4-1基因指导蛋白质的合成(教学课件)——高中生物人教版(2019) 必修二(共47张PPT)

(共47张PPT)
第四章基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
1.根据结构和功能观，理解RNA的结构和功能。
2.通过转录、翻译过程比较，形成分类与比较的
科学思维。
新课标素养目标
四、遗传信息的翻译
1. 概念：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
2.翻译的实质 mRNA的碱基序列 蛋白质的氨基酸序列
假设①:1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸 4=4种
假设②:2个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸 4×4=16种
假设③:3个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸 4× 4×4=64种
科学家通过一步步的推测与实验，证明了：
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基称作一个
mRNA
碱基序 列
翻译
O 氨基酸(21种)
碱基(4种)
密码子
氨基酸序列
多肽链
密码子的示意图
决定
组氨酸
微氨酸
密码子
密码子
密码子
决定
决定
精氨酸
第一个 碱基 第二个碱基
第三个
碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 苯氨酸 丝氨酸 丝氨酸 LA与工 酪氨酸 酪氨酸 1 半胱氨酸 半胱氨酸 个
U
C
A
G
亮氨酸 亮氨酸 xVHX 丝氨酸 终止 止 、 硒代半胱氨酸 色氨酸
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 谷氨酸 谷氨酸 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 天冬氨酸 天冬氨酸 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
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 半胱氮酸
U
C
A
G
终止、硒代半胱氨酸①
色氨酸
C
U
C
A
G
A
U
C
A
G
甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸
G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 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
缬氨酸、甲硫氨酸(起始②)
编码氨基酸的密码子61或62种
所有生物的密码子是 相同 的 。
终止密码子：UAA
起始密码子：AUG
(甲硫氨酸)
(缬氨酸)
种类
(64种)
UGA UAG
GUG
第一个 碱基 第二个碱基
第三个
碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 苯氨酸 丝氨酸 丝氨酸 LA与工 酪氨酸 酪氨酸 bI 半胱氨酸 半胱氨酸
U
C
A
G
亮氨酸
xVHX 丝氨酸 终止 硒 代 当 咄 色氨酸 X
亮氨酸
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 谷氨酸 谷氨酸 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 天冬氨酸 天冬氨酸 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
决定21种氨基酸的密码子一般61或62种
②特点简并性绝大多数氨基酸都有几个密码子
通用性生物有着共同的起源
③简并性的意义增强密码子容错性、保证翻译速度 ④与氨基酸对应关系：
1种密码子决定1 _种氨基酸
1种氨基酸可能由1 或 多种密码子决定
3'
密码子 密码子
真核生物1种：AUG甲硫氨酸
原核生物2种： AUG甲硫氨酸(多数)GUG甲硫氨酸(少数)
四、遗传信息的翻译 1.概念：
2.翻译的实质
GUG编码缬氨酸，只在 原核生物中作为起始密 码子，才编码甲硫氨酸
3.密码子：mRNA 上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
终止密码子：3种： UAA、UAG、UGA(特殊情况编码氨基酸)
①种类：64种 起始密码子
密码子
mRN
5'
4.tRNA
①形态： RNA链经过折叠，三叶草形
②功能： 识别、转运氨基酸
③特点：
一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
一种氨基酸可以由1种或多种tRNA转运
④反密码子
位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基 互补配对的3个相邻的碱基，有61或62种。
3 ′ 酸的部位
组
5
碱基配对
au A
反密码子
C
mRNA
密码子
3′
mRNA 进入细胞质，
与核糖体结合。
第1步
3'
5
3'
携带甲硫氨酸的tRNA,
通过与碱基AUG互补 配对，进入位点1
5
位点1
第1步
甲硫
组
3'
携带某个氨基酸的tRNA 以 同样的方式进入位点2
第2步
甲硫
5
位点1位点2
组
第3步
肽键
甲硫
组
5
位点1位点2
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
3'
核糖体沿mRNA 移动，读取下一个密码子。 原位点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
5
位点1位点2
甲硫
组 色
第4步
3'
形成肽键
组
色
位点1位点2
甲硫
3'
O
核糖体移动读取
下一个密码子
组
色
精
位点1位点2
甲硫
3'
5'
形成肽键
位点1位点2
甲硫
3'
5'
精
组
色
3'
核糖体移动读取 下一个密码子
精
半胱
位点1位点2
甲硫
组
色
5'
5' 3'
位点1位点2 形成肽键
精
半胱
甲硫
组
色
核糖体移动读取 下一个密码子
精
半胱
位点1位点2
甲硫
半胱
3'
5'
组
色
5' 3'
精
半胱
半胱
位点1位点2 形成肽键
甲硫
组
色
精
半胱
半胱
核糖体移动读取 下一个密码子
位点1位点2
甲硫
3'
5'
脯
组
色
5' 3'
位点1位点2 形成肽键
半胱 半胱
浦
色 精
甲硫
组
5'
核糖体移动读取 下一个密码子
半胱 半胱
脯
位点1位点2
甲硫
3'
组
谷
色
半胱半胱
脯 谷
形成肽键
位点1位点2
5' A
甲硫
精
组
3'
色
5'
核糖体移动读取 下一个密码子
半胱一半胱
用
位点1位点2
甲 硫
3'
精
谷
色
组
5'
形成肽键
精
半胱
半胱
脯
谷 丝
位点1位点2
甲硫
3'
组
色
脯
无tRNA
与之配
对
5'
核糖体移动读取 下一个密码子
终止密码子
3'
精
半胱
半胱
位点1位点2
甲硫
组
色
5' 3'
半胱
半胱
脯
谷
蛋白质释 放因子
位点1位点2
甲硫
精
组
色
5'
肽链释放，核糖体从mRNA上 解离，成为亚基，翻译结束
精
半胱
脯
半胱
甲 硫
3'
组
谷
色
四、遗传信息的翻译
5.翻译过程：
mRNA 进入细胞质后与核糖体_结合，(二者的结合部位会形成 2 个
tRNA 的结合位点)携带甲硫氨酸的tRNA 进入位点1 ,携带第二个氨基
酸的tRNA 进入位点_2 ,两个氨基酸之间形成肽键使甲硫氨酸转移到位
点2的 tRNA_上，核糖体沿着 mRNA_移动读取下一个 密码子
思考1:如何加快翻译的速度
→多个核糖体同时进行翻译
一个mRNA分子同时结合多个核糖体
多聚核糖体：
翻译的方向
核糖体
5'
mRNA
由 肽 链 _短→ 肽 链 长_ 的方向进行 (从左到右)
注意：多个核糖体翻译的是同 一 条 mRNA, 得到的是同一种多肽链。
7.配对方式：A-U U-A G-C C-G
8.产物：蛋白质(多肽)
9.工具：tRNA
10.场所：核糖体
11.遗传信息传递方向：mRNA—→ 蛋白质 12.发生时期：个体生长发育的整个过程 13.多聚核糖体意义：
少量的mRNA分子就可以 迅速合成大量的蛋白质
模板：mRNA
原料：游离的21种氨基酸
酶 ：合成多肽所需要的酶
能 量 ：ATP
四、遗传信息的翻译
6.条件
3'
思考2:判断下列各图中的翻译方向
UGA
UCG ACUAAGaí
G
CGc
CA U
体
UAG
cG800cuy Uc
①
C O
④ 氨基酸
氮 基 酸
细 胞 质
蛋 白 质
G
细胞核 转录
细胞质
mRNA
3'
5'
真核细胞
边转录边翻译 核基因先转录后翻译
为什么会是这样呢
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
四、遗传信息的翻译
14.真核 胞、原核细胞基 表达差异
(b)
因
(a)
细
Processing 5'
Transport
原核细胞
翻译
DNA
mRNA
3'
复习引领： 快速记忆
1.转录的概念和过程 场所、条件(模板、原料、酶、能量)、产物、
碱基互补配对原则、遗传信息传递方向
2.翻译的概念和过程 场所、条件(模板、原料、酶、能量)、产物、
工具、碱基互补配对原则、遗传信息传递方向
3.密码子的概念、位置、种类、特点
密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义
4.反密码子的位置、种类
5.细胞中少量的mRNA如何迅速合成出大量的蛋白质
多聚核糖体意义
过程 DNA复制 转录
翻译
时间 有丝分裂前间期 减数分裂前间期 生命活动的整个进程中
场所 主要细胞核(线粒体、叶绿体)
核糖体
模板 DNA的两条链 DNA的一条链
mRNA
原料 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
氨基酸
能 量 、 酶 ATP 解旋酶、 DNA聚合酶 ATP RNA聚合酶
ATP
脱水缩合有关酶
过程
配对方式 T-A、A-T、 G-C、C-G T-A、 A-U、 G-C、C-G
U-A、A-U、
G-C、C-G
产物 DNA RNA
多肽(或蛋白质)
遗传信息 传递方向 DNA→DNA DNA→RNA
RNA→蛋白质
转录、翻译与DNA分子复制的区别
mRNA
原核细胞：转录+翻译
⑧
④
⑤
图4
练一练 请判断以下图示分别代表什么过程
DNA
RNA聚合酶
肽 链
核糖体
DNA复制 转录 翻译
⑦=
翻译
8
⑥
真核细胞：转录+翻译
原核细胞：转录+翻译
图1
图2
图7
图3
起始点
0
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 DN 转录 翻译 蛋白质
五、中心法则
翻译 蛋白质
1957年，克里克提出中心法则
(RNA 病毒中才有)
复制
中心法则的完善
复制 DN
(RNA 病毒中才有)
逆转录
转录
1)烟草花叶病毒(TMV) ⑤ 逆转录
病毒
2)人免疫缺陷病毒(HIV)、 肉瘤病毒
⑤ ① ② ③ ( 病 毒自身携带的逆转录酶)
RNA ③ ④ (该类病毒，部分自身携带RNA复制酶)
中心法则分析
1 D
并非所有病毒注入到宿主细胞内的物质均只有遗传物质
① DNA复制
② 遗传信息转录
③ 遗传信息翻译
④ RNA复制
蛋白质
③
④
① DNA复制
② 遗传信息转录
③ 遗传信息翻译
④ RNA复制
⑤ 逆转录
神经细胞：②③ 胰岛B细胞：② 3
所含基因是否一样
3)具备分裂能力的细胞
4)不能分裂的细胞
中心法则分析
造血干细胞：①②③
中心法则分析
1 D
④
① DNA复制
② 遗传信息转录
③ 遗传信息翻译
④ RNA复制
⑤ 逆转录
① ② ③ (发生在： 宿主细胞内)
6)噬菌体
5)原核细胞
大肠杆菌： ① ②③
蛋白质
③
生物种类 遗 传 信 息 传 递 过 程
真核生物 遗传 物质 都是 DNA 复制 转 录 翻译 DNA一RNA一蛋白质 复制
原核生物
D N A 病 毒
R N A 病 毒 遗传 RNA- 翻译 蛋白质
逆转录病毒 物质 都是 RNA 逆转录 RNA DNA 转录 RNA- 翻译
蛋白质
归纳总结： 不同生物遗传信息的传递过程
A.①②③④⑤⑥ 过程均遵循碱基互补配对原则
B. 艾 滋 病 病 毒 侵 染 宿 主 细 胞 后 会 进 行 ④ ① ② ③ 过 程
C. 在菠菜叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均可进行
①②③过程
D. 在硝化细菌体内②和③过程可同时进行
① ⑤ DNA ④ RNA ② ⑥
mRNA
③
蛋 白 质
1.如图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程。相关叙述错误
练习
的 是
(C)
A C fG—G—A-fT 一 -C- -T
DNA:
B
转录 (俄设以B链为模板进行转录)
mRNA: A—C—U—G—G—A+-u—C—U
翻译
肽链： 苏 氨 酸肽 甘氨酸一丝氨酸
DNA(基因) 6n个碱基
mRNA 3n个碱基
肽链 O-O-O----O-0O n个氨基酸
【难点突破】基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系
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
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。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。
1961年蛋白质的体外合成实验
科学家：尼伦伯格、马太
实验技术：蛋白质的体外合成技术
实验过程：
①在每个试管中分别加入1种氨基酸；
②在每个试管中加入除去了DNA 和mRNA 的细胞
提取液；
③在每个试管中加入人工合成的RNA 多聚尿嘧啶核
苷酸。
实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯
丙氨酸的肽链。
遗传密码子的破译
实验结论：
■ 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU (第一个被破译的密码子)。
■在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。
丝氨酸
半胱氨酸
苯丙氨酸
酪氨酸
遗传密码子的破译
1 2 3 4
4
2
3
1
主要场所：细胞核
模板：DNA分子的一条链
原料：4种核糖核苷酸
产物：RNA
场所：细胞质(核糖体)
模板：mRNA
原料：21种氨基酸
产物：具有一定氨基酸顺
序的肽链(蛋白质)
储存于
属于
含有
合成
中心法则
复制
D
翻 译
蛋白质
RNA
密码子
总结
mRNA
rRNA
tRNA
m
复制
遗传信息
氨基酸
逆转录
转录
转运
编 码
NA