4.1基因指导蛋白质合成-课件(共47张PPT5个视频) --2024-2025学年下学期高一生物（人教版）必修2

(共47张PPT)
必修二遗传与进化杂交杂交自交自交
第1节 基因指导蛋白质的合成
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、互相争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。
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。
恐龙DNA
（缺陷）
青蛙DNA
补缺
完整DNA
恐龙
基因
蛋白质
细胞核
DNA能不能出细胞核？
细胞质中的核糖体
推测：有一种中间物质
蛋白质在核糖体合成
DNA在细胞核
通过信使RNA
基因是怎样指导蛋白质合成的呢？
基因指导蛋白质合成的过程，
叫基因的表达。
DNA
一、遗传信息的转录
5’
3’
5’
3’
5’
3’
U
核糖核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
鸟嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
H
H
H
H
T
脱氧核苷酸
2)结构：
单链、比DNA短
（一）为什么RNA适于作DNA的信使呢？
1.RNA的基本单位：
2.RNA与DNA的主要区别：
（1）五碳糖不同
（2）碱基不完全相同
（3）RNA一般为单链
3.RNA适于作DNA的信使的原因
①RNA也是由基本单位——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。
②RNA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。
③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。
4.RNA的种类及功能
mRNA——信使RNA
携带遗传信息，蛋白质合成的模板
tRNA——转运RNA
识别并转运特定氨基酸
核糖体RNA(rRNA）
单链
核糖体组成部分，少数RNA具有催化作用。
（局部双链）
单链
转运氨基酸
转运RNA(tRNA）
核糖体RNA(rRNA）
单链
核糖体组成部分
传递遗传信息
单链
信使RNA(mRNA）
①作为某些病毒的遗传物质
②某些RNA具有催化作用（酶）
④识别并转运氨基酸（tRNA）
③作为合成蛋白质的模板（mRNA）
⑤核糖体的组成成分（rRNA）
RNA的作用
⑴解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开，碱基暴露出来。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
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C
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G
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A
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C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
5'
3'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
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G
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T
A
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C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
ATP
RNA聚合酶
（该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用）
（二）遗传信息的转录过程
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的 ？
1.定义：
在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
2.场所：
真核生物：细胞核（主要）
3.转录过程：
⑵配对：游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则与DNA 模板链上的碱基互补配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
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G
G
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5'
3'
U
A
U
G
C
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U
G
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C
G
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5'
3'
U
A
U
G
C
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U
G
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G
A
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C
U
U
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
3'
5'
ATP
⑶连接：RNA聚合酶不断地向前推动着DNA解开螺旋，在RNA聚合酶的催化下，通过形成磷酸二酯键从子链的5’端把子链的核糖核苷酸聚合成核糖核苷酸链，形成一个mRNA。
合成方向：
子链的5’端→ 3’端
⑷脱离： 合成的mRNA从DNA链上释放，DNA双链恢复成双螺旋结构。
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
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C
C
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A
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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
G
C
A
C
G
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
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C
G
A
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C
G
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A
T
A
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
5'
3'
T
G
C
C
U
A
U
G
C
A
U
G
U
U
C
G
A
G
C
U
A
5'
3'
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。
解旋
配对
连接
释放
遗传信息的转录
4.结果
原料： 4种游离的核糖核苷酸
模板： DNA的一条链
能量： ATP
酶：RNA聚合酶
6.原则
碱基互补配对原则（A-U，T-A，C-G，G-C）
7.特点
8.实质
边解旋边转录
遗传信息从DNA传递到mRNA上，为翻译做准备。
5.条件
产生 mRNA、 tRNA、 rRNA
碱基互补配对
A -- U
T -- A
C -- G
G -- C
DNA
RNA
DNA→mRNA
（打断氢键、形成磷酸二酯键）
遗传信息的转录过程
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.与DNA复制相比，转录需要的原料和酶
各有什么不同？
3.转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
都需要模板,都遵循碱基互补配对原则;
碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性。
DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶
DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶
RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系，与非模板链的碱基序列的区别在于RNA链上碱基U的位置，对应非模板链上的碱基T。
转录
DNA复制
完全解旋
只解开有遗传效应的片段
分裂期的染色体高度螺旋，DNA很难解旋，转录很难发生。
4.分裂间期和分裂期可以进行转录吗
5.转录时，DNA链完全解开吗？
不是，只解旋有遗传效应的片段，即基因片段
6.一个DNA分子中某个基因转录时，其他基因是否一定也在进行转录？
一个DNA分子中的多个基因，不一定同时进行转录。同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的，但tRNA和rRNA的种类一般没有差异。
7.一个基因的两条链都能转录吗？
DNA两条链中只有一条链是转录的模板链
8.不同基因的模板链是否相同？
到底哪条链是模板链不是固定不变的,不同基因模板链不同。
检测
α3 -TACGTGACCGCAACGACAATT-5
（2）用β链的互补链为模板转录出来的mRNA的碱基序列是怎样的？
若DNA分子的核苷酸序列为：
（1）用α链为模板转录出来mRNA的碱基序列是怎样的？
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
U
A
A
5
3
3 -UACGUGACCGCAACGACAAAU-5
5 -ATGCACTGGCGTTGCTGTTAA-3
DNA复制与转录过程的比较：
RNA
DNA
产物
DNA的一条链
DNA的两条链
模板
边解旋边转录
半保留复制，
边解旋边复制
特点
DNA mRNA
DNA DNA
信息传递方向
RNA聚合酶
解旋酶、DNA聚合酶
酶
4种核糖核苷酸
4种脱氧核苷酸
原料
只解有遗传效应的片段
完全解旋
解旋
细胞核（主要）
细胞核（主要）
场所
转录
DNA复制

RNA产物
真核基因
启动子
RNA聚合酶结合位点
mRNA
DNA
(细胞核)
蛋白质
转录
（细胞质）
mRNA是如何指导蛋白质合成的呢？
二、遗传信息的翻译
（一）翻译的概念
在细胞质的核糖体上,以游离在细胞质中的各种氨基酸原料，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
核糖体上，生长发育过程都会发生。
（二）翻译发生的场所和时间
？
四、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
（2）mRNA怎么决定蛋白质中氨基酸的序列？
核糖核苷酸有4种，氨基酸有21种。
指在mRNA上3个相邻碱基决定一个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。
（三）翻译的过程
（1）蛋白质中氨基酸的顺序由谁决定？
信使RNA——传达DNA上的遗传信息
碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
mRNA（碱基序列）
蛋白质（氨基酸序列）
翻译
（3）密码子:
早先猜测：
1个碱基决定1个氨基酸（4种碱基只能决定4种氨基酸<21种氨基酸）
2个碱基决定1个氨基酸（4种碱基只能决定42=16种氨基酸<21种氨基酸）
3个碱基决定1个氨基酸（4种碱基只能决定43=64种氨基酸>21种氨基酸）
推测：3个碱基决定1个氨基酸。
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
1.密码子
第一字母 第二字母 (碱基符号) 第三字母 (碱基符号)
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 甲硫氨酸(起始)、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
终止密码子：不决定氨基酸，多肽链合成终止的信号。
起始密码子：
多肽链合成起始的信号。翻译第一个氨基酸。AUG\GUG:甲硫氨酸
终止密码子
决定氨基酸的密码子
1.数量：
(64个）
3个
61/62种
(含2个起始密码子AUG\GUG）
（UAA、UAG、UGA）
2.特点：
通用性
简并性
大多数氨基酸有两种以上密码子
一种密码子决定一种氨基酸
所有生物使用的遗传密码基本
相同
专一性
①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
增强密码子的容错性：
密码子的简并性可以防止因碱基的改变而导致的遗传信息的改变，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。
增强密码子的使用频率：
当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。
1.你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义
2.几乎所有的生物体都共用上述密码子(通用性) ,根据这一事实,你能想到什么
地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。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。
分析密码子的特点
tRNA(转运RNA:转运氨基酸)
反密码子：tRNA上的3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对
2.tRNA（转运RNA）(氨基酸的运载工具)与反密码子
反密码子
反密码子
反密码子
密码子
结合氨基酸的部位结合
碱基互补配对
转运RNA(tRNA)：分子结构呈三叶草形，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”，能与mRNA上的“密码子”相识别。
每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸，反密码子、tRNA 61或62种
第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合,组装成合成蛋白质的车间。
携带甲硫氨酸的tRNA，通过与mRNA上的密码子AUG（起始密码子）互补配对，进入位点1。
tRNA作为氨基酸的搬运工，通过反密码子的识别作用，将对应氨基酸运输到指定位置。
3.遗传信息的翻译过程
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
第3步：甲硫氨酸与组氨酸通过脱水缩合形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上
核糖体移动方向
第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原占据位点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。
重复步骤2、3、4，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式携带的氨基酸输送过来，以合成肽链，直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止。
合成的仅是肽链，肽链释放后，还需要进一步加工、盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的成熟蛋白质分子。
A
U
G
G
G
U
A
U
G
A
G
U
U
C
C
C
翻译的过程
位点1
位点2
核糖体移动方向
mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点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
核糖体读取下一个密码子，原来位点1的tRNA离开，原来占据位点2的tRNA进入位点1，新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码子，翻译终止。
场所：
产物：
核糖体
蛋白质
合成蛋白质的21种氨基酸
碱基互补配对：
G－C、C－G、U－A、A－U
遗传信息流动：
mRNA
蛋白质
遗传信息的翻译
翻译的条件：
①模板：mRNA
②原料：
③能量（ATP）、酶
④转运工具：tRNA
翻译的意义：
使mRNA上的遗传信息反应到蛋白质结构上
1.一个mRNA分子上只结合1个核糖体合成1条多肽链（蛋白质）吗？
3.核糖体的移动方向是？
从左到右
2.一个mRNA分子上可以结合多个核糖体，有何意义？
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质，大大提高翻译的效率。
4.这些核糖体所合成的多肽链（蛋白质）一样吗？
一样
一条mRNA上可以结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
真核生物:
核基因先转录，后翻译
边转录边翻译
原核生物:
5.原核生物和真核生物转录与翻译的关系
判断翻译的方向
核糖体移动方向
复制、转录、翻译的比较
复制 转录 翻译
场所
模板
原料
条件
产物
特点
主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
ATP、解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶、ATP ATP、tRNA、酶
2个双链DNA 1个单链RNA 多肽链
半保留复制；边解旋边复制；多起点复制 边解旋边转录 1条mRNA可同时合成多条肽链
翻译的实质：mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
基因刚转录的mRNA经过了加工。翻译结束后，mRNA被迅速降解成单体，以保证生物体生命活动的有序进行。
RNA
基因
蛋白质
转录
翻译
细胞核
细胞质
在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n=6:3:1
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？
说明：因为DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA;转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
n
6n
3n
3n
3n
转录
翻译
DNA
mRNA
蛋白质
例1.由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均分子量为a，则该蛋白质的分子量最大为（ ）
A．na/6 B．na/3-18（n/3-1）
C．na-18(n-1) D．na/6-18(n/6-1)
D
例2.某DNA片段所转录的mRNA中U%＝28%，A%＝18%，则个DNA片段中T%和G%分别占（ ）
A.46%,54% B.23%,27% C.27%,23% D.46%,27%
B
三、中心法则
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
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，叫作中心法则。
表示遗传信息传递的法则
RNA RNA
RNA复制酶
RNA DNA
逆转录酶
资料1：在RNA病毒中发现了RNA复制酶，能对RNA进行复制。（烟草花叶病毒）
资料2：在RNA病毒中发现逆转录酶，能以RNA为模板合成DNA。（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。
中心法则的发展
逆转录病毒：艾滋病病毒
不同生物中心法则的体现
生物种类 举例 遗传信息的传递过程
DNA病毒 T2噬菌体
RNA 病毒 不含逆转录酶 烟草花叶病毒
含逆转录酶 艾滋病病毒
细胞生物 动物、植物、真菌、细菌等
各种细胞的信息传递
(1)具有分裂能力的细胞：
(2)高度分化的细胞：
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
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。
1．碱基互补配对原则可发生在下列哪些结构中（ ）
①线粒体 ②高尔基体 ③叶绿体 ④核糖体 ⑤中心体 ⑥细胞核
A.②⑥ B.①②③④⑤⑥
C.①③④⑥ D.①③⑤⑥
C
2.一条多肽链中有500个氨基酸，则作为合成该多肽链的mRNA分子和用来转录mRNA的DNA分子至少有碱基多少个(　　)
A．1500个和1500个 B．1500个和3000个
C．1000个和2000个 D．500个和1000个
B
3.下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是(　　)
A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
D
课堂练习及作业：
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
A
5.下列关于蛋白质合成的叙述错误的是(　　)
A．蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束
B．携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点
C．携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合D．最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸
C
6.根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律，在下面表格数码中填入相应的字母：
C
C
G
A
T
A
G C
C G
U
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。（ ）
×
×
一、概念检测
2.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
练习与应用P69
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。
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。
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。
二.拓展应用