4.1 基因指导蛋白质的合成（第1课时）-课件(共40张PPT) 高中生物2025-2026学年人教版（2019）必修2

(共40张PPT)
第1课时
RNA的结构和功能及遗传信息的转录
第1节 基因指导蛋白质的合成
第4章 基因的表达
学习目标
1.辨析三种RNA的结构和功能(重点)。
2.掌握遗传信息转录的过程和特点(难点)。
电影《侏罗纪公园》中的恐龙
新课导入
问题探讨
有些科幻电影围绕着虚构的未来场景，展现了这样的科学幻想：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培育繁殖而来的。
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。
复习-基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体的关系
脱氧核苷酸
基因
DNA
染色体
每条染色体上含有一个或两个DNA分子
染色体是DNA的主要载体
是主要的遗传物质
基因是有遗传效应的DNA片段
每个DNA分子含有许多个基因
基因在染色体上呈线性排列
是遗传物质的结构和功能单位
基因的脱氧核苷酸排列顺序
代表遗传信息
每个基因中含有许多脱氧核苷酸
基因如何指导蛋白质合成？
我们知道，基因通常是有遗传效应的DNA片段。DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质是在细胞质中合成的。
核糖体
DNA
蛋白质
核孔
实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
DNA(基因）
主要存在于细胞核中
蛋白质的合成
在细胞质中的核糖体上进行
DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中的呢 当遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的呢
目标一　
RNA结构和功能
细胞核中的基因如何指导细胞质中的蛋白质合成？
科学家推测：在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。
核糖体
DNA
蛋白质
核孔
实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
DNA(基因）
主要存在于细胞核中
蛋白质的合成
在细胞质中的核糖体上进行
信使
信使
细胞核中的基因如何指导细胞质中的蛋白质合成？
DNA为什么不能出细胞核指导蛋白质的合成？
DNA是遗传物质；
细胞核控制细胞的遗传和代谢。
核糖体为何不进入细胞核合成蛋白质？
细胞核的核孔通道直径为9nm，核糖体为圆形颗粒状，直径约为23nm
最终结论：
在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质充当信使，这种中间物质是RNA。
RNA是什么物质？为什么RNA适用于作DNA的信使呢？
（一）RNA的结构
1.元素组成：
C、H、O、N、P
2.基本组成单位：
（4种）核糖核苷酸
核糖
碱基
磷酸
A
U
C
G
3.结构：
一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移至细胞质。
腺嘌呤核糖核苷酸
A
尿嘧啶核糖核苷酸
U
胞嘧啶核糖核苷酸
C
鸟嘌呤核糖核苷酸
G
（二）RNA与DNA比较
1.DNA和RNA的区别
DNA中文名称：脱氧核糖核酸
RNA中文名称：核糖核酸
DNA水解产物：脱氧核糖核苷酸
RNA水解产物：核糖核苷酸
DNA完全水解产物：脱氧核糖、磷酸、A、T、C、G（4种碱基）
RNA完全水解产物：核糖、磷酸、A、U、C、G（4种碱基）
核糖和脱氧核糖的结构模式图
（二）RNA与DNA比较
1.DNA和RNA的区别
DNA和RNA在化学组成上的区别
脱氧核糖
胸腺嘧啶（T）
磷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
核糖
尿嘧啶（U）
DNA
RNA
RNA的分子组成与DNA很相似，一般是单链，比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
2.DNA和RNA的的比较（总结）
DNA RNA
组成元素相同 C、H、O、N、P 基本单位不同 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 组成不完全相同 五碳糖 脱氧核糖 核糖 含氮碱基 A、G、C、T A、G、C、U 分布不同 主要在细胞核 主要在细胞质 空间结构不同 规则的双螺旋结构 通常呈单链 种类不同 1种（DNA） 3种（mRNA、tRNA、rRNA） 功能不同 生物的主要遗传物质 作为部分病毒的遗传物质 作为翻译的模板 作为氨基酸的搬运工 参与核糖体的构成 少数具有催化作用 （二）RNA与DNA比较
3. DNA和RNA的判断方法
方法一：根据五碳糖种类判断
有脱氧核糖的是DNA；有核糖的是RNA
方法二：根据碱基种类来判断
有胸腺嘧啶（T）的是DNA；有尿嘧啶（U）的是RNA
（用放射性同位素标记法，可探知DNA或RNA）
方法三：根据碱基含量/比例来判断
若嘌呤数≠嘧啶数，则一定不是双链DNA分子
（三）RNA的种类和功能
mRNA——信使RNA
tRNA——转运RNA
rRNA——核糖体RNA
蛋白质
rRNA
核糖体
tRNA
mRNA
携带遗传信息，蛋白质合成的模板
识别并运载氨基酸
核糖体的组成成分
三种RNA的比较
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
分布
功能
结构
示意图
共同点 细胞核、细胞质
细胞质（主要）
与蛋白质结合成核糖体
翻译的直接模板
翻译时运载氨基酸
组成核糖体
①都是转录产物 ②基本单位相同 ③都与翻译过程有关
单链
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
思考：RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息呢？
DNA
RNA
思考：RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息呢？
①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A、G、C、U，具备准确传递遗传信息的可能。
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。
③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
④RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
结合学过的内容，归纳RNA的作用有哪些
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）
1.下列关于RNA的结构和功能的叙述，错误的是
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
√
解析　tRNA中含有氢键，A错误；
mRNA能在细胞核与细胞质之间传递遗传信息，tRNA能将氨基酸运输到核糖体上，C正确；
少数酶的化学本质为RNA，具有催化功能，D正确。
2.如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是
A.DNA与RNA在核苷酸上只有②不同
B.如果要构成ATP，在①位置上加上两个磷酸基团即可
C.③在人的遗传物质中只有4种
D.DNA分子中每个②均只与一个①相连
√
解析　分析题图可知，①是磷酸基团，②是五碳糖，③是含氮碱基。DNA与RNA在核苷酸上的不同主要有两点，一是在DNA中②为脱氧核糖，在RNA中②为核糖；二是在DNA中③有A、T、C、G 4种，在RNA中③有A、U、C、G 4种，A错误；
如果要构成ATP，要在①位置上加上两个磷酸基团，②应为核糖，③应为腺嘌呤，B错误；
人的遗传物质是DNA，在DNA中③只有4种(A、G、C、T)，C正确；
DNA分子的一条脱氧核苷酸链中多数②与两个①相连，D错误。
思考：DNA的遗传信息是如何传递给mRNA的？
转录
目标二　
遗传信息的转录
遗传信息的转录
1.概念：
RNA在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
2.场所：
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
遗传信息的转录
3.转录的条件：
①模板：DNA的一条链的片段
②原料：4种游离的核糖核苷酸（A/U/C/G）
③酶：RNA聚合酶（磷酸二酯键）
④能量：ATP
遗传信息的转录
4.转录的过程：
遗传信息的转录
4.转录的过程：
（1）解旋：在ATP的驱动下，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。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
RNA聚合酶
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶具有解旋的效果
遗传信息的转录
4.转录的过程：
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
（2）配对：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
遗传信息的转录
4.转录的过程：
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
5'
3'
ATP
（3）连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
合成方向：子链的5’端→ 3’端
RNA聚合酶的催化形成形成磷酸二酯键
遗传信息的转录
4.转录的过程：
（4）释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后DNA双螺旋恢复。
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
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
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
（5）原则：
碱基互补配对原则（A-U，T-A，C-G，G-C）
（6）特点：
（7）实质：
以DNA一条链为模板，边解旋边转录
遗传信息从DNA传递到mRNA
（8）结果：
产生 mRNA、 tRNA、 rRNA
碱基互补配对
A -- U
T -- A
C -- G
G -- C
DNA
RNA
遗传信息的转录
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？
转录与DNA复制都需要模板、都需要ATP提供能量、都遵循碱基互补配对原则等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
遗传信息的转录
2．与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；
转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。
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？
遗传信息的转录
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
① 该RNA与DNA模板链的碱基互补配对，A 与U配对，而非T ；
② 该RNA与DNA互补链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA 链上是U 。
DNA模板链
DNA互补链
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
细胞分裂间期
生长发育过程
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
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
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
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，为翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
1.如图为真核细胞内的转录过程示意图，①②表示两条多聚核苷酸链，下列叙述正确的是
A.①为DNA上的模板链，②链的左侧为3′－端
B.RNA聚合酶不可以催化①②之间氢键的断裂
C.图中甲、乙两处圆圈内均代表腺嘌呤核糖核苷酸
D.RNA聚合酶与DNA上启动部位结合后开始转录
√
解析　①为DNA上的模板链，RNA聚合酶只能在3′－端进行链的延伸，故②链的右侧为3′－端，左侧为5′－端，A错误；
RNA聚合酶可以催化碱基对之间氢键的断裂，B错误；
图中甲处圆圈内为腺嘌呤脱氧核苷酸，乙处为腺嘌呤核糖核苷酸，C错误。
4.如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，图丙为其中部分片段的放大示意图。以下分析正确的是
A.图中酶1和酶2是同一种酶
B.图丙中b链可能是构成核糖体的成分
C.图丙是图甲的部分片段放大
D.图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生
不是所有的细胞都能进行DNA的复制，但是几乎所有的细胞可以进行转录。
例如：高度分化的细胞，会进行转录和翻译，但是不会进行DNA的复制。若细胞处于分裂期,染色体高度螺旋，转录难以进行。
解析　图甲是DNA的复制过程，其中酶1为DNA聚合酶；图乙是以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程，即转录，其中酶2为RNA聚合酶，A错误；
图丙中a链含有碱基T，属于DNA链，b链含有碱基U，属于RNA链。核糖体由蛋白质和rRNA组成，所以b链可能是构成核糖体的成分，B正确；
图丙中一条链为DNA链，另一条链为RNA链，而图甲表示DNA复制过程，因此图丙不是图甲的部分片段放大，C错误；
图乙所示过程在高度分化的细胞中仍会发生，因为细胞的成分在不停更新，需要蛋白质和酶，D错误。
课堂小结
RNA的结构和功能以及遗传信息的转录
RNA的结构和功能
遗传信息的转录
基本单位：核糖核苷酸
结构：一般是单链
种类：3种（mRNA，tRNA，rRNA）
功能：作为某些病毒的遗传物质，某些 RNA具有催化作用（酶）
场所：细胞核
模板：DNA分子的一条链
原料：4种核糖核苷酸
产物：RNA