人教版生物高中必修二 4.1 基因指导蛋白质的合成(68张ppt)

(共68张PPT)
第4章 基因的表达
基因
基因控制生物性状
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
问题：基因是怎样指导蛋白质的合成呢？
第1节 基因指导蛋白质的合成
1.DNA主要存在哪里？
2.蛋白质在哪里合成？
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、为什么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进行的，两者如何联系起来的呢？
如何解读DNA的信息呢？
㈠遗传信息的转录
1、RNA与DNA的区别
核糖
脱氧核糖
P
脱氧 核糖
含氮碱基
DNA与RNA的基本组成单位
A —腺嘌呤
G —鸟嘌呤
C —胞嘧啶
U —尿嘧啶
A —腺嘌呤
G —鸟嘌呤
C —胞嘧啶
T —胸腺嘧啶
4种核糖核苷酸
4种脱氧核糖核苷酸
RNA
的种类
信使 RNA—— mRNA
核糖体 RNA—— rRNA
转运 RNA—— tRNA
2、RNA的类型
⑴信使RNA（m RNA）：转录遗传信息，翻译的
模板，即传递遗传信息的作用。
⑵转运RNA （t RNA ）：识别密码子，运输特定
氨基酸，呈三叶草型结构。
⑶核糖体RNA （r RNA ）：核糖体的组成成分。
为什么RNA适于做DNA的信使呢？
⑴RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
⑵在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，因RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。
⑶RNA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。
3、RNA适于做DNA的信使的原因：
DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？
小飞守角制作
1、DNA→RNA如何转录，特点是什么？
问题：
2、DNA的两条链都能转录吗？
3、DNA链完全解开吗？
4、在转录过程中碱基互补配对原则有什么特殊情况？
4、遗传信息的转录
小飞守角制作
DNA
游离的核糖核苷酸
1、DNA解旋，碱基暴露
2、游离的核糖核苷酸与DNA随机碰撞，氢键结合
3、连接成mRNA。
RNA
聚合酶
形成mRNA链，DNA上的遗
传信息就传递到mRNA上
mRNA
DNA
细胞质
细胞核
DNA
4、mRNA释放，DNA双链恢复
转录过程中遗传信息的流动方向：
DNA mRNA
基因中脱氧核苷酸的序列决定着mRNA中核糖核苷酸的序列
转录的过程
转录小结：
场所：
模板：
原料：
条件：
原则：

产物
主要在细胞核
DNA的一条链
4 种核糖核苷酸
遵循碱基互补配对原则

（A=U,T=A; G=C,C=G）
转录：在细胞核内以DNA的一条链为模板按照碱基互补配对原则合成RNA的过程。
RNA聚合酶、能量（ATP）
主要是细胞核
边解旋边转录
只有DNA的一条链
四种核糖核苷酸
RNA聚合酶
ATP
A-U G-C T-A C-G
RNA
主要是细胞核
边解旋边复制
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
DNA解旋酶、DNA聚合酶
ATP
A-T C-G T-A G-C
子代DNA
㈡遗传信息的翻译
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的过程。
问题：
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：
碱基的数量
排列顺序
种类
蛋白质：
氨基酸的数量
排列顺序
种类
决定
决定
决定
?种
?种
4种
20种
讨论：至少要多少个碱基的不同排列顺序才能够
决定20种不同的氨基酸？
一个碱基决定一个氨基酸，41 = 4
二个碱基决定一个氨基酸，42 = 16
三个碱基决定一个氨基酸，43 = 64
2、碱基与氨基酸的对应关系
3、密码子
密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的
碱基
1、一种氨基酸可以和多个密码子相对应
2、一个密码子只和一种氨基酸相对应
3、三个终止密码：
UAA、UAG、UGA

4、氨基酸的种类:20种
密码子的种类:64种
起始密码子：2种（AUG、GUG），是翻译第一个氨基酸的密码
终止密码子：3种（UAA、UGA、UAG），不编码氨基酸，是翻译终止的信号。
普通密码子
编码20种氨基酸的密码子共61种。一种氨基酸可能有几种密码子，这一现象称做密码的简并。如UUU、UUC、UUA、UUG都翻译成苯丙氨酸。
密码子的种类

1、简并性：一种氨基酸可以有两种以上的密码子。
在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。
2、通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子。
遗传密码的特性：
4、tRNA——把氨基酸运送到核糖体上的“搬运工”
（1）tRNA上的种类很多，每种tRNA只能识别并运送一种氨基酸。
（2）tRNA的分子结构很特别：其一端是携带氨基酸的部位，另一端是反密码子——用于与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基。
天冬 氨酸
异亮 氨酸
　　转运RNA(tRNA)：分子结构呈三叶草形，其“叶柄”端能与一个特定的氨基酸结合，“叶片”端有三个特殊的碱基称为“反密码子”，能与mRNA上的“密码子”相识别。反密码子的种类：61种。
5、遗传信息、密码子、反密码子区别
① 位置不同。遗传信息位于DNA分子的基因上，密码子位于 mRNA 上，反密码子位于 tRNA 上。这里要注意的是， DNA 分子上并不是所有片段都代表着遗传信息，非基因上的脱氧核苷酸的排列不含遗传信息。
② 作用不同。遗传信息决定着mRNA上密 码子的排序, 密码子决定着氨基酸的种类, tRNA 上的反密码子识别密码子，则保证了tRNA准确的运载相应的氨基酸。
③ 不同的生物个体具有不同的基因遗传信息,合成不同的mRNA ，但共用一套密码子与反密码子，因此不同生物的密码子、反密码子和tRNA 的种类是相同的。
6、遗传信息、密码子、反密码子的联系
① 遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，通过转录，使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上。
② mRNA的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸排列顺序，反密码子则起到翻译的作用。
遗传信息、遗传密码和反密码子
比较项目 遗传信息 密码子 反密码子
位置 DNA mRNA tRNA
含义 DNA上碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定一个氨基酸或提供转录终止信号的3个相邻的碱基 tRNA上的可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基
种类 4n种(n为碱基对的数目) 64种，其中决定氨基酸的密码子有61种 61种
作用 间接决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序 识别密码子
相关特性 具有多样性和特异性 一种密码子只能决定一种氨基酸，而一种氨基酸可能由一种或几种密码子决定 一种tRNA只能识别和转运一种氨基酸，而一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运
7、翻译的过程
（1）mRNA进入细胞质，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
7、翻译的过程
（2）携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
（3）甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上
7、翻译的过程
（4）核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复步骤（2）、（3）、（4），直至核糖体读取到mRNA的终止密码
7、翻译的过程
ABD
A—C—U—G—G—A—U—C —U
mRNA
转录
翻译
蛋白质
mRNA
（遗传密码）
ACU GGA UCU
DNA双链
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C —T—A—G—A
tRNA
（反密码子）
U–G–A C–C–U A–G–A
小飞守角制作
翻译小结：
场所：
产物：
模板：
原料：
条件：
细胞质（核糖体）
mRNA
多肽链
氨基酸
ATP、酶
、转运RNA（tRNA）
碱基互补配对：
G－C、C－G、U－A、A－U
遗传信息流动：
翻译：在核糖体上，以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
小飞守角制作
1、同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的（ ）
A.tRNA种类不同 B.mRNA碱基序列不同
C.核糖体成分不同 D.同一密码子所决定的氨基酸不同
【解析】细胞内合成蛋白质过程中，tRNA种类和核糖体成分是相同的，A、C项错误；直接决定氨基酸顺序的是mRNA碱基序列，mRNA碱基序列不同，合成的氨基酸顺序也不同，B项正确；同一密码子决定的氨基酸是相同的，D项错误。
B
根据表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是（ ）
A. TGU B. UGA C. ACU D. UCU
C
【解析】mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称作1个密码子。据表，mRNA的密码子和tRNA上的反密码子互补配对，可推知mRNA的密码子最后的碱基为U；DNA的一条链为TG，另一条链为AC，若DNA转录时的模板链为TG链，则mRNA的密码子为ACU，若DNA转录时的模板链为AC链，则mRNA的密码子为UGU。
DNA双链
T G
mRNA
tRNA反密码子 A
氨基酸 苏氨酸
小飞守角制作
关于蛋白质生物合成的叙述，正确的是（ ）
　A．一种tRNA可以携带多种氨基酸
　B．DNA聚合酶是在细胞核中合成的
　C．反密码子是位于mRNA上相邻的三个碱基
　D．线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成
D
小飞守角制作
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。
8、提高翻译的速率
某生物基因表达过程如图所示。下列叙述与该图相符的是?( )
　　A．在RNA聚合酶作用下DNA双螺旋解开?
　　B．DNA-RNA杂交区域中A应与T配对?
　　C．mRNA翻译只能得到一条肽链?
　　D．该过程发生在真核细胞中?
A
图示细胞内某些重要物质的合成过程，该过程发生
在（ ）
A．真核细胞内，一个mRNA分子上
结合多个核糖体同时合成多条肽链
B．原核细胞内，转录促使mRNA
在核糖体上移动以便合成肽链
C．原核细胞内，转录还未结束便启动遗传信息的翻译
D．真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译
【解析】图示过程为转录和翻译在同一时间同一地点进行，故为原核生物的基因表达过程，故A、D错，转录是核糖体沿mRNA移动，故B错，选C。
C
下图为真核细胞中合成蛋白质的示意图（f代表4个核糖体），下列说法不正确的是（ ）
A．a为mRNA，b、c、d、e可为多肽
B．最终合成的b、c、d、e在结构上各不相同
C．合成a的场所主要在细胞核
D．该图表明少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质
B
细胞核
细胞质的核糖体
DNA的一条链
信使RNA
四种核糖核苷酸
20种氨基酸
特定的酶和ATP
RNA
特定氨基酸顺序的多肽链
DNA的一条链与mRNA配对
mRNA与tRNA配对
转录 翻译
场所
模板
原料
条件
产物
原则
关于转录和翻译的叙述，错误的是( )
A．转录时以核糖核苷酸为原料
B．转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
C．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质
D．不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性
C
　3、DNA复制、转录和翻译的比较
复制 转录 翻译
时间 细胞分裂(有丝分裂和减数第一次分裂前)的间期 个体生长发育的整个过程
场所 主要在细胞核 主要在细胞核 细胞质的核糖体
模板 DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
条件 都需要特定的酶和ATP
复制 转录 翻译
产物 2个双链DNA 一个单链RNA
(mRNA，tRNA,rRNA) 多肽链(或蛋白质)
产物去向 传递到2个子细胞 离开细胞核进入细胞质 组成细胞结构蛋白质或功能蛋白质
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录；转录后DNA仍恢复原来的双链结构 翻译结束后，mRNA分解成单个核苷酸
碱基配对 A－T，T－A，C－G，G－C A－U，T－A，C－G，G－C A－U，U－A，C－G，G－C
遗传信息传递 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质
意义 使遗传信息从亲代传给子代 表达遗传信息，使生物表现出各种性状
应用指南
1．对细胞结构生物而言，DNA复制发生于细胞分裂过程中，而转录和翻译则发生于细胞分裂、分化以及生长等过程。
2．DNA中含有T而无U，而RNA中含有U而无T，因此可通过放射性同位素标记T或U，研究DNA复制或转录过程。
3．在翻译过程中，一条mRNA上可同时结合多个核糖体，可同时合成多条多肽链，但不能缩短每条肽链的合成时间。
4.同一个体不同细胞核所含的基因是相同的，但是所表达的基因不一定相同，所以不同细胞中的mRNA和蛋白质种类不一定相同。
5.真核生物与原核生物在转录和翻译存在时间与空间的差异：原核生物转录发生的场所即是翻译发生的场所，并且转录和翻译可以同时进行，这种情况也可以发生在真核生物的线粒体和叶绿体；真核生物的核基因的转录发生在核内，翻译则发生在细胞质内的核糖体上。
6.从核糖体上脱离下来的只是多肽链，分泌蛋白的多肽链还要在相应的细胞器(内质网、高尔基体)内加工，最后才形成具有一定空间结构的蛋白质，但不能认为原核生物缺少上述两种细胞器就不能进行对多肽的加工(例如空间结构可在细胞质中形成)。
D
【解析】分析图可知，甲图以DNA两条单链均为模板，而乙以一条链为模板，且产物是一条链，确定甲图表示DNA复制，乙图表示转录。A，转录不是半保留方式，产物是单链RNA；B，真核细胞的DNA复制可以发生在细胞核、线粒体及叶绿体中；C，DNA复制过程解旋需要解旋酶，转录时需要的RNA聚合酶具有解旋的功能；D，项一个细胞周期DNA只复制一次，但要进行大量的蛋白质合成，所以转录多次发生。
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n : 3n : n。
4、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？
说明：因为基因转录的mRNA中存在有终止密码子等片段，实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
n
DNA
3n
3n
3n
转录
翻译
一条多肽链中有氨基酸1000个，则作为合成
该多肽的模板信使RNA和用来转录信使RNA
的DNA分子分别至少要有碱基多少个[ ]
A．3000个和3000个
B．1000个和2000个
C．3000个和6000个
D．2000个和4000个
C
　基因中碱基数：mRNA中碱基数：蛋白质中氨基酸数
＝　　　6 　　： 　　3 　　　：　　　 1
小结：
基因指导蛋白质的合成
1、RNA和DNA的区别
一、遗传信息的转录
2、为什么RNA适于作为DNA的信使？
二、遗传信息的翻译
3、RNA的种类
4、遗传信息的转录过程。
2、遗传密码
1、翻译的定义
3、反密码子
4、翻译的过程
DNA上的基因碱基排列顺序
mRNA的碱基排列顺序
蛋白质的氨基酸序列
遗传信息
遗传密码
生物性状
转录
翻译