4.1基因指导蛋白质的合成 课件（共34张PPT）

(共34张PPT)
基因指导蛋白质合成
年 级：高一
学 科：生物学（人教版）
转录
解链
配对
连接
释放
提出问题
DNA
核糖体
mRNA
mRNA
蛋白质
转录
（碱基的排列顺序）
（碱基的排列顺序）
（氨基酸的排列顺序）
翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有氨基酸顺序的蛋白质的过程称为翻译
翻译
问题：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
遗传密码的破译
背景：组成mRNA的碱基只有4种，组成生物体蛋白质的氨基酸有21种。
1个碱基决定1种氨基酸，4种碱基可决定 种氨基酸
2个碱基决定1种氨基酸，4种碱基可决定 种氨基酸
3个碱基决定1种氨基酸，4种碱基可决定 种氨基酸
4
16
64
思考：mRNA上至少有几个碱基决定一个氨基酸？请从排列组合的角度预测。
科学史
1954年，物理学家伽莫夫根据数学计算提出“假说”：mRNA上3个碱基决定一个氨基酸
遗传密码的破译
实验一：
1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因碱基的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响，在相关碱基序列中增加或删除1个或2个碱基，无法产生具有正常功能的蛋白质，但是当增加或删除3个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
实验结论：遗传密码是由3个碱基编码一个氨基酸；遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，编码之间没有分隔符
遗传密码的破译
密码子：mRNA上，决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
mRNA
5'
3'
密码子2
密码子1
密码子3
问题：如何确定64个密码子分别对应哪种氨基酸呢？
遗传密码的破译
实验二：
1961年，尼伦伯格和马太采用了蛋白质体外合成技术破译了第一个密码子。他们在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸（ … UUUUUU…），结果加入苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链
+多聚尿嘧啶核苷酸（…UUUUUU…）
+除去DNA和mRNA的细胞提取液
Tyr：酪氨酸
Ser：丝氨酸
Phe：苯丙氨酸
Cys：半胱氨酸
多聚苯丙氨酸的肽链
实验结论：苯丙氨酸对应的密码子是UUU
提供除模板外翻译所需的条件
提供翻译的模板
遗传密码的破译
第一个碱基 第二个碱基 第三个
碱基
U C A G U 苯丙氨酸 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 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) 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
思考1：怎样查阅密码子表？
思考2：64种密码子是否都决定了特定的氨基酸？
思考3：通过分析遗传密码与氨基酸的种类之间的对应关系，又能得出什么结论？其意义是什么？
专一性
简并性
遗传密码的破译
第一个碱基 第二个碱基 第三个
碱基
U C A G U 苯丙氨酸 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 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) 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
思考4：起始密码和终止密码的生物学意义是什么？
思考5：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？
专一性
简并性
通用性
遗传密码的特点
探寻翻译的过程
思考：将氨基酸运送到核糖体上的tRNA具有什么结构特点？
3'
5'
特异性结合氨基酸的部位
碱基配对
形成氢键
反密码子
甲硫氨酸
UAC
探寻翻译的过程
活动一：模拟翻译的过程
参考课本P68中图4-7，尝试用所提供的材料（可手绘或打印），推断并构建人胰岛素合成的过程模型。
人胰岛素
mRNA
若干种类的氨基酸
核糖体
若干tRNA
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
探寻翻译的过程
甲
亮
丙
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
UAC
CGG
GAC
ACC
探寻翻译的过程
亮
丙
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
CGG
GAC
ACC
UAC
甲
位点1
位点2
探寻翻译的过程
亮
丙
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
CGG
GAC
ACC
UAC
甲
位点1
位点2
探寻翻译的过程
亮
丙
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
CGG
GAC
ACC
UAC
甲
位点2
探寻翻译的过程
亮
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
GAC
ACC
UAC
甲
CGG
丙
位点2
探寻翻译的过程
亮
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
GAC
ACC
UAC
甲
CGG
丙
肽键
探寻翻译的过程
亮
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
GAC
ACC
UAC
甲
CGG
丙
探寻翻译的过程
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
ACC
UAC
CGG
丙
GAC
亮
甲
探寻翻译的过程
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
ACC
UAC
CGG
丙
GAC
亮
甲
探寻翻译的过程
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
ACC
甲
CGG
丙
GAC
亮
探寻翻译的过程
苏
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
ACC
CGG
GAC
亮
甲
丙
探寻翻译的过程
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
CGG
GAC
亮
ACC
苏
甲
丙
探寻翻译的过程
缬
谷
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
甲
丙
GAC
亮
ACC
苏
探寻翻译的过程
缬
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
甲
丙
CAC
亮
ACC
苏
谷
探寻翻译的过程
缬
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
甲
丙
CAC
亮
ACC
苏
谷
探寻翻译的过程
缬
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
甲
丙
亮
ACC
苏
谷
探寻翻译的过程
缬
AUGGCCCUGUGG GUGGAAUAA
5 '
3 '
甲
丙
亮
苏
谷
盘曲折叠
具有特定空间结构和功能的人胰岛素
翻译过程小结
场所
条件 模板
原料
酶
能量
转运工具
碱基互补配对方式
产物
遗传信息传递方向
mRNA
21种氨基酸
相关酶
ATP
tRNA
活动二：翻译过程小结
结合活动一尝试总结翻译的场所、条件、碱基互补配对方式、产物及遗传信息传递方向
核糖体
A-U；C-G
多肽（蛋白质）
mRNA →蛋白质
翻译
思考1：翻译能够精确进行的原因是什么？
思考2：一个mRNA分子上结合多个核糖体，这些核糖体合成的多肽链是否相同？有何意义？
DNA复制、转录、翻译的比较
DNA复制 转录 翻译
模板
原料
碱基配对方式
酶
能量
产物
信息传递方向
DNA的一条链
4种核糖核苷酸
A-U；T-A
C-G；G-C
RNA聚合酶
ATP
RNA
DNA的两条链
4种脱氧核苷酸
A-T；T-A
C-G；G-C
解旋酶
DNA聚合酶
ATP
DNA
DNA→DNA
DNA→RNA
mRNA→
蛋白质
ATP
多肽（蛋白质）
相关酶
A-U；U-A
C-G；G-C
21种氨基酸
mRNA
中心法则
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
复制
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
科学史
随着研究的不断深入，科学家对中心法则做出了补充。
1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制。
1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
小结
模板：mRNA
原料：21种氨基酸
酶：相关酶
能量：ATP
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
逆转录
复制
搬运工具：tRNA
过程
条件
中心法则
作业
思考：将人胰岛素基因转入大肠杆菌后，一定能从大肠杆菌中获得人胰岛素吗？请阐述你的理由。