4.1基因指导蛋白质的合成（2课时）人教版（2019）必修2 (课件共40张PPT)

(共40张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
2课时
第4章基因的表达
生物体所有特征的总和我们称之为性状，性状的主要承担者或体现者是谁
蛋白质
基因(DNA)
生物体性状主要是由谁决定的
DNA
蛋白质
为什么将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育的棉花植株产生Bt抗虫蛋白
情景导入
1.RNA的结构单位是什么？由哪些成分组成？
4.RNA的种类有哪几种？
2
3
4
1
【活动1】：2分钟自主阅读教材P64-65，小组合作思考讨论完成问题。
2.RNA为什么适合作DNA的信使？
3.RNA与DNA在化学组成和结构上的区别有哪些？
一.RNA的结构和功能
核糖核苷酸
1.RNA的组成
C、H、O、N、P
基本单位：
核糖核苷酸
A(腺嘌呤）
U(尿嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鸟嘌呤)
5’
1’
2’
3’
4’
元素组成：
一般为单链:
一.RNA的结构和功能
2.RNA适合于做信使的原因
原因一
原因二
原因三
它是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基(C、G、A、U(尿嘧啶))共同组成4种核苷酸，它也能储存遗传信息。
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。
在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。
一.RNA适于作为DNA的信使
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
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
A T C G
A U C G
双螺旋结构
一般为单链
细胞核
细胞质
3.RNA与DNA的主要区别：
一.RNA的结构和功能
单链
单链
单链
4.RNA的分类和功能
信使RNA（mRNA）
核糖体RNA（rRNA）
转运RNA（tRNA）
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
一、RNA的结构和功能
①
②
③
tRNA
作为某些病毒的遗传物质（烟草花叶病毒、新冠病毒）
某些RNA具有催化作用（酶）
常见的功能
一.RNA的结构和功能
DNA的遗传信息
RNA的遗传信息
转录
过程如何呢
二.遗传信息的转录
【活动2】：结合教材P64的文字，和图4-4小组合作探究下列问题。小组合作思考讨论完成问题。
1.DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
2.什么是转录？模板？原料？场所？具体过程？结果？
3.遗传信息的流动方向？
二.遗传信息的转录
二、遗传信息的转录
1.概念：在细胞核中，以DNA的 为模板合成 的过程。
2.场所：主要是_______，细胞质中的_______、_______中也能发生。
3.产物： 。
4.过程： 。
细胞核
叶绿体
线粒体
一条链
RNA
解旋 → 配对 → 连接 → 释放
mRNA tRNA rRNA
二.遗传信息的转录
基因
启动子
RNA聚合酶
转录的起始（以mRNA为例)
RNA聚合酶结合到基因的启动子（编码蛋白质一段DNA上）位置，转录就开始。
3.过程
二.遗传信息的转录
⑴解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
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
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
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'
ATP
RNA聚合酶
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
二.遗传信息的转录
⑵配对：游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则随机地与DNA模板链上的碱基配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。
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'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
二.遗传信息的转录
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'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
5'
3'
ATP
⑶ （连接）mRNA的延伸:在RNA聚合酶的催化下从子链的5‘端把子链的核糖核苷酸聚合成核糖核苷酸链。
合成方向：
子链的5’端→ 3’端
特点：
边解旋边转录
二.遗传信息的转录
⑷释放：mRNA释放，DNA双链恢复。
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
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
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
细胞质
细胞核
mRNA
二.遗传信息的转录
U
A
A
G
U
C
C
C
T
T
G
G
A
A
A
RNA聚合酶
1 解旋
RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。
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。
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。（5’端-3’端延伸）
4 释放
3 连接
合成的mRNA从DNA链上释放(核孔）。而后，DNA双螺旋恢复。
2 配对
二.遗传信息的转录
二.遗传信息的转录
三.遗传信息的翻译
1.翻译的概念及实质
mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。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。
将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
(1)概念：
(2)实质：
？
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
碱 基 序 列
氨基酸序列
4种
21种
翻译
4种碱基是怎样决定21种氨基酸的呢
1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸；
2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸；
3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定____种氨基酸，
氨基酸
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
AUCG
4
氨基酸
AUCG
4
AUCG
4
4
64
16
第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要
三.遗传信息的翻译
【活动3】请同学们自主阅读教材P66-68，图4-5、表4-1,思考并回答问题：
1.什么是密码子？
2.决定氨基酸的密码子有多少种？
3.起始密码子是什么？起始密码子编码什么氨基酸？终止密码子有几个？
4.一种密码子决定几种氨基酸？一种氨基酸酸有几种密码子？
三.遗传信息的翻译
(1)定义：
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
(2)识别：
mRNA
5'
3'
G
U
G
G
A
A
C
C
U
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
决定
缬氨酸
决定
组氨酸
决定
精氨酸
怎么判断？
后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了64个遗传密码子。
2.密码子
(2)位置：
mRNA上
三.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
第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU
精氨酸 A G G AGG
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
终止密码子（3种）： 、 、____ __
种类 不编码氨基酸
起始密码子(2种）： （甲硫氨酸）、
（ 种） 编码氨基酸 _____（缬氨酸、甲硫氨酸）
编码氨基酸的密码子______ 种
64
UAA
GUG
AUG
UGA（硒代半胱氨酸）
61 或62
UAG
分析密码子的特点
思考.讨论
1.从密码子表可以看出：一种密码子决定几种氨基酸？色氨酸有几种密码子？苯丙氨酸、亮氨酸等有几种密码子？一种氨基酸酸有几种密码子？
①1种密码子只能决定1种氨基酸（正常情况下）。
②色氨酸色氨酸只有UGG一种密码子，苯丙氨酸、亮氨酸分别有2种、
种密码子。
总结：1种氨基酸可以由1种或几种密码子决定。
三.遗传信息的翻译
分析密码子的特点
思考.讨论
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,提高密码子容错率；当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证遗传信息的翻译速度。
A
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
U
G
A
C
C
G
A
C
G
A
错误mRNA
2.从密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作
密码的简并。你认为密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？
三.遗传信息的翻译
分析密码子的特点
思考.讨论
说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。
称为密码的通用性
3.地球上几乎所有的生物体都共用同一个密码子表。根据这一事实，你能想到什么？
三.遗传信息的翻译
（4）密码子的特性：
①专一性
一种密码子只决定一种氨基酸
②简并性
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定，可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。
2.密码子
地球上几乎所有生物都共用一套密码子。
③通用性
根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？
说明当今生物可能有着共同的起源。
三.遗传信息的翻译
U
A
A
U
C
C
U
C
U
G
G
C
G
C
A
U
A
C
U
G
G
U
G
G
U
C
C
U
A
A
3’
5’
色
组
甲硫
精
半胱
半胱
脯
谷
丝
如何精准运送过来的？
tRNA
知道碱基和氨基酸的对应关系后，游离在细胞质中的氨基酸,是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢
思考
mRNA
5
3
5
3
①结构：
结合氨基酸的部位
密码子
反密码子
OH
A
A
C
碱基配对
③种类：
④特点：
②功能：
识别和转运氨基酸
tRNA链经过折叠，像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，这3个碱基可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。
1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸
1种氨基酸可有1种或多种tRNA识别并转运
62种，与决定氨基酸的密码子一 一对应。
3.转运RNA、反密码子
三.遗传信息的翻译
4.翻译的过程
①mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止
【活动4】请结合以下问题阅读教材图4-7及相关内容，概述翻译过程。
②根据遗传密码的阅读方式分析，图中mRNA上共有几个密码子
③翻译合成的肽链的氨基酸序列是怎样的
三.遗传信息的翻译
起始密码子
mRNA进入细胞质，与 结合；携带 的tRNA通过与mRNA上的碱基AUG互补配对进入 。
4.翻译的过程
第1步：
起始
核糖体移动方向
E
1
2
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
M
核糖体
核糖体
甲硫
氨酸
位点1
三.遗传信息的翻译
E
1
2
第2步：进位
甲
携带 的tRNA以同样的方法进入 。
通过脱水缩合形成 ，甲硫氨酸被转移到 上。
第3步：缩合
H
5’
3’
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
组氨酸
位点2
肽键
位点2的tRNA
4.翻译的过程
三.遗传信息的翻译
E
1
2
第4步：
移位
沿 移动，读取下一个密码子，原占位点1的
离开核糖体，原位点2的tRNA进入 ，一个新的携带氨基酸的tRNA进入 ，继续肽链的合成。
精
色
半
半
甲
组
5’
3’
5’
3’
5’
3’
脯
5’
3’
5’
3’
5’
3’
核糖体移动方向
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
核糖体
mRNA
tRNA
位点1
位点2
4.翻译的过程
三.遗传信息的翻译
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
肽链合成后，从 上脱离， 成具有特定
的蛋白质分子。
第5步：
终止
核糖体
盘曲折叠
空间结构和功能
4.翻译的过程
三.遗传信息的翻译
位点1
位点2
4.翻译的过程
三.遗传信息的翻译
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所）
细胞核（主要场所）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
21种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
DNA的复制、转录和翻译的比较
①
②
③
④
⑤
⑥
1.如何快速高效地进行翻译呢？
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.图中①、⑥分别是什么分子或结构？最终合成
的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？
为什么？
3.核糖体移动的方向是怎样的？
mRNA
核糖体
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
三.遗传信息的翻译
1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
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。
随着研究的深入，科学家对中心法则进行补充：
资料：1.1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，RNA复制酶
能催化RNA的复制。
2.1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能
以RNA为模板合成DNA。
逆转录
复制
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。
四.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RNA病毒
逆转录病毒 (HIV)
各种生物的遗传信息传递过程
四.中心法则
基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
A—C—U—G—G—A—U—C—U
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
肽键 肽键
（假设以B链为模板进行转录）
A链
B链
转录
翻译
基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 ＝
6∶3∶1
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
50个氨基酸
150
300
五.基因控制蛋白质合成的相关计算
1
3
6