【高中生物】 基因控制蛋白质的表达 高一生物同步高效优质课件（人教版2019必修2）

4.1基因指导蛋白质的合成必修二《遗传与进化》第四章

基因的表达绿色荧光蛋白(Greenfluorescentprotein，简称GFP)：是一个由约238个氨基酸组成的蛋白质，从蓝光到紫外线都能使其激发，发出绿色萤光。通过基因工程技术（转基因技术），绿色萤光蛋白(GFP)基因已被导入并表达在许多物种，包括细菌，酵母和其他真菌，鱼（例如斑马鱼），植物，苍蝇，甚至人等哺乳动物的细胞。2008年，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予对GFP的发现、表达和开发做出了杰出贡献的三位科学家：下村修、马丁•查尔菲和钱永健。钱永健是一位伟大的华人科学家，祖籍杭州，是导弹之父-钱学森的堂侄。一生获奖无数，几乎囊括所有生命科学领域大奖，也是唯一一位华人沃尔夫奖和诺贝尔奖“双得主”。语言矛盾：位置矛盾：ATGC碱基排列顺序氨基酸排列顺序基因的载体：染色体位于细胞核蛋白质合成在核糖体（细胞质）资料1：嗤菌体侵染大肠杆菌,该细菌ＲＮA和蛋白质的合成会立即停止，接着生成少量新的ＲＮＡ。经过一系列艰辛的细胞分析后，人们确定这种ＲＮＡ的结构很像一条ＤNＡ链，其碱基的比率与入侵的噬菌体的碱基比相同，而与被侵入的细菌ＤNＡ的碱基比不同。资料2：1955年Brachet用变形虫进行了实验：若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成停止，若再加入RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。资料3：Goldstein和Plaut用同位素标记变形虫RNA的前体，发现标记的RNA先都出现在核内，经过一段时间后发现被标记的RNA分子已在细胞质中。DNARNA转录核核糖体（质）？蛋白质关键问题1：细胞核染色体是DNA的载体，DNA上线性排列的基因携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的?即如何解决“区域”矛盾？关键问题2：为什么RNA适于作DNA的信使？核糖脱氧核糖核酸基本单位五碳糖含氮碱基核苷酸种类平面结构DNARNA请仔细研读教材与图片资料，探讨RNA与DNA分子在基本单位、平面结构等方面的区别？DNA和RNA在化学组成上的区别脱氧核糖胸腺嘧啶（T）磷酸腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）核糖尿嘧啶（U）DNARNARNA的分子组成与DNA很相似，一般是单链，比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。关键问题2：为什么RNA适于作DNA的信使？RNA是由多个核糖核苷酸连接而成的单链分子。RNA分为3种1、信使RNA（mRNA）蛋白质合成的模板。2、转运RNA（tRNA）氨基酸的运载工具。3、核糖体RNA（rRNA）核糖体的组成部分。蛋白质rRNA核糖体tRNAmRNA关键问题2：为什么RNA适于作DNA的信使？关键问题2：为什么RNA适于作DNA的信使？DNARNA组成元素相同C、H、O、N、P基本单位不同脱氧核苷酸核糖核苷酸组成不完全相同五碳糖脱氧核糖核糖含氮碱基A、G、C、TA、G、C、U分布不同主要在细胞核主要在细胞质空间结构不同规则的双螺旋结构通常呈单链种类不同1种（DNA）3种（mRNA、tRNA、rRNA）功能不同生物的主要遗传物质作为部分病毒的遗传物质作为翻译的模板作为氨基酸的搬运工参与核糖体的构成少数具有催化作用UAGC游离的核糖核苷酸RNA聚合酶第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来第2步：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶作用下开始mRNA的合成第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上第4步：新合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。DNA关键问题3：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？AG

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AGCUGACGGUUURNA聚合酶关键问题3：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？AG

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AGCUGACGGUUUUmRNA关键问题3：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？关键问题3：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？研读教材P65，图4-4，小组合作，完成DNA的转录过程。思考：转录与复制有何共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？与DNA复制相比，转录所需的酶（酶作用的化学键）和原料有何不同？转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？转录时，RNA聚合酶如何识别基因？是否仅转录一个基因？从转录的场所来看，试分析真核与原核细胞转录产物RNA去向UAGC游离的核糖核苷酸RNA聚合酶DNA转录（mRNA释放，DNA双链恢复）DNA分子

碱基互补配对主要在细胞核四种核糖核苷酸DNA的一条链（供转录的那一条）ATP、RNA聚合酶A－U、T－AG－C、C－GDNA→mRNA场所：原则：模板：条件：

遗传信息流动：时间：活细胞新陈代谢过程中mRNA转录关键问题3：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？关键问题3：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？DNA复制（染色体）转录场所解旋模板原料酶能量碱基配对产物细胞核细胞核DNA的两条链DNA的一条链每个位点都有解开有遗传效应的片段解开四种脱氧核苷酸解旋酶，DNA聚合酶RNA聚合酶ATPATPA—T,C—GA—U,T—A,C—G,G—CDNAmRNA/（rRNA、tRNA）四种核糖核苷酸研读教材P65，图4-4，小组合作，完成DNA的转录和复制的比较α3´-TACGTGACCGCAACGACAATT-5´（2）用α链的互补链为模板转录出来的mRNA的碱基序列是怎样的？1.若DNA分子的核苷酸序列（1）用α链为模板转录出来mRNA的碱基序列是怎样的？AUGCACUGGCGUUGCUGUUAA5´3´3´-UACGUGACCGCAACGACAAAU-5´ß5´-ATGCACTGGCGTTGCTGTTAA-3´关键问题3：DNA的遗传信息怎样传递给mRNA？提示：如何让每位中国人都有唯一身份证号？类推4种碱基21种氨基酸碱基和氨基酸间的对应关系可能最多编码的氨基酸种类1个碱基→1个氨基酸2个碱基→1个氨基酸3个碱基→1个氨基酸4个碱基→1个氨基酸…………三联体密码的提出41664256关键问题4：mRNA由4种碱基构成序列如何决定由21种氨基酸构成的蛋白质？关键问题4：mRNA由4种碱基构成序列如何决定由21种氨基酸构成的蛋白质？实证嗯，我先研究1对相对性状！简单化原理思路：先研究只由1种碱基构成的模板链所对应的氨基酸链。UUUUUUUUU----苯丙氨酸-苯丙氨酸-苯丙氨酸----适宜条件UUU苯丙氨酸对应除去DNA和mRNA的细胞提取液人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸第一个被破译的密码子肽链关键问题4：mRNA由4种碱基构成序列如何决定由21种氨基酸构成的蛋白质？【任务】参照科学家的实验设计思路，你能否设计一条由2种碱基交替连接构成的RNA模板？这条模板翻译的产物可能含有几种氨基酸？请利用道具模拟这个翻译的过程。科学家经实验得出：以UCUCUCUCUCUC----为模板的翻译产物为亮氨酸和丝氨酸交替连接的聚合物。思考：1、这条模板翻译出的氨基酸序列能证明密码子是由3个碱基组成的吗？2、如果密码子是由2个碱基或者4个碱基组成，实验结果会相同吗？关键问题4：mRNA由4种碱基构成序列如何决定由21种氨基酸构成的蛋白质？遗传密码：位于mRNA上的由三个相邻的核糖核苷酸（差别在碱基）排列而成的三联体，决定一种氨基酸。

据图，对照遗传密码子表，思考:遗传密码在哪？密码子的作用是？一个密码子有多长（包含几个碱基）？你能给遗传密码下一个定义吗？64种遗传密码都有对应的氨基酸吗？

一个氨基酸只由一种密码子决定吗？这样有什么好处？你觉得遗传密码在生物界可以通用吗？密码子1.简并性

2.通用性三个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不编码两个起始密码子（AUG、GUG）编码地球上几乎所有的生物体都共用一套密码子（共同的祖先进化）反密码子结合氨基酸部位mRNA密码子关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？请对照遗传密码子表，思考:该tRNA携带了哪种氨基酸？一种tRNA只能携带一种氨基酸?一种氨基酸只能由一种tRNA携带?GCCPOH结合氨基酸的部位反密码子5´3´5´3´ACAtRNA的反密码子和所携带的氨基酸有何关系？tRNA共有几种？tRNA是单链还是双链？mRNAtRNA：单链，具有双链结构（互补氢键），三叶草61种请你对照遗传密码子表写出下列mRNA对应的氨基酸序列AUGCACUGGCGUUGCUGUUAA5´3´甲硫氨酸精氨酸色氨酸半胱氨酸半胱氨酸组氨酸tRNA：一种tRNA只能携带________________；一种氨基酸可以被___________种tRNA携带1种氨基酸1种或多关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？1.从密码子表可以看出，像半胱氨酸、苯丙氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？分析密码子的特点思考·讨论1.当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。2.当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可以保证翻译的速度。2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？分析密码子的特点思考·讨论地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。预示着生物的起源/进化具有同一祖先。关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？反密码子概念：特点：种类：与mRNA分子中密码子互补配对的tRNA上的3个碱基反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基相同，只是DNA链上碱基T的位置在tRNA上为U61种，反密码子与61种决定氨基酸的密码子对应3’5’读取顺序3’5’5’3’密码子（mRNA）关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？（翻译）关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？（翻译）UACACUAUG甲硫氨酸天冬氨酸异亮氨酸ACGUGAUUAmRNA细胞质

核糖体UACACUAUG甲硫氨酸天冬氨酸异亮氨酸ACGUGAUUAUACACUmRNA与核糖体结合

翻译的过程甲硫氨酸天冬氨酸ACGUGAUUAUACACU甲硫氨酸天冬氨酸AUG异亮氨酸tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对12UACACUAUGACGUGAUUA两个氨基酸分子脱水缩合12甲硫氨酸天冬氨酸异亮氨酸肽键ACGUGAUUAUACACUAUG核糖体沿着mRNA移动，另一个tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对12甲硫氨酸天冬氨酸异亮氨酸ACGUGAUUAUACACUAUG一个个氨基酸分子脱水缩合成多肽链12甲硫氨酸天冬氨酸异亮氨酸ACGUGAUUAUACACUAUGtRNA离开，再去转运新的氨基酸12甲硫氨酸天冬氨酸异亮氨酸ACGUGAUUAUACACUAUG以mRNA为模板形成有一定氨基酸顺序的多肽链；mRNA和多肽链被释放到细胞质中甲硫氨酸天冬氨酸异亮氨酸关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？（翻译）

核糖体

大亚基

小亚基

位点1

位点2UAC甲硫氨酸ACU天冬氨酸AUG异亮氨酸ACGUGAUUAmRNA建构翻译模型，并模拟翻译过程一个核糖体中有几个tRNA结合位点？核糖体中的两个氨基酸形成肽键后转移到占据哪个位点的tRNA上？tRNA顶端携带的氨基酸之间如何结合成肽链？翻译时如何识别起始密码子？翻译时核糖体沿着mRNA移动还是mRNA沿着核糖体移动？一次移动几个碱基?翻译过程如何终止？如何加快翻译的速率？关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？翻译mRNA分子

碱基互补配对细胞质的核糖体mRNAA－U、U－AG－C、C－GmRNA→蛋白质场所：原则：模板：条件：

遗传信息流动：蛋白质转录翻译21种游离氨基酸、ATP、酶tRNA关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？（翻译）在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37℃时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。通常一个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，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。多聚核糖体核糖体移动的方向？合成的多肽链相同吗？图中几条多肽链在合成，是同时开始吗？关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？（翻译）真核生物先转录，后翻译DNAmRNA边转录边翻译原核生物关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？（翻译）DNA复制（染色体）转录翻译场所解旋模板原料酶能量碱基配对产物主要细胞核（线粒体、叶绿体）DNA的两条链DNA的一条链每个位点都有解开有遗传效应的片段解开四种脱氧核苷酸解旋酶，DNA聚合酶RNA聚合酶ATPATPA—T,C—GA—U,T—A,C—G,G—CDNAmRNA/（rRNA、tRNA）四种核糖核苷酸研读教材P65，图4-4，小组合作，完成RNA的翻译过程A—U,C—G,G—CATP多肽链多种酶20种氨基酸mRNA细胞质（细胞溶胶与线粒体、叶绿体）主要细胞核（线粒体、叶绿体）关键问题5：当遗传信息到达细胞质后，细胞如何解读？（翻译）关键问题6：遗传信息传递和表达在不同生物中有何规律？转录翻译中心法则：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。DNARNA蛋白质转录翻译复制DNARNA蛋白质转录翻译复制中心法则的完善逆转录复制遗传表达关键问题6：遗传信息传递和表达在不同生物中有何规律？DNARNA蛋白质123451DNA复制2遗传信息转录4RNA复制3遗传信息翻译5逆转录1）烟草花叶病毒（TMV）2）人免疫缺陷病毒（HIV）、肉瘤病毒3123(病毒自身携带的逆转录酶)RNA病毒4(该类病毒，部分自身携带RNA复制酶)5并非所有病毒注入到宿主细胞内的物质均只有遗传物质关键问题6：遗传信息传递和表达在不同生物中有何规律？DNARNA蛋白质123453）具备分裂能力的细胞4）不能分裂的细胞造血干细胞：123神经细胞：23胰岛B细胞：23所含基因是否一样？1DNA复制2遗传信息转录4RNA复制3遗传信息翻译5逆转录关键问题6：遗传信息传递和表达在不同生物中有何规律？DNARNA蛋白质123451DNA复制2遗传信息转录4RNA复制3遗传信息翻译5逆转录5）原核细胞6）噬菌体大肠杆菌：123123(发生在：_____________)宿主细胞内DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，ATP是信息流动的能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体！（P69）

感谢同学们！关键问题2：为什么RNA适于作DNA的信使？请仔细观察图甲，转录产生的mRNA（messageRNA），mRNA的碱基排序与DNA哪一条链是一样的？有何含