生物人教版（2023）必修2 4.1基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（共58張ppt1個(gè)視頻）

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第4章基因的表達(dá)

第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

蛋白質(zhì)

翻譯

DNA

RNA

轉(zhuǎn)錄

基因的表達(dá)：

核糖體

DNA

合成蛋白質(zhì)

核孔

DNA/基因

主要存在于細(xì)胞核中

蛋白質(zhì)的合成

在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行

信使

信使

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

遺傳信息如何從細(xì)胞核傳到核糖體，從而控制蛋白質(zhì)的合成？

RNA充當(dāng)了DNA的信使

思考：為什么RNA適于作DNA的信使？

核糖核苷酸

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

1、RNA的組成

C、H、O、N、P

基本單位：

4種核糖核苷酸

A(腺嘌呤）

U(尿嘧啶)

C(胞嘧啶)

G(鳥嘌呤)

腺嘌呤核糖核苷酸

鳥嘌呤核糖核苷酸

胞嘧啶核糖核苷酸

尿嘧啶核糖核苷酸

5’

1’

2’

3’

4’

元素組成：

A

C

U

…...

G

核糖核苷酸之間通過形成

磷酸二酯鍵連接

一個(gè)RNA分子

（RNA一般為單鏈）

1、RNA也具有多樣的堿基排序，這使其具備準(zhǔn)確傳遞遺傳信息的能力

思考1：為什么RNA適于作DNA的信使？

2、RNA一般為單鏈，比DNA短，能夠通過核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中

tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

（局部雙鏈，含有氫鍵）

單鏈

單鏈

2、RNA按功能分類

RNA的種類

信使RNA（mRNA）

核糖體RNA（rRNA）

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）

功能：攜帶遺傳信息，作為翻譯的模板

功能：識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

功能：核糖體的組成成分

DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？

什么是轉(zhuǎn)錄？場所？轉(zhuǎn)錄的具體過程？轉(zhuǎn)錄的結(jié)果？

轉(zhuǎn)錄需要的原料是？模板？堿基如何配對？

閱讀課本65頁轉(zhuǎn)錄過程，思考下列問題(3min)

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

DNA分子的一條鏈

游離的4種核糖核苷酸

ATP提供

RNA聚合酶

能量：

酶：

模板：

原料：

RNA(mRNA、tRNA、rRNA)

堿基互補(bǔ)配對原則

轉(zhuǎn)錄時(shí)遵循的原則：

轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物：

場所：

DNA

C

G

T

A

mRNA

G

C

A

U

真核生物：

原核生物：

細(xì)胞核（主要）、葉綠體、線粒體

擬核、質(zhì)粒

①使氫鍵斷裂，DNA解旋；

②使核糖核苷酸間形成磷酸二酯鍵而連接起來

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

概念：

在細(xì)胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程

2、轉(zhuǎn)錄過程：

第一步：DNA解旋

第二步：合成mRNA

第三步：合成的mRNA從DNA上釋放，DNA恢復(fù)雙螺旋

T

C

A

T

G

T

T

T

A

A

G

T

A

C

A

A

A

T

DNA的平面結(jié)構(gòu)圖

轉(zhuǎn)錄過程（真核生物）：

A

G

T

A

C

A

A

A

T

A

G

C

U

G

A

C

G

G

U

U

U

DNA

原料：4種游離的核糖核苷酸

以DNA的一條鏈為模板合成RNA

A

G

T

A

C

A

A

A

T

A

G

C

U

G

A

C

G

G

U

U

U

DNA與RNA的堿基互補(bǔ)配對：A—C—T—

RNA

聚合酶

U

G

A

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

A

G

T

A

C

A

A

A

T

G

G

C

G

G

U

U

A

U

U

A

U

C

合成mRNA，DNA上的遺傳信息就傳遞到mRNA上

mRNA

DNA模板鏈

寫出以b鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成的mRNA堿基序列

寫出b鏈對應(yīng)的DNA的a鏈的堿基序列

DNA片段a鏈

b鏈CGAACCTCACGC

mRNA

【思考】轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與DNA兩條單鏈的堿基序列各有哪些異同？

GCUUGGAGUGCG

①轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列與DNA模板鏈的堿基序列是互補(bǔ)配對的；

②轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列與DNA非模板鏈的堿基序列的區(qū)別是：RNA鏈上的堿基U，對應(yīng)非模板鏈上的堿基T。

GCTTGGAGTGCG

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄是以基因?yàn)閱挝?。某基因的兩條鏈中，只有一條鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)錄的模板鏈，另一條鏈無轉(zhuǎn)錄功能，模板鏈一般是固定不變的。

如圖為某DNA分子上的三個(gè)基因：

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

該DNA分子中基因A轉(zhuǎn)錄時(shí)，基因C是否一定也在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄？

不一定轉(zhuǎn)錄（細(xì)胞中基因選擇性表達(dá)）

（1）轉(zhuǎn)錄不是轉(zhuǎn)錄整個(gè)DNA，只是轉(zhuǎn)錄其中要表達(dá)的基因。

（2）細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄形成的RNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，穿過0層膜，需要消耗能量

（3）細(xì)胞質(zhì)基因（線粒體和葉綠體中基因）也進(jìn)行轉(zhuǎn)錄

（注：線粒體、葉綠體內(nèi)含有核糖體，可以合成蛋白質(zhì)）

（4）并非所有RNA分子均為單鏈結(jié)構(gòu)。tRNA分子雖為單鏈，但存在堿基互補(bǔ)配對的區(qū)域，具有氫鍵。

一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

注意事項(xiàng)

（5）轉(zhuǎn)錄過程中通過遵循“堿基互補(bǔ)配對原則”而保證DNA中的遺傳信息準(zhǔn)確地傳遞給RNA

1.如圖為真核生物細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄過程的示意圖，下列說法正確的是()

A.①鏈的堿基A與②鏈的堿基T互補(bǔ)配對

B.如果③表示酶，則它是DNA聚合酶

C.轉(zhuǎn)錄完成后，②需通過兩層生物膜才能與核糖體結(jié)合

D.②是以4種核糖核苷酸為原料合成的

隨堂訓(xùn)練

D

基因

蛋白質(zhì)合成

（細(xì)胞核）

(細(xì)胞質(zhì))

核孔

mRNA

轉(zhuǎn)錄

翻譯

遺傳信息的翻譯

翻譯：游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)的過程。

翻譯的實(shí)質(zhì)：將mRNA的堿基序列翻譯成蛋白質(zhì)中的氨基酸序列

Q：組成mRNA的堿基只有4種，組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，mRNA的堿基序列如何決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列

若1個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，則能決定4種氨基酸

若2個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，則能決定42=16種

若3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，則能決定43=64種

伽莫夫的“3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸”假說

二、遺傳信息的翻譯

mRNA上3個(gè)堿基

1個(gè)氨基酸

決定

密碼子：mRNA上3個(gè)相鄰堿基決定一個(gè)氨基酸，每3個(gè)這樣的堿基叫作

1個(gè)密碼子

A

C

G

U

C

C

U

U

A

mRNA

密碼子

密碼子

密碼子

二、遺傳信息的翻譯

21種氨基酸的密碼子表

寫出丙氨酸對應(yīng)的密碼子：

GCU、GCC、GCA、GCG

絕大多數(shù)氨基酸都有幾個(gè)密碼子，這種現(xiàn)象稱作密碼子的簡并

簡并性的意義

①增強(qiáng)密碼子的容錯(cuò)性。當(dāng)密碼子中有一個(gè)堿基改變時(shí)，由于密碼子的簡并性，可能并不會(huì)改變其對應(yīng)的氨基酸；

②保證翻譯速度。當(dāng)某種氨基酸需要的頻率高時(shí)，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。

二、遺傳信息的翻譯

一共有多少密碼子？

起始密碼子有多少種？起始密碼子編碼氨基酸嗎？

終止密碼子有多少種？終止密碼子編碼氨基酸嗎？

編碼氨基酸的密碼子有多少種？

密碼子共64個(gè)

2種，AUG、GUG，編碼氨基酸

3種，UAA、UAG、UGA

一般不編碼氨基酸

62種

種類

起始密碼子：

終止密碼子：

編碼氨基酸的密碼子：

二、遺傳信息的翻譯

Q:游離在細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸，如何運(yùn)送到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上？

通過tRNA識(shí)別并搬運(yùn)氨基酸到“生產(chǎn)線”上

tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖

①RNA鏈經(jīng)過折疊，形成三葉草形

(1)形態(tài)：

二、遺傳信息的翻譯

②一端是攜帶氨基酸的部位，是此RNA的端

③一端有3個(gè)相鄰的堿基，可以與mRNA上的

互補(bǔ)配對，叫做.

3’

反密碼子

注意：整個(gè)tRNA不止有3個(gè)堿基，且tRNA分子局部有雙鏈，含有氫鍵

密碼子

二、遺傳信息的翻譯

①每種tRNA只能轉(zhuǎn)運(yùn)種特定的氨基酸，一種氨基酸可能由種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)；

②tRNA上的反密碼子能與mRNA上的密碼子配對

③反密碼子有種，tRNA有種

(3)功能特點(diǎn)：

(2)功能：

識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖

62

一

多

62

A．精氨酸（CGG）B．丙氨酸（GCC）

C．甘氨酸（GGC）D．脯氨酸（CCG）

tRNA具有轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的功能，如圖tRNA攜帶的氨基酸是（各選項(xiàng)括號(hào)中內(nèi)容為相應(yīng)氨基酸的密碼子）（）

二、遺傳信息的翻譯

B

位點(diǎn)1

位點(diǎn)2

甲

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始密碼子

A

C

A

U

5’

3’

①結(jié)合：mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合；

②運(yùn)輸：攜帶甲硫氨酸的tRNA通過與mRNA上的密碼子AUG（起始密碼子）互補(bǔ)配對，進(jìn)入位點(diǎn)1。

二、遺傳信息的翻譯

過程

遺傳密碼在mRNA分子上是連續(xù)排列的，密碼的閱讀必須從一個(gè)正確的起點(diǎn)開始，按一個(gè)方向依次順序讀取，直至讀到終止信號(hào)。

起始密碼子

終止密碼子

mRNA的5’→3’

位點(diǎn)1

位點(diǎn)2

甲

C

A

U

5’

3’

組

G

U

G

5’

3’

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始

密碼子

A

③脫水縮合：甲硫氨酸與組氨酸通過脫水縮合形成二肽，甲硫氨酸被轉(zhuǎn)移到占據(jù)位點(diǎn)2的tRNA上。

二、遺傳信息的翻譯

過程

位點(diǎn)1

位點(diǎn)2

甲

C

A

U

5’

3’

色

C

C

A

5’

3’

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始

密碼子

A

組

G

U

G

5’

3’

精

A

C

G

5’

3’

半

G

C

A

5’

3’

半

A

C

A

5’

3’

脯

A

G

G

5’

3’

③延伸：核糖體沿著mRNA移動(dòng)，讀取下一個(gè)密碼子，原來位點(diǎn)1的tRNA離開，原來占據(jù)位點(diǎn)2的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)1，新的攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)2，重復(fù)上述步驟，合成肽鏈。

二、遺傳信息的翻譯

過程

位點(diǎn)1

位點(diǎn)2

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始

密碼子

A

A

C

A

5’

3’

甲

色

組

精

半

半

脯

A

G

G

5’

3’

釋放因子

④終止：核糖體讀取mRNA上的終止密碼子，合成終止。

⑤肽鏈釋放后，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)

二、遺傳信息的翻譯

過程

終止密碼子沒有對應(yīng)的tRNA

二、遺傳信息的翻譯

過程

mRNA與結(jié)合

攜帶氨基酸至特定位置

核糖體沿移動(dòng)，讀取下一個(gè)密碼子，由對應(yīng)tRNA運(yùn)輸相應(yīng)的氨基酸加到延伸中的肽鏈上（一個(gè)mRNA可以結(jié)合多個(gè)核糖體）

起始

運(yùn)輸

延伸

終止

脫離

當(dāng)核糖體到達(dá)mRNA上的時(shí)，翻譯停止

肽鏈合成后從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，盤曲折疊成具有特定的蛋白質(zhì)

核糖體

tRNA

mRNA

終止密碼子

空間結(jié)構(gòu)

二、遺傳信息的翻譯

二、遺傳信息的翻譯

21種游離的氨基酸

tRNA

核糖體

mRNA

蛋白質(zhì)

（多肽）

由左向右

分析

二、遺傳信息的翻譯

【資料】多聚核糖體是指一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)合成多條肽鏈。圖乙所示為多聚核糖體的模式圖

【分析】

①⑥分別是指；

核糖體移動(dòng)的方向是。

最終合成的肽鏈②③④⑤的氨基酸序列相同嗎？為什么？

一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，這有什么意義？

相同。因?yàn)楹铣伤鼈兊哪０迨峭粭lmRNA。

少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)，使翻譯更加快速高效地進(jìn)行

mRNA，核糖體

由右向左

真核細(xì)胞

原核細(xì)胞

真核細(xì)胞：先轉(zhuǎn)錄和后翻譯

原核細(xì)胞：邊轉(zhuǎn)錄和邊翻譯

【資料】下圖展示的為真核、原核生物基因表達(dá)示意圖，請據(jù)圖概括真核細(xì)胞和原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄、翻譯的區(qū)別。

注：真核細(xì)胞在線粒體、葉綠體中也可邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯

二、遺傳信息的翻譯

原核生物的擬核基因表達(dá)速率往往比真核生物的基因表達(dá)的速率要快很多，為什么？

原核生物基因表達(dá)時(shí)轉(zhuǎn)錄和翻譯可以同步進(jìn)行

真核生物基因表達(dá)時(shí)先完成轉(zhuǎn)錄，再完成翻譯

如圖為某生物細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄、翻譯的示意圖。據(jù)圖判斷，下列描述中正確的是（）

A.圖中表示4條多肽鏈正在合成

B.一個(gè)基因在短時(shí)間內(nèi)可表達(dá)出多條完全相同的多肽鏈

C.核糖體的移動(dòng)方向?yàn)閺淖笙蛴?/p>

D.多個(gè)核糖體共同完成一條肽鏈的合成

二、遺傳信息的翻譯

(1)正確分清mRNA和肽鏈的關(guān)系

(2)核糖體移動(dòng)方向的判斷

(3)區(qū)分原核生物與真核生物的基因表達(dá)

①真核生物的細(xì)胞有以核膜為界限的細(xì)胞核，轉(zhuǎn)錄和翻譯不能同時(shí)進(jìn)行，即先轉(zhuǎn)錄后翻譯。

②原核生物無核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯能同時(shí)進(jìn)行，即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。

B

DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯

時(shí)間場所模板原料酶ATP均需ATP產(chǎn)物

細(xì)胞分裂前的期

個(gè)體生長發(fā)育的整個(gè)過程都有發(fā)生

主要在細(xì)胞核

主要在細(xì)胞核

細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上

DNA的條鏈

間

2

DNA的條鏈

1

mRNA

4種脫氧核糖核苷酸

4種核糖核苷酸

21種氨基酸

解旋酶、DNA聚合酶

RNA聚合酶

2個(gè)相同的子代DNA

RNA

蛋白質(zhì)

DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯

特點(diǎn)原則邊解旋邊復(fù)制

半保留復(fù)制

都存在堿基互補(bǔ)配對

G

C

A

T

A

U

密碼子：AUG

反密碼子：

U

A

C

邊解旋邊轉(zhuǎn)錄

一個(gè)mRNA上同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)合成多條肽鏈

三、中心法則

請根據(jù)DNA復(fù)制和基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程畫一張流程圖，表示遺傳信息的傳遞方向？

①DNA的復(fù)制：遺傳信息從流向。

②：遺傳信息從流向。

③：遺傳信息從流向。

④：遺傳信息從流向。

⑤：遺傳信息從流向。

DNA

DNA

轉(zhuǎn)錄

DNA

RNA

RNA

蛋白質(zhì)

RNA的復(fù)制

RNA

RNA

逆轉(zhuǎn)錄

RNA

DNA

翻譯

三、中心法則

中心法則是由提出的，他提出的中心法則的內(nèi)容過程為。

正常細(xì)胞生命活動(dòng)種能發(fā)生的過程是；⑤過程需要的酶是。

請參照圖中模式，寫出胰島素基因控制胰島素合成過程中遺傳信息的流動(dòng)過程：。

在遺傳信息的流動(dòng)過程中，DNA、RNA是信息的，蛋白質(zhì)是信息的，而為信息的流動(dòng)提供能量，可見，生命是、能量和的統(tǒng)一體。

克里克

①②③

①②③

逆轉(zhuǎn)錄酶

載體

表達(dá)產(chǎn)物

ATP

物質(zhì)

信息

胰島素基因→mRNA→胰島素

轉(zhuǎn)錄

翻譯

請寫出新型冠狀病毒(一種RNA復(fù)制病毒)遺傳信息傳遞表達(dá)的過程及發(fā)生場所

但要注意病毒遺傳信息的傳遞過程發(fā)生于宿主活細(xì)胞內(nèi)

中心法則各過程的適用范圍

三、中心法則

大多數(shù)的RNA病毒

HIV病毒

4.如圖表示“中心法則”的內(nèi)容，圖中①、②、③、④、⑤分別表示相關(guān)過程。下列相關(guān)說法正確的是

A.人體造血干細(xì)胞中可以進(jìn)行①、②和③

B.人體口腔上皮細(xì)胞內(nèi)只能進(jìn)行①、②

C.乳酸菌可以發(fā)生①、④過程D.④和⑤需要的原料相同

隨堂訓(xùn)練

A

在不考慮基因的內(nèi)含子和mRNA上終止密碼子的情況下：

DNA(或基因)堿基數(shù)∶mRNA堿基數(shù)∶肽鏈氨基酸數(shù)＝6∶3∶1

四、基因表達(dá)的計(jì)算

思考：某基因含有600個(gè)堿基，其指導(dǎo)合成的多肽最多含有幾個(gè)氨基酸？實(shí)際上會(huì)少于這個(gè)數(shù)量，為什么？

種

啟