4.1基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成教學(xué)課件高一下學(xué)期生物人教版（2019）必修2

典區(qū)要帥|

些)如督(獄鹽四賬陽(yáng)糖尿病是一種嚴(yán)重危害健康的常見(jiàn)病，胰島素是治療糖尿病的特效藥。以往臨床上給病人注射用的胰島素主要從

牛的胰腺中提取，用這種方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低、價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足

需求。1978年，科學(xué)家將控制人胰島素

基因轉(zhuǎn)人大腸桿菌中，利用大腸桿菌高

效生產(chǎn)人胰島素?！彼伎迹簽槭裁崔D(zhuǎn)入的是基因，能夠獲得蛋白質(zhì)?指導(dǎo)基

因蛋白質(zhì)合基因的表達(dá)資

料問(wèn)題：細(xì)胞核DNA是如

何控制蛋白質(zhì)合成的?推測(cè)：在DNA和蛋白質(zhì)之間，存在一種中間物質(zhì)充當(dāng)信使能夠通過(guò)核孔能夠準(zhǔn)確傳遞遺傳信息核糖體DNA信使發(fā)現(xiàn)問(wèn)題實(shí)驗(yàn)1:1955年，戈德斯坦和普勞特觀察到放射性物質(zhì)標(biāo)記

的RNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)。實(shí)驗(yàn)2:1955年，布拉切特用洋蔥根尖和變形蟲(chóng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，

發(fā)現(xiàn)若加入RNA酶降解細(xì)胞中的RNA,

則蛋白質(zhì)合成

停止；若再加入從酵母細(xì)胞中提取的RNA,則

又

可

以重新合成一些蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：RNA能從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：蛋白質(zhì)的合成與RNA有關(guān)尋找溝通DNA和蛋白質(zhì)之間的信使實(shí)驗(yàn)3:1961年，南非生物學(xué)家布倫納等經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)

現(xiàn)，用噬菌體侵染細(xì)菌，在培養(yǎng)基中添加含

14C標(biāo)記的尿嘧啶(RNA

特有的堿基),培養(yǎng)一

段時(shí)間后，把細(xì)菌裂解離心，分離出RNA與核

糖體。分離出的RNA有14C的標(biāo)記，將分離得到

的RNA分別與細(xì)菌的DNA和噬菌體的DNA雜交，發(fā)現(xiàn)RNA只能與噬菌體DNA形成雙鏈雜交分子。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：新合成的噬菌體RNA是以噬菌體的DNA為模板合成的，DNA

上的遺傳信息可以傳遞給RNA噬菌體侵染細(xì)菌將細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含14C-U

標(biāo)記的培養(yǎng)基中裂解細(xì)菌，離心并分離細(xì)菌的核糖體

噬菌體的RNA(含14C)噬菌體的DNA

細(xì)菌的DNA尋找溝通DNA和蛋白質(zhì)之間的信使不能形成DNA-RNA

雙鏈雜交分子DNA-RNA雙鏈雜交分子RNA活

動(dòng)

一

：閱讀課本P64-65,思考什么是RNA

?RNA與

DNA在化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別?為什么RNA

適于作DNA

的信使?H

H

HOH

H

脫氧核使DNA與RNA在化學(xué)組

成上的區(qū)別磷酸腺嘌呤(A)

鳥(niǎo)嘌呤(G)

胞嘧啶(C)CH?OH

OH

CH?OH

OH

0

0核糖和脫氧核糖的結(jié)構(gòu)模式圖脫氧核糖DNA胸腺嘧啶(T)HHOH核糖核糖RNA尿嘧啶(U)日OHHH●RNA一般為單鏈，比

DNA短，可以通過(guò)核

孔從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)

胞質(zhì)中●

RNA是由核苷酸連接而成的，核苷酸也含

有4中堿基，可以?xún)?chǔ)

存遺傳信息●RNA和DNA的關(guān)系中，

也遵循“堿基互補(bǔ)配

對(duì)原則”,因此可將

遺傳信息傳遞到細(xì)胞

質(zhì)中胞嘧啶Cytosine腺嘌呤Adenine尿嘧啶Uracil取代DNA中的含氮堿基Nitrogenous

bases腺嘌呤

Adenine含氮堿基Nitrogenous

basesRNA適于作為DNA信使的原因RNA

的

種

類(lèi)活動(dòng)二：嘗試以DNA為模板合成RNA已知人胰島素的基因部分序列如圖所示，

請(qǐng)嘗試寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的mRNA序列5

'TT

…—3

’ATGGCCCTGTG

G

A

T

GCG

C

TA

A3

TACCGGGACACCTACGCGA

—5’序列1:

15

'

TTT

3

’AUGGCCCUGUGGAUGCGCUA

A序列2:3

U

ACCGGGACACCUACGCG

AUU

—5’LTT探尋遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程實(shí)驗(yàn)4:噬菌體SP8的DNA分子由兩條堿

基組成很不平均的鏈構(gòu)成，其

中一條鏈富含嘌呤(重鏈),另一條互補(bǔ)鏈則富含嘧啶(輕鏈

)

。

1

9

6

3

年

，Marmur和Duty利用噬菌體SP8侵染枯草桿

菌后，從枯草桿菌中分離出RNA,

分別與DNA的重鏈和輕鏈混合并緩慢冷卻。他們發(fā)現(xiàn)SP8侵染后

形成的RNA只跟重鏈形成DNA-RNA的雜交分子。輕

鏈b重鏈變性CsCl

密度梯度離心一

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：RNA是以DNA的一條鏈為模板合成的探尋遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程分

離十b重鏈c

RNA形成雜交分子SP8

DNA二aC2

9十探尋遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程活

動(dòng)

二

：已知人胰島素的基因部分序列如圖所示，請(qǐng)寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的mRNA序列5

′

TATGGCCCTGT

G

G

A

T

GCG

CTACCGGGACACCTACGCG

3

轉(zhuǎn)錄

序列1:5

t

TrAUGGCCCUGUGGAUGCGCUAA3

’編碼鏈—

5模板鏈TTAA

A

TT

LT3mRNA探尋遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程活動(dòng)三：類(lèi)比推理RNA合成過(guò)程類(lèi)比DNA復(fù)制的條件和過(guò)程，推理轉(zhuǎn)錄所

需要的條件，形成轉(zhuǎn)錄的概念，并嘗試說(shuō)出RNA合

成(轉(zhuǎn)錄)過(guò)程以母鏈為模板進(jìn)

行堿基互補(bǔ)配對(duì)解旋酶DNA復(fù)制示意圖DN

A

復(fù)

制模

板原

料堿基配對(duì)方式酶能

量產(chǎn)物DNA

復(fù)

制轉(zhuǎn)

錄模

板DNA

的

兩

條

鏈DN

A

的

一

條

鏈原

料4

種

脫

氧

核

苷

酸4

種

核

糖

核

苷

酸堿基配

對(duì)方式A-T;T-AC-G;G-CA-U;T-AC-G;G-C酶解

旋

酶、DNA聚

合

酶RNA

聚

合

酶能

量ATPATP產(chǎn)物DNARNARNA聚合酶的功能：1、與編碼蛋白質(zhì)的一段DNA結(jié)合2、使DNA雙鏈解開(kāi)，堿基暴

露出來(lái)3、催化游離的核糖核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵依次連接，

形成RNA分子活動(dòng)三：類(lèi)比推理RNA合成過(guò)程類(lèi)比DNA復(fù)制的條件和過(guò)程，推理轉(zhuǎn)錄所

需要的條件，形成轉(zhuǎn)錄的概念，并嘗試說(shuō)出RNA合

成(轉(zhuǎn)錄)過(guò)程轉(zhuǎn)錄：在細(xì)胞核中，通過(guò)

RNA聚合酶以DNA

的一條鏈為

模板合成RNA的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)

錄探尋遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄的方向RNA聚合酶游離的核糖核苷酸配對(duì)第2步游離的核糖核苷酸與DNA

模

板

鏈上的堿基互補(bǔ)配對(duì)，在RNA

聚

合

酶

的作用下開(kāi)始mRNA的合成釋放第

4步

合

成的mRNA從

DNA

鏈上釋放。而

后

，DNA

雙螺旋恢復(fù)連接第3步新結(jié)合的核

糖核苷酸連接到正

在合成的mRNA

分子上解鏈第1步DNA

雙

鏈解開(kāi)，堿基暴

露出來(lái)探尋遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程N(yùn)AmRNA3'基因的表達(dá)RNA

蛋白質(zhì)條

件模板：DNA的一條鏈(模板鏈)原料：4種核糖核苷酸酶

：RNA聚合酶能

量

：ATP基因過(guò)

程解

鏈—配

對(duì)連接1釋

放轉(zhuǎn)錄小

結(jié)作業(yè)請(qǐng)查閱資料，思考：大腸桿菌沒(méi)有細(xì)胞核，人胰

島素基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌后轉(zhuǎn)錄與在人體內(nèi)轉(zhuǎn)錄是

否有區(qū)別?若有，有哪些區(qū)別?典區(qū)要帥陽(yáng)四些如督(獄I賬留)轉(zhuǎn)錄的方向RNA

聚合酶游離的核糖核苷酸配對(duì)第2步游離的核糖核苷酸與DNA

模

板

鏈上的堿基互補(bǔ)配對(duì)，在RNA

聚

合

酶

的作用下開(kāi)始mRNA的合成釋放第

4步

合

成的mRNA從

DNA

鏈上釋放。而

后

，DNA

雙螺旋恢復(fù)連接第3步新結(jié)合的核

糖核苷酸連接到正

在合成的mRNA

分子上解鏈第

1

步

DNA雙

鏈解開(kāi)，堿基暴

露出來(lái)NAmRNA轉(zhuǎn)錄3'轉(zhuǎn)錄mRNA

(堿基的排列順序)核糖體翻

譯蛋白質(zhì)(氨基酸的排列順序)問(wèn)題：4種堿基怎么決定蛋白質(zhì)的21種氨基酸?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

氨基酸順序的蛋

白質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為翻

譯提

出

問(wèn)

題DNA

(堿基的排列順序)mRNA背景：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。思考：mRNA

上至少有幾個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸?

請(qǐng)從排列組合的角度預(yù)測(cè)。1個(gè)堿基決定1種氨基酸，4種堿基可決定4

種氨基嚴(yán)基決定1種氨基酸，4種堿基可決定

16

種氨琴成基決定1種氨基酸，4種堿基可決定64種氨科學(xué)史1954年，物理學(xué)家伽莫夫根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算提出“假說(shuō)”:

mRNA上3個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸遺傳密碼的破譯1961年，克里克以T?噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，研究其中某

個(gè)基因堿基的增加或減少對(duì)其所編碼的蛋白質(zhì)的影響，

在相關(guān)堿基序列中增加或刪除1個(gè)或2個(gè)堿基，無(wú)法產(chǎn)

生具有正常功能的蛋白質(zhì)，但是當(dāng)增加或刪除3個(gè)堿基

時(shí)，卻合成了具有正常功能的蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：遺傳密碼是由3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸；遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開(kāi)始，以非重疊的方式閱讀，編碼之間沒(méi)有分隔符遺傳密碼的破譯實(shí)

驗(yàn)

一

：遺傳密碼的破譯密碼子：

mRNA上，決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基5’

G

U

C

U

C

A

3’mRNA密碼子1

密碼子2

密碼子3問(wèn)題：如何確定64個(gè)密碼子分別對(duì)應(yīng)哪種氨基酸呢?實(shí)

驗(yàn)

二

：1961年，尼倫伯格和馬太采用了

蛋白質(zhì)體外合成技術(shù)破譯了第一

個(gè)密碼子。他們?cè)诿總€(gè)試管中分

別加入一種氨基酸，再加入除去

了DNA

和mRNA的細(xì)胞提取液，以

及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸(

…

UUUUUU…),結(jié)果加入苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈實(shí)驗(yàn)結(jié)論：苯丙氨酸對(duì)應(yīng)的密碼子是UUU多聚苯丙氨

酸的肽鏈Ser

Phe

Cys+除去DNA和mRNA的細(xì)

胞提取液十多聚尿嘧啶核苷酸(…UUUUUU…)Tyr:酪氨酸Ser:絲氨酸Phe:苯丙氨酸

Cys:半胱氨酸Cys提供除模板外翻譯所需的條件提供翻譯的模板TyrTyr遺傳密碼的破譯SerPhe第一個(gè)堿

基第二個(gè)堿基第三個(gè)堿基UCAGU苯丙氨酸苯

丙

氨

酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸略氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸色

氨

酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸

組氨酸

谷氨酰胺

谷氨酰胺精

氨

酸精氨酸精

氨

酸精

氨

酸UCAGAUCAG異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴(lài)氨酸賴(lài)

氨

酸絲

氨

酸絲

氨

酸精

氨

酸精

氨

酸G纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸(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UCAG思考1:怎樣查閱密碼子表?思考2:64種密碼子是否都決定

了特定的氨基酸?思考3:通過(guò)分析遺傳密碼與氨基酸的種類(lèi)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，又

能得出什么結(jié)論?其意義是什么?專(zhuān)一性簡(jiǎn)并性遺傳密碼的破譯第一個(gè)

堿基第二個(gè)堿基第三個(gè)堿基思

考

4

:

起

始

密

碼

和

終

止

密

碼

的生

物

學(xué)

意

義

是

什

么

?UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸略氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAG思

考

5

:

幾

乎

所

有

的

生

物

體

都

共用上述密碼子

。

根據(jù)這一事實(shí)

，你能想到什么

?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組氨酸

組氨酸

谷氨酰胺

谷氨酰胺精

氨

酸精氨酸精

氨

酸精

氨

酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴(lài)氨酸賴(lài)

氨

酸絲

氨

酸絲

氨

酸精

氨

酸精

氨

酸UCAG專(zhuān)一性遺傳密碼的特點(diǎn)簡(jiǎn)并性G纈氨酸纈氨酸纈

氨

酸纈氨酸、甲硫氨酸(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UCAG通用性遺傳密碼的破譯探尋翻譯的過(guò)程思考：將氨基酸運(yùn)送到核糖體上的t

RNA具有什么結(jié)特異性結(jié)合氨基酸的部位堿基配對(duì)形成氫鍵構(gòu)特點(diǎn)?里

硫氨酸反密碼子3’

哩UAC5’活動(dòng)一

：模擬翻譯的過(guò)程參考課本P68中圖4-7,嘗試用所提供的材料(可手繪或打印),推斷并構(gòu)建人胰島素合成的過(guò)程模

型

。人胰島素-

3mRNA

若干種類(lèi)

的氨基酸,AUGGCCCUGUG

GGUGGAAUAA核糖體

若干tRNA探尋翻譯的過(guò)程5探尋翻譯的過(guò)程芴

亮丙C

G

GUA

CGUG

GAAUAAI

,AUGGCC

CU

GUG

G3’A

C

CG

A

CUA

C位

點(diǎn)

2探尋翻譯的過(guò)程C

G

GGA

CGU

G

G

A

AUA

AI1AUGGCCCUGUGG-3’位點(diǎn)1A

C

C甲5UA

C位

點(diǎn)

2探尋翻譯的過(guò)程C

G

GGA

CGU

G

G

A

AUA

AI1AUGGCCCUGUGG-3’位點(diǎn)1A

C

C甲5位點(diǎn)2UAC,A

UG

GC

C

CUGU

G

GGUG

GA

AUA

A-3’探尋翻譯的過(guò)程C

G

GGA

CA

C

C5丙C

G

GGUG

GA

AUA

A

-3’I1甲位點(diǎn)2UAC,A

UG

GC

C

CUGU

G

G5探尋翻譯的過(guò)程探尋翻譯的過(guò)程肽鍵UAC

C

G

GAUGGCCCUGUGGGUG

GA

AUA

AI

-3’5探尋翻譯的過(guò)程甲丙UAC

CG

GAUGGCCCU

GUGGGUG

GAAUAAI

-3’5UAcC

G

GAUGGCC

CU

GU

G

G

5探尋翻譯的過(guò)程甲丙GUG

GAAUAA-3’G

A

CUAcC

G

GAUGGCC

CU

GU

G

G

5探尋翻譯的過(guò)程甲丙GUG

GAAUAA-3’G

A

CCG

G

GA

CAUGGCC

CU

GU

G

G5GUG

GAAUAA3’探尋翻譯的過(guò)程丙甲CG

G

GA

CAUGGCC

CU

GU

G

G5GUG

GAAUAA3’探尋翻譯的過(guò)程丙甲CGGG

A

C探尋翻譯的過(guò)程,AUGGCC

C

UGUGG丙亮GUGGAAUAA—3’甲5GA

CA

CC,AUGGCCCUGUGGGUGGAAUAA5探尋翻譯的過(guò)程—3’亮丙探尋翻譯的過(guò)程甲丙亮蘇纈C

AC

A

CC

GU

GGA

A

UA

A,AUGGCCCUGUG

G-3’5CAcA

CC,AUGGCCCUGUGG

GUGG

AA

U

AA5

3’亮蘇纈谷探尋翻譯的過(guò)程甲丙探尋翻譯的過(guò)程甲丙

亮蘇纈ACc,AUGGCCCUGUGGG

UGGAAUAA—3’5探尋翻譯的過(guò)程甲丙

亮蘇盤(pán)曲折具有特定空間結(jié)構(gòu)

和功能的人胰島素

3

’AUGG

CCCUGU

GGGUGGAAUAA谷纈5場(chǎng)

所核糖體條

件模

板mRNA原

料2

1

種

氨

基

酸酶相關(guān)酶能

量ATP轉(zhuǎn)運(yùn)工具tRNA堿

基

互

補(bǔ)

配

對(duì)

方

式A-U;C-G產(chǎn)

物多

肽