生物人教版（2019）必修二4.1 基因指导蛋白质的合成（共45张ppt）

(共45张PPT)
第四章
基因的表达
第1节
基因指导蛋白质的合成
【提示】“问题探讨”意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。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。
基因如何指导蛋白质合成？
基因(DNA)的分布：
主要存在于细胞核（真核生物）中；拟核（原核生物）
蛋白质的合成场所：
核糖体（细胞质）
DNA的分布和蛋白质的合成场所不同，那么遗传信息如何传递？如何解读？
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。
基因如何指导蛋白质合成？
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。
核糖体为何不能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。
一、遗传信息的转录
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初步水解产物：脱氧核糖核苷酸
RNA初步水解产物：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）
一、遗传信息的转录
2.
RNA的种类
一、遗传信息的转录
2.
RNA的种类
（1）mRNA:
携带着从DNA转录来的遗传信息，是合成蛋白质的模板。mRNA上三个相邻的碱基决定着蛋白质的一个特定的的氨基酸，遗传学上将这三个碱基称为密码子。
一、遗传信息的转录
2.
RNA的种类
（2）tRNA:
它的一端是氨基酸结合的部位，相对的一端有3个碱基决定着携带氨基酸的各类，并能与mRNA上特定的密码子配对，称为反密码子。
一、遗传信息的转录
2.
RNA的种类
（3）rRNA:
它是核糖体的组成成分，同时催化肽键的形成。
一、遗传信息的转录
3.
转录
（1）转录概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，通过RNA聚合酶合成RNA的过程。
（2）转录过程
A
C
G
T
G
T
T
T
A
DNA的平面结构图
T
G
C
A
C
A
A
A
T
解旋酶
A
G
C
A
G
A
C
G
G
U
U
U
DNA
游离的核糖核苷酸
RNA
聚合酶
T
G
C
A
C
A
A
A
T
1.
DNA解旋，碱基暴露
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
2.
游离的核糖核苷酸与DNA随机碰撞，氢键结合
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
A
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
U
U
A
U
G
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
U
G
A
U
G
3.连接成mRNA。
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
A
U
G
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
U
G
A
U
G
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
A
U
G
U
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
A
C
G
G
A
U
G
U
U
A
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
C
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
C
RNA
聚合酶
T
G
C
A
C
A
A
A
T
G
G
C
G
G
A
U
G
U
U
A
U
C
形成
mRNA
链，
DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
mRNA
DNA
A
C
G
T
G
T
T
A
T
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
T
G
C
A
C
A
A
A
T
细胞质
细胞核
核孔
DNA
A
C
G
U
G
U
U
U
A
mRNA
4.
mRNA释放，DNA双链恢复
一、遗传信息的转录
3.
转录
（3）转录的场所：细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
（4）转录的条件：
模板：DNA的一条链
原料：4种游离的核糖核苷酸
能量：ATP
酶：RNA聚合酶
（5）转录的产物：RNA
提醒：每次转录的只是DNA分子特定的片段，该片段携带的遗传信息能准确地传递给mRNA分子。
4.
转录的原则：碱基互补配对
一、遗传信息的转录
4.
密码子
?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
C
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
天冬氨酸
丝氨酸
U
异亮氨酸
苏氨酸
天冬氨酸
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
一、遗传信息的转录
4、密码子的特点
密码子种类：
氨基酸种类：
特殊密码子说明：
①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
密码子与氨基酸关系：
①1种氨基酸可能由1种或几种密码子决定。
②1种密码子只能决定1种氨基酸（正常情况下）。
64种
21种
一、遗传信息的转录
4、密码子的特点
起始密码子：
终止密码子：
能决定氨基酸的遗传密码子：
密码子的简并性：
像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子的现象。
意义：
密码子的通用性：
几乎所有的生物体都共用一套密码子。（生物之间存在或近或远的亲缘关系）
AUG、GUG（甲硫氨酸）
2个
UAA、UAG、UGA（不编码任何氨基酸）
3个
61种
维持物种的稳定性
一、遗传信息的转录
5.
反密码子
每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫做反密码子。
反密码子共有61种，与决定氨基酸的密码子一一对应。
二、遗传信息的翻译
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序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。
2.
翻译过程
二、遗传信息的翻译
2.
翻译过程
二、遗传信息的翻译
二、遗传信息的翻译
2.
翻译过程
二、遗传信息的翻译
3.
翻译场所：
4.
翻译的条件：
模板：mRNA
原料：20种游离的氨基酸
能量：ATP
酶
5.
原则：碱基互补配对
6.
产物：多肽
核糖体
二、遗传信息的翻译
7.
翻译是一个高效的过程
在细胞中，合成蛋白质的速度很快，其中一个主要原因是一个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（如右图）。此时，多个核糖体串联附着在一条mRNA上，形成念珠状结构——多聚核糖体。从而，在少量mRNA的指导下就可高效合成大量的某种蛋白质。
三、复制、转录与翻译的比较
项目
复制
转录
翻译
场所
条件
模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
20种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
DNA解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
与蛋白质合成有关的酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A－T
T－A
G－C
C－G
碱基互补配对
A－U
T－A
G－C
C－G
碱基互补配对
A－U
U－A
G－C
C－G
四、中心法则及补充
中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递
DNA
RNA
蛋白质
复制
转录
翻译
复制
RNA
蛋白质
翻译
以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递
复制
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
RNA
逆转录
四、中心法则及补充
生命是物质、能量和信息的统一体。
五、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。
【提示】题中的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。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。
2.
我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。
【答案】人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多样性。
谢谢
让课堂绽放魅力
让教育更加美好