浙科版（2019）必修二 3.4 基因指导蛋白质合成 课件(共53张PPT)

(共53张PPT)
知识回顾：蛋白质特点
①基本单位： .
C
R
H2N
H
COOH
②蛋白质的构成:
氨基酸通过 的方式连接成一条 。
一条或多条肽链通过 形成具有空间结构的蛋白质。
氨基酸
脱水缩合
肽链
盘曲、折叠
第四节 基因指导蛋白质的合成
本节聚焦：
理解 tRNA、mRNA等基本概念;
概述转录的过程。
阐明遗传信息的翻译过程，说明密码子的简并性。
概述遗传信息传递的中心法则。
体会细胞各部分之间是紧密联系的，各部分结构与功能相适应。
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。
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。
①基因通过控制 直接控制生物体的性状
蛋白质的结构
镰刀型细胞贫血症
血红蛋白基因结构改变
↓
异常血红蛋白
↓
红细胞异常
一、基因通常是DNA分子的功能片段
②基因通过控制 ，间接控制生物体的性状
酶的合成来控制代谢过程
白化病：
酪氨酸
黑色素
酪氨酸酶
基因
缺陷基因
↓
无有活性酪氨酸酶
↓
无法合成黑色素
基因通过控制蛋白质的合成来控制细胞的生命活动，即性状的表现
染色体
基因1
基因2
基因与DNA和染色体以及脱氧核苷酸间的关系
下图中a～d表示果蝇X染色体上的几个基因
非基因片段
非基因片段
非基因片段
基因1片段
基因2片段
基因3片段
基因4片段
基因是
具有遗传效应的DNA片段
遗传物质结构和功能的基本单位
DNA分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称
DNA
染色体
基因
例如：豌豆的高茎基因D和矮茎基因d含有不同的脱氧核苷酸排列顺序。
一、基因通常是DNA分子的功能片段
基因
蛋白质
对于真核细胞来说：
DNA主要存在于 中
蛋白质合成的场所是 。
细胞核
核糖体
DNA能否直接作为模板指导蛋白质的合成？
事实:1: DNA作为遗传物质，被折叠压缩固定在核骨架上，无法随意移动，目的是对DNA进行保护
事实2：DNA分子直径约2nm，核糖体大致为圆形颗粒，直径为23nm，而核孔只有0.9nm。
基因
蛋白质
对于真核细胞来说：
DNA主要存在于 中
蛋白质合成的场所是 。
细胞核
核糖体
RNA
DNA能否直接作为模板指导蛋白质的合成？
DNA(基因）
蛋白质的合成
信使
资料1：1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。
资料2： 1955年，戈德斯坦和普劳特用放射性同位素标记的尿嘧啶培养液培养变形虫，检测到放射性物质从细胞核转移到细胞质。
一、RNA的结构和功能
阅读P71，回答以下问题：
1：DNA和RNA有哪些方面的不同？尽量多的列举
2：RNA的种类有哪些？
3：RNA的作为信使的条件有哪些？
4：推测DNA上的信息如何传给RNA？
二、RNA的结构和功能
核糖核苷酸
C、H、O、N、P
基本单位：
核糖核苷酸
A(腺嘌呤）
U(尿嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鸟嘌呤)
5’
1’
2’
3’
4’
元素组成：
RNA:
磷酸二酯键
1. RNA的组成：
一般为单链:
一、RNA的结构和功能
2. RNA的种类和功能：
“三叶草型”
转运RNA（tRNA）
信使RNA（mRNA）
核糖体RNA（rRNA）
遗传信息传递的媒介， 蛋白质合成的模板
核糖体的组成成分
转运氨基酸的工具
tRNA
RNA与DNA的区别
DNA RNA
分布 主要是________ 主要是__________
基本单位
化学组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸
五碳糖
碱基 A、_____、G、C A、_____、G、C
结构 一般为_______
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
双螺旋结构
单链
细胞核
细胞质
T
U
练一练
1、下列关于RNA的结构和功能的叙述，错误的是（ A ）
A.所有RNA中都不含氢键
B.RNA含有的五碳糖是核糖
C.RNA能在细胞内传递遗传信息，也能携带氨基酸
D.某些RNA能在细胞内催化化学反应
三、基因指导蛋白质的合成（基因的表达）
阅读教材70-72页，遗传信息的转录过程，回答以下问题：
1、转录的概念？时间？场所？
2、转录需要哪些条件
3、简述转录过程
4、转录过程有何特点
DNA的遗传信息是怎样传给信使RNA的？
三、基因指导蛋白质的合成（基因的表达）
1、概念
2、场所
主要在细胞核中，在____________的作用下以_______________
为模板合成RNA的过程叫做转录。
RNA聚合酶
DNA的一条链
真核生物：
原核生物：
细胞核、叶绿体、线粒体
拟核
3、时期
个体生长发育的整个过程
三、基因指导蛋白质的合成（基因的表达）
解旋 → 配对 → 连接 → 释放
4、过程：
二、基因指导蛋白质的合成（基因的表达）
解旋:
RNA聚合酶
合成RNA
RNA链5' 端→ 3' 端
条件
模板：
原料：
能量：
酶：
方向：
释放:
特点：
RNA聚合酶（断裂氢键，形成磷酸二酯键）
DNA的一条链
4种游离核糖核苷酸
ATP
碱基配对方式：
A—U、T—A、C—G、G—C
边解旋边转录
释放RNA，DNA双螺旋恢复
5、产物
RNA
(mRNA、tRNA、rRNA)
二、基因指导蛋白质的合成（基因的表达）
解旋:
RNA聚合酶
合成RNA
RNA链5' 端→ 3' 端
条件
模板：
原料：
能量：
酶：
方向：
释放:
特点：
RNA聚合酶（断裂氢键，形成磷酸二酯键）
DNA的一条链
4种游离核糖核苷酸
ATP
碱基配对方式：
A—U、T—A、C—G、G—C
边解旋边转录
释放mRNA，DNA双螺旋恢复
DNA→mRNA
5、遗传信息的流动方向：
6、产物
RNA
(mRNA、tRNA、rRNA)
转录不是转录整个DNA分子，而是转录其中的基因
DNA复制和转录的比较
DNA复制 转录
时间
场所
解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
有丝间期和减1间期
生长发育过程
先后 完全解旋
只解有遗传效应片段（基因）
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链为模板
游离的4种脱氧核苷酸
游离的4种核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶
RNA聚合酶
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
2个子代DNA分子
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体
新链从5’端-3’端延伸
转录是转录整个DNA分子吗？
转录其中的基因
基因1
基因2
基因3
非基因片段
非基因片段
非基因片段
非基因片段
一、RNA的结构和功能
①能够储存并传递遗传信息
它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成，这使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。同时RNA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U与A配对。
②容易转移到细胞质
RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。
4. RNA适于作DNA的信使的原因 （为什么RNA可以帮DNA送信？）
穿过0层膜
DNA
RNA
练一练
1、如图是真核生物mRNA的合成过程示意图，①表示相关过程，②③④表示相关物质，请据图判断相关叙述正确的是（ ）
A. ①过程表示DNA分子解旋
B.图中②表示 RNA,③表示DNA聚合酶
C.图中④的合成需要③的参与作用
D.图中②的合成只能在细胞核中进行
A
遗传信息由DNA传递给了mRNA
转录的实质：
转录
？
RNA
蛋白质
DNA
翻译
转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何翻译成蛋白质？
三、遗传信息的翻译
阅读教材P66-67，思考下列问题:
1.翻译的概念是什么
2.翻译的实质是什么
3.什么是密码子
4.起始密码子和终止密码子有哪些？
5.什么是密码子的简并
6.什么是反密码子？
7.tRNA的运载特点是什么
三、遗传信息的翻译
实质：
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，这一过程叫作翻译。
将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
思考1：mRNA的4种碱基如何对应蛋白质的20种氨基酸？
思考2：谁来翻译？（既懂核苷酸“语言”，又懂氨基酸“语言”？）
RNA
四种碱基
蛋白质
20种氨基酸
A U C G
三、遗传信息的翻译
3个碱基决定1个氨基酸
1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，将某个基因中增加或删除1个、2个、3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。（教材P70）
实验结果：⑴增加或删除1个、2个碱基，无法正常产生蛋白质；
⑵增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。
实验证据
密码子
决定
缬氨酸
密码子
密码子
精氨酸
组氨酸
决定
决定
3'
5'
mRNA
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻核苷酸
2 、密码子:
认读：
密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠
位置：
mRNA上
21种氨基酸的密码子表
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 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
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 G AGG
三、遗传信息的翻译
第一个 碱基 第二个碱基 第三个
碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 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 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 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
共有64个
1、密码子的个数：
2、密码子的种类：
终止密码子：3个
不编码氨基酸，是终止信号
三、遗传信息的翻译
第一个 碱基 第二个碱基 第三个
碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 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 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 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
3、密码子与氨基酸的关系：
①1种密码子只能决定
氨基酸
②1种氨基酸可能由
密码子决定
1种或多种
①专一性
②简并性
③通用性：
地球上几乎所有生物都共用一套密码子。
1种
遗传信息、密码子、反密码子的比较
存在位置 含义 生理作用
遗传信息
密码子
反密码子
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序
直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序
识别密码子
三、遗传信息的翻译
氨基酸不含碱基，不能与mRNA上的密码子直接配对,是谁将氨基酸精准运送到mRNA上？
氨基酸的搬运工——tRNA
①形态：
RNA单链经折叠（形成氢键），形成三叶草结构
②功能特点：
识别并转运一种氨基酸。
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
③反密码子：
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
位于tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
④特点：
每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸；
而一种氨基酸可由__________种tRNA转运；
一
一或多
mRNA的5’端 3’端
⑤密码子的阅读方向：
1. 结构特点
三、遗传信息的翻译
2. 过程
三、遗传信息的翻译
2. 过程
第1步：mRNA在细胞质中与核糖体结合，携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
三、遗传信息的翻译
2. 过程
第3步：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上
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。
三、遗传信息的翻译
2. 过程
位点1
位点2
G
A
C
就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将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，合成才告终止。
G
G
U
C
U
G
A
A
U
G
A
C
U
C
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
G
A
U
C
C
U
A
A
G
G
C
U
U
C
A
A
C
C
A
G
G
半
色
组
甲
精
谷
半
脯
丝
U
C
U
终止密码子
3'
5'
翻译方向
三、遗传信息的翻译
A— 、G— 、C— 、U—
4. 条件
模板：
原料：
能量：
酶：
mRNA
20种氨基酸
ATP
6. 产物
肽链
(脱离时不成熟，还要在内质网、高尔基体中加工成蛋白质)
3. 场所
细胞质中的核糖体
搬运工具：
tRNA
5. 配对方式
U
A
G
C
7. 遗传信息传递的方向
RNA→蛋白质
多种酶
8. 方向
mRNA链5' 端→ 3' 端（核糖体的移动方向）
三、遗传信息的翻译
①
②
③
④
⑤
⑥
mRNA
核糖体
3'
5'
肽链
（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）有何意义？
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
（3）翻译的方向？（即核糖体移动的方向）
由肽链_____→肽链_____的方向进行
（从左到右）
短
长
真核细胞中复制、转录、翻译的比较
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
配对原则
信息传递
特点
主要在细胞核、拟核
主要在细胞核、拟核
核糖体
DNA的每一条链
DNA的一条链
mRNA
游离的4种脱氧核苷酸
游离的4种核糖核苷酸
20种氨基酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
肽链
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
多种酶
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
半保留复制、边解旋边复制
边解旋边转录
先转录，后翻译
原核生物：边转录边翻译
练一练
1、如图所示为甲、乙两类细胞内遗传信息的传递过程，下列叙述正确的是（ ）
A.细胞甲可表示大肠杆菌细胞内遗传信息的传递过程
B.细胞甲中多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译
C.细胞乙中①和②过程都有T-A碱基配对现象
D.细胞乙中核糖体从mRNA的3'﹣端向5'﹣端移动
A
解析：细胞甲中转录与翻译过程同时进行，是原核生物细胞，A 正确；细胞甲中多个核糖体同时与一条mRNA结合，可以在短时间内大量合成相同的多条多肽链，B错误；细胞乙中①为DNA 转录成 RNA 过程，有T-A 碱基配对现象，②为翻译过程，存在密码子与反密码子的配对，是 RNA 与 RNA的配对，含有U-A碱基配对现象，C错误；一条mRNA 可同时结合多个核糖体，核糖体上合成的肽链越短说明翻译开始得越晚，细胞乙中核糖体从mRNA的5‘一端向3’一端移动，D错误。
练一练
B
2、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
四、中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
弗朗西斯·克里克
克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？
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？
复制 转录 翻译
信息流动方向
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
四、中心法则
RNA复制酶
RNA
资料2： 1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
艾滋病病毒
RNA
逆转录酶
DNA
资料1：1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制。
RNA
四、中心法则
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的__________，蛋白质是信息的___________，而_____为信息的流动提供能量，可见：生命是______、______和_______的统一体。
表达产物
ATP
物质
能量
信息
物质载体
虚线表示少数生物的遗传信息的流向
四、中心法则
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)
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
复制
RNA
蛋白质
翻译
逆转录
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
RNA
逆转录酶
五、基因表达的相关计算
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
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
转录
翻译
ACU GGA UCU
DNA
1
3
6
mRNA
蛋白质
基因中碱基数︰mRNA中碱基数︰蛋白质的氨基酸个数=_______
6︰3︰1
注意：基因中存在不编码蛋白质的片段，因此DNA所含有的碱基数要大于6n，而mRNA中也存在终止密码子等片段，所以mRNA中所含有的碱基数也要大于3n。
练一练
1、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
课堂总结
谨记转录、翻译过程中的四个易错点
1. 转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。
4. 并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。
3. 转录和翻译过程中的碱基配对不是A－T，而是A－U。
2. 翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。
Thank You