高中生物学（人教版）必修2 遗传与进化《基因的表达》基因指导蛋白质的合成 第2课时 遗传信息的翻译与中心法则 课件

第1节

基因指导蛋白质的合成第2课时

遗传信息的翻译与中心法则

池州市第一中学

张森围绕《从信息到物质，从蓝图到现实》大单元主题2022年安徽省普通高中新课程新教材优质课评选活动

高中生物学人民教育出版社必修2第4章回顾单元大情境：拍卖出2000万日元的招财猫—三花公猫

资料1：

在日本的一个拍卖会上，一只橘黑白的三色公猫，拍出了2000万日元（按最新的汇率折合人民币约105万）的天价，让网友们一阵哗然！为什么三色公猫能拍出如此高的价格呢？三色猫也就是我们俗称的“三花猫”，身上带有橘色、黑色和白色三种毛色。招财猫的原型是日本短尾猫,又称为三花猫。

三花猫公猫是非常罕见的，大约3万只三花猫中才有可能出现一只公猫，概率仅为0.003%。为什么三花猫公猫如此罕见呢？

资料2：猫的颜色看起来有很多种，但其实只有两种，黑色和红色。这是因为猫的色素细胞能且仅能分泌两种黑色素，即真黑素和褐黑素。对猫来说，真黑素表达产生黑色和褐色。位于常染色体上的褐变基因B、b和b’，其控制的酶参与真黑素的代谢，能使真黑素表达为黑色或褐色......位于性染色体X上的橘色（Orange）基因决定猫是否会产生褐黑素......

三花猫的色素相关基因转录得到的是mRNA，而不是蛋白质（酶）。那么，mRNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸排列顺序呢？解决三花猫大单元情境中的问题1：

mRNA通过核孔进入细胞质中，与核糖体结合，开始它新的历程——翻译。

遗传信息的翻译翻译：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序列的蛋白质，这一过程叫作翻译。翻译的实质：

碱基(4种)?氨基酸(21种)mRNA的碱基序列蛋白质的氨基酸序列学习任务1探讨mRNA的碱基与氨基酸的对应关系学习任务1：探讨mRNA的碱基与氨基酸的对应关系自主阅读教材66-67页，小组讨论交流解决以下问题：组成mRNA的碱基只有4种，却能决定21种氨基酸，根据以下假设并推测出碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的呢？假设①：1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？假设②：2个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？假设③：3个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？推测：组成人体蛋白质的氨基酸有21种，至少需要3个碱基对应1个氨基酸后来科学家又通过一步步的推测和实验，证明了确实是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。密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。位置：在mRNA上识别：密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。密码子的示意图学习任务1：探讨mRNA的碱基与氨基酸的对应关系布置作业任务1：课后请同学们自主阅读教材70页生物科学史话，以学习小组为单位共同探讨遗传密码的破译。学习任务1：探讨mRNA的碱基与氨基酸的对应关系学习任务2探索密码子的特性及密码子表的检索方法学习任务2：探索密码子的特性及密码子表的检索方法1.根据密码子表中的64个密码子可知，起始密码子有几种？分别为？终止密码子有几种？分别为？2.编码苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸的密码子有哪些？苯丙：UUU、UUC

亮：UUA、UUG、CUU、

CUC、CUA、CUG

色：UGG绝大多数氨基酸具有两个及以上不同密码子。[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。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？[讨论2]几乎所有的生物体都共用上述密码子。你能想到什么？

说明当今生物可能有着共同的起源，或生物界具有统一性。（1）增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；（2）密码子的使用频率。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。保证了生物遗传的相对稳定性，又使生物出现变异，从而促进生物的发展进化。学习任务2：探索密码子的特性及密码子表的检索方法学习任务2：探索密码子的特性及密码子表的检索方法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密码子特性绝大多数氨基酸具有两个及以上不同密码子。通常一种密码子只决定一种氨基酸。地球上几乎所有生物都共用一套密码子。简并性专一性通用性

三花猫的mRNA进入细胞质后与核糖体结合，形成合成生产蛋白质（酶）的“生产线”。

游离在细胞之中的氨基酸是如何运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？学习任务3认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程3'学习任务3：认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程合作探究：自主阅读教材67页至68页，小组合作探究下列问题。1.tRNA的形态、结构？2.什么是反密码子？3.氨基酸与tRNA是一一对应吗？4.翻译的场所在哪里？5.翻译的条件？6.翻译能精确进行的原因？7.翻译的直接产物是？最终产物是？8.什么是多聚核糖体？9.多聚核糖体的意义？10.翻译的遗传信息传递方向是？RNA链经过折叠，形成三叶草形。比mRNA小，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。①识别氨基酸

②转运氨基酸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。氨基酸与tRNA是一一对应的吗？

(1)形态：(2)功能：(3)反密码子学习任务3：认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程ACGUGUUUGmRNACAU

甲硫氨酸3’5’5’3’5’3’5’3’AACGAC

缬氨酸缬氨酸每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸；而一种氨基酸可由__________种tRNA转运；一一或多tRNA与氨基酸对应关系：tRNA学习任务3：认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程1.翻译的场所：

细胞质基因（线粒体和叶绿体中基因）在控制蛋白质合成的过程中也进行转录，翻译（注：线粒体、叶绿体内含有核糖体，可以合成蛋白质）细胞质中的核糖体2.翻译的条件

mRNA游离的21种氨基酸tRNA模板：原料：能量：多种酶ATP供能工具：3.碱基互补配对方式A-____

G-____

C-____

U-____

UCGA思考：与转录过程中的配对方式一样吗？mRNA和tRNA碱基互补配对学习任务3：认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程小结翻译的过程6.遗传信息传递方向：mRNA蛋白质4.翻译能精确进行的原因：①mRNA为翻译提供了精确的模板,②通过碱基互补配对，保证了翻译能够准确进行。5.mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系

数量关系：一个mRNA分子上可以相继结合___个核糖体，同时进行____条肽链的合成。意义：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。多多多聚核糖体：结合在同一条mRNA上的核糖体学习任务3：认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程演示活动，构建翻译的过程1.请生物学课外活动兴趣小组的同学采用角色扮演和物理模型结合的方式，演示课前筹备的翻译的过程。2.其他学习小组用评价量化表给他们打分。学习任务3：认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程

小活动：

请绘制三花猫的色素相关基因指导蛋白质(酶）合成的遗传信息传递方向图。探讨单元大情境中的问题1：学习任务4了解中心法则的提出和修正过程复制转录翻译蛋白质DNARNA提出者：克里克（F.Crick）内容遗传信息可以从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。克里克（F.Crick）学习任务4：了解中心法则的提出和修正过程

资料一

1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。

资料二

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。资料二：遗传信息能反过来从RNA流向DNA资料一：RNA和DNA一样,能进行自我复制学习任务4：了解中心法则的提出和修正过程烟草花叶病毒模式图HIV病毒合作探究：生命是物质、能量和信息的统一体。DNA、RNA是信息的载体；蛋白质是信息的表达产物；ATP为信息的流动提供能量。复制转录翻译蛋白质DNA复制RNA逆转录中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）学习任务4：了解中心法则的提出和修正过程1.猫的色素相关基因如何控制酶（蛋白质）的合成？2.猫的性状与基因表达具有什么关系？3.猫身上所有的细胞都能合成真黑素吗？4.三花猫的形成原因？为什么雄性三花猫比较罕见？能解决本单元情境中三花猫的问题了吗？

1.完成本课时的相应习题。2.利用学习小组的物理