4.1基因指导蛋白质的合成 ppt课件(5)-2023新人教版（2019）《高中生物》必修第二册.pptx

1、第一章：遗传因子的发现第二章：基因和染色体的关系第三章：基因的本质第四章：基因的表达人类是怎样认识到基因的存在的？基因在哪里？基因是什么？基因是怎样行使功能的（作用）？知识知识梳理：梳理：肤色肤色眼皮单双眼皮单双血型血型基因基因有遗传效应的有遗传效应的DNA片段片段控制生物性状控制生物性状在染色体上呈在染色体上呈线性排列线性排列温故而知新温故而知新：试管中的绿色荧光蛋白在紫试管中的绿色荧光蛋白在紫外线照射下发出绿色荧光外线照射下发出绿色荧光温故而知新温故而知新：荧光蛋白荧光蛋白荧光蛋白基因荧光蛋白基因 基因基因控制生物控制生物性状性状蛋白质蛋白质体现者体现者基因是怎样指导蛋白质的合成呢？基因是

2、怎样指导蛋白质的合成呢？温故而知新温故而知新：第4章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成1.对比分析RNA和DNA的主要区别，归纳RNA适于做DNA信使的条件。2.通过分析、归纳图文资料，构建遗传信息通过转录和翻译的传递过程模型。3.通过探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，达成结构与功能观。4.运用数学方法，分析基因中碱基、RNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。5.基于地球上几乎所有的生物都去共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共日的起源，形成生物进化观。6.了解中心法则的提出和修正过程，认同科学是不断发展的，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。学

3、习目标DNA的主要的主要存在场所存在场所蛋白质的蛋白质的合成场所合成场所一、遗传信息的转录基因蛋白质的合成指导指导基因蛋白质的合成指导指导推推测测可能存在某种物质作为可能存在某种物质作为中介中介在在空间上存在障碍。空间上存在障碍。如何解决呢？如何解决呢？一、遗传信息的转录细胞核核糖体信使？思考一：位于细胞核的基因如何控制细胞质核糖体进行蛋白质的合成？1955年有人曾进行实验，如果加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质合成就停止，如果再加进了RNA，又可重新合成一定数量的蛋白质。资料：实验结果表明：蛋白质合成跟 有关，其很有可能是DNA的信使。RNA一、遗传信息的转录思考2：DNA为什么不能出细

4、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DNA(基因)蛋白质细胞核细胞质核糖体基因思考三：RNA为何适于作为DNA信使？DNA(基因)蛋白质细胞核细胞质核糖体RNA一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录1、DNA与RNA的比较比较项目DNARNA基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸五碳糖脱氧核糖核糖含氮碱基A T C GA U C G结 构双链结构多为单链结构主要存在部位细胞核细

5、胞质组成组成RNARNA的五碳糖是核糖；的五碳糖是核糖；RNA RNA的碱基组成中没有碱基的碱基组成中没有碱基T T（胸腺（胸腺嘧啶）嘧啶）而替换成碱基而替换成碱基U U(尿尿嘧啶嘧啶)。3、RNA适于作DNA信使的原因一、遗传信息的转录(1)RNA也是由基本单位核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基(C、G、A、U)共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。(2)RNA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。(4)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。(3)RNA为单链结构，不稳定，易降解，完成使命的RNA能迅

6、速分解，保证生命活动的有序进行。mRNA（messenger RNA）信使RNAmRNAtRNA（transfer RNA）转运RNAtRNArRNA（ribosomal RNA）核糖体RNA、RNA的种类一、遗传信息的转录、RNA的种类种类种类mRNAmRNAtRNAtRNArRNArRNA名称名称信使信使RNARNA转运转运RNARNA核糖体核糖体RNARNA分布分布功能功能结构结构示示意意图图共同点共同点种类种类mRNAmRNAtRNAtRNArRNArRNA名称名称信使信使RNARNA转运转运RNARNA核糖体核糖体RNARNA分布分布功能功能结构结构示示意意图图共同点共同点主要在细胞

7、质中主要在细胞质中主要在细胞质中主要在细胞质中与蛋白质结合成核糖体与蛋白质结合成核糖体翻译的直接模板翻译的直接模板翻译时运载氨基酸翻译时运载氨基酸组成核糖体组成核糖体单链单链单链单链单链单链都是转录产物都是转录产物 基本单位相同基本单位相同 都与翻译过程有关都与翻译过程有关一、遗传信息的转录思考四：DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？1.定义：通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。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3.条件：模板：DNA的一条链的片断酶：RNA聚合酶原料：4种游离的核糖核苷酸能量：ATP解旋：RNA聚合酶与编码

8、蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA35CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35ATPRNA聚合酶RNA聚合酶具有解旋的效果4.过程：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。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35UAUGCAUGAUCGAGCUUCCGTAG

9、TATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA35UAUGCAUGAUCGAGCUUUAUGCAUGAUCGAGCUU53ATP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端形成磷酸二酯键释放：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。UAUGCAUGAUCGAGCUUCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA35细胞质细胞核mRNA一、遗传信息的转录转录补充说明：A T C GAG CGA G T CT T C G T

10、C AAT CGATGACAT C GG CDNAUC GCU A G CmRNAmRNADNA两条链中只有一条链是转录的模板链，模板链不固定。转录以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段；基因1基因2说明：一个DNA转录出的mRNA不完全相同部分解旋比较项目DNA复制DNA转录模板原料碱基互补配对原则酶产物时期DNA分子RNA分子DNA的两条链DNA的一条链四种脱氧核糖核苷酸四种核糖核苷酸A-T；G-CA-U；T-A；G-C解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶思考讨论：转录与DNA复制的区别细胞分裂间期生长发育过程一、遗传信息的转录新合成的子链新合成的子链DNADNA聚合酶聚合酶DNAD

11、NA聚合酶聚合酶DNADNA解旋酶解旋酶游离的脱氧核苷酸游离的脱氧核苷酸二.DNA的复制2.通过分析、归纳图文资料，构建遗传信息通过翻译的传递过程模型。3.通过探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，达成结构与功能观。4.运用数学方法，分析基因中碱基、RNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。5.基于地球上几乎所有的生物都去共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共同的起源，形成生物进化观。6.了解中心法则的提出和修正过程，认同科学是不断发展的，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。学习目标二、遗传信息的翻译1.定义：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成

12、具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。DNA携带的遗传信息mRNA携带的遗传信息蛋白质转录翻译碱基排序碱基排序氨基酸排序讨论：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？1个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即 2个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即 3个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即 44116426443二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译科学史话：克里克T4噬菌体实验 资料资料1 1：19611961年，克里克以年，克里克以T T4 4噬菌体为实验材料，研究某个基因的碱基序列：噬菌体为实验材料，研究某个基因的碱基序列：增加或者删除增加或者删除一个一个碱基，无法产生正常功

13、能的蛋白质；碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除增加或删除两个两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除但是，当增加或者删除三个三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。为什么会产生这样的结果？为什么会产生这样的结果？克里克：克里克：第一个第一个用实验证明遗传密码中用实验证明遗传密码中3 3个碱基编码个碱基编码1 1个氨基酸。个氨基酸。但是但是无法说明无法说明由由3 3个碱基排列成的个碱基排列成的1 1个密码子对应的究竟是个密码子对应的究竟是哪一个氨基酸。哪一个氨基酸。TyrSerPheCysTyrS

14、erPheCys各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr利用这个实验系统，破译了第一个遗传密码UUU(苯丙氨酸)。二、遗传信息的翻译科学史话：蛋白质体外合成实验 资料2：1961年8月，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。二、遗传信息的翻译2.密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。mRNA53GUGGAACCU密码子密码子密码子密码子认读是从mRNA的53，相邻的密码子无间隔、不重叠。缬氨酸组氨酸精氨酸第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸

15、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GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U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GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸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GG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第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU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

16、C亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U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GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸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GG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 终止密码子：、种类 起始密码子：（甲硫氨酸）、（种）_ _（缬氨酸、甲硫氨酸）编码氨基酸的密码子_种或_种64UAAUGA（硒代半胱氨酸）UAGAUGGUG6162特殊密码子说明：在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码

17、硒代半胱氨酸。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。绝大多数氨基酸都有几个密码子。2.密码子的简并性地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。3.密码子的通用性讨论1：你认为密码子的简并对生物体的 生存和发展有什么意义？讨论2：根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？增强密码子的容错性增强密码子的容错性。提高使用频率提高使用频率。说明当今生物可能有着共同的起源。说明当今生物可能有着共同的起源。一种密码子决定一种氨基酸。1.密码子的专一性思考讨论：分析密码子的特性二、遗传信息的翻译3.tRNA(转运RNA)：形态：功能特点：反密码子RNA链经过折叠，形成三叶草形识别密码子，

18、转运氨基酸。（1种tRNA只能识别并转运1种氨基酸。1种氨基酸可由1种或几种tRNA转运）mRNA5 3ACU反密码子密码子位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。密码子=反密码子=61或62二、遗传信息的翻译044.过程：第1步 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。第2步 携带某个氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2。二、遗传信息的翻译第3步 甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。第4步 核糖体沿mRNA移动 就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽

19、链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体 U A U C Gu C U G G G A U A C U A C C G u G G A C U GUAGAAUACAGUCACCGGAUmRNA脱水缩合肽键肽键二、遗传信息的翻译3.翻译过程三、遗传信息的翻译045.场所：6.条件：7.结果：核糖体能量：酶：模板：原料：原则：ATPmRNA21种游离氨基酸 碱基互补配对AU、UAGC、CG多肽链二、遗传信息的翻译mRNA核糖体8.特征：（1）如何快速高效地进行翻译呢？一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。（2）以同一模板合成的多条肽

20、链的氨基酸序列是否相同？相同，因为其模板相同（3）翻译合成的肽链就具有相应的功能吗？不具有，还需要进一步加工。mRNA核糖体二、遗传信息的翻译8.特征：（4）真、原核细胞基因的表达有什么区别？真核细胞中先转录后翻译，原核细胞中边转录边翻译二、遗传信息的翻译ACUGGAUCUmRNAmRNA：苏氨酸甘氨酸丝氨酸 肽链：肽链：DNADNA：ACTGGATCTTGACCTAGA肽键 肽键（假设以B链为模板进行转录）A链 B链 转录翻译基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数 6 3 1二、遗传信息的翻译例1：如mRNA上有n个碱基，转录时产生它的基

21、因片段中至少有_个碱基，该mRNA指导合成蛋白质中至多有_个氨基酸。DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=6：3：12nn/3注意：无特别说明，不考虑终止密码二、遗传信息的翻译计算中“最多”和“最少”的分析：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。例2：某个多肽的由100个氨基酸脱水缩合而成，则控制该多肽合成的基因的长度至少是()对碱基。若考虑终止密码子呢？300二、遗传信息的翻译303复制转录翻译场所主要在细胞核主要在细胞核模板DNA的两条单

22、链DNA的一条链原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸酶解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶碱基互补配对原则产物2个DNA单链RNA特点半保留复制；边解旋边复制边解旋边转录；复制、转录、翻译总结A-T、G-CA-U、T-A、G-CA-U、G-C核糖体mRNA21种氨基酸酶多肽链1条mRNA可同时合成多条肽链0 51。中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。复制转录翻译蛋白质DNARNA2.中心法则的完善：1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制。1970年，在致癌的RNA病毒中发现逆转

23、录酶，它能以RNA为模板合成DNA。复制转录翻译蛋白质DNA复制RNA逆转录中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）三、中心法则生物种类遗传信息的传递过程以DNA作为遗传物质的生物原核生物真核生物DNA病毒以RNA作为遗传物质的生物一般RNA病毒逆转录病毒(HIV)转录DNARNA翻译蛋白质复制复制RNA翻译蛋白质逆转录转录DNARNA翻译蛋白质复制RNA各种生物的遗传信息传递过程三、中心法则四、练习与应用一、概念检测（P69）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

24、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.基因上的3个相邻的碱基 B.DNA上的3个相邻的碱基 C.tRNA上的3个相邻的碱基 D.mRNA上的3个相邻的碱基D四、练习与应用二、拓展应用（P69）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。抗菌药物 抗菌机制 红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸环丙沙星 抑制细菌DNA的复制 利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性 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。翻译复制转录