基因指导蛋白质的合成-侦破细胞内的大案（情境课件）生物人教版必修2

人教版必修2第4章

基因的表达第1节

基因指导蛋白质的合成目录生命观念

1.

理解DNA通过RNA指导蛋白质合成，形成“遗传信息流动”的整体观；认同生命过程的有序性和精确性科学思维1.通过模拟转录和翻译，建立“中心法则”概念模型2.根据线索（RNA聚合酶、核苷酸差异）推理mRNA的合成过程3.依据密码子与反密码子的配对规则，推断tRNA的选择社会责任1.体会科学家破译遗传密码的艰辛历程；形成严谨求实的科学态度和探索未知的科学精神素

养

目

标

情境启思

案发现场：细胞核内的“机密文件”

背景：

同学们，欢迎来到CSI生物分部。刚刚接到报案，在细胞核的‘基因档案馆’里，发生了一起离奇案件。档案馆长DNA分子的一部分‘碱基序列’——也就是记载着如何制造‘胰岛素蛋白’的绝密蓝图——突然消失了！奇怪的是，档案的母本（DNA双链）似乎完好无损。这究竟是怎么回事？”【任务派发】：现场勘查——寻找“嫌疑人”留下的痕迹

线索一：有一个大个子酶（RNA聚合酶）强行解开了DNA双螺旋，进入了档案馆。

线索二：

核基质中游离的核苷酸的“指纹图谱”为（ATP、GTP、CTP、UTP）；而DNA的“指纹”为（A、G、C、T）和RNA的“指纹”为（A、G、C、U）。

情境串讲

一：遗传信息的转录案发现场监控视频资料11955年，科学家用RNA酶分解变形虫细胞中的RNA，蛋白质合成停止。资料21955年，科学家用放射性标记尿嘧啶核苷酸的培养液变形虫细胞，检测发现该标记先出现在细胞核，随后出现在细胞质。DNARNA？蛋白质核质？转

录翻

译RNA充当了DNA的信使为什么RNA能充当DNA的信使？

情境串讲

一：遗传信息的转录DNARNARNA的分子组成与DNA相似：具备传递遗传信息的可能。脱氧核苷酸核糖核苷酸AGCT腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶AGCU腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶

情境串讲

一：遗传信息的转录比较项目DNARNA基本单位五碳糖含氮碱基结构主要分布脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖A

G

C

TA

G

C

U

规则的双螺旋结构多为单链结构细胞核细胞质②RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。①RNA也是由4种核苷酸连接而成，也能储存遗传信息RNA适合做DNA的信使的原因

情境串讲

一：遗传信息的转录

情境串讲

一：遗传信息的转录UAAGUCCCTTGGAAARNA聚合酶1解旋RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。4释放3连接合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。2配对遗传信息的转录过程mRNA延伸方向：5'→3’

情境串讲

一：遗传信息的转录RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的过程。（DNA→RNA)条件模板：原料：酶：能量：DNA的一条链RNA聚合酶游离的四种核糖核苷酸

ATP产物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA）原则：碱基互补配对场所真核：细胞核、线粒体、叶绿体原核：细胞质中1.解旋2.催化磷酸二酯键的形成A-U,T-A,C-G,G-C定义条件

情境串讲

一：遗传信息的转录★写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列★写出b链对应的a链的碱基序列DNA双链片段a链b链CGAACCTCACGC信使RNAGCUUGGAGUGCG转录成的RNA的碱基序列与b链（DNA模板链）的碱基序列是互补配对的；转录成的RNA的碱基序列与a链（编码链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。GCTTGGAGTGCG

问题思考

转录成的RNA序列，与DNA两条单链的碱基序列有什么联系？思考1：转录时，DNA链完全解开吗？不是，只解旋需要表达的基因片段思考2：一个基因的两条链都能转录吗？只以一条链为模板思考3：不同基因的模版链是否相同？不同基因模板链不同▲DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，到底哪条链是模板链不是固定不变的。▲转录是以基因为单位的；

情境串讲

一：遗传信息的转录ACGTGTTATACGUGUUUAmRNATG

C

ACAA

A

T

细胞质细胞核核孔DNAACGUGUUUAmRNA释放

情境串讲

一：遗传信息的转录“原来，并非DNA本身丢失，而是有一个‘抄写员’——RNA聚合酶——利用DNA的一条链为模板，合成了一条单链的副本。这个副本，我们称之为信使RNA（mRNA）。它完整地抄录了DNA的遗传信息，准备带着这份‘机密文件’离开细胞核。”案件小结RNA聚合酶是如何携带”机密文件“细胞核的呢？

情境串讲

一：遗传信息的转录C

即学即练

遗传信息的转录1.下图为真核细胞内的转录过程示意图，①②表示两条多聚核苷酸链，下列叙述错误的是(

)A.①为DNA上的模板链，②链的左侧为5′端B.RNA聚合酶可以催化①②之间氢键的断裂C.图中甲、乙两处圆圈内均代表腺嘌呤核糖核苷酸D.RNA聚合酶与DNA上的启动部位结合后开始转录C

即学即练

遗传信息的转录2.解旋酶和RNA聚合酶都有解旋功能。下列有关这两种酶的作用特点的说法，正确的是(

)A.两种酶都对DNA分子进行全部解旋B.两种酶都对DNA分子进行局部解旋C.前者对DNA分子全部解旋，后者对DNA分子局部解旋D.前者对DNA分子局部解旋，后者对DNA分子全部解旋

情境启思

神秘接头：mRNA的“越狱”与“接头人”

背景：

“mRNA携带机密文件，通过核孔复合体这个‘安检通道’，成功‘越狱’来到了细胞质的‘蛋白质装配车间’（核糖体）。此时，另一个神秘的接头人出现了，它长得很奇怪，一头能识别密码，另一头能搬运特定的零件。”【任务派发】：解码接头人的“暗号系统”

线索：转运RNA（tRNA）

具有三叶草结构。它的两个关键部位：反密码环（携带三个碱基的“反密码子”，负责识别接头暗号）和3‘端（携带特定氨基酸，负责运送物资）。

种类mRNAtRNArRNA名称信使RNA转运RNA核糖体RNA功能结构示意图共同点携带遗传信息，蛋白质合成的模板识别并转运氨基酸参与核糖体的组成

单链单链，部分碱基配对形成三叶草型结构单链①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关RNA中不存在氢键？❌

情境串讲

二：遗传信息的翻译1.如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？2.如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？3.如果3个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？41=4种42=16种43=64种

后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，最终破解了64个遗传密码子。mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系？

情境串讲

二：遗传信息的翻译(1)定义：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基(3)识别：mRNA5'3'密码子密码子密码子密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠决定缬氨酸决定组氨酸决定精氨酸密码子：(2)位置：mRNA上

情境串讲

二：遗传信息的翻译翻译的概念：

？UUAGAUAUCmRNA蛋白质碱基序列氨基酸序列碱基氨基酸4种21种翻译

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的过程。

情境串讲

二：遗传信息的翻译3'5'结合氨基酸的部位碱基配对mRNA5'3'ACU密码子UGA反密码子61或62种61或62种tRNA和反密码子RNA链经过折叠，形成三叶草形。识别和转运氨基酸①tRNA形态：②tRNA功能：位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。③反密码子：决定氨基酸的密码子有61或62种，所以反密码子有

；tRNA有

。

情境串讲

二：遗传信息的翻译第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、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组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸(原核起始)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种氨基酸的密码子表真核生物的起始密码子为AUG，编码甲硫氨酸。AUG可作为原核生物的起始密码子，编码甲硫氨酸。原核生物也使用GUG作为起始密码子，此时编码的是甲硫氨酸。

情境串讲

二：遗传信息的翻译第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、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组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸(原核起始)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种氨基酸的密码子表

UAA、UAG为终止密码子，提供翻译终止的信号。UGA正常情况下为终止密码子，特殊情况下，可编码硒代半胱氨酸。

情境串讲

二：遗传信息的翻译密码子的特点

(一般)每种密码子只对应编码____种氨基酸1①专一性：(除终止密码子)一种氨基酸可对应______种密码子1或多(甲硫氨酸、色氨酸各对应1种密码子，绝大多数氨基酸对应多种密码子)②简并性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。③通用性：

情境串讲

二：遗传信息的翻译从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，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。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？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，性状不变。（了解）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。几乎所有的生物体都共用上述密码子（通用性），根据这一事实，你能想到什么？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。

情境串讲

二：遗传信息的翻译已知一段mRNA序列为：ACUCUAUGGAAGCAUAAACUCAG，该序列通过翻译，得到对应的氨基酸序列是怎样的？ACUCUAUGGAAGCAUAAACUCAG起始密码子终止密码子氨基酸序列为：

甲硫氨酸→谷氨酸→苏氨酸

情境串讲

二：遗传信息的翻译学以致用ACGUGAUUA异亮氨酸甲硫氨酸天冬氨酸mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”。

核糖体氨基酸并不含有碱基，因此不能与mRNA上的密码子直接配对，那么是谁将氨基酸精准运送到mRNA上的？

情境串讲

二：遗传信息的翻译A

即学即练

遗传信息的翻译1.在试管内离体合成蛋白质时，若加入碱基序列为…ACACACACACACAC…的mRNA，合成的蛋白质中有苏氨酸及组氨酸两种氨基酸。若加入碱基序列为…CAACAACAACAACAA…的mRNA，合成的蛋白质含有苏氨酸、谷氨酰胺或天冬酰胺。则组氨酸的密码子是(

) A.CAC B.AAC

C.CAA

D.ACAA

即学即练

遗传物质的翻译2.下列关于图中①②两种分子的说法中，正确的是(

) A.①为DNA，在正常情况下复制后形成两个相

同的DNA B.②为tRNA，一种tRNA可携带不同的氨基酸 C.遗传信息位于①上，密码子位于②上 D.①和②共有的碱基是A、U、G

B

即学即练

遗传物质的翻译3.人血红蛋白的2条α、2条β多肽链，分别由α、β珠蛋白基因编码。相关叙述正确的是(

)A．tRNA上3个相邻的碱基组成1个密码子B．α珠蛋白基因的翻译发生在细胞质中C．一种密码子对应几种不同的氨基酸D．β珠蛋白基因的两条链均可作为mRNA转录的模板

情境启思

抓捕行动：蛋白质合成，人赃并获

背景：

“现在，携带‘密码本’的mRNA已经就位，‘搬运工’tRNA带着各种氨基酸陆续赶来，‘装配车间’核糖体也准备开工。一场大规模的秘密‘组装’即将开始，我们的抓捕行动也要同步展开——我们要亲眼看着这个蛋白质是如何被制造出来的！”【任务派发】：现场抓捕——模拟”翻译“的全过程

情境串讲

二：遗传信息的翻译遗传信息的翻译翻译定义：:以mRNA为模板，以细胞质中游离的氨基酸为原料，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。原料：运载工具：产物：模板：场所：氨基酸tRNA肽链核糖体mRNA

情境串讲

二：遗传信息的翻译①mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与mRNA上碱基AUG互补配对，进入位点1②携带某个氨基酸的另一tRNA以同样的方式进入位点2③甲硫氨酸与该氨基酸形成肽键，转移到位点2的tRNA上④核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成随着核糖体的移动直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止

情境串讲

二：遗传信息的翻译①模板：②原料：③能量：④酶：⑤转运工具：游离的各种氨基酸(21种)ATP提供多种酶mRNA核糖体沿着mRNA移动，由mRNA的5′→3′读取密码子产物：具有一定氨基酸序列的多肽链原则：碱基互补配对原则(A-U、U-A、C-G、G-C)方向：条件：tRNA场所：核糖体①翻译过程rRNA、mRNA、tRNA均参与注意：②多聚核糖体→少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质

情境串讲

二：遗传信息的翻译

在细胞质中，翻译是一个快速的过程。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。①由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？由肽链_____→肽链_____的方向进行短长（从左到右）②这样合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？相同。因为是以同一个mRNA为模板翻译出来的。

情境串讲

二：遗传信息的翻译真核生物先转录，后翻译（转录和翻译的场所不同）边转录边翻译（无核膜，转录和翻译都在细胞质）原核生物请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别细胞质基因(叶绿体、线粒体内也有DNA、核糖体)转录和翻译也是同时进行

情境串讲

二：遗传信息的翻译A—C—U—G—G—A—U—C—UmRNA苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸转录翻译蛋白质基因A—C—T—G—G—A—T—C—TT—G—A—C—C—T—A—G—A肽键

肽键碱基与氨基酸的数量关系基因中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸数＝6：

3：1模板链非模板链

情境串讲

二：遗传信息的翻译C

即学即练

遗传信息的翻译1.下图表示真核细胞的翻译过程，据图分析错误的是(

)A.图中1、2、3依次表示mRNA、多肽链、核糖体B.相对于mRNA，核糖体的移动方向是从左向右C.以一个mRNA作模板可同时合成多种氨基酸序列不同的蛋白质D.tRNA上的反密码子和mRNA上的密码子是互补的C

即学即练

遗传信息的翻译2.下列有关蛋白质合成的叙述，错误的是(

)A.tRNA的反密码子可识别mRNA上的碱基序列B.一个mRNA分子上可结合多个核糖体使翻译更高效C.终止密码子一定不编码氨基酸D.核糖体可在mRNA上移动B

即学即练

遗传信息的翻译3.如图所示，①～⑤表示物质或结构，a～c表示生理过程，下列说法正确的是(

)A.a、b过程可以发生在洋葱根尖成熟区细胞的细胞核中B.b过程与c过程涉及的碱基配对方式不完全相同C.一种⑤只能对应一种④，一种④可能对应多种②上的密码子D.②上可结合多个③，以提高每个蛋白质分子的合成速度B

即学即练

遗传信息的翻译4.若基因表达形成的蛋白质含有51个氨基酸，则指导其形成的mRNA的碱基数和基因中碱基数最少有（）A.153；153B.153；306C.51；153D.51；306

情境启思

结案报告：绘制“中心法则”流程图

案件复盘：“好了，各位探员，整个案件已经水落石出。我们来整理一下结案报告。”【任务派发】：整理结案报告

活动：在黑板或笔记本上，用箭头和关键词，将整个案件的关键角色（DNA、mRNA、核糖体、tRNA、蛋白质）串联起来，形成DNA→mRNA→

蛋白质的流程图，并标注核心过程（转录、翻译）。

课本69DNA→DNADNA→RNARNA→蛋白质DNARNA蛋白质转录翻译复制弗朗西斯·克里克你能从信息传递的角度，用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律吗？

情境串讲

三：中心法则克里克提出的中心法则所有生物均能适用吗？资料1：烟草花叶病毒RNARNARNA复制酶资料2：艾滋病病毒：1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。RNADNA逆转录酶

情境串讲

三：中心法则生物种类遗传信息的传递过程以DNA作为遗传物质的生物能分裂的细胞(分生区)DNA病毒(噬菌体)高度分化的细胞(洋葱表皮细胞)以RNA作为遗传物质的生物一般RNA病毒(烟草花叶病毒)逆转录病毒(HIV)(艾滋病病毒)

情境串讲

三：中心法则中心法则的发展中心法则适用条件：①DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物遵循的法则。②RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中，且逆转录过程必须有逆转录酶的参与。中心法则的意义：①对遗传信息流动过程的概括。②对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。③对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。生命是物质、能量和信息的统一体。A

即学即练

中心法则1．下列关于下图所示生理过程的叙述，最合理的是()A．该生理过程可能发生于硝化细菌细胞内B．可表示噬菌体的转录和翻译过程C．图中现象也可能出现在人体细胞核基因的表达过程中D．图中两核糖体合成的肽链不同C

即学即练

中心法则2.以下有关说法错误的是()A．环丙沙星会抑制a过程，利福平会抑制b过程B．除青霉素外，其他抗菌药物均具有抑制遗传信息传递和表达的作用C．过程d涉及的氨基酸最