4.1基因指导蛋白质的合成课件-高一下学期生物人教版必修2-7

4.1基因指导蛋白质的合成二、

遗传信息的翻译三、

中心法则一、

遗传信息的转录目录情境导入我国科学家用时5年，成功研制出转基因抗虫棉，他们将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白，并且具备抗虫的性状。问题：转入的是基因，得到的却是蛋白质，这说明了什么呢？基因蛋白质的合成生物性状指导体现基因的表达遭受棉铃虫危害的棉花情境导入基因(有遗传效应的DNA片段）主要存在于细胞核中蛋白质的合成在细胞质中的核糖体上进行？科学史话资料

1

:1953年7月的一天,沃森和克里克收到了一封信，这封信来自著名的理论和天文物理学家伽莫夫。在信中，他表示他对DNA如何控制蛋白质的合成非常感兴趣，并且还提出了自己的设想。他认为：DNA本身就是蛋白质合成的直接模板。讨论：你认为DNA能直接作为模板指导蛋白质的合成吗？不能，DNA不能通过核孔进入细胞质科学史话科学家推测：在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质充当信使。资料2：1955年Brachet（布拉舍）用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。资料3：A组变形虫用同位素标记的尿嘧啶核苷培养液来培养细胞质中没有标记的RNA分子细胞质中有标记的RNA分子在适当的时间将细胞核与细胞质分离分别将A组和B组变形虫的细胞核交换首先在细胞核中发现被标记的RNA分子B组变形虫用没有标记的尿嘧啶核苷培养液来培养细胞核和细胞质均未发现被标记的RNA分子RNA在

合成

细胞核细胞核交换后，B组变形虫的细胞质为什么会出现有标记的RNA分子？答：A组变形虫细胞核合成的RNA移动到了细胞质结论：RNA与蛋白质的合成有关一、遗传信息的转录活动1：阅读教材64页，回答问题：RNA是什么物质？为什么RNA适于做DNA的信使呢？①能够储存遗传信息它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸链接而成，核苷酸也含有4种碱基。②易转移到细胞质中RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。核糖核酸，其基本单位为核糖核苷酸（磷酸+核糖+含氮碱基[AUCG])RNA是什么？为什么RNA适于做DNA的信使？12一、遗传信息的转录RNA的种类和功能RNA的种类信使RNA—mRNA核糖体RNA—rRNA转运RNA—tRNA有些RNA：还具有催化作用或作为RNA病毒的遗传物质。识别密码子，转运氨基酸，呈三叶草型结构蛋白质合成的直接模板核糖体的组成成分rRNAmRNAtRNA3（1）定义：通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。（2）场所：真核生物：细胞核（主要）（3）条件：原料：

4种游离的核糖核苷酸能量：

ATP酶：

RNA聚合酶模板：

DNA的一条链一、遗传信息的转录4DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？转录一、遗传信息的转录DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？转录（4）过程UAAGUCCCTTGGAAARNA聚合酶1

解旋RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA（启动子）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

配对辨别转录方向的小窍门：与非模板链的5’→3’一致，与模板链的3’→5’一致4拓展CA……UCCCUAAGGAUAGCCAUCCCAGAUG--ATGCATGCAT……CGATCGTAGCCA……TCCCTAAGGATAGCCATCCCAGATG……CATGCATCCATGC-----TACGTACGTA……GCTAGCATCGGT……AGGGATTCCTATCGGTAGGGTCTAC……GTACGTAGGTACG---基因非编码区非编码区编码区不编码mRNA不编码mRNA(编码mRNA)启动子终止子启动子：启动子是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列终止子：给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列RNA聚合酶5’3’（1）定义：通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。（2）场所：真核生物：细胞核（主要），少部分在线粒体、叶绿体（3）条件：原料：

4种游离的核糖核苷酸能量：

ATP酶：

RNA聚合酶模板：

DNA的一条链一、遗传信息的转录DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？转录（4）方向：（5）特点：边解旋边转录与模板链的3’→5’一致，与非模板链的5’→3’一致4遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备（6）意义：思考·讨论转录时，DNA链完全解开吗？不是，只解旋基因片段一个DNA分子中某个基因转录时，其他基因是否一定也在进行转录？一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。一个基因的两条链都能转录吗？只以一条链为模板不同基因的模版链是否一定相同？不同基因模板链不一定相同DNA上的基因分布图思考·讨论（教材66页)1.转录与DNA复制有什么共同之处?这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？2.与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？3.转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？

都需要模板,都遵循碱基互补配对原则;碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性;DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列互补。转录产生的RNA的碱基序列与非模板链的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上是T。一、遗传信息的转录活动2：小组合作完成下述表格，比较DNA复制和转录。DNA复制转录时间场所解旋模板原料酶配对方式特点方向产物意义细胞分裂间期生长发育过程完全解旋只解有遗传效应片段（基因）DNA的两条链DNA的一条链四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸解旋酶、

DNA聚合酶等RNA聚合酶等A-T、T—A、C—G

、G—CA-U、C—G、T—A、G—C半保留复制，边解旋边复制边解旋边转录2个子代DNA分子RNA使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒新链从5’端-3’端延伸新链从5’端-3’端延伸二、遗传信息的翻译翻译的概念mRNA合成后，通过核孔进入细胞质，进行遗传信息的翻译，合成蛋白质。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。翻译的实质mRNA的碱基序列

蛋白质的氨基酸序列蛋白质问题1：碱基与氨基酸的对应关系是怎样的？12二、遗传信息的翻译假设：RNA上的4种碱基蛋白质的21种氨基酸？①1个碱基决定1个氨基酸

AUCG4种氨基酸②2个碱基决定1个氨基酸

42=16种氨基酸AUCGAUCG③3个碱基决定1个氨基酸

43=64种氨基酸AUCGAUCGAUCG（1）理论预测√④4个碱基决定1个氨基酸

44=256种氨基酸……

碱基与氨基酸的对应关系伽莫夫：三个碱基编码一个氨基酸二、遗传信息的翻译（1）理论预测遗传密码的阅读方式伽莫夫认为遗传密码的阅读方式是３个为一组重叠阅读。我和他持不同的观点，我认为是非重叠阅读。克里克-GGTTCGCACGCT-重叠阅读-GGTTCGCACGCT--GGT-GGTTCGCACGCT-GTT…10个氨基酸非重叠阅读-GGTTCGCACGCT--GGT-GGTTCGCACGCT-TCG…4个氨基酸会形成/影响几个氨基酸碱基序列重叠方式阅读非重叠方式阅读-GGTATCGCACGCT--GGTAATCGCACGCT--GGTAAATCGCACGCT-11个，影响3个12个，影响4个13个，影响5个4个，影响3个4个，影响3个5个，影响1个活动3：生物体在外界环境不断变化的情况下,有保持自身稳定的倾向。即哪种方式对自身影响最小，就更符合生物体遗传密码的阅读方式。非重叠方式二、遗传信息的翻译（2）实验证据碱基与氨基酸的对应关系、遗传密码的阅读方式资料一：1961年克里克实验实验思路：以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响实验过程：增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。实验结果：①增加或删除1个/2个碱基,无法正常产生蛋白质；②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。3个碱基编码1个氨基酸遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。实验结论：二、遗传信息的翻译密码子1.定义：mRNA上2.位置：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基3.阅读方向：5’→3’二、遗传信息的翻译（2）实验证据遗传密码的破译资料二：1961年尼伦伯格、马太的蛋白质体外合成实验除去DNA和mRNA的细胞提取液（无细胞系统）人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸肽链实验结论：与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。二、遗传信息的翻译（2）实验证据遗传密码的破译资料三：尼伦伯格三联体结合实验【背景介绍】在无细胞系统中，人工合成的三核苷酸可以促进一种特定的tRNA携带专一的氨基酸结合到核糖体上，生成“氨基酰–tRNA-核糖体”结合物。这种结合物不能通过硝酸纤维滤膜。密码子不可能全都是由相同的3个核苷酸构成，在1个密码子中也可以是2种或3种不同核苷酸任意的顺序。怎样才能知道其他氨基酸的密码子呢?【设计提示】如用带放射性元素标记的氨基酸进行反应,测定滤膜上放射性强度，便可知道某种人工合成的三联体密码与某种氨基酸之间的关系。活动4：请根据上述背景介绍，探究ACG是那种氨基酸的密码子二、遗传信息的翻译（2）实验证据遗传密码的破译【实验方案】①准备21支试管，向每支试管中分别加入人工合成的ACG多聚核糖核苷酸链，以及除去了DNA和mRNA的细胞提取液（无细胞系统）；②向每支试管中再加入21种氨基酸，其中每支试管中各有一种氨基酸被14C标记）；③35℃保温培育1h，用硝酸纤维滤膜过滤并检测放射性情况。活动4：请根据上述背景介绍，探究ACG是那种氨基酸的密码子【实验结果】硝酸纤维滤膜过滤加入14C-苏氨酸的试管液时，滤膜上的放射性强度高【实验结论】ACG是苏氨酸的密码子二、遗传信息的翻译尼伦伯格等用三联体结合实验的方法,在1964年合成了全部64种单个且顺序固定的三联体密码。科学家将64个密码子编制成了密码表。第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸（起始）苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸、甲硫氨酸（起始）丙氨酸谷氨酸甘氨酸G二、遗传信息的翻译问题：一共有多少个密码子？2.终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？3.编码氨基酸的密码子有多少个？4.真核生物和原核生物的起始密码子是哪个共64种密码子3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）一般情况下终止密码子不决定氨基酸，特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下61个，特殊情况下62个真核生物：AUG（甲硫氨酸）原核生物：AUG、GUG（甲硫氨酸）二、遗传信息的翻译绝大多数氨基酸都有几个密码子。密码子的简并性地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。密码子的通用性一种密码子决定一种氨基酸。密码子的专一性密码子4.特点：二、遗传信息的翻译思考·讨论1.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？分析密码子的特点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？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。二、遗传信息的翻译翻译的过程3问题2：游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到核糖体上的呢？OH结合氨基酸的部位反密码子5´3´tRNAPACA5´3´mRNAAAC(1)形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形(2)功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸注意：每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。二、遗传信息的翻译翻译的过程3二、遗传信息的翻译通常一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。试回答下列问题：相同，因为模板相同（2）这样做什么意义？少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质（3）如何判断图中翻译的方向（核糖体移动的方向）由肽链_____→肽链_____的方向进行短长（1）合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？翻译的过程3二、遗传信息的翻译1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翻译的概念？翻译的场所？翻译的条件？翻译的碱基配对方式？翻译的产物？遗传信息传递的方向？细胞质中的核糖体上模板：mRNA原料：21种氨基酸A-U，U-A，G-C，C-G（密码子与反密码子碱基互补配对）多肽，经加工后成为成熟的蛋白质RNA蛋白质23578酶、tRNA能量：ATP翻译的特点？6一条mRNA上可以结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成翻译的方向？4mRNA的5’→3’，肽链短的方向→肽链长的方向一、遗传信息的翻译活动5：小组合作完成下述表格，比较DNA复制、转录和翻译。DNA复制转录翻译时间场所模板原料酶能量原则特点产物方向信息传递细胞分裂间期主要是细胞核DNA的两条链四种脱氧核苷酸解旋酶，DNA聚合酶ATPA-T,T-A,C-G,G-C半保留复制边解旋边复制子代DNA分子主要是细胞核基因特定的一条链四种核糖核苷酸RNA聚合酶ATPA-U,T-A,G-C,C-G边解旋边转录mRNA、tRNA、rRNA生长发育过程细胞质mRNA21种氨基酸酶ATP特定氨基酸顺序的肽链A-U,U-A,G-C,C-G一个mRNA可结合多个核糖体同时翻译多条肽链DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质从起始密码子到终止密码子新链从5’端-3’端延伸新链从5’端-3’端延伸精选习题1.(2019·海南卷，20)下列关于蛋白质合成的叙述错误的是()A.蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束B.携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点C.携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合D.最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸携带第一个氨基酸的tRNA与核糖体的位点1结合，其他都与核糖体的位点2结合√三、中心法则1.提出者：2.内容：克里克遗传信息可以从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逆转录病毒（如艾滋病病毒）某些RNA病毒（如烟草花叶病毒）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原核生物真核生物DNA病毒以RNA作为遗传物质的生物一般RNA病毒逆转录病毒(HIV)翻译蛋白质复制DNA转录RNA复制RNA蛋白质翻译蛋白质翻译转录DNARNA逆转录RNA复制各种生物的遗传信息传递过程DNA、RNA是遗传信息的载体，蛋白质是遗传信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见：生命是物质、能量和信息的统一体。精选习题1.研究发现，人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。依据中心法则(下图)，下列相关叙述错误的是（）A.合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过④①②③环节B.侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞C.通过④形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上D.科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗侵染细胞时，艾滋病病毒需要携带逆转录酶进入宿主细胞，而逆转录酶是蛋白质，B错误；√精选习题2.拓展应用红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表