4.1基因指导蛋白质的合成（第一课时）课件（28张1个视频）-2025-2026学年下学期高一生物（人教版）必修2

§4-1 基因指导蛋白质的合成（第一课时）
基因的表达
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使他们复活吗？
1.背景——问题探讨
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还原而来的。
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。
讨论
电影《侏罗纪公园》中的恐龙
思考
Thinking
对于真核细胞来说：
DNA主要存在于细胞核中
蛋白质合成的场所是核糖体
那么，细胞核中的DNA分子是如何控制核糖体上的蛋白质合成的呢？
思考1：这就需要一种把细胞核中的遗传信息传递到核糖体上的工具，这个工具是什么：
1.背景——问题探讨
思考
Thinking
思考1：这就需要一种把细胞核中的遗传信息传递到核糖体上的工具，这个工具是什么：
mRNA
1.背景——问题探讨
资料1、1955年，科学家用RNA酶分解变形虫细胞中的RNA，蛋白质合成停止。
资料2、1955年，科学家用放射性标记尿嘧啶核苷酸的培养液变形虫细胞，检测发现该标记先出现在细胞核，随后出现在细胞质。
2.RNA——结构（与DNA结构的比较）
①碱基不同
(只存在于DNA)
嘌呤
(只存在于RNA)
(DNA和RNA共有)
RNA有U无T，DNA中有T无U
嘧啶
②五碳糖不同
组成RNA的是核糖；组成DNA的是脱氧核糖
核糖(C5H10O5)
脱氧核糖(C5H10O4)
2.RNA——结构（与DNA结构的比较）
③核苷酸链
RNA一般是单链
DNA一般呈双螺旋结构
2.RNA——结构（与DNA结构的比较）
④其它区别
长度不同：
RNA比DNA短。
能否通过核孔：
RNA能通过核孔，从细胞核转移到细胞质；
DNA不能通过核孔。
2.RNA——结构（与DNA结构的比较）
2.RNA——结构（与DNA结构的比较）
名称
DNA
RNA
组成元素
基本单位
五碳糖
特有含氮碱基
空间结构
真核细胞中的分布
产生途径
功能
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
T
?
U
?
规则的双螺旋结构
多呈单链结构
主要在细胞核中,
少量在线粒体、叶绿体中
主要在细胞质中
储存、传递和表达遗传信息
C、H、O、N、P
C、H、O、N、P
DNA复制、逆转录
①生物体内若无DNA时，RNA是遗传物质；
若有DNA时，RNA辅助DNA完成功能。
②少数RNA具有催化作用。
转录、RNA复制
2.RNA——结构（与DNA结构的比较）
例1.下列叙述正确的是( )。
A.胞嘧啶存在于RNA中而不存在于DNA中
B.核糖存在于RNA中而不存在于DNA中
C.mRNA合成于细胞核并在细胞核中发挥作用
D.DNA都是双螺旋结构，RNA都是单链结构
B
2.RNA——种类
转运RNA（transfer RNA, tRNA）
核糖体RNA（ribosomal RNA, rRNA）
信使RNA（messenger RNA, mRNA）
2.RNA——种类
mRNA
tRNA
rRNA
分布部位

结构
功能

联系
mRNA
分布部位

结构
功能

联系
信使RNA（messenger RNA, mRNA）
转运RNA（transfer RNA, tRNA）
核糖体RNA（ribosomal RNA, rRNA）
常与核糖体结合
细胞质中
与蛋白质结合形成核糖体
翻译时作为模板
翻译时作为搬运氨基酸的工具
参与核糖体的组成
①组成相同：4种核糖核苷酸
②来源相同：都由转录产生
③功能协同：都与翻译有关
3.遗传信息的转录（RNA的合成）
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过程。
条件
模板：DNA的一条链
原料：4种核糖核苷酸
能量：由细胞呼吸提供
酶：RNA聚合酶等
场所：真核：细胞核、线粒体、叶绿体
原核：细胞质中
3.遗传信息的转录（RNA的合成）
③延伸：核糖核苷酸依次连接到mRNA上。
①解旋：RNA聚合酶一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基得以暴露。
②配对：游离的核糖核苷酸与DNA互补配对，在RNA聚合酶作用下合成mRNA。
④释放：mRNA从DNA链上释放。DNA双螺旋恢复。
转录的过程
3.遗传信息的转录（RNA的合成）
RNA与模板链是反向的
3.遗传信息的转录（RNA的合成）
3?
5?
3?
5?
5?
联系细胞分化：
不是所有基因都会转录，转录是有选择的。
细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。
mRNA、rRNA和tRNA都是转录而来的。
转录的基本单位是基因，而非整个DNA
转录得到的mRNA需要经过加工才有活性
3.遗传信息的转录（比较DNA复制和DNA转录）
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}比较项目
DNA复制
DNA转录
模板
原料
碱基互补配对原则
酶
产物
DNA
RNA
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
模板链
定义：
4.遗传信息的翻译——定义
mRNA在细胞核中通过转录形成后，通过核孔到细胞质中与核糖体结合，直接控制蛋白质的合成。
定义
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。
条件
模板：mRNA
原料：21种氨基酸
场所：核糖体（细胞质中）
运载工具：tRNA
能量：ATP
产物：具有一定氨基酸顺序的蛋白质
酶（多种）
4.遗传信息的翻译——定义
思考2：组成生物体蛋白质的氨基酸有21种，mRNA的4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？
思考
Thinking
4.遗传信息的翻译——密码子
野生型噬菌体
插入或删掉3个相邻碱基
噬菌体能侵染细菌，使死菌死亡
野生型噬菌体
噬菌体不能侵染细菌，不能使细菌死亡
插入或删掉1个或2个相邻碱基
①遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。
②遗传密码从一个固定的起点开始，以非重读的方式阅读，编码之间没有分隔符。
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。
4.遗传信息的翻译——密码子
如果mRNA上的1个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸
如果mRNA上的2个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸
如果mRNA上的3个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸
能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。
后来，科学家以通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码。
推导
4
42（16）
43（64）
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基，叫做1个密码子。
密码子
缬氨酸
决定
密码子
甘氨酸
决定
密码子
组氨酸
决定
4.遗传信息的翻译——密码子
思考3：组成生物体蛋白质的氨基酸有21种，mRNA的4种碱基决定了64种密码子，那氨基酸和密码子之间是怎样对应的？
思考
Thinking
4.遗传信息的翻译——密码子
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}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 (原核起始)
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
21种氨基酸的密码子表
4.遗传信息的翻译——密码子
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}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 (原核起始)
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
21种氨基酸的密码子表
真核生物的起始密码子为AUG，编码甲硫氨酸。
AUG可作为原核生物的起始密码子，编码甲硫氨酸。
原核生物也可以使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。
4.遗传信息的翻译——密码子
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}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 (原核起始)
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
21种氨基酸的密码子表
UAA、UAG为终止密码子，提供翻译终止的信号。
UGA正常情况下为终止密码子，特殊情况下，可编码硒代半胱氨酸。
4.遗传信息的翻译——密码子
4.遗传信息的翻译——密码子
例2.下列相关叙述正确的是( )。
A.密码子有64种，每个密码子都与一个反密码子相对应
B.反密码子位于mRNA上，密码子位于 tRNA 上
C.除原核生物外，一个密码子最多只能对应一个氨基酸
D.每种氨基酸可以对应多种 tRNA ，每种 tRNA 也可以对应多种氨基酸
?
C
本课学习结束