高一生物基因指导蛋白质的合成

高一生物基因指导蛋白质的合成第2页,共69页，2024年2月25日，星期天●整体感知本章内容主要包括三个方面，基因指导蛋白质的合成，即相连续的两个过程，转录和翻译。基因对性状的控制是通过基因控制酶的合成和基因直接控制蛋白质分子的结构来影响性状的。教材还介绍了遗传过程中的重要规律：中心法则，对遗传信息传递进行了高度概括。●考点聚焦1．概述遗传信息的转录和翻译。2．举例说明基因与性状的关系。3．说出遗传密码的破译过程(选学)。第3页,共69页，2024年2月25日，星期天●方法指导基因是生命活动的控制者，蛋白质是生命活动的体现者，本章内容将生命活动中的两大物质紧密联系起来，是遗传学最基本的问题，对学习生物的遗传有重要意义，也是学习后续章节不可缺少的基础。学习过程中要结合教材有关图解模型，注意总结，以“问题”为主线，从细胞水平、分子水平、场所、时间、空间、连续性等多个层面认识基因指导蛋白质的合成过程，使复杂抽象的过程变得直观易懂，从而把握其实质，要充分运用教材中的“资料分析”，体现探究学习理念。第4页,共69页，2024年2月25日，星期天第5页,共69页，2024年2月25日，星期天第6页,共69页，2024年2月25日，星期天1．知识：概述遗传信息的转录和翻译过程。2．情感态度与价值观：(1)初步学会用辩证唯物主义观点分析和认识生命活动的基本规律，逐步树立科学的世界观；(2)体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美。3．能力：运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。4．重点与难点：遗传信息转录和翻译的过程。第7页,共69页，2024年2月25日，星期天第8页,共69页，2024年2月25日，星期天(一)问题探讨提示：此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。第9页,共69页，2024年2月25日，星期天(二)思考与讨论一1．提示：可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如，转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律，等等。碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。2．转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的A配对的是U，不是T；与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。第10页,共69页，2024年2月25日，星期天(三)思考与讨论二1．最多能编码16种氨基酸。2．至少需要3个碱基。(四)思考与讨论三1．对应的氨基酸序列是：甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。2．提示：这是一道开放性较强的题，答案并不惟一，旨在培养学生的分析能力和发散性思维，通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的，等等。第11页,共69页，2024年2月25日，星期天3．提示：此题具有一定的开放性，旨在促进学生积极思考，不必对答案作统一要求。可以从增强密码容错性的角度来解释，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；也可以从密码子使用频率来考虑，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。第12页,共69页，2024年2月25日，星期天(五)思考与讨论四1．提示：此题旨在检查对蛋白质合成过程的理解。可以参照教材中图的表示方法来绘制。2．提示：根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的氨基酸序列。(六)想像空间DNA相当于总司令。在战争中，如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥，就会影响他指挥全局。DNA被核膜限制在细胞核内，使转录和翻译过程分隔在细胞的不同区域进行，有利于这两项重要生命活动的高效、准确进行。第13页,共69页，2024年2月25日，星期天第14页,共69页，2024年2月25日，星期天一、遗传信息的转录1．RNA的组成及分类(1)基本单位：________。(2)化学成分第15页,共69页，2024年2月25日，星期天(3)结构：一般是________链，长度比DNA________；能通过________从细胞核转移到细胞质中。(4)分类：在翻译过程中起模板作用的是________；起转运作用的是________；参与构成核糖体的是________。第16页,共69页，2024年2月25日，星期天2．遗传信息的转录(1)特点①场所：________。②模板：________。③产物：________。④原料：__________________。(2)过程①解旋：________解开。②配对：细胞中游离的________与供转录用的DNA的一条链上的碱基互补配对。第17页,共69页，2024年2月25日，星期天③连接：在________的作用下，依次连接，形成一个mRNA分子。④脱离：合成的________从DNA链上释放，而后，DNA________恢复。第18页,共69页，2024年2月25日，星期天二、遗传信息的翻译1．特点(1)场所：______________。(2)模板：________。(3)原料：____________。(4)产物：具有________________的肽链。2．密码子(1)位置：________上。(2)实质：决定1个氨基酸的________。(3)种类：________种。第19页,共69页，2024年2月25日，星期天3．工具(1)装配机器：________。(2)搬运工(翻译者)：________。4．过程(1)mRNA与________结合。(2)tRNA与mRNA__________，将氨基酸置于特定位置。(3)脱水缩合形成________(写出结构简式)，氨基酸连接形成肽链。(4)肽链盘曲折叠，形成成熟的________。第20页,共69页，2024年2月25日，星期天答案：一、1．(1)核糖核苷酸(2)核糖A鸟嘌呤C尿嘧啶(3)单短核孔(4)mRNA

tRNA

rRNA2．(1)①细胞核②DNA的一条链③mRNA④核糖核苷酸(2)①DNA双链②核糖核苷酸③RNA聚合酶④mRNA双链二、1．(1)核糖体(2)mRNA

(3)氨基酸(4)一定氨基酸顺序的蛋白质2．(1)mRNA

(2)三个相邻的碱基(3)64第21页,共69页，2024年2月25日，星期天3．(1)核糖体(2)tRNA4．(1)核糖体(2)碱基互补配对(3)—CO—NH—

(4)蛋白质第22页,共69页，2024年2月25日，星期天第23页,共69页，2024年2月25日，星期天1.DNA与RNA的比较比较项目项目DNARNA

化学组成

基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸碱基A、G、C、TA、G、C、U五碳糖脱氧核糖核糖无机酸磷酸磷酸空间结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构分类通常只有一类分mRNA、tRNA、rRNA三类功能主要的遗传物质在不存在DNA的生物里是遗传物质，在存在DNA的生物里辅助DNA完成功能存在(真核生物)主要存在于细胞核中的染色体上主要存在于细胞质中第24页,共69页，2024年2月25日，星期天2.RNA的分类(1)信使RNA(mRNA)：单链结构，由DNA转录而来，其碱基序列包含遗传信息，因将DNA中遗传信息转录下来故名。遗传密码位于mRNA上。(2)转运RNA(tRNA)：三叶草结构，，头端特定的三个碱基叫反密码，尾端连接特定的氨基酸，在蛋白质合成中运输氨基酸，所以叫做转运RNA。(3)核糖体RNA(rRNA)：是核糖体的重要组成部分。第25页,共69页，2024年2月25日，星期天3．转录转录的概念：RNA是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，这一过程称为转录。第26页,共69页，2024年2月25日，星期天第27页,共69页，2024年2月25日，星期天注意：①转录的场所：细胞核中。②模板：以DNA分子的一条链为模板。③结果：产生mRNA。(2)转录的过程：①DNA双链解开，DNA的双链的碱基得以暴露。②游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。注意：此处区别于DNA分子自我复制的地方为原料是核糖核苷酸。遵循碱基互补配对原则，但DNA单链中的A(腺嘌呤)与U(尿嘧啶)配对。第28页,共69页，2024年2月25日，星期天③新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。此处用到的酶为RNA聚合酶。④合成的mRNA从DNA分子上释放。而后DNA双链恢复。注意：①转录与DNA分子复制的区别：第29页,共69页，2024年2月25日，星期天复制转录时间有丝分裂间期和减数第一次分裂间期生长发育过程中场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸模板DNA的两条链DNA中的一条链条件特定的酶和ATP过程DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA(单链)，进入细胞质与核糖体结合模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，DNA分子重新形成双螺旋结构特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留产物两个双链DNA分子一条单链mRNA意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代传递遗传信息，为翻译作准备第30页,共69页，2024年2月25日，星期天②DNA分子的两条链中，被转录的那条链叫模板链，也叫有意义链或信息链。第31页,共69页，2024年2月25日，星期天1已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是(

)A．12

B．24C．18 D．30[解析]

方法一：该mRNA上有12个A和G，指导它形成的模板链应有12个T和C，该链共30个碱基，故模板链上应有18个A和G，与模板链互补的另一条链上则应有18个T和C，两条链的T和C共有12＋18＝30个(此为一般解题思路)。第32页,共69页，2024年2月25日，星期天方法二：mRNA有30个碱基，转录形成信使RNA的DNA分子应有30个碱基对。碱基配对原则为T—A，G—C即A＋G＝T＋C。所以该DNA分子中必然有30个T和C。[答案]

D第33页,共69页，2024年2月25日，星期天信使RNA中核苷酸的顺序是由下列哪项决定的(

)A．转运RNA中核苷酸的排列顺序B．蛋白质分子中氨基酸的排列顺序C．核糖体RNA中核苷酸的排列顺序D．DNA分子中的脱氧核苷酸的排列顺序[答案]

D[解析]

信使RNA中核苷酸的排列顺序是由DNA分子中的脱氧核苷酸的排列顺序决定的。第34页,共69页，2024年2月25日，星期天翻译的概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫翻译。注意：①部位：细胞质。②原料：各种游离氨基酸。③模板：mRNA。④结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。⑤实质：将mRNA中的碱基序列(携带遗传信息)翻译为蛋白质的氨基酸序列(具体性状)。第35页,共69页，2024年2月25日，星期天1．碱基与氨基酸之间的对应关系DNA、RNA各自只有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，4种碱基和20种氨基酸的对应关系是怎样的呢？若1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定4种氨基酸，这显然是不够的；若2个碱基编码1个氨基酸，最多能编码4×4＝16个氨基酸，这与20种氨基酸相比也是不够的。由以上分析可知，1个氨基酸的编码至少需要3个碱基，3个碱基有4×4×4＝64种组合，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。第36页,共69页，2024年2月25日，星期天密码子：mRNA决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫做密码子，共64个遗传密码子。注意：①密码子是在mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基。tRNA上与其配对的三个碱基称为反密码子。从理论上讲，4种碱基可以组合成64个密码子(43＝64个)，决定20种氨基酸，所以有的氨基酸不只有一种密码子。②一种密码子只能决定一种氨基酸，一种氨基酸可以有几种密码子。对应着，一种tRNA只能转运一种氨基酸，但一种氨基酸可由多种tRNA转运。第37页,共69页，2024年2月25日，星期天③UAA、UAG、UGA三种密码子不能决定氨基酸，称为蛋合质合成的终止密码。④密码子在生物界是通用的，说明生物是由共同的原始祖先进化来的，彼此之间存在着或远或近的亲缘关系。第38页,共69页，2024年2月25日，星期天2．氨基酸的“搬运工”tRNAtRNA的基本结构单位为核糖核苷酸，为RNA的一种。tRNA种类众多，但每一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA呈三叶草形，其一端为携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。第39页,共69页，2024年2月25日，星期天3．遗传信息、密码子、反密码子的区别遗传信息是指子代从亲代所获得的控制遗传性状的讯号，这种讯号是以染色体上DNA的脱氧核苷酸的顺序为代表。基因中控制遗传性状的脱氧核苷酸顺序称为遗传信息。遗传“密码子”是指信使RNA中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，它决定蛋白质中的氨基酸排列顺序。遗传信息与遗传“密码子”的区别：一是存在的位置不同，遗传信息是基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，密码子是信使RNA上核苷酸的排列顺序；二是作用不同，遗传信息决定着氨基酸的排列顺序，仅是间接作用，而密码子则是直接控制蛋白质的氨基酸的排列顺序。第40页,共69页，2024年2月25日，星期天反密码子是转运RNA分子与信使RNA分子中密码子互补配对的三个碱基，与相应的DNA模板链上对应碱基基本相同，只是DNA中碱基T在转运RNA中碱基为U。第41页,共69页，2024年2月25日，星期天4．翻译过程(1)注意比较转录和翻译的不同点步骤场所模板条件原料产物其他转录细胞核基因一条链RNA聚合酶核苷酸mRNAmRNA从核孔穿出，移到细胞质的核糖体上翻译细胞质的核糖体mRNA酶、tRNA为运载工具氨基酸多肽链一条或几条多肽链再进一步形成蛋白质的空间结构第42页,共69页，2024年2月25日，星期天(2)蛋白质合成过程中的重点、难点、误点、疑点归纳与突破①转运RNA(tRNA)具有两个特异性端，一为氨基酸臂，是携带一定氨基酸的，一为反密码子环，其上裸露着三个碱基，称反密码子，不同的转运RNA其反密码子是不同的。②氨基酸的遗传密码是在信使RNA(mRNA)上而不是在氨基酸上，氨基酸上是没有碱基的。这一点容易误解，应注意。第43页,共69页，2024年2月25日，星期天③若一个tRNA的反密码子是CGA，那么它运载的氨基酸一定是丙氨酸，因为丙氨酸的遗传密码(GCU)是与其反密码子(CGA)具有互补配对关系的。也就是说，tRNA所携带的氨基酸，其遗传密码一定是与该tRNA的反密码子互补配对。第44页,共69页，2024年2月25日，星期天④蛋白质的合成过程比较难理解，让我们打个比方来理解这个过程：许多大人各自领着自己的孩子，将他们安排到电影院的一排座位上看电影，就类似于蛋白质的合成过程。大人(转运RNA)有两个特异性端，即左手和右手，左手拿着电影票(反密码子)，右手领着自己的小孩(氨基酸)，来到电影院(核糖体)，找到座号(遗传密码)，将自己的小孩安排下，离开电影院。这样，这许多小孩(氨基酸)，就通过大人(tRNA)领着(携带)，按照影院座号(mRNA上的遗传密码)，排成了一定顺序(多肽)。第45页,共69页，2024年2月25日，星期天2下列细胞中，不能合成蛋白质的是 (

)A．胰腺细胞 B．肠黏膜细胞C．成熟红细胞 D．白细胞[解析]

A、B、D三个选项中都有细胞核，可转录出mRNA并翻译合成蛋白质。C选项成熟红细胞无细胞核，不能转录形成mRNA，故不能形成蛋白质，正因如此，红细胞的寿命很短。[答案]

C第46页,共69页，2024年2月25日，星期天骨骼肌细胞中合成mRNA及多肽链的场所分别是(

)A．细胞质与细胞核B．细胞核与线粒体C．内质网与核糖体D．细胞核与核糖体[答案]

D[解析]

细胞内mRNA及多肽链的合成分别属于转录与翻译过程。第47页,共69页，2024年2月25日，星期天第48页,共69页，2024年2月25日，星期天1.基因表达的理解(1)基因与性状的关系——基因是决定生物性状的基本单位。(2)基因与染色体的关系——染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列。(3)基因与DNA的关系——基因是具有遗传效应的DNA片段。(4)基因与遗传信息的关系——基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。第49页,共69页，2024年2月25日，星期天(5)基因与蛋白质的关系——基因通过DNA控制蛋白质的合成来控制生物的性状。第50页,共69页，2024年2月25日，星期天2．基因控制蛋白质合成(如图所示)第51页,共69页，2024年2月25日，星期天复制转录翻译时间有丝分裂间期和减数第一次分裂间期生长发育的连续过程中场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体细胞核核糖体原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸二十种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件特定的酶和ATP过程DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化DNA解旋，以其中一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA单链，进入细胞质与核糖体结合以mRNA为模板，合成有一定氨基酸序列的多肽链第52页,共69页，2024年2月25日，星期天复制转录翻译模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，与非模板链重新组成双螺旋结构分解成单个核苷酸特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留一个mRNA上可连续结合多个核糖体，顺次合成多肽链产物两个双链DNA分子一条单链mRNA蛋白质意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状配对方式A－T

T－AG－C

C－GA－U

T－AG－C

C－GA－U

U－AG－C

C－G第53页,共69页，2024年2月25日，星期天如何解决这类问题，关键搞清以下问题。氨基酸是构成蛋白质的基本单位，有关氨基酸缩合的知识在第一章已讲过。在本节知识中，蛋白质的合成受基因控制。信使RNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，因此蛋白质中氨基酸的数目与信使RNA上的碱基数目存在着1：3的对应关系。而信使RNA又是通过基因中的信息链转录而来。由于基因是双链，而只有一条链能转录，所以基因中的碱基数目与信使RNA上的碱基数目存在着2：1的对应关系，因此蛋白质中的氨基酸数目与基因中的碱基数目存在着1：6的对应关系。第54页,共69页，2024年2月25日，星期天在合成蛋白质时，需要转运RNA作为运载氨基酸的工具，每个转运RNA每次只能运载一个特定的氨基酸，因此一个蛋白质中有多少个氨基酸，就有多少个转运RNA参加了转运。综上所述，可把上面有关的知识总结成如下的关系式：(1)[蛋白质中肽链的条数＋(缩合时脱下的水分子数或蛋白质中的肽键数)]：蛋白质中氨基酸的数目：参加转运的tRNA：参加转运的tRNA中反密码子碱基数：信使RNA的碱基数：DNA(基因)碱基数＝1：1：1：3：3：6。第55页,共69页，2024年2月25日，星期天(2)蛋白质平均相对分子质量＝氨基酸平均相对分子质量×氨基酸数目－[(氨基酸数目－蛋白质中肽链数)×水相对分子质量]。(3)涉及化学常识的计算问题。第56页,共69页，2024年2月25日，星期天第57页,共69页，2024年2月25日，星期天第58页,共69页，2024年2月25日，星期天第59页,共69页，2024年2月25日，星期天番茄果实成熟过程中，某种酶(PG)开始合成并显著增加，促使果实变红变软，但不利于长途运输和长期保鲜。科学家利用反义RNA技术(如图所示)可有效解决此问题。该技术的核心是，从番茄细胞中获得指导PG合成的信使RNA，继而以该信使RNA为模板人工合成反义基因并将之导入离体番茄细胞，经组织培养获得完整植株。新植株在果实发育过程中，反义基因经转录产生的反义RNA与细胞原有mRNA(靶mRNA)互补形成双链RNA，阻止靶mRNA进一步翻译形成PG，从而达到抑制果实成熟的目的，请结合图解回答：第60页,共69页，2024年2月25日，星期天第61页,共69页，2024年2月25日，星期天(1)反义基因像一般基因一样，是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的mRNA，所用的酶是逆转录酶，所用的原料是四种________。(2)如果指导番茄合成PG酶的mRNA的碱基序列是—AUCCAGGUC—，则PG反义基因的这段碱基对序列是________。(3)将人工合成的反义基因导入番茄细胞后，该基因指导合成的产物是________。(4)反义RNA技术的机理是不干