4.2 基因表达与性状的关系 课件（人教版（2019）必修2）(共28张PPT)

(共28张PPT)
第三讲基因的表达
朴 魅
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A U 本
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2
它
比较项目 DNA
RNA
基本单位 脱氧核苷酸
核糖核苷酸
五碳糖 脱氧核糖
核糖
含氮碱基 ATCG
A UC G
结构 双链结构
多为单链结构
主要存在部位 细胞核
细胞质
分子大小 较大
较小
一、RNA 的结构、分类及功能
1.比较RNA 与DNA 结构
图 1 图 . 2
1.图1为 DNA , 特有成分有 脱氧核糖和碱基T ;
图2为 R NA ,特有成分有 核糖和碱基U _ 。
2.图2中A是mRNA ,功能是
传递遗传信息，合成蛋白质的直接模板，决定氨基酸序列
图2中B是rRNA ,功能是组成核糖体成分；作为酶，而催化氨基酸形成肽键 图2中C 是tRNA ,功能是识别并转运氨基酸 。
3.图1、2中含有氢键的有 图1与图2的C 。
结合氨基酸
的部位
碱基互补配对 存在氢键
反密码子：识别密码子
二 、转录
1.概 念 ：在细胞核内，以DNA 的一条链为模板，合成RNA 的过程
2.场所 主要是细胞核
3.模板 DNA 上基因的一条链 暴 糖 ， N 复
(模板链)
A
4.原料 四种核糖核苷酸
(A 、G 、C、U)
5.条 件 需 要RNA聚合酶(有解旋
的作用)和ATP DlA
6.产物 单链的mRNA
7.原则 碱基互补配对原则 片段
(A=U,T=A;G=C,C=G) 8.转录方向 从右往左
而
。
D
，
与
，
A 双链的碱基得
，D
恢
放
链
释
双
上
A
链
D
NA
后
从
子上
合成的
苷酸连
分
在
核
正
糖
NA
到
核
mR
接
的
破基互
基碰撞
键结合
DNA 的
的碱
以氢
酸与
链上
者
苷
A
两
核
DN
时
核
地
补
当
机
露
N
以
开
模板链 基因
游离的核悟核苷酸 mRINTA
第 1 步 DNA 双链解 第2步 游离的核糖核苷酸随 第3步 新结合 第4步 合成的mRNA
①解 旋 ② 碱基互补配对 ③RNA 合成 ④释放
RNA
二、转录
9.过程
遗传信息的转录
工闪
想一想
1.转录只能发生在细胞核吗
线粒体和叶绿体(真核)拟核(原核)
2.转录的结果只能得到mRNA 吗
mRNA tRNA rRNA
3.转录发生的时间
个体发育整个过程
4.一个DNA 分子可以转录成mRNA 的种类和个数是怎样的
多种 多个
三、 基因的翻译
1.概念：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，这一过程称为翻译
场所：细胞质的核糖体上
2.条件：模板(mRNA)、 原料(20种氨基酸)、能量(ATP)、酶(多种酶)、 搬运工具(tRNA)
碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的
3.密码子
mRNA 5'2
( 1 ) 概 念 ：
mRNA 上3个相邻碱基决定1个氨基酸， 此3个相邻碱基称为密码子
3'
密码子
决定
精氨酸
密码子
决定
缬氨酸
密码子
决定
组氨酸
第一个 字母 第二个字母
第三个
字母
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 半胱氨酸 半胱氨酸 终 止 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 (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
密码子总数是6 4 种 ，
决定氨基酸的密码子是 种
(包括2个 起始密码子AUG- 甲 硫氨酸；GUG- 缬氨酸);另3
个终止密码子；不编码氨基酸。
(2)密码子种类
2个起始密码：AUG
3个终止密码：UAA
GUG
UAG UGA
终 止
终 止
(3)密码子的特点
64种密码子> 氨基酸大约21种
专一性：一个密码子只对应一
种氨基酸
通用性： 地球上几乎所有生物
都共用一套密码子
简并性：一种氨基酸可对应 多个密码子
意 义 ：
如果密码子中的一个碱基发生变化，可 能使蛋白质氨基酸的种类不发生变化， 这就保证了生物遗传的相对稳定性。
第一个 字母 第二个字母
第三个
字母
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 半胱氨酸 半胱氨酸 终 止 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 (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
终 止
三、基因的翻译
①翻译有几种RNA 参写，作用是什么
②翻译从什么地方开始
③核糖体与mRNA的结合部位含有几个tRNA结合位点
M ①mRNA进入 细胞质，与核糖体 _结合 携带甲硫氨酸的tRNA ,与mRNA 的AU 互 补 对，进入 位点1。
URNA
核糖体
遗传信息的翻译
位点1位点2
m/RNA
4.过程
三 、基 因 的 翻 译
4.过 程
②携带组氨酸的_tRNA 以 同样方式进入 位点2 。
URNA
AUG CA CA
1LIII
位点1 位点2
UC CAG UAA
|||| ||
核糖体
mRNA 5'
tRNA GUG
3'
URNA GBNA
AUG CA CA UC C A G UAA
11/1ILII111111
位点1位点2
三 、 基因的翻译
4.过 程
③甲硫氨酸通过与组氨酸形成 肽 _ 键
而转移到占据位点2的tRNA上。
核糖体
mRNA 5'
肽键
H
M
3'
tRNA 离开核糖体，占据位点2 的tRNA 进
入 位点1
S 一个新的携带氨基酸的tRNA 进入 位点2,组 续肽链的合成重复步骤2、3、4,直至核糖仁
tRNAx 到mRNA 的 终止密码子
m/RNA
4.过程
核糖体
I/
三、 基因的翻译
④核 糖体读取下个密码子 ，占据位点1的
UANeGBN
位点1 位点2
一核糖体移动方向
M
想一想
(1)DNA 转录形成的mRNA从细胞核中出来进入细胞质中，与核糖体 结合穿过几层磷脂双分子层 0层
(2)氨基酸如何进入核糖体 哪个氨基酸进入是由什么决定的
tRNA搬运，由mRNA的密码子决定
(3)一个核糖体中有几个tRNA 的结合位点
2个
(4)翻译的起始位点是哪里 核糖体中的两个氨基酸形成肽键后 转移到占据哪个位点上的tRNA 上 肽链是如何形成的
核糖体读取起始密码子，2号位的tRNA, 氨基酸脱水缩合
(1)数量关系：一个mRNA 可同时结合多个核糖体
(2)目的意义：少量的mRNA 分子可以迅速合成出 量的蛋白质
(3)方向：左→右 长的翻译在前
(4)结果：多条相同的肽链
为了快速合成肽链，多个核糖体同时进行一条 肽链的翻译(× )
三、 基因的翻译
5.产物：多肽盘曲折叠(内质网、高尔基体)→ 蛋白质
6.mRNA 与核糖体数量、翻译速度的关系：(多聚核糖体)
核糖体
mRNA
正在合成的多肽链
oyuc
图 1 图 2
原核生物的转录、翻译同时同地进行，边转录边翻译
真核生物的转录主要在细胞核，翻译在核糖体，先转录后翻译 叶绿体、线粒体：边转录边翻译
总结1:真核生物与原核生物基因表达的比较
细胞核
G uuc
细 胞 质
多肽
核 孔
u G
氨 基 酸
图 1 图 2
转录和翻译 图1转录在前，翻译在在后；
(1)图1、2均为 过程 它们有何差异 图2转录、翻译同时进行。
(2)大肠杆菌可进行上述哪个过程，图1还是图2 图 2
(3)a~h 分别代表mRNA,核糖体，多肽，DNA,mRNA,RNA聚合酶，多肽，核糖体
(4)b、f、h 的移动方向分别是左→右、左→右、下→上
c的最终氨基酸序列是否相同 是 它们是否具有生物学活性
否
总结2:比较遗传信息、密码子和反密码子
遗传信息(4"种) DNA上碱基对(或： 密码子(64种) mRNA上决定1个 反密码子(61种) 存 在 位 置 脱氧核苷酸)的排列氨 顺序 直接决定mRNA的碱基 排序；间接决定多肽中 氨基酸的排序 基酸的3个相邻碱基 直接决定多肽中 氨基酸的排序 tRNA上与密码子 互补配对的3个碱基 识别密码子， 与密码子碱基互补配对 作 用 G 以 β 链 为 A. U G 酪氨酸 对 应关 G- A α DNA (基因) 模 板 m (密 RNA 码子) C, U A tRNA (反密码子) 天冬氨酸
FA
β
U
A C
GAD
T
A C
C T
1. 某蛋白质中有n 个氨基酸，则指导该蛋白质合成的mRNA 的碱基数目 为，3 n, 控制该蛋白质合成的基因中的碱基数目为6n 。
2.氨基 酸 ：mRNA 碱基数：基因碱基数= · ·
注意：1.题目所给条件是"DNA (基因)"或是"RNA"
2.“碱基”或“碱基对” 3.是否考虑终止密码子
4.不能忽略“最多”或"最少”等字
tRNA
( 反 密 码 子 )
基 数 ： 氨 基 酸
上
mRNA
( 密 码 子 )
:mRNA 碱
DNA
( 基 因 )
基 因 碱 基 数
总结3:基因表达中相关计算
-A
FG
T A c
U A C
1 3 h
(1)指出图中数码表示的过程名称：
1.DNA 复制2.转录 3逆转录 4.RNA 复制5.翻译
(2)图中箭头表示 遗传信息的传递方向
2.补充后的内容图解：
1.提出者及中心法则：克 里 克； ( DNA 转录 RNA 翻译 蛋白质。
四 、 中心法则的提出与其发展
蛋白质
生物种类 遗传信息传递过程 遗传物质 DNA 真核生物 DNA转录A-翻译 白 原核生物 DNA病毒 遗传物质： RNA RNA病毒(RNA复制酶) 如 ：烟草花叶病毒. 氧RNA-翻译 蛋白质 RNA病毒(逆转录酶) 如 ：艾滋病毒. 逆转录 RNA
DNA 转录RNA翻译蛋白质
质
蛋
翻译
蛋白质
逆转录
复制
复制
DNA_
RNA
转录
氧
D N A 复 制 转录 翻译 逆转录
R N A 复 制
场所 主要细胞核 主要细胞核 核糖体 宿主细胞
宿主细胞
模板 DNA的两 条链 DNA的一 条链 mRNA RNA
RNA
原料 4种脱氧 核苷酸 4种核糖 核苷酸 20种氨基 酸 4种脱氧 核苷酸
4种核糖
核苷酸
酶 解旋酶、 DNA聚合酶 RNA聚合酶 缩合反应 的酶 逆转录酶
RNA复制酶
能量 ATP ATP ATP ATP
ATP
总结DNA复制、转录、翻译、逆转录和RNA复制的比较
总结 DNA 复制、转录、翻译、逆转录和RNA 复制的比较 D N A 复 制 转录 翻译 逆转录
R N A 复 制
碱基 互补 配对 G→C,C→G A→T, T→A A→U, T→A A→U, U→A A→T, U→A
A→U,
U→A
产物 两个子 代DNA RNA 多肽链 DNA
RNA
信息 传递 DNA→ DNA DNA→ RNA mRNA→ 蛋白质 RNA→ DNA
RNA→
RNA
意义 前后代之间传递 遗传信息 表达 遗传信息 表达 遗传信息 通过宿主细胞 传递遗传信息 合成蛋白质
前后代之间传
递遗传信息
五、 基因控制性状的方式
1.直接控制
【合作】请合作分析镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。
镰刀型细胞贫血症 囊性纤维病
基因 结构蛋白 细胞结构 生物性状
GUG -
m缬 氨 酸
编码跨膜蛋白(CFTR)
第508位缺少苯丙氨酸
血红蛋白mRNA
血红蛋白部分 氨基酸序列
红细胞
血红蛋白基因 —GAG—
CTC
编码跨膜蛋白(CFTR)
基因缺失3个碱基对
- GAG ·
谷 氨 酸
ATP 。 H O 正常功能的 CFTR 蛋白
稀薄的黏液
氯离子
粘稠的分泌 物不断积累
异常关闭的 CFTR 蛋白
凄
GTG —
CAC
插入外来
DNA 序列 苯丙氨酸
分支酶基因 分支酶基因
淀粉分支酶
缺少了酪氨酸
淀粉多蔗糖少 淀粉少蔗糖多
黑色素
保 留 水 分 多 → 圆 粒 皱粒← — 保留水分少
白化病
豌豆的圆粒和皱粒 白化病
基因 酶 细胞代谢 生物性状
五、 基因控制性状的方式
2.间接控制
【合作】请合作分析豌豆的圆粒和皱粒、白化病的成因。
缺少苯丙氨酸羟化酶
苯丙氨酸
苯丙酮尿症
豌豆正常淀粉 豌豆异常淀粉
酪氨酸
总结
(一). 直接空制途径
1.方式：基因通过控制 蛋白质的结构直接控制生物体的性状 2.实例： 镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病 等
(二). 间接空制途径
1.方式：基因通过控制 酶的合成来控制代谢过程进而
控制生物体的性状
2.实例： 白化病、豌豆粒形 等
五、 基因控制性状的方式
3.基因与性状的对应关系
材料1人的身高可能是有多个基因决定的，其中每一个
基因对身高都有一定的作用。
基因与性状的
关系不都是简
单的线性关系 材料2玉米叶绿素的形成至少涉及50个不同位置的基因；
玉米糊粉层的颜色涉及7对等位基因；果蝇眼睛的颜色， 至少受到40个不同位置基因的影响。
这说明有时多 个基因控制一个性状
五 、基因控制性状的方式
3.基因与性状的对应关系
则生物大多数性状是受单基因控制，即一对等位基因控制一种性状。
见生物有些性状是受多个基因决定的。
见一对等位基因也可以影响多对性状。
见生物的性状还受环境条件的影响，是生物的基因和环境条件共同作用的结果。