4.1基因指导蛋白质的合成（第2课时）课件(共33张PPT1个视频)-2024-2025学年下学期高一生物（人教版）必修2

(共33张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
Gene guided protein synthesis
目标
01
02
03
教学目标
运用数学方法分析RNA中碱基与氨基酸的对应关系。(科学思维)
通过对翻译过程和中心法则的学习认同当今生物可能有共同的起源。(生命观念)
通过建模的方法模拟翻译的过程。(科学探究)
温故知新
DNA
核苷酸语言
mRNA
核苷酸语言
氨基酸的种类、数目、排列顺序
（氨基酸语言）
DNA的遗传信息怎么传给mRNA的？
mRNA的碱基序列如何决定蛋白质的氨基酸序列？
转录
翻译
一、翻译
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序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。
1.概念：
mRNA
（碱基序列）
蛋白质
（氨基酸序列）
？
问题一：mRNA的4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
问题二：精通两种语言的结构？
一、翻译
如果1个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定_______种氨基酸；
如果2个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定________种氨基酸；
如果3个碱基对应1个氨基酸，4种碱基决定________种氨基酸。
4
16（42）
64（43）
＜21种氨基酸
＜21种氨基酸
＞21种氨基酸
至少3个碱基决定1个氨基酸才能满足需要。
数学小游戏
问题一：mRNA的4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
一、翻译
实验证据
1961年克里克实验
实验材料：T4噬菌体
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。
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子。
问题一：mRNA的4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
一、翻译
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
一、翻译
2.密码子：
探究活动一：请同学们阅读课本67页，小组合作，讨论并回答下列问题：
1.密码子共有多少种？起始密码子几种？分别为？终止密码子有几种？分别为？所有的密码子都编码氨基酸吗？
2.查阅密码子表，ACU编码什么氨基酸？苏氨酸的密码子是什么？根据此结果，你能得到什么结论？
3.几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？
一、翻译
1.密码子共有多少种？起始密码子几种？分别为？终止密码子有几种？分别为？所有的密码子都编码氨基酸吗？
2.查阅密码子表，ACU编码什么氨基酸？苏氨酸的密码子是什么？根据此结果，你能得到什么结论？
密码子共有64种，起始密码子有2种，分别是AUG、GUG，终止密码子有3种，分别是UAA、UAG、UGA
ACU编码的氨基酸为苏氨酸，苏氨酸的密码子是ACU、ACC、ACA、ACG
绝大多数氨基酸都有几个密码子。
②密码子的简并性
③密码子的通用性
一种密码子决定一种氨基酸。
①密码子的专一性
一、翻译
3.几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？
思考：你认为密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
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（比如密码子AUG突变为ACC，但都对应苏氨酸）
②从密码子的使用频率来看，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，这样可以保证翻译的速度。
当今生物可能有着共同的起源。（通用性）
一、翻译
问题二：游离在细胞质中的氨基酸，是怎么送到合成蛋白质的“生产线”上的？
3.tRNA（转运RNA） ：
3'
5'
结合氨基
酸的部位
碱基配对
探究活动二：请同学们看图思考下列问题：
1. tRNA的形状像什么？是单链还是双链？如何维持结构稳定的呢？
2. 结合氨基酸的部位在 端（ 3’或 5’）。
3. 结合氨基酸的另一端有3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，这3个碱基叫作 。
A A G
3’
反密码子
1. tRNA形似三叶草，单链结构， 在某些部位形成双链区域，以氢键连接。
AAG 赖氨酸
UUC 苯丙氨酸
CUU 亮氨酸
5’
3’
一、翻译
问题三：tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的？
观看翻译的视频，结合教材68页图4-7，尝试描述翻译的过程并回答以下问题。
1．mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？
2．核糖体上有几个tRNA的结合位点？核糖体移动的方向是什么？
3．氨基酸的排列顺序是由mRNA的碱基序列决定还是由tRNA决定？
4．翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗？
一、翻译
1．mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？
2．核糖体上有几个tRNA的结合位点？核糖体移动的方向是什么？
3．氨基酸的排列顺序是由mRNA的碱基序列决定还是由tRNA决定？
4．翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗？
问题三：tRNA转运来的氨基酸在核糖体上是如何形成蛋白质的？
观看翻译的视频，结合教材68页图4-7，尝试描述翻译的过程并回答以下问题。
起始密码子决定翻译的起始
终止密码子决定翻译的终止
核糖体移动的方向
一、翻译
4.翻译的过程 ：
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’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
位点1
第1步 携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
一、翻译
4.翻译的过程 ：
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’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
位点1
位点2
第2步：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2
一、翻译
4.翻译的过程 ：
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’
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
位点1
位点2
氨基酸脱水缩合形成肽键
第3步：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
一、翻译
4.翻译的过程 ：
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’
C
A
C
色
组
U
G
G
A
U
C
甲硫
位点1
位点2
第4步：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。
一、翻译
4.翻译的过程 ：
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
C
U
U
丝
G
G
A
位点1
位点2
终止密码子
一、翻译
探究活动三：请同学们利用核糖体、tRNA、mRNA、氨基酸模型模拟翻译的过程，
小组展示。
注意：
①起点和终点；
②核糖体沿mRNA移动；
③密码子和反密码子互补配对；
④位点1处的氨基酸（肽链）和位点2处的氨基酸怎么连接？
一、翻译
肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
思考: 如何加快蛋白质的合成速度呢？有没有与功能相适应的结构呢？
一、翻译
一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链。
2．判断翻译的方向____________。
从左到右
思考：
1．同时合成的多条肽链是否相同，为什么？
相同，因为模板为同一条mRNA。
结构与功能相适应
多聚核糖体
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
意义
一、翻译
细胞质中的核糖体
21种游离的氨基酸
mRNA
具有一定氨基酸序列的多肽链（蛋白质）
酶、能量、tRNA等
碱基互补配对
总结：
场所：
原料:
模板:
产物:
条件:
原则:
遗传信息流动:
mRNA
蛋白质
转录：
DNA
mRNA
翻译：
mRNA
蛋白质
DNA复制：
DNA
DNA
二、中心法则
你能从信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律吗？
转录
翻译
RNA
DNA
蛋白质
克里克
复制
中心法则
二、中心法则
【资料1】1965年，科学家在某种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。
【资料2】1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
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。
逆转录
转录
翻译
RNA
DNA
蛋白质
复制
DNA
复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
复制
逆转录
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)
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
复制
二、中心法则
总结：
DNA复制（染色体） 转录 翻译
场所
解旋
模板
原料
酶
能量
碱基配对
产物
主要细胞核
（线粒体、叶绿体）
DNA的两条链
DNA的一条链
每个位点都有解开
有遗传效应的片段解开
4种脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
A—T, C—G
A—U,T—A,C—G,G—C
DNA
mRNA/（rRNA、tRNA）
4种核糖核苷酸
A—U,C—G,G—C
ATP
多肽链
多种酶
21种氨基酸
mRNA
细胞质（细胞溶胶与线粒体、叶绿体）
主要细胞核
（线粒体、叶绿体）
原核生物和真核生物的区别
核基因先转录后翻译
原核细胞转录和翻译过程示意图
真核细胞转录和翻译过程示意图
边转录边翻译
基因表达过程中的相关计算
DNA、RNA的碱基和氨基酸的数量关系
DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1
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。
社会生活
【课堂巩固】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，请从遗传信息的传递和表达来说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
抗菌药物 抗菌机制
红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链延伸
环丙沙星 抑制细菌DNA的复制
利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性
表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_______过程，环丙沙星影响_____________过程，利福平影响__________过程。
转录
翻译
DNA复制
一、概念检测
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。 （ ）
×
×
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
巩固提升
1．真核细胞内某段DNA正在发生如图所示的转录过程，下列相关叙述正确的是（ ）
A．在解旋酶的作用下，DNA双链解开，碱基暴露出来B．图示过程所需原料是分别含碱基A、U、C、G的四种核糖核苷酸C．图示过程需结合两个RNA聚合酶，其均是从左向右移动D．该DNA片段的两条链均可作为模板链，图中形成的RNA的碱基序列互补
B
巩固提升
2．如图是某基因控制蛋白质合成的示意图，有关叙述正确的是（ ）
A．迅速合成大量蛋白质主要是通过①过程形成大量mRNA实现的B．①过程以脱氧核苷酸为原料，②过程以氨基酸为原料C．①过程DNA正处于解旋状态，形成这种状态需要RNA解旋酶D．若①过程碱基互补配对时发生差错，则形成的多肽可能不发生改变
D
巩固提升
3．Rous肉瘤病毒是诱发癌症的一类RNA病毒，如图表示其致病原理，下列说法正确的是（ ）
A．过程①发生在宿主细胞内，需要宿主细胞提供逆转录酶B．过程②的目的是形成双链DNA，其中酶A是一种RNA聚合酶C．Rous肉瘤病毒致癌的过程中，是将病毒的RNA整合到宿主细胞的核DNA上D．该病毒的发现使中心法则补充了遗传信息从RNA流向DNA的途径
D