2024-2025學(xué)年高中生物課件（人教版2019）必修二4-1基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

§4-1基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成遺傳因子的發(fā)現(xiàn)從原理上分析，利用已滅絕生物的DNA，真的能夠使他們復(fù)活嗎？問題探討美國科幻電影《侏羅紀(jì)公園》曾轟動(dòng)一時(shí)，影片圍繞著虛構(gòu)的“侏羅紀(jì)公園”，展現(xiàn)了豐富而新奇的科學(xué)幻想，各種各樣的恐龍飛奔跳躍，相互爭斗，而這些復(fù)活的恐龍是科學(xué)家利用提取的恐龍DNA還原而來的。意在引導(dǎo)學(xué)生思考DNA在生物體內(nèi)有哪些作用，又是如何發(fā)揮作用的。一種生物的整套DNA中儲(chǔ)存著該種生物生長、發(fā)育等生命活動(dòng)所需的全部遺傳信息，也可以說是構(gòu)建生物體的藍(lán)圖。但是，從DNA到具有各種性狀的生物體，需要通過極其復(fù)雜的基因表達(dá)及調(diào)控過程才能實(shí)現(xiàn)。因此，在可預(yù)見的將來，利用DNA來使滅絕的生物復(fù)活仍是難以做到的。討論電影《侏羅紀(jì)公園》中的恐龍問題探討思考Thinking對(duì)于真核細(xì)胞來說：DNA主要存在于細(xì)胞核中蛋白質(zhì)合成的場所是核糖體那么，細(xì)胞核中的DNA分子是如何控制核糖體上的蛋白質(zhì)合成的呢？這就需要一種把細(xì)胞核中的遺傳信息傳遞到核糖體上的工具，這個(gè)工具就是：mRNARNA結(jié)構(gòu)——與DNA結(jié)構(gòu)的比較堿基不同(只存在于DNA)嘌呤(只存在于RNA)(DNA和RNA共有)RNA有U無T，DNA中有T無U嘧啶RNA結(jié)構(gòu)——與DNA結(jié)構(gòu)的比較五碳糖不同組成RNA的是核糖；組成DNA的是脫氧核糖核糖(C5H10O5)脫氧核糖(C5H10O4)RNA結(jié)構(gòu)——與DNA結(jié)構(gòu)的比較核苷酸鏈RNA一般是單鏈DNA一般呈雙螺旋結(jié)構(gòu)RNA結(jié)構(gòu)——與DNA結(jié)構(gòu)的比較其它區(qū)別長度不同：RNA比DNA短。能否通過核孔：RNA能通過核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)；DNA不能通過核孔。RNA種類轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）核糖體RNA（rRNA）信使RNA（mRNA）RNA的合成——轉(zhuǎn)錄定義在細(xì)胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成RNA過程。條件模板：DNA的一條鏈原料：4種核糖核苷酸能量：由細(xì)胞呼吸提供。酶：RNA聚合酶等RNA的合成——轉(zhuǎn)錄延伸：新結(jié)合的核糖核苷酸依次連接到正在合成的mRNA分子上。解旋：當(dāng)細(xì)胞開始合成某種蛋白質(zhì)時(shí)，RNA聚合酶與編碼這個(gè)蛋白質(zhì)的一段DNA結(jié)合，使DNA雙鏈解開，雙鏈的堿基得以暴露。堿基配對(duì)：細(xì)胞中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聚合酶的作用下開始mRNA的合成。釋放：合成的mRNA從DNA鏈上釋放。而后，DNA雙螺旋恢復(fù)。轉(zhuǎn)錄的過程RNA的合成——轉(zhuǎn)錄翻譯mRNA在細(xì)胞核中通過轉(zhuǎn)錄形成后，通過核孔到細(xì)胞質(zhì)中與核糖體結(jié)合，直接控制蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)的合成——翻譯定義游離在細(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順序的蛋白質(zhì)的過程。條件模板：mRNA原料：氨基酸運(yùn)載工具―tRNA能量、酶蛋白質(zhì)的合成——翻譯組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，mRNA的4種堿基怎么決定蛋白質(zhì)的21種氨基酸的呢？思考Thinking蛋白質(zhì)的合成——翻譯如果mRNA上的1個(gè)堿基決定1種氨基酸：4種堿基→_______種氨基酸如果mRNA上的2個(gè)堿基決定1種氨基酸：4種堿基→_______種氨基酸如果mRNA上的3個(gè)堿基決定1種氨基酸：4種堿基→_______種氨基酸能夠滿足組成蛋白質(zhì)的21種氨基酸的需要。后來，科學(xué)家以通過一步步的推測(cè)與實(shí)驗(yàn)，最終破解了遺傳密碼。推導(dǎo)442（16）43（64）mRNA上決定1個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰堿基，叫做1個(gè)密碼子。密碼子纈氨酸決定密碼子甘氨酸決定密碼子組氨酸決定蛋白質(zhì)的合成——翻譯第一個(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酪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氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG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UCAG21種氨基酸的密碼子表【思考·討論】分析密碼子的特點(diǎn)從密碼子表中可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸這樣，絕大多數(shù)氨基酸都有幾個(gè)密碼子，這一現(xiàn)象稱作密碼子的簡并，你認(rèn)為密碼子的簡并對(duì)生物體的生存發(fā)展有什么意義？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？提示：這是一道開放性問題，旨在促進(jìn)學(xué)生積極思考，不必對(duì)答案作統(tǒng)一要求?？梢詮脑鰪?qiáng)密碼子容錯(cuò)性的角度來解釋，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(duì)應(yīng)的氨基酸；也可以從密碼子的使用頻率來考慮，當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時(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。提示：這是一道開放性問題，答案并不唯一，旨在培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。根據(jù)這一事實(shí)能想到地球上幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼，說明當(dāng)今生物可能有著共同的起源，或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，等等。運(yùn)載工具―tRNA形狀：呈三葉草形結(jié)構(gòu)：一端是攜帶氨基酸的部位；另一端是反密碼子。定義：tRNA上可以與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)的3個(gè)堿基。作用：決定運(yùn)載的氨基酸的種類；通過與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)，識(shí)別安放氨基酸的部位。特性：每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，即具有專一性。反密碼子結(jié)合氨基酸的部位mRNA在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄形成后，通過核孔出來，到細(xì)胞質(zhì)中。翻譯的過程蛋白質(zhì)的合成——翻譯蛋白質(zhì)的合成——翻譯CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA甲色ACC組精GACmRNA在細(xì)胞質(zhì)中與核糖體結(jié)合GGU翻譯的過程位點(diǎn)1位點(diǎn)2位點(diǎn)3蛋白質(zhì)的合成——翻譯UCA甲色ACC組精GAC攜帶甲硫氨酸的tRNA，通過與堿基AUG互補(bǔ)配對(duì)，進(jìn)入位點(diǎn)1UCA甲UCAGGU翻譯的過程CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU甲UCA位點(diǎn)1位點(diǎn)2位點(diǎn)3蛋白質(zhì)的合成——翻譯CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC組精GAC攜帶組氨酸的tRNA以同樣的方式進(jìn)入位點(diǎn)2甲UCAGGUGGU組GGU組GGU翻譯的過程位點(diǎn)1位點(diǎn)2位點(diǎn)3蛋白質(zhì)的合成——翻譯CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC精GAC甲硫氨酸與組氨酸形成肽鍵，從而轉(zhuǎn)移到位點(diǎn)2的tRNA上甲UCA組GGU甲翻譯的過程位點(diǎn)1位點(diǎn)2位點(diǎn)3位點(diǎn)1位點(diǎn)2位點(diǎn)3蛋白質(zhì)的合成——翻譯色ACC精GAC核糖體沿mRNA移動(dòng)，讀取下一個(gè)密碼子。UCA組GGU甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA翻譯的過程原位點(diǎn)1的tRNA離開核糖體，原位點(diǎn)2的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)1。位點(diǎn)1位點(diǎn)2位點(diǎn)3蛋白質(zhì)的合成——翻譯色ACC精GAC一個(gè)新的攜帶氨基酸的RNA進(jìn)入位點(diǎn)2，繼續(xù)肽鏈的合成GGU組甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACC色ACC色ACC組甲翻譯的過程位點(diǎn)1位點(diǎn)2位點(diǎn)3翻譯的過程蛋白質(zhì)的合成——翻譯GAC就這樣，隨著核糖體的移動(dòng)，tRNA以上述方式將攜帶的氨基酸輸送過來，以合成肽鏈。直到核糖體遇到mRNA的終止密碼子，合成才告終止。GGUCUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACCAGG半色組甲精谷半脯絲UCU終止密碼蛋白質(zhì)的合成——翻譯肽鏈合成后，就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，通常經(jīng)過一系列步驟盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，然后開始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)。翻譯的過程盤曲折疊盤繞聚集蛋白質(zhì)的合成——翻譯多聚核糖體的形成中心法則1957年提出時(shí)間克里克科學(xué)家遺傳信息可以從DNA流向D