生物人教版（2023）必修2 4.1基因指导蛋白质的合成（共40张ppt）

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第1节

基因指导蛋白质的合成

主要内容

遗传信息的转录

中心法则

遗传信息的翻译

问题探讨

米国科幻电影《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。

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？

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要的全部遗传信息。但是，从基因到具有各种性状的生物体，需要通过及其复杂的基因表达及调控过程才能实现，因此利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。

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。转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？原来，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。

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。转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？原来，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。

DNA(基因）

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

资料1：1955年，科学家观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。

资料2：1955年，科学家以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。

RNA充当了DNA的信使，

为什么？

RNA的结构与DNA的相似，可以储存遗传信息。

一般是单链，比DNA短，能通过核孔从细胞核进入细胞质。

DNA

蛋白质

RNA

转录

翻译

基因的表达

遗传信息的转录

一

核糖

P

含氮碱基

P

脱氧核糖

含氮碱基

A、T、C、G

A、U、C、G

遗传信息的转录

一

名称脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)

基本单位脱氧核苷酸(4种)核糖核苷酸(4种)

化学组成五碳糖脱氧核糖核糖

含氮碱基T(胸腺嘧啶)U(尿嘧啶)

A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)无机酸磷酸结构双链单链

细胞中分布细胞核（主要）线粒体、叶绿体主要在细胞质中

遗传信息的转录

一

种类mRNAtRNArRNA

名称信使RNA转运RNA核糖体RNA

功能传递遗传信息，蛋白质合成的模板识别并转运特定氨基酸组成核糖体

结构单链单链，部分碱基配对形成三叶草型结构单链

示意图

共同点①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关注意：

少数RNA还具有催化作用；

有的作为RNA病毒的遗传物质；

tRNA中含有氢键。

遗传信息的转录

一

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，

这一过程叫作转录。

产物

场所

酶

模板

遗传信息的转录

一

转

录

DNA分子

产物：

主要在细胞核

四种核糖核苷酸（原料）ATP（能量）、RNA聚合酶（酶）

A－U、T－A、G－C

DNA→mRNA

场所：

配对方式：

模板：

条件：

遗传信息流动：

mRNA

DNA的一条链

RNA

遗传信息的转录

一

2.与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？

DNA复制过程以4种游离的脱氧核苷酸为原料，需要解旋酶和DNA聚合酶；

转录则以4种游离的核糖核苷酸为原料，需要RNA聚合酶。

1.转录与DNA复制有那么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？

转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。保证遗传信息传递的准确性。

P66思考·讨论

遗传信息的转录

一

3.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？

RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系，与非模板链的碱基序列的区别在于RNA链上碱基U的位置，对应非模板链上的碱基T。

P66思考·讨论

遗传信息的翻译

二

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。

原料

模板

产物

遗传信息的翻译

二

U

U

A

G

A

U

A

U

C

mRNA

蛋白质

4种碱基

21种氨基酸

41=4

42=16

43=64

如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种

如果3个碱基决定1个氨基酸就可决定种

如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种

4

16

64

遗传信息的翻译

二

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。

位置：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

遗传信息的翻译

二

密码子的专一性：

一种密码子决定一种氨基酸。

密码子的简并性：

绝大多数氨基酸都有几个密码子。

密码子的通用性：

地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。

遗传信息的翻译

二

P67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？

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。

遗传信息的翻译

二

P67思考·讨论

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或生命在本质上是统一的。

遗传信息的翻译

二

mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，那么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？

A

C

G

U

G

A

U

U

A

异亮氨酸

甲硫氨酸

谷氨酸

亮氨酸

遗传信息的翻译

二

结合氨基酸的部位

（3‘—端）

氢键

反密码子

U

G

A

mRNA

5'

3'

A

C

U

形态：

功能：

特点：

RNA链经过折叠，形成三叶草形

识别并转运氨基酸

①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸

②一种氨基酸可以由多种tRNA转运

遗传信息的翻译

二

P

E

A

甲

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始

密码子

C

A

U

5’

3’

第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入P位点。

遗传信息的翻译

二

P

E

A

甲

第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入A位点。

C

A

U

5’

3’

组

G

U

G

5’

3’

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始

密码子

第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据A位点的tRNA上。

遗传信息的翻译

二

P

E

A

甲

C

A

U

5’

3’

色

C

C

A

5’

3’

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始

密码子

组

G

U

G

5’

3’

精

A

C

G

5’

3’

半

G

C

A

5’

3’

半

A

C

A

5’

3’

脯

A

G

G

5’

3’

第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，合成肽链。

核糖体移动方向

遗传信息的翻译

二

P

E

A

A

U

G

C

A

C

U

G

G

C

G

U

U

G

C

U

G

U

C

C

U

U

A

A

3’

5’

起始

密码子

A

C

A

5’

3’

甲

色

组

精

半

半

脯

A

G

G

5’

3’

释放因子

直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。

肽链释放后，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。

遗传信息的翻译

二

拓展

如mRNA上有n个碱基，转录时产生它的基因片段中至少有________个碱基，该mRNA指导合成蛋白质中至多有________个氨基酸。

DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=

6：3：1

2n

n/3

(注意：无特别说明，不考虑终止密码)

遗传信息的翻译

二

遗传信息的翻译

二

翻

译

mRNA

产物：

核糖体

21氨基酸（原料）ATP（能量）

A－U、G－C

mRNA→蛋白质

场所：

配对方式：

模板：

条件：

遗传信息流动：

蛋白质

mRNA

肽链

遗传信息的翻译

二

一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。

如何快速高效地进行翻译呢？

相同，因为其模板相同

意义是？

少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质

翻译的方向？（即核糖体移动的方向）

由肽链短→肽链长的方向进行

多条肽链的氨基酸序列是否相同？

遗传信息的翻译

二

DNA复制转录翻译

场所

模板

原料

酶

能量

碱基配对方式

特点

产物

方向

信息传递

主要是细胞核

主要是细胞核

细胞质

DNA的两条链

DNA一条链

mRNA

四种脱氧核苷酸

四种核糖核苷酸

21种氨基酸

解旋酶，DNA聚合酶

RNA聚合酶

ATP

ATP

ATP

（DNA-DNA）A-T,G-C

（DNA-RNA）

A-U,T-A,C-G

（mRNA-tRNA）A-U,C-G

半保留复制，边解旋边复制

边解旋边转录

一个mRNA可结合多个核糖体

同时翻译多条肽链

DNA分子

mRNA、tRNA、rRNA

肽链

DNA→DNA

DNA→mRNA

mRNA→蛋白质

从起始密码子到终止密码子

从5’端到3’端延伸

从5’端到3’端延伸

中心法则

三

DNA聚合酶

解旋酶

DNA聚合酶

RNA聚合酶

RNA聚合酶

核糖体

DNA

mRNA

多肽链

复制

转录

翻译

你能根据DNA复制和基因指导蛋白质合成的过程画一张流程图，表示遗传信息的传递方向吗？

中心法则

三

1957年，克里克提出中心法则

DNA

RNA

蛋白质

转录

翻译

复制

根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图。

中心法则

三

资料1：1965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。

RNA复制酶

RNA

RNA

烟草花叶病毒

中心法则

三

艾滋病病毒

资料2：1970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。

RNA

逆转录酶

DNA

中心法则

三

完整的中心法则图示:

在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA流是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，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。

DNA

RNA

蛋白质

转录

翻译

中心法则

三

（1）能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递

（2）高度分化的细胞（洋葱表皮细胞）

请写出以下生物的遗传信息的传递过程：

中心法则

三

(1)中心法则的所有过程并不适用于所有生物，但所有生物均能发生一部分过程。

(2)DNA合成过程既包括DNA复制过程，也包括在逆转录酶作用下以RNA为模板合成DNA的过程。

(3)中心法则的5条信息传递途径都遵循碱基互补配对原则，但配对的碱基有差别。

中心法则的3点提醒

中心法则

三

模板产物原料碱基互补

DNA复制

转录

翻译

RNA复制

逆转录

DNA

DNA

RNA

RNA

mRNA

脱氧核苷酸

核糖核苷酸

核糖核苷酸

氨基酸

脱氧核苷酸

DNA

DNA

RNA

RNA

多肽

A-TG-C

A-UT-AC-G

A-UC-G

A-TU-AC-G

A-UC-G

与遗传信息流动有关的几个过程比较：

中心法则

三

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

D