高中生物人教版必修二第四章第一节4．1基因指导蛋白质合成 课件 （65张PPT）

(共65张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
第4章 基因的表达
1、基因的本质：有 的DNA 。
2、基因与染色体的关系：基因的主要载体是 ，基因在染色
体上呈 排列。一条染色体上含有 个DNA分
3、基因与DNA的关系： 。每个DNA分子上含
有 个基因和一些非基因片段。
4、基因与遗传信息的关系：基因中 ,
代表遗传信息。
5、基因与性状的关系：基因是控制 的遗传物质
和 基本单位。
生物性状
结构
功能
遗传效应
片段
染色体
线性
有遗传效应的DNA片段
脱氧核苷酸(或
碱基对)的排列顺序
1或2
多
复习回顾：
DNA分子是如何控制遗传性状的？
现代遗传学认为：生物的性状是由 来控制的，性状是由 物质表现的
基因
蛋白质
DNA（基因）
蛋白质（性状）

？
基因控制生物性状


指导
合成
蛋白质


体现者
基因指导蛋白质合成的过程，叫做基因的表达。
如何解读DNA的信息呢？
一、遗传信息的转录
1、RNA与DNA的区别
规则的双螺旋结构
通常呈单链结构
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
脱氧核糖
核糖
磷酸
磷酸
信使RNA：
遗传信息传递的媒介
核糖体RNA：
与蛋白质构成核糖体
转运RNA：
转运氨基酸的工具
三种RNA示意图
实验证据
小资料：
1955年有人曾用洋葱根尖和变形虫进行实验，如果加入RNA酶分解细胞中的 RNA，蛋白质合成就停止，而如果再加进入酵母中提取出来的RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质。同年，拉斯特（Laster Gold）等人将变形虫用同位素标记的尿嘧啶核苷酸培养液来培养，发现标记的RNA分子首先在细胞核中合成。
你认为RNA在蛋白质合成中起到了什么作用？
为DNA和蛋白质之间的中间物质，充当信使。
1.DNA主要存在什么地方？
2.蛋白质主要在哪里合成？
DNA

主要在细胞核
蛋白质的合成

在细胞质(核糖体)进行

指导

通过RNA
问题：
2、为何RNA适于做DNA的信使呢？
1、DNA在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质中来进行的，两者应该如何联系起来的呢？
总结：RNA适合做DNA的信使的原因
1.RNA是由基本单位——核苷酸连接而成，跟DNA一样能储存遗传信息。
2.RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
3.RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？
(一)转录
在_______内，以DNA的_____ _为模板， 按照____________的原则合成_____的过程。
第1步：DNA双链解开，双链的碱基得以暴露


RNA聚合酶
ATP

G
C
T
G
C
G
C
C
A
G
C
A
T
C
G
A
T
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
G
C
T
A
C
G
T
A
G
A

A
T
G
T
C
原料：游离的4种核糖核苷酸
G


G


A


U


C




RNA
聚合酶
第2步：核糖核苷酸与DNA碱基互补配对，两者以氢键结合。在
RNA聚合酶的作用下，核糖核苷酸依次连接。


A


U


G


C

G
C
T
G
C
G
C
C
A
G
C
A
T
C
G
A
T
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
G
C
T
A
C
G
T
A
G
A

A
T
G
T
C



RNA聚合酶
第3步：在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在
合成的mRNA分子上


A


U


G


C

G
C
T
G
C
G
C
C
A
G
C
A
T
C
G
A
T
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
G
C
T
A
C
G
T
A
G
A

A
T
G
T
C



A


C


G














G
G
G
G
C
C
C
C
U
U
U
U
U
U
第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双链恢复双螺旋结构

G
C
T
G
C
G
C
C
A
G
C
A
T
C
G
A
T
G
C
T
A
T
A
C
G
G
C
G
C
T
A
C
G
T
A
G
A

A
T
G
T
C


A


U


G


C



A


C


G














G
G
G
G
C
C
C
C
U
U
U
U
U
U



A

G

T

A

C

A

A

A

T


U

C

A

U

G

A

U

U

A

mRNA
细胞质
信使RNA（mRNA） 通过核孔从细胞核中出来，到细胞质中。
细胞核



核孔

A

G

T

A

C

A

A

A

T


U

C

A

U

G

A

U

U

A

mRNA

信使RNA（mRNA） 通过核孔从细胞核中出来，到细胞质中。
细胞质
细胞核


2.转录的过程
解旋
第1步
第2步
第3步
第4步
互补
配对
连接
释放
四部曲:




模板链
答案
游离的4种核糖核苷酸
过程
产物：________________________________。
信使RNA、核糖体RNA、转运RNA
(一)转录
在_______内，以DNA的_____ _为_____，按照________ __
的原则合成_____的过程。
细胞核
一条链
模板
碱基互补配对
RNA

转录的场所：　　　　　　　　　　
转录的模板：
转录的原料：

转录的条件：
转录时的碱基配对：
转录的产物：
遗传信息传递的方向:
细胞核。
DNA分子的一条链。
4种核糖核苷酸。
模板、原料、能量、酶。
G－C、C－G、T－A、A－U
mRNA。
DNA mRNA。
1、DNA→RNA如何转录，特点是什么？
问题：
2、转录的单位是什么？


3、DNA的两条链都能转录吗？

4、DNA链完全解开吗？
5、在转录过程中碱基互补配对原则有什么特殊情况？
边解旋边转录 DNA双链恢复，保留
1、转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有哪些异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有哪些异同？
2、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？
思考与讨论

按照碱基配对原则，
1、写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列，
2、写出b链对应的a链的碱基序列。






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



复 制 转 录
场 所
解 旋
模 板
原 料
酶
能 量
碱基配对
产 物
比较：复制和转录


细胞核（主要）
细胞核（主要）
完全解旋
只解有遗传效应的片段
DNA的两条链
只有DNA的一条链
四种脱氧核苷酸

四种核糖核苷酸
ATP
ATP
RNA聚合酶
DNA解旋酶
DNA聚合酶
A—U G—C
T—A C—G
子代DNA
A—T G—C
T—A C—G
mRNA、tRNA、rRNA
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——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决定蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何将信息翻译成蛋白质？
二、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。
思考：
组成蛋白质的氨基酸：
信使RNA的碱基：
20种
4种
4种碱基如何决定蛋白质的20种氨基酸呢？
如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，即 ?? ??
如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定___种，即 ?
如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，即
4
16
64
实验验证：1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA的3个碱基决定。
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基
密码子:

U

C

A

U

G

A

U

U

A

mRNA

密码子

密码子

密码子
决定氨基酸的密码子共有多少种？




















第1个字母 第2个字母 第3个字母 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU

？
精氨酸 A G G AGG
















终止密码子： 、 、_____
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）
（ 种） _______（缬氨酸）
编码氨基酸的密码子______种
所有生物的密码子是 的。
61
64
一种密码子决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由 不同的密码子决定。
1种或几种
相同

AUG
GUG
UAA
UAG
UGA
1、已知一段mRNA的碱基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，你能写出对应的氨基酸序列吗？
甲硫氨酸
— 谷氨酸
— 丙氨酸
— 半胱氨酸
— 脯氨酸
— 丝氨酸
— 赖氨酸
— 脯氨酸
2、地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子表。根据这一事实，你能想到什么？
地球上所有生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。
思
考
与
讨
论
3、从密码子表中可以看到，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
如果密码子中的一个碱基发生变化，可能影响组成蛋白质的氨基酸的种类，也有可能组成蛋白质的氨基酸的种类不发生变化，这就保证了生物遗传的相对稳定性，又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化。
密码子的特性：通用性、简并性、专一性

密码子

密码子

密码子
三、遗传信息的翻译



A



U


G


G


A



U


A



U


C


mRNA
甲硫氨酸
天冬氨酸
异亮氨酸
细胞质中游离的氨基酸如何运送到核糖体上？
tRNA
【思考】
1、观察P67图4-6中tRNA的结构，讨论氨基酸与tRNA的关系。
2、一种转运RNA能运载多少种氨基酸？
3、一种氨基酸可以由多少种转运RNA运载？
4、运载氨基酸的转运RNA共有几种？
氨基酸的“搬运工”——tRNA


每种tRNA只能识别并转运
1种氨基酸；没有与终止密码子对应的tRNA。

与mRNA上的密码子互补配对
三叶草形
一端可携带氨基酸
另一端有三个碱基
（反密码子）
tRNA是否只有三个碱基？
翻 译



密码子与反密码子
U
A
C











甲硫氨酸
A
C
U











天冬氨酸
一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸?
一种氨基酸只能由一种tRNA携带?
天冬氨酸

A



U


G


G


A



U


G



A


C


mRNA
G
C
U











位点1
位点2


是
一种氨基酸可以由一种或几种tRNA来转运！
反密码子、tRNA均为61种
产物：多肽 蛋白质。
盘曲折叠
――――――→
过程
答案
mRNA
tRNA
mRNA
tRNA
终止密码
脱离
翻译





场所：
产物：
模板：
原料：
条件：
细胞质（核糖体）
mRNA
具有一定氨基酸顺序的蛋白质
20种氨基酸
ATP、酶
、tRNA
碱基互补配对：

G－C、C－G、U－A、A－U
遗传信息流动：

mRNA

蛋白质
游离在 中的各种 ，以 为模板合成具有一
定 的 的过程。
细胞质
氨基酸
mRNA
氨基酸顺序
蛋白质
（起始→运输→延伸→终止→脱离）

翻译的特点：
一个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
同一个体中的胰岛B细胞和神经细胞所含基因基本相同，但两者结构、
功能相差甚远，主要原因是什么？
基因的选择性表达，即两者合成了不同的mRNA
探究：生物体内遗传信息的流动（中心法则）
请用箭头和文字表示出图中遗传信息的传递过程。

RNA
DNA

蛋白质
转录
翻译


转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质


复
制
一、中心法则的提出及发展
1957年克里克的预测：
中心法则内容：表示遗传信息流动的方向
DNA → DNA
（DNA 的自我复制）
DNA → RNA → 蛋白质
（遗传信息的转录和翻译）
1、资料分析：尝试对中心法则补充完善
（1）1965年，科学家在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。
RNA RNA

RNA复制酶

（2）1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。

RNA DNA

逆转录酶



































































































（1）真核生物
（2）原核生物
（3）DNA病毒
（4）RNA病毒
（5）逆转录病毒：


转录
DNA
RNA

翻译
蛋白质
RNA

翻译
蛋白质

转录

DNA
RNA

翻译
蛋白质
RNA

逆转录

（遗传物质为DNA的生物）
2.各类生物遗传信息传递过程
中心法则的地位：是生命体系中最核心、
最简约、最本质的规律。
转录、翻译与DNA复制的比较
项目 场所 模板 时间 原料 产物 特点
复制
转录
翻译
4种脱
氧核苷酸
4种核
糖核苷酸
20种氨基酸
2个相同的DNA
多种RNA
蛋白质
边解旋边复制，半保留复制
边解旋边转录，DNA仍保留
DNA的
两条链
DNA的
一条链
mRNA

小结
mRNA
DNA



蛋白质

转录
翻译
细胞核
细胞质
细胞核
(主要)
细胞质
1个mRNA可结合多个
核糖体，提高合成
蛋白质的速率
细胞
分裂间期
细胞生长发育的过程中
细胞核
(主要)
意义
传递遗传信息

表达遗传信息

表达遗传信息

A—C—U—G—G—A—U—C —U
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
mRNA

转录
翻译
蛋白质

DNA
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A









肽键 肽键



基因中的碱基数（双链）︰mRNA中的碱基数︰合成蛋白质的氨基酸个数=_________
6︰ 3︰ 1
基因中碱基数目、mRNA与蛋白质中氨基酸数目的关系
基因表达中的有关计算
1、一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是
A.m、(m/3)－1 B.m、(m/3)－2
C.2(m－n)、(m/3)－1 D.2(m－n)、(m/3)－2
√
答案
解析
2、一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的DNA中碱基个数至少依次为
A.33　11　66 B.36　12　72
C.12　36　72 D.11　36　66
√
“三步法”解答关于基因表达中的计算题
第一步：作图。通常只需画出下图甲，但当涉及转录、逆转录、翻译时还要画出图乙。
科学思维
①上述图甲代表的是一个DNA分子，α、β代表它的两条脱氧核苷酸链；图乙代表的是以该DNA分子的α链为模板转录出的一个RNA分子。
②上述图甲中的A、G、C、T代表4种脱氧核苷酸(或碱基)，x、y、z、w代表数量；图乙中的U、C、G、A代表4种核糖核苷酸(或碱基)，x、y、z、w代表数量。
第二步：转换。即根据第一步做出的图，把题干给出的条件转换成数学等式。
第三步：计算。即根据题干的要求，结合第二步中的数学等式，求出相应的数值。
分析DNA转录和翻译过程
教材热点拓展
JIAO CAI RE DIAN TUO ZHAN
(1)为什么说真核细胞的转录过程主要发生在细胞核中？
提示
提示　DNA主要存在于细胞核中，线粒体和叶绿体中也存在少量的DNA，因此叶绿体和线粒体也有部分遗传信息的转录过程。

(2)图中翻译方向如何？判断依据是什么？


(3)图示信息显示一条mRNA可结合多个核糖体，其意义何在？
提示
提示　方向为从左向右；判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

提示　少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

(4)翻译过程中，核糖体是如何使肽链延伸的？从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗？




(5)一个基因的两条链都可以作为转录的模板吗？一个DNA分子上的所有基因的模板链都相同吗？
提示
提示　翻译过程中，核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子，进行肽链的合成，直到读取到mRNA上的终止密码，合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽，其必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。

提示　转录时只能以基因的一条链为模板；不同的基因模板链不一定相同。

“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译
科学思维
(1)利用图示分类剖析中心法则
归纳总结
图示中1、8为转录过程；2、5、9为翻译过程；3、10为DNA复制过程；
4、6为RNA复制过程；7为逆转录过程。
(2)联系中心法则与基因表达的关系
据图分析生物体内遗传信息的传递和表达过程
教材热点拓展
JIAO CAI RE DIAN TUO ZHAN
(1)在人体细胞中发生的过程是_______。
(2)遵循碱基互补配对的过程是_____________。
①②③
①②③④⑤⑥
答案
(3)①和②过程，碱基配对方式完全相同吗？


(4)HIV可发生上述什么过程？其“遗传信息流”的模板及原料分别由谁提供？
提示
提示　不完全相同。①中是G—C，C—G，A—T，T—A；②中是G—C，C—G，A—U，T—A。

提示　HIV可发生的过程是①②③④，其“遗传信息流”的模板由病毒自身提供，原料由宿主细胞提供。

(5)写出洋葱表皮细胞及根尖分生区细胞内遗传信息的传递过程。


(6)中心法则反映了遗传物质的哪两大功能？
提示
提示　洋葱表皮细胞的信息传递过程为②③；根尖分生区细胞的信息传递过程为①②③。

提示　中心法则反映了遗传物质的传递与表达两大功能。

“三看法”判断中心法则各过程
科学思维


矫正易错　强记长句
1.有关转录和翻译的7点提醒
(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息和起始密码，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。
(2)tRNA并非仅由 3个核糖核苷酸(碱基)构成，而是含有几十个至上百个核糖核苷酸(碱基)。
(3)一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸；但是一种氨基酸可对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。
命题探究








易错警示突破选择题
(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码不决定氨基酸。
(5)转录和翻译过程中A不是与T配对，而是与U配对。
(6)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。
(7)真核生物首先在细胞核转录，后在细胞质中翻译，异地、先后进行；原核细胞是边转录、边翻译，同地、同时进行。
2.有关中心法则2点提醒
(1)不同细胞中的中心法则途径：高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径，如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；但叶肉细胞等高度分化的细胞中无DNA复制途径，只有转录和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞中无信息传递。RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中，而在其他生物体内不能发生。
(2)RNA复制酶、逆转录酶均来自病毒自身，但是该酶起初应在寄主细胞核糖体上，由寄主细胞提供原料合成。