人教版（2019）高中生物必修二一 4.1 基因指导蛋白质的合成 课件(共32张PPT)

(共32张PPT)
4.1基因指导蛋白质的合成
教学目标
教学目标
01
02
03
概述遗传信息的转录和翻译过程，阐明中心法则的具体内容。（生命观念）
由中心法则的提出到完善，认同科学是不断发展的；基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。（生命观念、科学探究）
计算DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。（科学思维）
1.有耳垂（显） 2.无耳垂（隐）
（显） （隐）
（显） （隐）
（显） （隐）
教材分析 / 学情分析 / 教学目标 / 设计思路 / 教学过程/ 教学反思
1.性状表现不同的根本原因是什么？
2.基因如何控制性状的？
3.基因可以直接指导蛋白质合成吗？
转录得到的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，mRNA上的遗传信息是如何传递到蛋白质中的呢？
翻译
mRNA上的碱基语言
蛋白质上的氨基酸语言
一.遗传信息的翻译
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顺序的蛋白质的过程。
1.概念：
mRNA
蛋白质
翻译
（碱基）核苷酸
氨基酸
多
样
性
原
因
数量
排列顺序
种类
数量
排列顺序
种类
思考：4种碱基如何决定21种氨基酸 ？
41=4，不足
42=16，不足
43=64，有余
1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？
2个碱基决定一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
如果3个碱基决定一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？
推测：三个碱基决定一个氨基酸
一.遗传信息的翻译
1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基序列。
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；
增加或删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。
为什么会产生这样的结果？
克里克T4噬菌体实验
证明了遗传密码中3个碱基（密码子）编码1个氨基酸。
一.遗传信息的翻译
该实验同时表明:遗传密码从一个固定的起点开始，相邻的密码子之间无间隔、不重叠。
科学史话
2.密码子：
（1）概念：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。
科学家沿着蛋白质合成的思路，不断改进实验方法，终于破译全部64个密码子，并将64个密码子编制成了表格。称为密码子表。
一.遗传信息的翻译
密码子的阅读方向？
密码子之间有间隔/有重叠吗？
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
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
一.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 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
终止密码子： 、 __ 、___（2）种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、
（ 种） _____（缬氨酸、甲硫氨酸）
编码氨基酸的密码子______种或_____种
64
UAA
GUG
AUG
UGA（硒代半胱氨酸）
61
UAG
62
一.遗传信息的翻译
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
一种密码子决定一种氨基酸。
①密码子的专一性
一.遗传信息的翻译
（3）密码子的特点
思考·讨论
1、像苯丙氨酸、亮氨酸等，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。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。根据这一事实，你能想到什么？
密码子中一个碱基改变可能不改变其对应的氨基酸，
在一定程度上保证了遗传性状的稳定性；
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。
说明当今生物可能有着共同的起源。
一.遗传信息的翻译
1.mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
一.遗传信息的翻译
思考：
氨基酸的“搬运工”—— tRNA
3'
5'
结合氨基酸的部位
碱基配对
mRNA
5'
3'
A
C
U
密码子
U
G
A
反密码子
61或62种
（1）形态：
三叶草形
（2）功能特点：
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。
（3）反密码子：
①概念：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。
（读图4-6，了解tRNA的形态和功能特点。）
②种类：决定氨基酸的密码子有61或62种，所以反密码子有 ；tRNA有 。
3.“翻译官”+“搬运工”——tRNA
一.遗传信息的翻译
61或62种
识别密码子，转运氨基酸。
结合视频及以下问题阅读教材图4-7及相关内容，并概述翻译过程。
①mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？
②根据遗传密码的阅读方式，图中mRNA上共有几个密码子？
③翻译合成的肽链的氨基酸序列是怎样的？
一.遗传信息的翻译
自主学习
位点1
E
位点2
甲
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
C
A
U
5’
3’
4.翻译的过程
第1步：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AUG互补配对进入位点1。
一.遗传信息的翻译
位点1
E
位点2
甲
第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入位点2。
C
A
U
5’
3’
组
G
U
G
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
3’
5’
起始
密码子
第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据位点2的tRNA上。
一.遗传信息的翻译
4.翻译的过程
位点1
E
位点2
甲
C
A
U
5’
3’
色
C
C
A
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
3’
5’
起始
密码子
组
G
U
G
5’
3’
精
A
C
G
5’
3’
半
G
C
A
5’
3’
半
A
C
A
5’
3’
脯
A
G
G
5’
3’
第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，合成肽链。
一.遗传信息的翻译
4.翻译的过程
位点1
E
位点2
A
U
G
C
A
C
U
G
G
C
G
U
U
G
C
U
G
U
C
C
U
U
A
A
3’
5’
起始
密码子
A
C
A
5’
3’
甲
色
组
精
半
半
脯
A
G
G
5’
3’
释放因子
直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。
肽链释放后，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
一.遗传信息的翻译
4.翻译的过程
利用手中的材料，小组成员分工合作，模拟翻译过程，加深对翻译概念的理解。
一.遗传信息的翻译
模型制作
一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
相同，因为其模板相同
（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
短
长
（2）多条肽链的氨基酸序列是否相同？
一.遗传信息的翻译
思考.讨论
5.翻译的高效性
真核生物：
先转录，后翻译
DNA
mRNA
RNA聚合酶
边转录边翻译
原核生物：
6.真核与原核生物转录翻译的区别
一.遗传信息的翻译
二.转录、翻译与DNA复制的比较
场所 模板 原料 产物 遗传信息传递方向
DNA复制： DNA DNA
转录： DNA RNA
翻译： RNA 蛋白质
4种游离的
脱氧核苷酸
4种游离的
核糖核苷酸
游离的
氨基酸
DNA
mRNA
多肽链（蛋白质）
DNA→DNA
DNA→mRNA
亲代DNA的 每一条链
DNA上基因的一条链（模板链）
mRNA
RNA
基因
蛋白质
转录
翻译
细胞核
细胞质
主要在细胞核
主要在细胞核
主要在细胞质
mRNA→蛋白质
请根据DNA的复制和基因的表达，绘制流程图，表示遗传信息的传递方向。
小任务1
小任务2
阅读以下资料，对中心法则进行补充
资料一：1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，能催化RNA的复制。
资料二：1970年，科学家在某RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。
三.中心法则
三.中心法则
1.提出者：
2.内容：
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。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则的完善
逆转录
复制
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
各种生物的遗传信息传递过程
三.中心法则
通过本节的学习，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？
（1）生物体从亲代继承的是物质、能量还是信息？
（2）遗传信息的传递需要哪些条件？
（3）怎样理解生命与物质、能量、信息三者之间的关系？
总结提升
生命是物质、能量和信息的统一体。
课堂小结
练习与应用
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
二、拓展应用
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。
解析：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。
利福平影响转录过程。
具体而言：
红霉素影响翻译过程，
环丙沙星影响复制过程，
练习与应用
1.复习本节课内容，整理好课本笔记。
2.完成双成新学案相应练习题。
3.尝试利用身边材料构建翻译的模型。
课后作业
下课啦！