4.1 基因指导蛋白质的合成 第2课时 课件(共34张PPT) 2024-2025学年高一生物学人教版（2019）必修第二册

(共34张PPT)
4.1 基因指导蛋白质的合成
第2课时
学习目标
01
能够概述遗传信息的翻译过程。
03
能说出DNA碱基、mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
02
能够阐明中心法则的具体内容。
mRNA合成以后，通过什么结构进入细胞质中
核孔
真核生物的mRNA、tRNA、rRNA在细胞核中合成后，进入细胞质中参与蛋白质的合成过程。
1.翻译的概念：
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。
？
U
U
A
G
A
U
A
U
C
mRNA
蛋白质
碱 基 序 列
氨基酸序列
碱基
氨基酸
4种
21种
翻译
难题一
一、遗传信息的翻译
mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系？
4种
21种

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
显然不够
还是不够
足够满足
第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要
资料：克里克T4噬菌体实验
第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家---克里克
上世纪50～60年代，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
由该实验可以得到什么结论
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫作密码子
(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？
后来科学家又一步步推测和实验，证明确实是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
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 A AGA
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
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
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
任务一：分析密码子的特点
1．从教材P67的密码子表中可以看出，一种氨基酸可能有几个密码子，你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
G
C
G
A
U
U
G
A
U
C
G
A
C
G
A
正常mRNA
G
C
G
A
U
C
G
A
C
C
G
A
C
G
A
错误mRNA
天冬氨酸
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸
密码子的简并性
①增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；
②提高使用频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
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。
密码的通用性
2.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？
任务一：分析密码子的特点
①相邻的密码子之间无间隔、不重叠;
②64个密码子都有作用，有3个终止密码子;
③绝大多数氨基酸都有几个密码子。
一种密码子决定一种氨基酸
绝大多数氨基酸都有几个密码子。
2.密码子的简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
3.密码子的通用性
1.密码子的专一性
【核心归纳】
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
结合氨基酸的部位
密码子
反密码子
OH
A
A
C
碱基配对
RNA链经过折叠，形成三叶草形。
1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸
形态：
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。
功能特点：
问：若密码子为UAA，则对应的反密码子是？
由于UAA是终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子。
3.tRNA与反密码子
起始密码子
mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入位点1。
第一步：
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
甲
核糖体
4.翻译过程
E
1
2
甲
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到位点2的tRNA上。
组
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
第二步：
第三步：
E
1
2
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点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。
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
第四步：
肽链合成后，从核糖体上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
第五步：
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？
4.翻译合成的肽链具相应生物学功能吗？
mRNA
核糖体
相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
不具有生物学功能，还需加工。
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
任务二：分析翻译的过程
①
②
③
④
⑤
⑥
5.翻译能够精确进行的原因是什么？
①mRNA为翻译提供了精确的模板；
②通过mRNA上密码子和tRNA上反密码子碱基互补配对，保证翻译能够准确进行。
6.图所示的翻译特点，其意义是什么？
少量mRNA分子可迅速合成大量蛋白质。
7．请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。
原核生物：边转录边翻译
真核生物：先转录，后翻译
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
5.列表比较DNA复制、转录和翻译
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
基因表达的过程中，DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？
A—C—U—G—G—A—U—C —U
UGA CCU AGA
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
ACU GGA UCU
DNA
1
3
6
mRNA
蛋白质
6.基因表达的相关计算
计算中“最多”和“最少”分析
①翻译时，mRNA上终止密码子不决定氨基酸；DNA中有片段无遗传效应，不能转录出mRNA。
②因此，mRNA上碱基数目是蛋白质中氨基酸数目
3倍多一些。基因或DNA上是6倍多一些。或氨基酸小于n。
③回答有关问题时应加上“最多”或“最少”等字
如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
1．下图表示细胞内进行的某种生理过程。下列有关叙述正确的是(　　)
A．赖氨酸对应的密码子是UUU
B．图中过程表示翻译，沿mRNA 5′端→3′端方向进行
C．该过程需要RNA聚合酶
D．图中只有两种RNA
B
2．根据表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子可能是(　　)
DNA双链
T G
mRNA
tRNA反密码子 A
氨基酸 苏氨酸
A.TGU　　　　　　　　　 B．UGA
C．ACU D．UCU
C
二、中心法则
复制 转录 翻译
信息流动方向
1957年，克里克提出中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图。
弗朗西斯·克里克
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。
中心法则的发展
1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。
RNA复制酶
情景材料一：
RNA
RNA
RNA
逆转录酶
艾滋病病毒
1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
情景材料二：
DNA
中心法则的完善
复制
DNA
逆转录
转录
复制
RNA
翻译
蛋白质
1.完整的中心法则图示
2.内容及意义：
DNA
DNA
DNA的复制
DNA
RNA
蛋白质
遗传信息的转录和翻译
表示遗传信息传递的法则
遗传信息可以从_______流向_______，即______________；也可以从_____流向______，进而流向_________，即_________________________，可见
生命是______、______和_______的统一体
物质
能量
信息
思考：是否所有生物均能发生中心法则的所有过程？
完善后的中心法则
(1)中心法则的所有过程并不适用于所有生物，但所有生物均能发生一部分过程。
(2)DNA合成过程既包括DNA复制过程，也包括在逆转录酶作用下以RNA为模板合成DNA的过程。
(3)中心法则的5条信息传递途径都遵循碱基互补配对原则，但配对的碱基有差别。　
3点提醒：
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
3．中心法则提出了生物遗传信息的传递与表达的过程(如下图所示)。下列与图相关的叙述不正确的是(　　)

A．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是c
B．某些RNA病毒遗传信息的表达过程为d→b→c
C．真核细胞中，a、b两过程发生的主要场所相同
D．d过程与模板链上碱基配对的碱基有A、U、C、G
D