4.1基因指导蛋白质的合成课件-高一下学期生物人教版（2019）必修2

第四章基因的表达

第一节基因指导蛋白质的合成

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。

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，从遗传信息（DNA）到遗传性状（蛋白质）的生物体，需要复杂的过程，因此复活恐龙很难做到。

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？基因控制生物性状体现者蛋白质指导合成1、基因的表达概念：基因通过指导蛋白质合成来控制性状的过程在细胞质中的核糖体上进行主要在细胞核“媒介”“信使”RNA翻译转录问题：为什么RNA适于作DNA的信使？指导蛋白质的合成DNA一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录2、RNA适于作DNA信使的原因mRNA是DNA的信使，它是遗传信息的传递者，所以叫做信使RNA。(1)它的基本结构与DNA很相似，也是由基本单位核苷酸组成。—DNA和RNA的比较—DNARNA基本单位五碳糖含N碱基空间结构脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖A、T、G、CA、U、G、C规则双螺旋单链(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔,从细胞核进入细胞质(3)RNA与DNA的关系中，也遵循碱基互补配对原则(4)RNA完成使命后迅速降解，保证生命活动有序进行一、遗传信息的转录2、RNA适于作DNA信使的原因一、遗传信息的转录磷酸AGC

U核糖(1)RNA的组成单位：4种核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸鸟嘌呤核糖核苷酸胞嘧啶核糖核苷酸尿嘧啶核糖核苷酸3、RNA(2)RNA的结构：多个核糖核苷酸（基本单位）通过脱水缩合，形成链状的结构，一般是单链，相对较短，可以通过核孔，从细胞核中移到细胞质中(3)RNA的分布：主要分布在细胞质中，在细胞核中含量较少

注意：细胞核是RNA的主要形成场所

(4)RNA的种类：3种，分别是mRNA（信使RNA）、tRNA（转运RNA）、rRNA(核糖体RNA)一、遗传信息的转录3、RNA特点功能结构信使RNA转运RNA核糖体RNA参与构成合成蛋白质的场所翻译时作为模板带有从DNA上转录下来的遗传信息，有密码子翻译时识别密码子和转运氨基酸一端能与氨基酸结合，另一端有反密码子能mRNA上的遗传密码子配对核糖体的组成部分(4)RNA的种类一、遗传信息的转录3、RNA并非所有的RNA分子均为单链结构，tRNA分子中存在碱基互补配对的区域，具有氢键。一、遗传信息的转录DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？“媒介”“信使”RNA翻译转录指导蛋白质的合成DNA4、转录(1)概念：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程（以基因为单位转录）转录以基因为单位，不同基因模板链不同一、遗传信息的转录(2)场所：(3)模板：(4)原料：(5)条件：细胞核（叶绿体、线粒体、拟核）DNA分子的一条链四种游离的核糖核苷酸模板、原料、能量（ATP）、酶（RNA聚合酶）(6)过程：4、转录细胞质基因（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（注：线粒体、叶绿体内含有核糖体，可以合成蛋白质）UAAGUCCCTTGGAAA游离的核糖核苷酸RNA聚合酶mRNADNA1.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2.配对合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。一、遗传信息的转录（6）过程4、转录注意：转录不是转录整个DNA，是转录其中要表达的基因一、遗传信息的转录（6）过程4、转录

核孔mRNA在细胞核中合成AG

T

AC

AA

A

T

GUUAUUAUCDNA模板链mRNA细胞核细胞质一、遗传信息的转录4、转录UCAUGUUUAmRNAmRNA通过核孔进入细胞质一、遗传信息的转录AG

T

AC

AA

A

T

GUUAUUAUC细胞核细胞质4、转录穿过0层膜，需要消耗能量一、遗传信息的转录(7)结果：(8)特点：三种RNA（mRNA、rRNA、tRNA)单链转录边解旋边转录（DNA上的遗传信息传递给了mRNA）特定的碱基互补配对方式：DNAATCG─┴─┴─┴─┴──┴─┴─┴─┴─RNA

UAGC(9)遗传信息流动：DNA→

mRNA4、转录一、遗传信息的转录5、思考*讨论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。碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。2、与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，以4种游离的脱氧核苷酸为原料；转录则需要RNA聚合酶，以4种游离的核糖核苷酸为原料。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？TCATGTTTAAG

T

AC

AA

A

T

模板链非模板链DNA模板链AG

T

AC

AA

A

T

（DNA的一条链）转

录RNAGUUAUUAUC一、遗传信息的转录5、思考*讨论在转录时，基因模板链中（A+T）[或（C+G）]的数目与RNA分子中（U+A）[或（C+G）]的数目相等。一、遗传信息的转录【例】从真核细胞的mRNA分析得知，U占14.5%，A占7.5%，那么用来转录此mRNA的DNA分子中G、C之和占(

)A．78％

B．56%

C．30%

D．28%A转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录出的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA碱基与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列的区别在于RNA链上碱基U的位置，对于在非模板链上的碱基是T。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？1.写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列2.写出b链对应的a链的碱基序列3.比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异DNA双链片段a链b链CGAACCTCACGC信使RNAGCTTGGAGTGCGGCUUGGAGUGCG一、遗传信息的转录练习按照碱基配对原则完成下列问题复制转录时间场所模板原料条件配对产物信息传递6、DNA的复制VS转录DNARNA转录复制一、遗传信息的转录分裂间期生长发育的整个过程主要在细胞核主要在细胞核DNA两条母链DNA的一条链游离脱氧核苷酸4种游离核糖核苷酸4种模板、原料、能量、酶模板、原料、能量、酶A-T、T-AA-U、T-A两个相同的DNA一个mRNADNA→DNADNA→RNA【例1】下列关于DNA和RNA的结构与功能的说法，错误的是()A．区分单双链DNA、单双链RNA4种核酸可以依据碱基比率和种类判定B．双链DNA分子中碱基G、C含量越高，其结构稳定性相对越大C．含有DNA的生物，遗传物质是DNA不是RNAD．含有RNA的生物，遗传物质是RNA不是DNAD练习【例2】如图是真核生物细胞核中某物质的合成过程图，据图判断下列说法正确的是()A．图示过程为转录B．图中②是以4种脱氧核苷酸为原料合成的C．如果图中③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶D．图中的②只能是mRNAA练习

转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何能变成蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？

mRNA如何将信息翻译成蛋白质？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。

二、遗传信息的翻译1、概念：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，称为遗传信息的翻译共21种氨基酸RNA四种碱基AUCG蛋白质21种氨基酸AA1AA2AA3AA4AA5AA6AA7AA8AA9AA10AA11AA12AA13AA14AA15AA16AA17AA18AA19AA20AA21思考要想知道mRNA是如何翻译成蛋白质的，首先要寻找mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。二、遗传信息的翻译思考*讨论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？ACUGACUG

氨基酸A

U

CG②如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？4种碱基只能决定4种氨基酸，41=4ACUGACUG

氨基酸AAAUACAGCACUCCCGUAUUUCUGGAGUGCGG4种碱基最多只能编码16种，42=16二、遗传信息的翻译③如果3个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸？ACUGACUG

氨基酸4(A.U.C.G)4(A.U.C.G)4(A.U.C.G)4种碱基最多只能编码64种，43=64④一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的21种氨基酸？三个碱基决定一个氨基酸能决定64种，43=64，足够有余思考*讨论1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。为什么会产生这样的结果？

克里克T4噬菌体实验

克里克是第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家。但是无法说明由3个碱基排列成的1个密码子对应的究竟是哪一个氨基酸。2、科学史话二、遗传信息的翻译1961年8月，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。TyrSerPheCysTyrSerPheCys各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr利用这个实验系统，破译了第一个遗传密码——UUU(苯丙氨酸)。

蛋白质体外合成实验2、科学史话二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译2、密码子ACGUGAUUAmRNA

氨基酸

氨基酸

氨基酸密码子mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子。（1）概念：二、遗传信息的翻译64种密码子3种终止密码：UAA、UAG、UGA61种(或62种)密码子负责编码21种氨基酸正常情况下，不编码氨基酸，但在特殊情况下，可以编码硒代半胱氨酸不编码氨基酸一种密码子只能编码一种氨基酸，一种氨基酸可对应一种或多种密码子（2）种类：特别提醒：在原核生物中，GUG也可以作为密码子，此时它编码甲硫氨酸2种起始密码：AUG甲硫氨酸;

GUG（①不作为起始密码子，但在真核生物中编码为缬氨酸）

（②在少数原核中为起始密码子，可以编码甲硫氨酸）2、密码子

21种氨基酸的密码子表二、遗传信息的翻译2、密码子二、遗传信息的翻译（3）特点：简并性：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。通用性：几乎所有的生物体都共用上述密码子。mRNACACGUGAUUA……UAAUACUA氨基酸氨基酸氨基酸……氨基酸2、密码子好处：①当密码子中有一个碱基被改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，增强容错性②当某种氨基酸使用频率较高时，几种不同的密码子都编码同种氨基酸可以保证翻译速度说明生物可能有共同的起源专一性：一个密码子只对应一种氨基酸

mRNA进入细胞质后与核糖体结合，合成生产蛋白质的“生产线”，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？ACGUGAUUA异亮氨酸甲硫氨酸谷氨酸亮氨酸二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译3、tRNA-”搬运工”反密码子（1）反密码子概念：tRNA一端上三个相邻碱基，可以与密码子互补配对种类：61种，特殊条件下为62种（2）tRNA与氨基酸的对应关系：一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸（专一性）；一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运（反密码子）tRNA（61种密码子）mRNA氨基酸（21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二、遗传信息的翻译(1)翻译的场所(2)翻译的模板(3)翻译的原料(4)肽链由各相邻的氨基酸通过

连接形成。(5)翻译的条件(6)翻译的碱基互补配对(7)翻译的产物（8)遗传信息流动细胞质的核糖体mRNA游离的氨基酸肽键模板、原料、能量、酶、工具

AUCGmRNA─┴─┴─┴─┴─

tRNA─┴─┴─┴─

U

A

G

蛋白质(肽链)mRNA蛋白质4、翻译二、遗传信息的翻译5、翻译过程AUGCACUGGCGU5′3′MUAC第1步mRNA进入细胞质,与核糖体结合。位点1位点2携带甲硫氨酸(M)的tRNA,通过与碱基AUG互补配对,进入位点1二、遗传信息的翻译5、翻译过程核糖体与mRNA结合部位会形成2个结合位点。AUGCACUGGCGU5′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2二、遗传信息的翻译5、翻译过程AUGCACUGGCGU5′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2MUAC二、遗传信息的翻译5、翻译过程AUGCACUGGCGU5′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上二、遗传信息的翻译5、翻译过程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。二、遗传信息的翻译5、翻译过程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1二、遗传信息的翻译5、翻译过程AUGCACUGGCGU5′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CAWC二、遗传信息的翻译5、翻译过程AUGCACUGGCGU5′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CAWC二、遗传信息的翻译5、翻译过程CACUGGCGU5′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。二、遗传信息的翻译5、翻译过程CACUGGCGU5′3′AUGUGGCAWCMH位点1位点2核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。二、遗传信息的翻译5、翻译过程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1二、遗传信息的翻译5、翻译过程CACUGGCGU5′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,继续肽链的合成二、遗传信息的翻译5、翻译过程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,继续肽链的合成二、遗传信息的翻译5、翻译过程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2二、遗传信息的翻译5、翻译过程CACUGGU5′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

核糖体沿着mRNA移动---5'端至3'端二、遗传信息的翻译5、翻译过程二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译(1)翻译能精确进行的原因(2)翻译能高效进行的原因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①一个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②意义：少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质6、翻译中的问题④结果：合成的仅是肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。③方向：从左向右，判断依据是肽链的长短，长的先完成翻译。真核生物先转录，后翻译DNAmRNARNA聚合酶边转录边翻译原核生物由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？【例1】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C解析：蛋白质合成中，翻译的模板是mRNA，从起始密码子开始到终止密码子结束，A正确；核糖体同时占据两个密码子位点，携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点，通过反密码子与密码子进行互补配对，B正确、C错误；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，继续运输其他氨基酸，D正确。练习【例2】某生物的基因表达过程如图所示。下列叙述与该图相符的是()A．在RNA聚合酶的作用下，DNA双螺旋解开B．DNA—RNA杂交区域中，DNA中的A应与T配对C．mRNA翻译只能得到一条肽链D．该过程一定发生在真核细胞中A解析：图示过程为DNA的转录和翻译，RNA聚合酶具有解旋功能，在RNA聚合酶的作用下，DNA双螺旋解开，同时开始mRNA的延伸，A项正确；DNA—RNA杂交区域中，DNA链上的碱基A与RNA链上的碱基U配对，B项错误；由图可知，多个核糖体结合在该mRNA上，该mRNA翻译能得到多条相同的肽链，C项错误；真核细胞细胞核中的基因是转录结束后才进行翻译，根据图示转录和翻译同时进行，因此该过程可能发生在原核细胞或真核细胞的线粒体和叶绿体中，D项错误。练习阶段项目转录（有解旋）翻译（无解旋）定义场所模板遗传信息传递的方向原料产物实质在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。

以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程主要在细胞核细胞质的核糖体DNA的一条链信使RNADNA→mRNAmRNA→蛋白质4种核糖核苷酸

氨基酸信使RNA一定氨基酸排列顺序的多肽是遗传信息的转录是遗传信息的表达三、遗传信息的转录-翻译1、转录-翻译复制转录翻译时间分裂间期生长发育的整个过程场所主要在细胞核主要在细胞核核糖体模板DNA两条母链DNA的一条链mRNA原料游离脱氧核苷酸4种游离核糖核苷酸4种氨基酸约20种条件模板、原料、能量、酶模板、原料、能量、酶模板、原料、能量、酶配对A-T、T-AA-U、T-AA-U、U-A产物两个相同的DNA一个mRNA多肽→蛋白质信息传递DNA→DNADNA→RNARNA→蛋白质2、DNA的复制VS转录、翻译DNARNA转录复制翻译蛋白质GAGUCAUGCmRNA转录AGAGTCTG

CT

C

CC

AG

AG

TDNA翻译蛋白质缬氨酸组氨酸精氨酸三、遗传信息的转录-翻译3、总结基因指导蛋白质的合成三、遗传信息的转录-翻译4、思考基因的表达过程中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注意：无特别说明，不考虑终止密码(1)由于密码子具有简并性，根据mRNA的碱基序列可以确定所合成的多肽链中的氨基酸序列，但已知氨基酸序列时，无法确定mRNA中的碱基序列。(2)原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程常紧密偶联，同时发生(边转录边翻译)；而真核生物主要在细胞核中进行转录，然后在细胞质中进行翻译(在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译)。

三、遗传信息的转录-翻译5、拓展四、中心法则1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律—中心法则遗传信息可以从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复制转录翻译蛋白质DNARNA随着研究的深入，科学家对中心法则做出了补充复制转录翻译蛋白质DNARNA逆转录RNA的复制在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA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。1、中心法则的内容四、中心法则2、不同生物中心法则的体现生物种类举例遗传信息的传递过程DNA病毒T2噬菌体RNA病毒不含逆转录酶烟草花叶病毒RNA病毒含逆转录酶艾滋病病毒细胞生物动物、植物、真菌、细菌等四、中心法则3、中心法则与基因表达的关系逆转录病毒(如艾滋病病毒)01请写出以下生物的遗传信息的传递过程：不含逆转录酶能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递02RNA复制病毒(如烟草花叶病毒)04高度分化的细胞(洋葱表皮细胞)03含逆转录酶(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。

四、中心法则4、中心法则的3点提醒练习与应用一、概念检测1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。（1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（

）（2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子