【课件】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

4.1基因指导蛋白质的合成-第1课时RNA适于作为信使的原因转录过程碱基与氨基酸之间的对应关系运输氨基酸的工具——tRNA翻译的过程美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想:各种各样的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。讨论从原理上分析,利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗?问题探讨电影《侏罗纪公园》中的恐龙讨论从原理上分析,利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗?问题探讨一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、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调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。基因如何指导蛋白质合成？1.基因是___________的DNA片段。有遗传效应2.DNA主要存在于真核细胞的_______中。细胞核3.蛋白质是在______中的核糖体中合成的。细胞质在DNA和蛋白质之间,还有一种中间物质充当信使。后来发现细胞中的确有这样的物质,它就是RNA。一、遗传信息的转录1.如何设计一个实验验证RNA就是基因与蛋白质之间的信使？实验思路：加入RNA酶降解细胞中的RNA后，蛋白质合成停止，再加入细胞中提取的RNA后，细胞又可重新合成蛋白质。说明RNA就是基因与蛋白质之间的信使。实验结果及结论：加入RNA酶降解细胞中的RNA，观察蛋白质合成情况，再加入从细胞提取的RNA，观察蛋白质的合成情况。减法原理一、遗传信息的转录1.如何设计一个实验说明RNA可能就是基因与蛋白质之间的信使？

1955年Brachet用洋葱根尖和变形虫进行了实验；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。2.作为信使需要具备什么条件？①能在细胞核中产生并转移到细胞质中。②能储存（或携带）携带遗传信息如何设计实验追踪RNA的产生和转移？1955Goldstein和Plaut用放射性同位素标记变形虫RNA的原料，发现放射性都在核内，然后将细胞核转移到未标记的变形虫中。经过一段时间发现放射性已在细胞质中。放射性标记的RNA原料最可能是：_____________。3H-尿嘧啶3.RNA适于作为信使的原因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——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。②容易转移到细胞质RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。DNA与RNA在化学组成的异同4.转录过程①定义：主要在细胞核中，通过____________以_______________为模板合成RNA的过程叫做转录。RNA聚合酶DNA的一条链①②③④DNARNARNA聚合酶游离的核糖核苷酸②过程：第1步：DNA双螺旋链解开，碱基暴露出来。②过程：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聚合酶的作用下开始mRNA的合成。②过程：第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。②过程：第4步：合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。②过程：总结：①解旋→②配对→③连接→④释放③转录所需的基本条件模板原料酶能量DNA的一条链４种游离的核糖核苷酸RNA聚合酶等细胞提供（如：ATP提供）④转录产物(RNA的类型)思考：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?ATTCAGCACTTAAGTCGTGA3′5′5′3′AUUCAGCACU3′5′转录编码链模板链mRNA转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。二、遗传信息的翻译1.定义：mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫做翻译。mRNA→蛋白质2.碱基与氨基酸之间的对应关系密码子①定义：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。②种类：64(43)种3种终止密码61种编码20种氨基酸UAAUAGUGA→在特殊情况下可编码第21种氨基酸：硒代半胱氨酸

UAG编码甲硫氨酸同时作为起始密码GUG编码缬氨酸，在原核生物中作为起始密码时编码甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸、色氨酸和硒代半胱氨酸只有1个密码子。a.简并性含义：绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称为密码子的简并性。意义：可以减少有害突变。简并性使得那些由于基因突变造成的使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。③密码子的特点：当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。b.通用性说明地球上生物有共同起源。③密码子的特点：几乎一切生物共用一套遗传密码含义：意义：3.运输氨基酸的工具——tRNA碱基互补配对三叶草结构：比mRNA小，RNA单链经过折叠形成4环4臂，环的部分没有碱基互补配对，臂的部分由于碱基互补配对形成氢键。3.运输氨基酸的工具——tRNA反密码子反密码子：反密码子环中有三个相邻碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫做反密码子。3`端是结合氨基酸的部位。每种tRNA只能识别并运输一种氨基酸。结合氨基酸的部位碱基配对（反密码子）tRNA（61种密码子）mRNA氨基酸（20种）运输编码互补配对mRNA、tRNA和氨基酸之间的对应关系①一种tRNA只能识别并运输一种氨基酸，一种氨基酸可能被多种tRNA运输。②不是所有的密码子都有与之对应的反密码子AUGCACUGGCGU5′3′MUAC第1步mRNA进入细胞质,与核糖体结合。位点1位点24.翻译的过程携带甲硫氨酸(M)的tRNA,通过与碱基AUG互补配对,进入位点1AUGCACUGGCGU5′3′MUACHUGG第2步位点1位点2携带某个氨基酸(H)的tRNA以同样的方式进入位点2AUGCACUGGCGU5′3′HUGG第2步位点1位点2携带某个氨基酸(H)的tRNA以同样的方式进入位点2MUACAUGCACUGGCGU5′3′HUGG位点1位点2UACM第3步甲硫氨酸与这个氨基酸(H)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上AUGCACUGGCGU5′3′HUGG位点1位点2UACM第4步核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。AUGCACUGGCGU5′3′HUGG位点1位点2UACM第4步原位点1的tRNA离开核糖体,原位点2的tRNA进入位点1AUGCACUGGCGU5′3′HUGG位点1位点2UACM第4步一个新的携带氨基酸(W)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成CAWCAUGCACUGGCGU5′3′HUGG位点1位点2M第4步一个新的携带氨基酸(W)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成CAWCCACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位点1位点2二肽(M-H)与这个氨基酸(W)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上。CACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位点1位点2核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。CACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位点1位点2原位点1的tRNA离开核糖体,原位点2的tRNA进入位点1CACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位点1位点2GACR一个新的携带氨基酸(R)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成CACUGGCGU5′3′AUGCAWCMHGACR位点1位点2一个新的携带氨基酸(R)的tRNA进入位点2,继续肽链的合成CACUGGCGU5′3′AUGCACGACRMHW三肽(M-H-W)与这个氨基酸(R)形成肽键,从而转移到位点2的tRNA上。位点1位点2CACUGGU5′3′AUG就这样,随着核糖体的移动,tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来,以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子,合成才告终止。AAR

M

H

W

翻译所需基本条件1.模板：____________2.原料：____________3.酶：____________4.能量：____________5.工具：___________6.装配机器：___________mRNA氨基酸多种酶ATP等提供tRNA核糖体总结细胞核（主要）细胞核（主要）细胞质/核糖体总结细胞核（主要）细胞核（主要）细胞质/核糖体亲代DNA两条链DNA的一条链mRNA总结细胞核（主要）细胞核（主要）细胞质/核糖体亲代DNA两条链DNA的一条链mRNA4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸总结细胞核（主要）细胞核（主要）细胞质/核糖体亲代DNA两条链DNA的一条链mRNA4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶多种酶总结细胞核（主要）细胞核（主要）细胞质/核糖体亲代DNA两条链DNA的一条链mRNA4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶多种酶ATP等提供ATP等提供ATP等提供总结细胞核（主要）细胞核（主要）细胞质/核糖体亲代DNA两条链DNA的一条链mRNA4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶多种酶A-T，T-AC-G，G-CA-U，T-AC-G，G-CA-U，U-AC-G，G-CATP等提供ATP等提供ATP等提供总结4.1基因指导蛋白质的合成-第2课时蛋白质的形成翻译的高效性中心法则遗传密码的破译温故DNA前体mRNA成熟mRNA多肽链蛋白质转录加工翻译加工生命的图案朴素迷离从信息到物质从蓝图到现实复杂、简约、粗放、精细是谁创造出如此的和谐和统一肽链合成后，就从_______________的复合物上脱离，通常经过一系列步骤,盘曲折叠成具有特定_________和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。知新一、蛋白质的形成5′3′H2NCOOH脱离H2NCOOH加工核糖体与mRNA空间结构二、高效翻译的机制①一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同进行多条肽链的合成。5′3′②意义：利用少量的mRNA分子迅速合成大量的蛋白质。多聚核糖体二、高效翻译的机制1.原核生物基因转录和翻译可同时进行。2.真核生物的核基因先转录完成后在翻译。①核膜阻隔，核糖体无法与刚转录形成的mRNA结合②真核生物的核基因转录后形成的mRNA一般要进行加工，然后再翻译。三、中心法则1.1957年克里克提出中心法则2.内容①遗传信息从DNA流向DNA,即DNA的复制②遗传信息从DNA流向RNA，③进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。DNARNA蛋白质复制转录翻译三、中心法则3.补充少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录复制中心法则图解(虚线表示少数生物的遗传信息的流向)在遗传信息的流动过程中，__________是信息的载体，_____是信息的表达产物，而______为信息的流动提供能量，可见，生命是_________________的统一体。DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录复制三、中心法则DNA和RNA蛋白质ATP物质、能量和信息生物科学史话遗传密码的破译1.提出问题遗传密码真的是以3个碱基为一组的吗?遗传密码的阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的?密码子之间是否有分隔符?遗传密码的阅读方式思考：①当图中DNA的第三个碱基(T)发生改变时，如果密码子是非重叠阅读的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果密码子是重叠阅读的，又将产生怎样的影响？密码是非重叠阅读的：改变1个氨基酸，密码是重叠阅读的：改变3个氨基酸遗传密码的阅读方式思考：②当图中DNA的第三个碱基(T)后插入一个碱基时，如果密码子是非重叠阅读的，这一改变将影响多少个氨基酸？如果插入2个、3个碱基呢？插入1或2个碱基，后面所有的氨基酸都改变，插入3个碱基将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸。密码子重叠阅读①插入1个碱基，可能改变了原多肽链中的____个氨基酸，比原多肽链多____个氨基酸。②插入2个碱基，可能改变了原多肽链中的____个氨基酸，比原多肽链多____个氨基酸。③插入3个碱基，可能改变了原多肽链中的____个氨基酸，比原多肽链多____个氨基酸。212223二、克里克的实验证据T4噬菌体野生型能在大肠杆菌K菌株上生长，形成嗜菌斑。用药物处理T4噬菌体，研究某个基因碱基发生增加或缺失对其所编码的蛋白质影响。①缺失一个核苷酸时，在K菌株上不生长

插入一个核苷酸时，在K菌株上不生长②缺失两个核苷酸时，在K菌株上不生长插入两个核苷酸时，在K菌株上不生长③缺失三个核苷酸时，在K菌株上生长插入三个核苷酸时，在K菌株上生长1.实验思路2.实验结果①在相关碱基序列中增加或删除1个碱基，②在相关碱基序列中增加或删除2个碱基，③在相关碱基序列中增加或删除3个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；无法产生正常功能的蛋白质；却合成了正常功能的蛋白质。3.实验结果分析①遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。②遗传密码从一个固定的起点开始，以非重读的方式阅读，编码之间没有分隔符。4.实验结论克里克实验无法说明一个密码子对应的究竟是哪个氨基酸。三、遗传密码的破译尼伦柏格和马太的实验1.实验思路每个试管中分别加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液一种氨基酸人工合成的多聚尿嘧啶核糖核苷酸(多聚U)Tyr：酪氨酸Ser：丝氨酸Phe：苯丙氨酸Phe：半胱氨酸2.实验结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。一段时间后多聚U导致了多聚苯丙氨酸的合成，而多聚尿嘧啶的碱基序列是由多个尿嘧啶组成（UUUUUU······），可见尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链；即苯丙氨酸对应的密码子是UUU。3、结果说明（结论）UUUUUUUUUUUUPhePhePhePhe5′3′H2NCOOH1.实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？思考·讨论2.为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？作为模板mRNA直接控制蛋白质（多肽）的合成原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果；DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果。3.如果你是马太或尼伯格，为使实验结果更具说服力，你将如何设计对照组？4.要想知道更多氨基酸的密码子，你如何改变上述实验？依次用不同种类的多聚核糖核苷酸替换上述实验中的多聚尿嘧啶核苷酸。作为对照实验的试管中，所有成分都与实验组的试管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。在此后的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了全部的密码子，并编制出了密码子表。思考·讨论DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系至多至多至少至少相关计算1.已知一段mRNA中有30个碱基，其中U和C共有14个，那么转录成mRNA的一段DNA分子中G和A的数目以及该mRNA经翻译合成肽链时，应脱去的水分子数目分别是(不考虑终止密码子)(）

A.16和10B.30和10

C.16和9D.30和9

D2.已知一段信使RNA含有30个碱基，其中A和G共有12个，转录该信使RNA的DNA分子中应共有C和T的个数是()A.12B.30C.18D.60B3.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数，依次为()A.3311B.3612C.1236

D.1136B4.某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是（）A．75对碱基 B．78对碱基 C．90对碱基 D．93对碱基D5.有一多肽，分子式为C55H70O19N10，将它彻底水解后，得到下列四种氨基酸：谷氨酸(C5H9NO4)、甘氨酸(C2H5NO2)、丙氨酸(C3H7NO2)、苯丙氨酸(C9H11NO2)。控制该多肽形成的基因中至少含有碱基对()A．10

B．30

C．60D．29B6.某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均分子量为a，控制该蛋白质合成的基因含b个碱基对，则该蛋白质的分子量最大约为（

）A.2/3ab－6b＋18n

B.1/3ab－6bC.（1/3b－a）×18 D.1/3ab－（1/3b－n）×18D7.由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为（）A.na/6B.na/3—18(n/3—1)C.na—18(n—1)D.na/6—18(n/6—1)D1.用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是()①同位素标记的tRNA②蛋白质合成所需的酶③同位素标记的苯丙氨酸④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液A.①②④B.②③④C.③④⑤D.①③⑤C练习题2.细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(GIy表示甘氨酸)。下列说法错误的是（）A.一种反密码子可以识别不同的密码子B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合C.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变C3.为分析细胞中肽链合成过程中肽链的延伸方向，研究人员用含3H的亮氨酸标记合成中的蛋白质（氨基酸序列已知）。适宜时间后从细胞中分离出合成完成的此蛋白质的肽链，用蛋白酶处理肽链，获得6种肽段，检测不同肽段3H的相对掺入量（肽段的放射性强度占这一肽段所有亮氨酸均被标记后的放射强度的百分比）。用3H的相对掺入量对N端至C端排序的肽段作图,结果如下图所示。关于此实验分析不正确的是（）A.3H标记的亮氨酸会同时掺入多条正在合成的肽链中B.亮氨酸在肽链中分布不均，故不能直接比较各肽段的放射性强度C.带3H标记的完整肽链被蛋白酶处理后得到的六个肽段也均具有放射性D.离C端近的肽段上3H相对掺入量高，可推测肽链合成从N端开始C4.下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是()A.图中表示4条多肽链正在合成B.转录尚未结束，翻译即已开始C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译D.多个基因在短时