基因指导蛋白质的合成课件高一下学期生物人教版必修222

第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成课堂导入DNA能否直接作为模板指导蛋白质的合成？OB基因瘦素对于真核细胞来说：DNA主要存在于

中蛋白质合成的场所是

。细胞核核糖体科学家推测，在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质充当信使。RNA那么，细胞核中的DNA分子是如何控制核糖体上的蛋白质合成的呢？一、RNA的结构和功能1、RNA的结构基本单位核糖核苷酸碱基磷酸核糖A腺嘌呤G鸟嘌呤C胞嘧啶U尿嘧啶空间结构一般是单链，而且比DNA短元素组成C、H、O、N、P比较项目DNARNA中文名称基本单位五碳糖碱基空间结构一般为

，一般为_____分布主要在

、

，主要在

，核糖核苷酸脱氧核糖核糖双螺旋结构单链脱氧核糖核酸一、RNA的结构和功能2、DNA与RNA的比较核糖核酸脱氧(核糖)核苷酸A、G、C、TA、G、C、U细胞核细胞质拟核第4章|基因的表达EXPRESSIONOFGENES信使RNA(mRNA)转运RNA(tRNA)作为DNA的信使，翻译的模板核糖体RNA(rRNA)一、RNA的结构和功能3、RNA的种类及其作用识别并转运氨基酸与蛋白质组成核糖体tRNA“三叶草型”作为某些病毒的遗传物质某些RNA具有催化作用（酶）RNA适于作DNA信使的原因(1)它的基本结构与DNA很相似，具备准确传递遗传信息的可能。(2)RNA一般单链，且比DNA短，因此能够通过核孔,从细胞核进入细胞质。思考：DNA的遗传信息是怎样传给信使RNA的？(3)在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。碱基

DNAATGC互补配对

RNA

UACG基因如何指导蛋白质合成（基因表达）？DNARNA蛋白质转录翻译二、遗传信息的转录1、概念2、场所通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA过程。真核生物：原核生物：细胞核（主要）、叶绿体、线粒体拟核（主要）DNA3'3'5'5'5'①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。不需要解旋酶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。游离的4种核糖核苷酸RNA聚合酶mRNADNA模板链新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。④释放合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。二、遗传信息的转录3'②配对③连接能量：模板：DNA的一条链酶：

RNA聚合酶原料：

4种游离的核糖核苷酸由ATP提供边解旋边转录A-U，T-A，G-C，C-GDNA→mRNA4、条件5、配对方式6、特点7、产物8、遗传信息流动方向RNA(mRNA、tRNA、rRNA)从DNA释放出来时还不成熟，还要在细胞核中加工二、遗传信息的转录打开氢键催化RNA的合成，催化形成磷酸二酯键子链的5’端→

3’端转录方向**RNA与模板链是反向连接的先合成先释放9、转录方向与RNA聚合酶的运动方向相同已合成的mRNA释放的一端(5′－端)为转录的起始方向。判断出转录方向并写出下列DNA和RNA的3’-端和5’-端3’转录方向：与RNA聚合酶的运动方向相同5’5’3’5’3’DNA双链片段a链b链CGAACCTCACGC信使RNAGCTTGGAGTGCGGCUUGGAGUGCG按照碱基配对原则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。RNA与

模

板

链：碱基互补配对RNA与非模板链：碱基序列基本相同（但DNA上的T替换成U)思考•讨论思考•讨论1、转录时，DNA链完全解开么？DNA的两条链都可作为模板链么？2、细胞核中转录形成的RNA进入细胞质穿过几层膜？RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜能量边解旋边转录;只有一条链可作为模板链。不同基因模板链不一定相同3.转录是转录整个DNA么？4.不同基因的模版链是否相同？▲以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段；▲DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，到底哪条链是模板链不是固定不变的。思考•讨论转录不是转录整个DNA，转录以基因为单位进行。一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。5.一个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？思考•讨论基因1基因2基因3非基因片段非基因片段非基因片段非基因片段注意：1.不是所有的细胞都能进行DNA的复制，但是几乎所有的细胞可以进行转录，例如高度分化的细胞，会进行转录和翻译，但是不会进行DNA的复制；2.同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的，但tRNA和rRNA的种类一般相同。转录mRNA翻译肽链原核细胞的基因结构启动子12345非编码区非编码区编码区汉水丑生侯伟作品终止子编码区上游编码区下游基因A基因B

DNA中存在非基因片段，基因中存在非编码区段，只有编码区才会进行转录。

启动子12345非编码区非编码区编码区转录前体mRNA加工成熟mRNA翻译肽链真核细胞的基因结构汉水丑生侯伟作品终止子编码区上游编码区下游

真核生物转录出的RNA，需在细胞核中进行加工

DNA复制与转录的比较表比较项目DNA复制转录时间场所模板原料酶配对方式，，特点产物方向细胞分裂前的间期生长发育过程主要在细胞核或拟核中，少部分在线粒体、叶绿体中DNA的每一条链DNA的一条链游离的4种脱氧核苷酸游离的4种核糖核苷酸解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶A—T、G—C、C—G、T—A

A—U、G—C、C—G、T—A

半保留复制、边解旋边复制边解旋边转录新链（酶）从5′-端→3′-端延伸2个子代DNA分子RNA(mRNA、tRNA、rRNA)1．关于RNA的结构和功能的叙述，不正确的是（）A．细胞中的RNA分子一般为单链B．RNA比DNA短，能在细胞内传递遗传信息C．RNA是某些原核生物的遗传物质D．某些RNA能在细胞内催化化学反应2．下列有关人胰岛素基因转录的叙述，错误的是（）A．需要RNA聚合酶催化B．产物为RNAC．以DNA的一条链作为模板链D．原料为4种游离的脱氧核苷酸CD小试牛刀3.如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，丙为其中部分

片段的放大示意图。以下分析正确的是(

)A.图中酶1和酶2是同一种酶B.图丙中b链可能是构成核糖体的成分

C.图丙是图甲的部分片段放大D.图乙所示过程在高度分化的细胞中不能发生B小试牛刀4．真核细胞内某段DNA正在发生如图所示的转录过程，下列相关叙述，

正确的是（

）A．在解旋酶的作用下，DNA双链解开，碱基暴露出来B．图示过程所需原料是分别含碱基A、U、C、G的四种核糖核苷酸C．图示过程需结合两个RNA聚合酶，其均是从左向右移动D．该DNA片段的两条链均可作为模板链，图中形成的RNA的碱基序列

互补B小试牛刀5.若以碱基顺序为5′—ATTCCATGCT—3′的DNA为模板链，转录出的mRNA碱基顺序为(

)A.从5′端读起为—ATTCCATGCT—B.从3′端读起为—UAAGGUACGA—C.从5′端读起为—AUUCCAUGCU—D.从3′端读起为—TAAGGTACGA—B注意：在没有标注方向的情况下，默认左侧为5′端。小试牛刀转录得到的是RNA，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排列顺序呢？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。

三、遗传信息的翻译1.定义：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。DNA携带的遗传信息mRNA携带的遗传信息蛋白质转录翻译碱基序列碱基序列氨基酸序列核糖核苷酸序列翻译氨基酸序列三、遗传信息的翻译三、遗传信息的翻译1、碱基与氨基酸之间的对应关系决定？4种碱基21种氨基酸1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定

种氨基酸；2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定

种氨基酸；3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定

种氨基酸。氨基酸4氨基酸AUCG

4AUCG

4AUCG

4氨基酸AUCG

4AUCG

44(41)64(43)16(42)AUCG

第三种方式能满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要1961年蛋白质的体外合成实验科学家：尼伦伯格、马太实验过程：①在每个试管中分别加入1种氨基酸；②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。三、遗传信息的翻译除去DNA和mRNA的细胞提取液人工合成的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）。在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。三、遗传信息的翻译密码子：mRNA5'3'A密码子密码子密码子a.定义：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基c.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b.位置：mRNA上决定缬氨酸决定组氨酸决定精氨酸三、遗传信息的翻译三、遗传信息的翻译1、碱基与氨基酸之间的对应关系3个碱基决定1个氨基酸1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，将某个基因中增加或删除1个、2个、3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。（教材P70）实验结果：⑴增加或删除1个、2个碱基，无法正常产生蛋白质；

⑵增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。密码子决定缬氨酸密码子密码子精氨酸组氨酸决定决定3'5'mRNAmRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基密码子第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAGUUCAAG第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG种类()种起始密码子:

(真、原核，

)；

(原核，

)。终止密码子:

、

、

(特殊时编码

)。编码氨基酸的密码子一般有

个64GUG甲硫氨酸甲硫氨酸AUGUAAUGAUAG硒代半胱氨酸61/62第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸（起始）苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG密码子的特点1种密码子决定

种氨基酸①专一性：11种氨基酸可由

种密码子决定1种或多②简并性：几乎所有生物共用一套遗传密码子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。③通用性：生物可能有着共同的起源。1.你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义？2.根据密码子的通用性这一事实，你能想到什么？①增强密码子容错性，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从密码子的使用频率来考虑，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。说明当今生物可能有着共同的起源。思考•讨论密码子读取方向：mRNA的5'→3'，从起始密码子开始，相邻的密码子无间隔、不重叠。

3、已知一段mRNA的碱基序列是5’-AUG

GAA

GCA

UGU

CCG-3’，你能写出对应的氨基酸序列吗？

4、已知一段mRNA的碱基序列是3’-AUG

GAA

GCA

UGU

GUA-5’，你能写出对应的氨基酸序列吗？

甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸甲硫氨酸—半胱氨酸—苏氨酸—赖氨酸—缬氨酸思考•讨论三、遗传信息的翻译2、氨基酸的“搬运工”——tRNA⑴形状：三叶草形（部分区域碱基互补配对，含有氢键）⑵结构：一端是携带

的部位，另一端为

，能与密码子互补配对。氨基酸反密码子反密码子：tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基。识别并转运氨基酸思考1：若反密码子为GUA，则携带的氨基酸是？思考2：若密码子为UAA，UAG则对应的反密码子是？密码子为CAU，是组氨酸UAA、UAG为终止密码子，不决定氨基酸，所以没有与之对应的反密码子(一般61种)5’3’5’3’每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸；每种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。(4)特点3'5'结合氨基酸的部位mRNA5'3'GAU反密码子(3)功能转运氨基酸：tRNA的3’端-OH结合氨基酸。识别密码子：依靠tRNA的反密码子。ACU碱基配对三、遗传信息的翻译2、氨基酸的“搬运工”——tRNA易错知识点判断：一个tRNA只有三个碱基

（

）RNA通常都是单链，因此不存在碱基对

（

）一个tRNA分子只有一个反密码子（

）因为tRNA只有一个3’-端和5’-端，所以即使tRNA有部分片段互补配对形成碱基对，tRNA依然是单链构成的。

（

）××√√注意：tRNA上反密码子所含的碱基有3个，但整个tRNA上不止3个碱基，且tRNA分子中含有氢键。1．图中tRNA携带的氨基酸(选项括号中的内容为相应氨基酸的密码子)是（

）

A．丙氨酸（5′-GCG-3′） B．精氨酸（5′-CGC-3′）C．甘氨酸（5′-GGC-3′） D．脯氨酸（5′-CCG-3′）A小试牛刀反密码子的阅读方向：3´→5´2．下列关于氨基酸、tRNA、遗传密码的关系的说法，错误的是（）

A．遗传密码与氨基酸在种类和数量上一一对应

B．一种氨基酸由一至多种遗传密码决定，由一至多种tRNA转运

C．一种遗传密码（除终止密码子外）只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能

转运一种氨基酸

D．同一种氨基酸的遗传密码与tRNA中的反密码子一一对应A小试牛刀POH结合氨基酸的部位反密码子5´3´5´3´ACAmRNAtRNAtRNA与mRNA也是反向连接的。反密码子的阅读方向：3´→5´遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子三者关系DNA

mRNA

tRNA遗传信息密码子反密码子DNA中的碱基序列mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基tRNA上与密码子对应的3个相邻碱基决定蛋白质中氨基酸序列的最终模板决定蛋白质中氨基酸序列的直接模板识别并转运氨基酸；识别密码子三、遗传信息的翻译3、过程CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA甲色ACC组精GAC第1步：mRNA在细胞质中与核糖体结合GGU3、过程3'5'三、遗传信息的翻译位点1位点2UCA甲色ACC组精GAC第1步：携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1UCA甲UCAGGUCUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU甲UCA3、过程3'5'三、遗传信息的翻译位点1位点2CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC组精GAC第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2甲UCAGGUGGU组GGU组GGU3、过程3'5'三、遗传信息的翻译位点1位点2CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCU色ACC精GAC第3步：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上甲UCA组GGU甲三、遗传信息的翻译3、过程3'5'位点1位点2位点1位点2色ACC精GAC第4步：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1。UCA组GGU甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCA三、遗传信息的翻译3、过程3'5'位点1位点2色ACC精GAC第4步：一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成GGU组甲CUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACC色ACC色ACC组甲三、遗传信息的翻译3、过程3'5'翻译方向位点1位点2GAC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。GGUCUGAAUGACUCGGCGUUGCUGUCCUGAUCCUAAGGCUUCAACCAGG半色组甲精谷半脯丝UCU终止密码子三、遗传信息的翻译3、过程3'5'翻译方向A—、G—、C—、U—三、遗传信息的翻译5、条件模板：原料：能量：酶：mRNA21种氨基酸ATP7、产物肽链(脱离时不成熟，还要在内质网、高尔基体中加工成蛋白质)4、场所细胞质中的核糖体搬运工具：tRNA6、配对方式UAGC装配机器：核糖体8、遗传信息传递的方向RNA→蛋白质多种酶项目复制转录翻译场所条件模板原料能量酶产物配对原则主要在细胞核、拟核主要在细胞核、拟核核糖体DNA的每一条链DNA的一条链mRNA游离的4种脱氧核苷酸游离的4种核糖核苷酸21种氨基酸ATP解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶DNARNA肽链碱基互补配对A-TT-AG-CC-G碱基互补配对A-U

T-AG-CC-G碱基互补配对A-UU-AG-CC-G多种酶三、遗传信息的翻译三、遗传信息的翻译在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。通常一个mRNA分子上可以相继结合

个核糖体，形成

，同时进行

条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。多聚核糖体多多意义思考1：核糖体移动（翻译）的方向是怎样的？思考2：最终合成的肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？肽链

的翻译在前长（从左到右）（从短到长）相同。因为它们的模板是同一条mRNA。3.如图为某生物细胞中转录、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.一个基因在短时间内可表达出多条完全相同的多肽链C.核糖体的移动方向为从左向右D.多个核糖体共同完成一条肽链的合成B小试牛刀判断下面遗传信息流动过程进行的方向：翻译方向转录方向翻译方向小试牛刀思考•讨论1、请据图概括真核生物和原核生物转录、翻译的区别先转录后翻译真核生物转录、翻译示意图原核生物转录、翻译示意图边转录边翻译原核生物没有核膜，转录和翻译可以发生在同一空间内，所以可以边转录边翻译。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前的间期生长发育整个过程细胞核（主要）、线粒体、叶绿体细胞质DNA的两条链DNA的一条链mRNA4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸21种氨基酸解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶等多种酶都需要ATP2个双链DNAmRNA、tRNA、rRNA等多肽链（蛋白质）A-T,T-A,C-G,G-CA-U,T-A,C-G,G-CA-U,U-A,C-G,G-C

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合成多条肽链DNA→DNADNA→RNAmRNA→蛋白质核糖体从模版链5’端-3’端移动新链从5’端-3’端延伸新链从5’端-3’端延伸4.如图所示为细胞中遗传信息的传递和表达过程，相关叙述正确的是(

)

①

②

③A.③过程中不同核糖体合成一条肽链，核糖体的移动方向是由左向右B.②③过程发生的场所可能相同，③过程中以DNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的肽链C.①②过程所需要的原料相同D.①是DNA的复制，②是转录，③是翻译，三个过程