A.核酸的种类依次是２、１、２
B.核苷酸的种类依次是８、５、４
C.五碳糖的种类依次是２、２、１
D.含Ｎ碱基的种类依次是５、４、４
D
12．为了战胜新型冠状病毒肺炎疫情，科研人员加紧研制各类疫苗，其中mRNA疫苗具有研发速度快、针对性强的特点而被采用。S蛋白是新冠病毒主要的抗原蛋白，将编码S蛋白的mRNA用磷脂膜包裹而制成新冠肺炎的mRNA疫苗。人体接种新冠肺炎mRNA疫苗后，能产生针对新冠病毒的抗体和记忆细胞。请回答下列问题：
(1)用磷脂膜包裹mRNA，是利用生物膜的_________性将mRNA送入靶细胞内。
(2) 疫苗中的mRNA进入细胞后，与__________（细胞器）结合，作为__________的模板合成病毒S蛋白，此过程__________（“消耗”或“不消耗”）能量。
(3)根据S蛋白的氨基酸序列可人工合成出疫苗中的mRNA。你认为采用此方法合成出的mRNA是_________（填“一种”或“多种”），理由是_____________________________。人体细胞和某些动物细胞的核糖体均可以翻译合成新冠病毒的S蛋白，说明密码子具有__________。
流动性
核糖体
翻译
消耗
多种
编码氨基酸的密码子具有简并性
通用性