4.1基因指导蛋白质的合成(共58张PPT，含3个视频) 2024-2025学年人教版（2019）高中生物必修二

(共58张PPT)
问题探讨 P64
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。
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？
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。
第四章 基因的表达
蛋白质是生命活动的______者和_____者
性状的形成离不开________(特别是酶)的作用
______控制生物体的性状
基因_________蛋白质_______来_____性状！
体现
承担
蛋白质
基因
通过指导
的合成
控制
BIOLOGY
基因指导蛋白质的合成
Genes direct the synthesis of proteins
第一节
RNA
蛋白质
？
1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。
1955年，戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。
提出验证RNA是信使的实验思路？
RNA的种类及功能
The types and functions of RNA
01
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
多为双链结构
多为单链结构
细胞核
细胞质
1.RNA与DNA的区别
DNA的基本单位
RNA的基本单位
脱氧核苷酸链
脱氧核苷酸
DNA
（双链）
连接
A
T
G
C
T
A
C
G
核糖核苷酸链
核糖核苷酸
RNA
（单链）
连接
为什么RNA适于作DNA的信使
③RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，
保证生命活动的有序进行。
①RNA也可以储存 ；②一般是____链，比 DNA 短，因此能够通过_____，从_______转移到_______中。
单
核孔
细胞核
细胞质
遗传信息
RNA的种类及功能
mRNA（messenger RNA）
——信使RNA
mRNA
携带遗传信息，蛋白质合成的模板
tRNA（transfer RNA）
——转运RNA
tRNA
rRNA（ribosomal RNA）
——核糖体RNA
识别并运载氨基酸
核糖体的组成成分
遗传信息的转录
Transcription of genetic information
02
核糖核苷酸
RNA聚合酶
DNA
RNA
5
3
5
5
3
RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来
第一步-解旋
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对
第二步-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
第三步-连接
合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复
第四步-释放
RNA与模板链是反向的
转录方向（子链的5 →3 ）
①模板链是DNA的两条链还是一条链？
1条
②DNA和RNA的碱基如何配对？
A-U,T-A,
G-C,C-G
模板链
遗传信息的转录
在 内，以DNA的 为 ，
按照 的原则合成 的过程。
2.概念：
细胞核
一条链
模板
碱基互补配对
RNA
3.实质：遗传信息从 转移到了 。
DNA
mRNA
（主要场所）
4.产物：
RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
遗传信息的转录
条件：
①模板
③能量
②原料
④酶
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
遗传信息的转录
转录以基因为单位，
同一DNA分子上不同基因模板链不同；但某个基因的模版链是固定的
分裂间期和分裂期可以进行转录吗？
分裂期的染色体高度螺旋，
DNA无法解旋，转录无法发生。
同一生物体不同种细胞中转录形成的mRNA不完全相同；
遗传信息的转录
1.写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列，
2.写出b链对应的a链的碱基序列。
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
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？
②比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
碱基互补配对原则保证遗传信息传递的准确性。
需要模板、遵循碱基互补配对原则等。
转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对关系；
与DNA非模板链的碱基序列相同，但要将T替换为U。
习题巩固
1、在人体中，由A、U、C三种碱基参与构成的核苷酸共 ( )　
A．3种　　 B．4种　　 C．5种　　 D．6种
2、DNA复制，转录后所形成的产物分别是( )　
A．DNA，RNA　　 B．DNA，氨基酸
C．RNA，核糖　　　 D．RNA，DNA
3、DNA分子的基本功能是遗传信息的( )　
A．贮存和表达　　 B．传递和表达
C．转录和翻译　　 D．贮存和传递
C
D
A
习题巩固
4、“遗传信息”是指( )
A、 基因的脱氧核苷酸排列顺序 B、DNA的碱基对排列顺序
C、信使RNA的核苷酸排列顺序 D、蛋白质的氨基酸排列顺序
5、在胰蛋白质酶合成过程中，决定它性质的根本因素是( )　　
A．mRNA　　 B．tRNA　　 C.核糖体　　 D．DNA
6、某信使RNA中有碱基60个，其中G+A为25个，那么转录此RNA的
DNA中G+A为( )
A．25　　 B．35　　 C．50　　 D．60
D
A
D
遗传信息的翻译
Translation of genetic information
03
遗传信息的翻译 P66
1、翻译的概念：
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，称为遗传信息的翻译。
mRNA的碱基序列
蛋白质的氨基酸序列
2、翻译的实质：
场所：
核糖体
3.过程：
遗传信息的翻译
mRNA：
碱基的数量
排列顺序
种类
蛋白质：
氨基酸的数量
排列顺序
种类
决定
决定
决定
种
4种
21种
讨论：至少需要多少个碱基才能够决定21种不同的氨基酸？
要想知道mRNA是如何翻译成蛋白质的，首先要寻找mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
密码子
1个碱基决定1个氨基酸
2个碱基决定1个氨基酸
3个碱基决定1个氨基酸
决定4种氨基酸
决定16种氨基酸
氨基酸组合64种
G
U
G
C
A
U
C
G
A
mRNA
5'
3'
密码子
缬氨酸
密码子
组氨酸
密码子
精氨酸
1961年，英国的克里克和同事用实验证明：
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
一个密码子。
1967年，科学家将20种氨基酸的密码全部破译，将其编制成密码子表。
位置
组成
作用
64个
遗传密码子的破译
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
除去DNA和mRNA的细胞提取液
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸
肽链
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。
21种氨基酸的密码子表
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
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
21种氨基酸的密码子表
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
终止密码子： 、 、 。
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、
（ 种） （缬氨酸、甲硫氨酸）
64
UAA
GUG
AUG
UGA（硒代半胱氨酸）
UAG
一种密码子决定____种氨基酸；
一种氨基酸由 密码子决定。
1种或几种
1
专一性：
密码子的特点
亮氨酸 CUA
UUA
AUA
GUA
亮氨酸
异亮氨酸
缬氨酸
CCA
CAA
CGA
脯氨酸
谷氨酰胺
精氨酸
CUU
CUC
CUG
亮氨酸
亮氨酸
亮氨酸
增强密码子容错性：当密码子改变时，可能不会改变对应的氨基酸；
当某种氨基酸使用频率较高时，几种不同密码子都编码同种氨基酸可以提高翻译速度。
简并性：一种氨基酸可能有多个密码子；
通用性：几乎所有的生物体都共用一套密码子。
（说明当今生物有着共同的起源）
专一性：一个密码子决定一个特定氨基酸
tRNA的特点：
①种类很多
②每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸
③分子结构特别：内部有氢键，折叠成三叶草的叶形，其“叶柄”端能与一个特定的氨基酸结合，“叶片”端有三个特殊的碱基称为“反密码子”。
tRNA上与mRNA上密码子互补配对的3个碱基。
C
A
U
天冬
氨酸
反密码子
A
G
U
异亮
氨酸
反密码子
观察P68图4-7思考
一种tRNA携带的氨基酸：
根据tRNA上的反密码子对应的密码子确定。
思考与讨论
蛋白质的“生产线”是什么？
mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？
图中mRNA上共有几个密码子？
翻译合成的肽链的氨基酸序列是怎样的？
核糖体与mRNA结合部位有几个密码子的位置？
谁在动？一次移动多远？
翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗？
P68图4-7思考
遗传信息的翻译 P68
U
A
C
甲硫氨酸
组氨酸
G U G
色氨酸
A C C
第1步:______进入细胞质，与_______结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG________，进入位点____。
A
G
U
C
C
A
U
A
A
G
G
U
mRNA
mRNA
核糖体
遗传信息的翻译 P68
A
G
U
C
C
A
U
A
A
G
G
U
色氨酸
A C C
U
A
C
甲硫氨酸
第1步:______进入细胞质，与_______结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG________，进入位点____。
mRNA
核糖体
互补配对
1
第2步:携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点_____。
2
组氨酸
G U G
遗传信息的翻译 P68
A
G
U
C
C
A
U
A
A
G
G
U
组氨酸
G U G
色氨酸
A C C
U
A
C
甲硫氨酸
第1步:______进入细胞质，与_______结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG________，进入位点____。
mRNA
核糖体
互补配对
1
第2步:携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点_____。
2
肽键
第3步:甲硫氨酸与这个氨基酸形成_____，从而转移到位点_____的tRNA上。
2
肽键
遗传信息的翻译 P68
A
G
U
C
C
A
U
A
A
G
G
U
组氨酸
G U G
U
A
C
甲硫氨酸
第4步: _______沿______移动，读取下一个密码子，原占位点___的tRNA离开核糖体，原位点___的tRNA进入位点__，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点___，继续肽链的合成。
核糖体
mRNA
1
2
1
2
色氨酸
A C C
遗传信息的翻译 P68
A
G
U
C
C
A
U
A
A
G
G
U
组氨酸
色氨酸
A C C
甲硫氨酸
X X X
XXX
随着________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____________，合成才告终止。
核糖体
终止密码子
遗传信息的翻译 P68
A
G
U
C
C
A
U
A
A
G
G
U
甲硫氨酸
组氨酸
色氨酸
XXX
遗传信息的翻译
4.条件：
①模板
③能量
②原料
④工具
mRNA
21种氨基酸
ATP
tRNA、核糖体
5.产物：
6.原则：
具有一定氨基酸序列的蛋白质（肽链）
碱基互补配对（A-U，U-A，C-G，G-C）
多聚核糖体
在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37℃时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。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出大量的蛋白质。
遗传信息的翻译
真核生物核基因：
先转录，后翻译
DNA
mRNA
RNA聚合酶
边转录边翻译
真核生物细胞质基因
原核生物基因：
原核生物和真核生物在细胞结构上有什么区别？在基因表达过程中有什么不同？
DNA被核膜限制在细胞核内，使转录和翻译分隔在细胞的不同区域进行，有利于两项重要生命活动高效、准确进行。
P64想象空间
DNA的复制、转录和翻译的比较
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
特点
原则
信息传递方向
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
细胞质中的核糖体
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
DNA解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
与蛋白质合成有关的酶
DNA
RNA
多肽
A－T T－A G－C C－G
A－U T－A G－C C－G
A－U U－A G－C C－G
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
半保留复制
边解旋边复制
边解旋边转录
一个mRNA可同时结合多个核糖体翻译
中心法则
Central dogma
04
从信息传递的角度，用流程图总结遗传信息传递的一般规律？
中心法则
中心法则：
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则的完善
逆转录
复制
中心法则
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
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
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
中心法则
中心法则适用条件：
①DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物遵循的法则。
②RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中，且逆转录过程必须有逆转录酶的参与。
中心法则的意义：
①对遗传信息流动过程的概括。
②对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。
③对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。
思考与讨论
生物体从亲代继承的是物质、能量还是信息？
遗传信息的传递需要哪些条件？
怎样理解生命与物质、能量、信息三者之间的关系
P69
C
G
T
G
C
A
C
A
T
G
C
A
C
T
G
G
T
A
DNA
氨基酸
C
G
U
G
C
A
C
A
U
mRNA
精氨酸
G
C
A
tRNA
遗传信息
遗传密码
反密码子
氨基酸序列
基因的碱基数
mRNA的碱基数
氨基酸数 =
6
3
1
模板链
谷氨酸
C
U
G
组氨酸
G
U
A
n
3n
6n
注意：无特别说明，不考虑终止密码
基因表达过程中的数量计算
小结
RNA
蛋白质
转录
原料
模板
酶
场所
反密码子
原料
模板
场所
工具
氨基酸
核糖体
RNA聚合酶
核糖核苷酸
主要在细胞核
一条链
组成
决定
rRNA
mRNA
tRNA
种类
密码子
三个碱基
翻译
DNA
习题巩固
1．基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述
是否正确。
（1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。
（ ）
（2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。
（ ）
X
X
习题巩固
密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。
密码子是指 （ ）
A. 基因上3个相邻的碱基
B. DNA上3个相邻的碱基
C. tRNA上3个相邻的碱基
D. mRNA上3个相邻的碱基
D
习题巩固
3.红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的
抗菌机制如下表所示， 请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗
疾病的道理。
题中的三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。
抗菌药物 抗菌机制
红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸
环丙沙星 抑制细菌DNA的复制
利福平 抑制细菌RNA酶的活性
习题巩固
4. 如图为某生物细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是（ ）
A. 图中表示4条多肽链正在合成
B. 一个基因在短时间内可表达出多条完全相同的多肽链
C. 核糖体的移动方向为从左向右
D. 多个核糖体共同完成一条肽链的合成
B
习题巩固
5.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含的碱基数依次为（ ）
A.33、11、66 B.36、12、72
C.12、36、24 D.11、36、72
B
解析：氨基酸数目=肽键数目+肽链数目=11+1=12个；基因中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1，该肽链含有12个氨基酸，则控制其合成的mRNA分子至少含有的碱基个数为12×3=36个；每个氨基酸都需要一个tRNA来运载，因此合成该多肽需要12个tRNA；转录此mRNA的基因中碱基数至少为12×6=72个。