4.1 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成課件高一下學期生物人教版（2019）必修2

第1節(jié)

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成第四章基因的表達學習目標通過比較DNA與RNA的結(jié)構(gòu)，歸納RNA適于作DNA的信使的條件。通過分析、歸納教材的圖文資料，概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程以及翻譯過程。運用數(shù)學方法，分析DNA的堿基、RNA的堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系?；诘厍蛏蠋缀跛械纳锒脊灿靡惶走z傳密碼的事實，闡明生物界的統(tǒng)一性，認同當今生物可能有著共同的起源，形成生物進化觀。通過了解中心法則的提出和修正過程，認同科學是不斷發(fā)展的，形成生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體的生命觀念。新課導(dǎo)入將蘇云金桿菌抗蟲蛋白基因（Bt抗蟲蛋白基因）轉(zhuǎn)入普通棉花，培育出的棉花植株會產(chǎn)生Bt抗蟲蛋白。這個現(xiàn)象說明什么？基因

蛋白質(zhì)的合成

指導(dǎo)基因的表達作出假設(shè)基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段；DNA主要存在于細胞核中，而蛋白質(zhì)的合成是在細胞質(zhì)中進行的DNA攜帶的遺傳信息是怎樣傳到細胞質(zhì)的呢？細胞核中的DNA如何指導(dǎo)細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)的合成？在DNA和蛋白質(zhì)之間，還有一種中間物質(zhì)充當信使遺傳信息的轉(zhuǎn)錄提問：充當遺傳信息的信使物質(zhì)可能是什么？為什么？資料11955年，比利時細胞生物學家Brachet用洋蔥根尖細胞和變形蟲進行實驗，發(fā)現(xiàn)如果用分解RNA的酶把細胞內(nèi)的RNA分解掉，蛋白質(zhì)合成就停止；如果把從酵母菌中提取出的RNA再加進去，細胞重新合成蛋白質(zhì)。實驗結(jié)果說明了什么？說明蛋白質(zhì)的合成與RNA有關(guān)。遺傳信息的轉(zhuǎn)錄資料21955年，拉斯特等人的變形蟲核移植實驗：放射性同位素3H標記的尿嘧啶核糖核苷酸培養(yǎng)A組一段時間后，放射性在細胞質(zhì)中出現(xiàn)B組無放射性同位素標記的尿嘧啶核糖核苷酸培養(yǎng)放射性首先在細胞核中出現(xiàn)細胞核、細胞質(zhì)中均未出現(xiàn)放射性細胞核、細胞質(zhì)中均未出現(xiàn)放射性實驗結(jié)果說明：RNA的合成場所在細胞核，并會移至細胞質(zhì)。遺傳信息的轉(zhuǎn)錄資料31961年，霍爾等科學家用噬菌體SP8侵染枯草芽孢桿菌，研究噬菌體侵染后產(chǎn)生的RNA與噬菌體DNA、枯草芽孢桿菌DNA的關(guān)系。在SP8侵染細菌后，裂解枯草芽孢桿菌，分別提取枯草芽孢桿菌的DNA、SP8噬菌體的DNA和噬菌體侵染后產(chǎn)生的RNA。把RNA分別與加熱分開的枯草芽孢桿菌DNA單鏈或噬菌體DNA單鏈混合在一起緩慢冷卻，發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)生的RNA只與噬菌體的DNA中固定的一條單鏈形成DNA-RNA雜交分子，而不與枯草芽孢桿菌的DNA相雜交。該實驗結(jié)果證明：合成的噬菌體的RNA是以噬菌體的DNA的一條鏈為模板，該RNA為信使RNA，也叫mRNA。遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1、總結(jié)歸納：RNA充當遺傳信息信使的實驗證據(jù)RNA與蛋白質(zhì)的合成有關(guān)RNA的合成，以DNA鏈為模板提問：為什么RNA適于作DNA的信使呢？遺傳信息的轉(zhuǎn)錄比較項目DNARNA組成元素C、H、O、N、P結(jié)構(gòu)通常雙螺旋結(jié)構(gòu)一般短鏈結(jié)構(gòu)基本單位脫氧核苷酸核糖核苷酸五碳糖脫氧核糖核糖含氮堿基A、T、C、GA、U、C、G分布主要在細胞核，少量在線粒體、葉綠體主要在細胞質(zhì)2、比較分析：RNA與DNA的比較遺傳信息的轉(zhuǎn)錄（1）RNA由核苷酸連接而成的，核苷酸也含有4種堿基，使得RN具備準確傳遞遺傳信息的可能。（2）在RNA和DNA的關(guān)系中，也遵循“堿基互補配對原則”：A與U配對，T與A配對，G與C配對，C與G配對。（3）RNA一般是單鏈，比DNA短，因此能夠通過核孔，從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中。提問：為什么RNA適于作DNA的信使呢？閱讀教材P64（4）RNA不穩(wěn)定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保證生命活動的有序進行。遺傳信息的轉(zhuǎn)錄RNA是在細胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過程叫做轉(zhuǎn)錄。遺傳信息的轉(zhuǎn)錄mRNA信使RNA分布：主要在細胞質(zhì)中功能：翻譯的直接模板結(jié)構(gòu)：單鏈tRNA轉(zhuǎn)運RNA分布：主要在細胞質(zhì)中功能：翻譯時運載氨基酸結(jié)構(gòu)：單鏈，部分堿基配

對形成三葉草型結(jié)構(gòu)rRNA核糖體RNA分布：與蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體功能：組成核糖體結(jié)構(gòu)：單鏈遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程過程解旋：在ATP的驅(qū)動下，RNA聚合酶與編碼某種蛋白質(zhì)的一段DNA結(jié)合，將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATPRNA聚合酶遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程合成mRNA：游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基配對，確定RNA的核糖核苷酸排列順序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'UAUGCAUGAUCGAGCUU遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程③mRNA延伸：通過RNA聚合酶形成磷酸二酯鍵，從5’→3’延伸。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'UAUGCAUGAUCGAGCUUUAUGCAUGAUCGAGCUU5'3'ATP形成磷酸二酯鍵遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程脫離：mRNA釋放，DNA雙鏈恢復(fù)UAUGCAUGAUCGAGCUUCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'細胞質(zhì)細胞核mRNA遺傳信息的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄概念：轉(zhuǎn)錄場所：轉(zhuǎn)錄模板：轉(zhuǎn)錄原料：轉(zhuǎn)錄條件：堿基互補配對方式：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：特點：主要在細胞核中，以DNA的一條鏈為模板，合成RNA的過程細胞核、葉綠體、線粒體、擬核DNA分子的一條鏈四種游離的核糖核苷酸模板、原料、能量、酶（RNA聚合酶同時具有解旋功能）G-CC-GT-AA-U三種RNA（mRNArRNAtRNA)邊解旋邊轉(zhuǎn)錄思考·討論

教材P66頁1.轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制有什么共同之處？這對保證遺傳信息的準確轉(zhuǎn)錄有什么意義？轉(zhuǎn)錄與復(fù)制都需要模板、能量、酶，都遵循堿基互補配對原則等等。堿基互補配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準確性。

2.與DNA復(fù)制相比，轉(zhuǎn)錄所需要的原料和酶各有什么不同？DNA復(fù)制所需的原料是4種游離的脫氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；轉(zhuǎn)錄所需的原料是4種游離的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。

3.轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與DNA兩條單鏈的堿基序列各有哪些異同？轉(zhuǎn)錄時，游離的核糖核苷酸與DNA模板上的堿基互補配對。因此，轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基與DNA模板鏈的堿基是互補配對的關(guān)系。該RNA的堿基序列與DNA另一條鏈（非模板鏈）的堿基序列的區(qū)別是RNA鏈上的堿基U，對應(yīng)在非模板鏈上的堿基是T。

思考·討論

教材P66頁復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的不同點細胞分裂前的間期生長發(fā)育全過程完全解旋只解有遺傳效應(yīng)片段（基因）DNA的兩條鏈均為模板DNA的一條鏈為模板四種脫氧核苷酸四種核糖核苷酸解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶等A-T、T—A、C—G、G—CA-U、C—G、T—A、G—C邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄,DNA仍保留2個子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA使遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性遺傳信息從DNA傳遞到RNA（mRNA）上，為翻譯做準備主要在細胞核或擬核，少部分在線粒體、葉綠體、質(zhì)粒新鏈從5’端-3’端延伸新鏈從5’端-3’端延伸DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄時間場所解旋模板原料酶配對方式特點方向產(chǎn)物意義轉(zhuǎn)錄（RNA釋放，DNA雙鏈恢復(fù)）DNA分子

堿基互補配對主要在細胞核四種核糖核苷酸、DNA的一條鏈（供轉(zhuǎn)錄的那一條）RNA聚合酶G－C、C－G、A－U、T－ADNA→RNA活細胞新陳代謝過程中RNA轉(zhuǎn)錄RNA是在細胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過程叫作轉(zhuǎn)錄。場所：原則：模板：條件：

遺傳信息流動：時間：概念：原料：

酶：能量：ATP小結(jié)

轉(zhuǎn)錄得到的mRNA仍是堿基序列，而不是蛋白質(zhì)。那么，mRNA上的遺傳信息如何傳遞到蛋白質(zhì)上呢？DNA攜帶的遺傳信息——堿基序列蛋白質(zhì)——氨基酸序列mRNA攜帶的遺傳信息——堿基序列轉(zhuǎn)錄?遺傳信息的翻譯游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，就以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這一過程叫作翻譯。堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系是怎樣的？DNA、RNA都只含有4種堿基組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種1個堿基決定1個氨基酸2個堿基決定1個氨基酸3個堿基決定1個氨基酸4種氨基酸16種氨基酸64種氨基酸閱讀教材P70“生物科學史話”？遺傳信息的翻譯1961年克里克實驗實驗材料：T4噬菌體實驗思路：研究其中某個基因的堿基增加或減少對其編碼蛋白質(zhì)的影響。實驗過程：增加或刪除1個/2個/3個堿基，觀察是否能正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。實驗結(jié)果：

①增加或刪除1個/2個堿基，無法正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)；

②增加或刪除3個堿基，可以正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。實驗結(jié)論：遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸。遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀，密碼子之間沒有分隔符。mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基叫作1個密碼子。遺傳信息的翻譯1961年蛋白質(zhì)的體外合成實驗科學家：尼倫伯格、馬太實驗技術(shù)：蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)實驗過程：①在每個試管中分別加入1種氨基酸；②在每個試管中加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液；③在每個試管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。實驗結(jié)果：加入苯丙氨酸的試管中，出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈。除去DNA和mRNA的細胞提取液人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸肽鏈實驗結(jié)論：與苯丙氨酸對應(yīng)的密碼子是UUU（第一個被破譯的密碼子）。在多位科學家的不斷實驗下，終于破譯了全部64密碼子，并編制出密碼子表。遺傳信息的翻譯21種氨基酸的密碼子表第一個堿基第二個堿基第三個堿基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止、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組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸(起始)蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸、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遺傳信息的翻譯真核生物的起始密碼子均為AUG，編碼甲硫氨酸一般情況下，GUG編碼纈氨酸，只在原核生物中作為起始密碼子時，編碼甲硫氨酸雙功能密碼子UGA簡并性：一種密碼子決定一種氨基酸，但一種氨基酸可以由幾種不同的密碼子決定。遺傳信息的翻譯專一性：一個密碼子只對應(yīng)一種氨基酸簡并性：一種氨基酸可對應(yīng)多個密碼子通用性：地球上幾乎所有生物都共用一套密碼子特殊密碼子

3個終止密碼子:UAAUAGUGA

2個起始密碼子:AUGGUG完成教材P67頁，思考·討論。遺傳密碼的特點：思考·討論教材P67頁1.從密碼子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸這樣，絕大多數(shù)氨基酸都有幾個密碼子，這一現(xiàn)象稱作密碼子的簡并。你認為密碼子的簡并對生物體的生存發(fā)展有什么意義？從增強密碼子容錯性的角度來看：當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應(yīng)的氨基酸（比如密碼子ACU突變?yōu)锳CC，但都對應(yīng)蘇氨酸）；從密碼子的使用頻率來看，當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸，這樣可以保證翻譯的速度。

2.幾乎所有的生物體都共用上述密碼子。根據(jù)這一事實，你能想到什么？可以想到地球上幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼，說明當今生物可能有著共同的起源或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。

運輸氨基酸的工具——tRNARNA鏈經(jīng)過折疊，形成三葉草形。比mRNA小，RNA單鏈經(jīng)過折疊形成4環(huán)4臂，環(huán)的部分沒有堿基互補配對，臂的部分由于堿基互補配對形成氫鍵。形態(tài)識別氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸功能3'5'結(jié)合氨基酸的部位堿基配對mRNA5'3'ACU密碼子UGA反密碼子位于tRNA上，其實質(zhì)是與密碼子發(fā)生堿基互補配對的3個相鄰的堿基。游離在細胞質(zhì)中的氨基酸，是怎樣被運送到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上的呢？每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸每種氨基酸可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運翻譯的過程第1步mRNA進入細胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合。攜帶甲硫氨酸的tRNA，通過與堿基AUG互補配對，進入位點1。①起始氨基酸進位12遺傳信息的翻譯第2步攜帶某個氨基酸的tRNA以同樣的方式進入位點2。②第二氨基酸進位12翻譯的過程遺傳信息的翻譯第3步甲硫氨酸與這個氨基酸形成肽鍵，從而轉(zhuǎn)移到位點2的tRNA上。③連接-形成肽鍵12翻譯的過程遺傳信息的翻譯第4步核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子。原位點1的tRNA離開核糖體，原位點2的tRNA進入位點1，一個新的攜帶氨基酸的tRNA進入位點2，繼續(xù)肽鏈的合成。就這樣，隨著核糖體的移動，tRNA以上述方式將攜帶的氨基酸輸送過來，以合成肽鏈。直到核糖體遇到mRNA的終止密碼子，合成才告終止。④移動-讀碼-延伸-終止12翻譯的過程遺傳信息的翻譯遺傳信息的翻譯翻譯概念：翻譯場所：翻譯模板：翻譯原料：翻譯條件：翻譯互補配對方式：翻譯產(chǎn)物：翻譯過程：游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)細胞質(zhì)中的核糖體上（注：線粒體、葉綠體內(nèi)含有核糖體，可以合成蛋白質(zhì)）mRNA氨基酸模板、原料、能量、酶、tRNA等G-CC-GU-AA-U多肽，經(jīng)加工后為成熟的蛋白質(zhì)遺傳信息的翻譯1、如何短時間內(nèi)由一條mRNA合成出多個相同