高中生物人教版必修二4．1 基因指导蛋白质的合成（共80张PPT）

(共80张PPT)
4.1 基因指导蛋白质的合成
房祖名
成龙
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，叫基因的表达。
问题：基因是怎样指导蛋白质的合成呢？
酪氨酸酶基因
酪氨酸酶
(蛋白质)
控制
一、导入新课
一、导入新课
猜测：基因控制蛋白质合成可能有哪些途径？
染色体出细胞核，相应基因指导蛋白质的合成
核糖体及相关物质入细胞核，在基因的指导下合成蛋白质
染色体上的基因将所带的遗传信息先传递给“传令兵”，
再由“传令兵”出细胞核，去指导蛋白质的合成
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。
1955年，戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。
——RNA是DNA与蛋白质之间的信使
分析资料
一、导入新课
一、导入新课
性状
基因
蛋白质
控制
体现
控制
（核中）
（核糖体）

RNA
转录
翻译
探究新知
问：为什么RNA适于作DNA的信使？
学生阅读教材62-63页第一段，比较DNA和RNA的区别。
磷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
RNA
脱氧核糖
DNA
胸腺嘧啶（T）
核糖
尿嘧啶（U）
探究新知
DNA
RNA
全称：
基本单位：
全称：
基本单位：
DNA一般为规则的双螺旋结构
RNA通常呈单链
P
脱氧核糖
含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
脱氧核糖核酸
脱氧核糖核苷酸
核糖核酸
核糖核苷酸
P
核糖
含氮碱基
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）

蛋白质

rRNA




tRNA





mRNA
mRNA(信使RNA）：
转录遗传信息
翻译的模板
tRNA (转运RNA）：
识别密码子
转运氨基酸
rRNA (核糖体RNA）：
核糖体组成结构的一部分
1、RNA种类和功能：
探究新知





mRNA
探究新知
问：为什么RNA适于作DNA的信使？
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；
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；
RNA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。
探究新知
在 内，以DNA的 为 ，
按照 的原则合成 的过程。
（1）概念：
细胞核
一条链
模板
碱基互补配对
RNA
2、转录
（2）实质：遗传信息从 转移到了 。
（3）场所：在 中。
DNA
mRNA
细胞核
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA
游离的核糖核苷酸
①.解旋，以DNA一条链为模板；
（4）过程
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
U
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA与RNA的碱基互补配对： A—U； T—A：C—G； G—C
RNA 聚合酶

A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
转录：②.核糖核苷酸通过脱水缩合连接
A
G
T
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
U
U
A

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

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

U

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

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

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

U

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

A
G
T
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
U
U
A
U
U
A
U
C
DNA的一条链
mRNA
转录：③.mRNA释放，DNA双链恢复。
遗传信息的转录小结
场所：
主要在细胞核内
条件：
DNA 的一条链
RNA 聚合酶
四种核糖核苷酸
ATP
结果：
模板：
酶：
原料：
能量：
形成一条RNA
遗传信息传递方向
DNA　　 RNA
【及时训练】
下图中表示转录过程的是（ ）
B
过程：
特点：1.边解旋边转录，单链转录
2.转录完成仍恢复到原来的双螺旋结构
释放
转录：RNA的合成
特别注意：转录需要解旋，但不需要解旋酶（RNA聚合酶本身具有解旋的功能）。
A-U，T-A
G-C，C-G
①
②
③
模板链 VS 编码链
mRNA合成方向：5’→3’
染色体
基因1
基因2

非编码区

编码区
非编码区
遗传信息的转录
RNA是在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成的，这一过程称为转录。
模板：具体的说应该是基因编码区的一条链。

编码区
非编码区
非编码区
启动子
与RNA聚合酶
结合位点
终止子
原核基因
mRNA
转 录

编码区
非编码区
非编码区


启动子
与RNA聚合酶
结合位点

外显子
内含子
终止子
真核基因
转 录
剪 接
mRNA前体
成熟的mRNA
原核生物基因笔记
真核生物基因的组成笔记
启动子
A G G U C A C G U C G
A G G T C A C G T C G
T C C A G T G C A G C
RNA聚合酶
RNA聚合酶
RNA聚合酶
终止子
基 因 片 段
转录的单位：
基因
某个基因：其中一条链作为模板。
整个DNA：两条链均可作为模板。
一个DNA可以转录出多种多个RNA。
关于模板链：

A
T
C
G

A
G
C
G

A
G
T
C

T
T
C
G

T
C
A

A
T
C
G

A
T
G

A
C
A

T
C
G
G
C
DNA
说明:作为模板的只是DNA链中的某个片段—基因；
一个DNA可以转录出多种多个mRNA。

U
C
G
C

U
A
G
C
RNA
RNA
基因1

基因2
a
b
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
转录
DNA复制
复制 转录
场所
模板
原料
酶
能量
产物
配对原则
配对方式
主要在细胞核
DNA的两条链
DNA的一条链
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
DNA
mRNA
比较：复制与转录
A-T,T-A,C-G,G-C
A-U,T-A,C-G,G-C
碱基互补配对原则
（1）DNA的两条链都能转录吗？
（2）DNA链完全解开吗？
（3）在转录过程中碱基互补配对原则有什么特殊情况？
A—U、T—A、 G—C、 C—G
问题转化:转录与DNA复制有什么异同点?
随堂训练
1、在人体中，由A、U、C三种碱基参与构成的核苷酸共 ( )　
A．3种　　 B．4种　　 C．5种　　 D．6种
2、DNA复制，转录后所形成的产物分别是( )　
A．DNA，RNA　　 B．DNA，氨基酸
C．RNA，核糖　　　 D．RNA，DNA
3、DNA分子的基本功能是遗传信息的( )　
A．贮存和表达　　 B．传递和表达
C．转录和翻译　　 D．贮存和传递
C
D
A
4、“遗传信息”是指( )
A、 基因的脱氧核苷酸排列顺序 B、DNA的碱基对排列顺序
C、信使RNA的核苷酸排列顺序 D、蛋白质的氨基酸排列顺序
5、在胰蛋白质酶合成过程中，决定它性质的根本因素是( )　　
A．mRNA　　 B．tRNA　　 C.核糖体　　 D．DNA
6、某信使RNA中有碱基60个，其中G+A为25个，那么转录此RNA的
DNA中G+A为( )
A．25　　 B．35　　 C．50　　 D．60
D
A
D
随堂训练
第二课时
——遗传信息的翻译
翻译：在细胞质的核糖体上,以游离在细胞质中的各种氨基酸原料，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
问题情境
转录后进入细胞质的mRNA仍是碱基序列，而不是蛋白质，那么mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸酸的种类数目和排列顺序呢？ mRNA如何将遗传信息翻译成蛋白质。
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA


翻译
4
RNA →蛋白质
RNA
四种碱基
蛋白质
20种氨基酸
思考1： mRNA的四种碱基如何决定20种氨基酸?
碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的?
A U C G
思考与讨论
1.如果1个碱基编码1个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？


A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸


A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
1个碱基决定一个氨基酸，
2个碱基决定一个氨基酸，
A
A
A
U
A
C
A
G
C
A
C
U
C
C
C
G
U
A
U
U
U
C
U
G
G
A
G
U
G
C
G
G
只能决定4种
只能决定42＝16种
A
U
C
G
思考与讨论
2.一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？


A
C
U
G
A
C
U
G
氨基酸
3个碱基决定一个氨基酸，
4 (A.U.C.G)
4 (A.U.C.G)
4 (A.U.C.G)
只能决定43＝64种
A
C
G
U
G
A
U
U
A
mRNA
氨基酸
氨基酸
氨基酸
密码子：mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基
定义：信使RNA上决定一个氨基酸的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
位置：
mRNA上。
探究新知
4×4×4=64个密码子
2个起始密码子：AUG、GUG
3个终止密码子：UAA、UAG、UGA

U
G
C
U
U
G
A
C
C
A
G
U
U
U
C
C
C
A
A
A
G
G
G
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
U
G
A
C
A
stop
stop
start
Trp
Cys
Tyr
Ser
Leu
Phe
Gly
Glu
Asp
Ala
Val
Arg
Ser
Lys
Asn
Thr
Met
IIe
Arg
Gln
His
Pro
Leu
start
TACCTCCACTGGGCCAAC
简并性：除少数氨基酸只有1种遗传密码外，大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。
密码子：方向性和连续性
5′
3′
A
U
G
G
G
A
C
U
C
A
A
U
G
C
G
A
U
U
U
G
A
mRNA

多肽链
甲硫 — 甘— 亮—天冬酰—丙—异亮—终止密码
阅读规则：密码子连续阅读，无间断、无交叉。

第一个字母 第二个字母 第三个
字母

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
（起始） 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


a. 密码子表查法
例:CCU

脯氨酸

c.特殊密码子
b.密码子的特点
专一性
一个密码子只对应一种氨基酸
简并性
一种氨基酸可对应多个密码子
通用性
地球上几乎所有生物都共用一套密码子
3个终止密码:
UAA UAG UGA
2个起始密码:
AUG GUG
反密码子
密码子
氨基酸
阅读规则：密码子连续阅读，无间断、无交叉。
tRNA识别mRNA上的密码子，并转运特定的氨基酸．
遗传密码的特性
①通用性：除少数密码子外，生物界的遗传密码是统一的。
②简并性：一个密码子只能决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以有多个密码子。
③ 连续性：mRNA中密码子的阅读既不间断，又不重叠。
④终止密码子不编码氨基酸，是翻译终止的信号。
起始密码子是翻译第一个氨基酸的密码子。
思考与讨论：
1、一段mRNA的碱基序列是AUGGAAGCA，结合密码子表写出对应的氨基酸序列
甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸
2、密码子的简并性对于生物的生存发展有什么意义？
①.增强了密码的容错性；
②.使用频率高的氨基酸有多个密码子，保证了翻译的速度。
探究新知
（1）简并性：维持性状的稳定（意义）。
5、密码子的特性：
（2）通用性：所有生物共用一套密码子。
翻译过程中通晓“碱基语言”和“氨基酸语言”的翻译官是谁？
A
A
U


亮氨酸
A
C
U


天冬氨酸
A
U
G


异亮氨酸
6、tRNA(搬运工)——运输氨基酸的工具
1.功能：
2.tRNA(反密码子)的种类：
3.tRNA与氨基酸的关系：
61种。
一种tRNA只转运一种氨基酸，
一种氨基酸可由多种tRNA转运。
一端连接氨基酸，一端识别密码子，将氨基酸运输到相应位置。
探究新知
A
A
U


亮氨酸
A
C
U


天冬氨酸
A
U
G


异亮氨酸
查密码子表，找出下列tRNA识别并转运的氨基酸
tRNA
氨基酸
tRNA中
反密码子
mRNA中
密码子
蛋白质中氨基酸
碱基互补
密码子表
识别并转运
练一练
探究新知
反密码子
mRNA



U
G
C
A
U
C
C
C
G
A
U
三个碱基
识别：碱基
互补配对
密码子
A
U
G


异亮氨酸
核糖体
核糖体
核糖体
7、翻译的过程：
U
A
U



C
G
u



C
U
G



G
G
A



U
A
C




G
G
C




A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
U
A
C



C
G
u



G
G
A



C
U
G



多肽链
探究新知
翻译过程
1、起始：mRNA与 结合。
2、运输： 携带氨基酸进入特定位置。
3、延伸：核糖体沿 移动，读取下一个密码子，由对应 运输相应 的氨基酸加到延伸中的肽链上。
4、终止：当核糖体到达mRNA上的 时，合成停止。
5、脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定 和 的蛋白质分子。
核糖体
tRNA
mRNA
tRNA
终止密码子
空间结构
功能
DNA(基因)
蛋白质
RNA
转录
翻译
基因指导蛋白质合成的过程
1.定义：
2.场所：
3.模板：
4.原料：
5.转运工具：
6.产物：
7.遵循的原则：
8.遗传信息传递方向：
以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
核糖体上。
mRNA
多种氨基酸。
碱基互补配对原则
(A-U,U-A,C-G,G-C)
问：如何加快翻译的速度？
多肽链
mRNA
蛋白质
7、翻译：
tRNA
探究新知
问：如何判断翻译方向？
探究新知
一个mRNA可同时结合多个核糖体。
方向：根据多肽链的长短，长的翻译在前。（由短到长）
意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质，提高了翻译的效率。
A
密码子
精氨酸
氨基酸
转运RNA
G
信使RNA
G
G
DNA
双链



根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律，在下面表格数码中填入相应的字母：
C
C
C
A
A
T
C
G
U
C
G
练一练
结论:

C
G
T
G
C

A
C
A
T


G
C
A
C
T
G
G
T
A
DNA
谷氨酸
组氨酸
精氨酸
氨基酸

C
G
U
G
C

A
C
A
U
mRNA



G
C
A



C
U
G



G
U
A
tRNA
遗传信息
遗传密码
反密码子
氨基酸序列
基因的碱基 ?
mRNA的碱基 ?
氨基酸 =
6 ?
3 ?
1
模板链
探究新知
拓展：
1、基因控制蛋白质合成
DNA的遗传信息（多样）
mRNA的遗传信息（多样）
蛋白质的氨基酸排列顺序（多样）
转录
翻译
数量比
n
3n
6n
课堂小结
复 制 转 录 翻 译
时间
部位
原料
模板
碱基配对
产物
分裂间期
生命的任何时期
生命的任何时期
细胞核（叶、线）
细胞核（叶、线）
核糖体
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
２０种氨基酸
DNA的两条链
DNA的一条链
信使RNA
A-T 、T-A
C-G、G-C
A-U 、T-A
C-G、G-C
A-U 、U-A
C-G、G-C
二个DNA分子
信使RNA等
多肽（蛋白质）
2、比较复制
、转录
、翻译
1.结合学过的内容,归纳RNA的作用有哪些?(科学思维)
提示:①某些RNA具有催化作用。
②作为某些病毒的遗传物质。
③作为合成蛋白质的模板。
④组成核糖体的成分。
⑤识别并转运氨基酸。
【思考·讨论】
2.DNA是双链结构,两条单链之间通过氢键相连,那么单链的RNA分子中,是否存在氢键?(科学思维)
提示:可能存在。tRNA上不同部位的碱基通过氢键配对,使tRNA形成三叶草结构。
1、已知一段氨基酸序列为甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸,控制该段氨基酸序列的mRNA的碱基序列是否唯一?
提示:不唯一。因为一种氨基酸可由多个密码子决定。
2.DNA是双链结构,两条单链之间通过氢键相连,那么单链的RNA分子中,是否存在氢键?(科学思维)
提示:可能存在。tRNA上不同部位的碱基通过氢键配对,使tRNA形成三叶草结构。
【思考·讨论】
3.某同学认为“转录和翻译是两个独立的过程,因此这两个过程是不能同时进行的”,说出你对这句话的评价,并分析。(科学思维)
提示:这句话是错误的。真核细胞中,转录的主要场所是细胞核,而翻译的场所是核糖体,所以转录和翻译不能同时进行;而原核细胞没有细胞核,DNA在转录的同时,合成的RNA同时结合核糖体进行翻译。
4、翻译的产物是多肽链,如果要成为有活性的胰岛素,需在什么场所进行加工修饰?(科学思维)
提示:胰岛素是分泌蛋白,需在内质网和高尔基体加工修饰。
1、某DNA分子片段中碱基为3600对，则由此片段所控制合成的多肽链中，最多有氨基酸（??? ）种
A．1200　　 B．600　　 C．300　　 D．20
2、已知tRNA一端的三个碱基是CCA，则此tRNA运载的氨基酸是( ）　
A．脯氨酸　 B．天冬氨酸　C．甘氨酸　 D．谷氨酸
C
D
3、某种蛋白质中含300个氨基酸，在控制此蛋白质合成的DNA中，最少应有脱氧核苷酸（? ?? ）个
A．300　　 B．600　 　C．900　　 D．1800
D
随堂训练
随堂训练
4、人的胰岛素基因的存在部位和表达部位分别是( ）
A.所有体细胞，胰腺细胞 B.胰腺细胞，胰腺B细胞
C.所有体细胞，胰岛B细胞 D.胰腺细胞，胰岛A细胞
C
C
5、(04高考江苏)下列对转运RNA的描述，正确的是( ）
A.每种转运RNA能识别并转运多种氨基酸
B.每种氨基酸只有一种转运RNA能转运它
C.转运RNA能识别信使RNA上的密码子
D.转运RNA转运氨基酸到细胞核内