资源简介

(共43张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
新人教版必修二《遗传与进化》
基因控制生物性状
指导
合成
蛋白质
体现者
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
（细胞核）
（细胞质中核糖体）
问题：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？
细胞核
核糖体
细胞质
DNA
(2nm)
核孔0.9nm
1955年，布拉舍实验时：
用RNA酶分解洋葱根尖细胞 RNA, 蛋白质合成停了;
重新加入RNA后, 又合成蛋白质。
RNA
DNA
蛋白质
（遗传信息传递者）
！
实验证据：
猜测：
细胞核
核糖体
细胞质
DNA
(2nm)
核孔0.9nm
RNA
为什么RNA适于做DNA的信使呢？
1.基本单位： 。
2.组成成分：
3.结构：一般是 链，长度比DNA ；能通过 从细胞核转移到细胞质中。
核糖核苷酸
核糖
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
单
短
核孔
比较项目 DNA RNA
基本单位
五碳糖
含氮碱基
结 构
主要存在部位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
A T C G
A U C G
通常呈双螺旋结构
多为单链结构
细胞核
细胞质
1
RNA与DNA的区别
2
RNA的分类和功能
蛋白质
rRNA
tRNA
mRNA
“三叶草型”
转运RNA（tRNA）：
转运氨基酸的工具。
信使RNA（mRNA）：
遗传信息传递的媒介。
核糖体RNA（rRNA）：
与蛋白质构成核糖体。
RNA 种类 mRNA——信使RNA tRNA——转运RNA rRNA——核糖体RNA
空间 结构 单链 三叶草结构 单链
特点 携带从DNA上转录来的 遗传信息 一种转运RNA只能识别 和转运一种氨基酸 核糖体的组成成分
功能 翻译时作模板 识别并转运氨基酸 参与构成核糖体
共同点 都是转录的产物；基本单位都相同；都与翻译过程有关
思考：RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息呢？
①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A、G、C、U，具备准确传递遗传信息的可能。
②RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
④RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
转录：
在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程
RNA聚合酶
T
C
G
T
C
A
G
C
T
A
G
C
A
G
T
C
G
A
DNA模板链
⑴ 解旋
第1步：DNA双链解开（_________的催化），_____暴露出来；
RNA聚合酶
碱基
注意：转录需要解旋，但不需要解旋酶（RNA聚合酶本身具有解旋功能）
RNA 聚合酶
⑵配对⑶连接
第2步：游离的____________与____________上的碱基互补配对，
在___________的作用下开始mRNA的合成；
核糖核苷酸
DNA模板链
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
（____________的催化形成____________）
RNA聚合酶
磷酸二酯键
RNA聚合酶
该过程中，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞、互补配对；
A
G
C
A
G
T
C
G
A
游离的核糖核苷酸
C
U
G
A
RNA 聚合酶
DNA模板链
A
G
C
A
G
T
C
G
A
T
C
G
T
C
A
G
C
T
C
G
C
（4）释放
合成的_____从_______上释放，而后DNA__________
mRNA
DNA链
双螺旋恢复
1.概念：
2.时间：
3.场所：
4.条件：
5.产物：
6.特点：
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
个体生长发育的整个过程
细胞核（主要场所）叶绿体和线粒体
模板：
原料：
能量：
酶：
RNA（三种RNA）
边解旋边转录
提醒：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段（并非整个DNA）。
7.遗传信息传递的方向：
8、原则：
DNA→RNA
DNA的一条链
4种游离的核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
碱基互补配对原则
9、方向：
1.解旋
2.催化磷酸二酯键的形成
mRNA 5’------- 3’
DNA复制与DNA转录
比较项目 DNA复制 DNA转录
模板
原料
碱基互补配对原则
酶
产物
DNA
RNA
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；T-A;C-G;G-C
A-U；T-A；G-C；C-G
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
模板链
课堂小结
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。
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，称为遗传信息的翻译。
DNA携带的遗传信息
mRNA携带的遗传信息
蛋白质
转录
翻译
碱基排序
碱基排序
氨基酸排序
mRNA：
碱基的数量
排列顺序
种类
蛋白质：
氨基酸的数量
排列顺序
种类
决定
决定
决定
讨论：4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸？
1个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
2个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
3个碱基决定1种氨基酸就只能决定 种，即
4
4种
21种
41
16
42
64
43
2.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。
mRNA
5'
3'
A
密码子
密码子
密码子
密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。
缬氨酸
组氨酸
精氨酸
苯丙氨酸
第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基
U C A G U 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 G
C 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 G
A 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 G
G 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
终止密码子： 、 、
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、
（ 种） _ ____（缬氨酸、甲硫氨酸）
编码氨基酸的密码子______种或_____种
64
UAA
UGA（硒代半胱氨酸）
UAG
AUG
GUG
61
62
特殊密码子说明：
①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
绝大多数氨基酸都有几个密码子
2.密码子的简并性
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子
3.密码子的通用性
讨论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？
讨论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提高使用频率。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。
说明当今生物可能有着共同的起源。
一种密码子决定一种氨基酸
1.密码子的专一性
分析密码子的特性
思考·讨论
tRNA(转运RNA)：
①形态：
②功能特点：
③反密码子
RNA链经过折叠，形成三叶草形
识别密码子，转运氨基酸。（tRNA只能识别并转运一种氨基酸。氨基酸可由一种或几种tRNA转运）
mRNA
5'
3'
A
C
U
反密码子
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。
反密码子=62
由于决定氨基酸的密码子只有62个，所以tRNA只有62种。
4. 氨基酸的搬运工——tRNA：
反密码子
密码子
5’
3’
氨基酸
A
A
G
（反密码子）
tRNA
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
密码子和反密码子的比较
项目 密码子 反密码子
位置 mRNA tRNA
种类 64种,其中决定氨基酸的有62种,终止密码子有3种 62种
作用 直接决定蛋白质中氨基酸的序列 识别密码子,转运氨基酸
对应数 量关系 一种密码子只决定一种氨基酸,一种氨基酸可以由几种密码子决定。 一种tRNA只能运输一种氨基酸。一种氨基酸可以由多种tRNA转运。
特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补
C
A
G
A
C
G
U
C
A
C
U
A
U
A
A
位点1
核糖体
mRNA
5’
3’
①mRNA与核糖体结合，携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与mRNA上的密码子AUG互补配对，进入位点1。
H
G
G
U
tRNA
M
C
U
A
tRNA
核糖体移动方向
翻译过程
②携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 。
M
C
A
G
A
C
G
U
C
A
C
U
A
U
A
A
C
U
A
tRNA
H
G
G
U
tRNA
mRNA
5’
3’
进入
核糖体
位点1
位点2
核糖体移动方向
翻译过程
③位点1上的tRNA将甲硫氨酸交给位点2上的tRNA通过与组氨酸形成肽键，从而转移到占据位点2的tRNA上。
M
C
A
G
A
C
G
U
C
A
C
U
A
U
A
A
C
U
A
tRNA
H
G
G
U
tRNA
mRNA
5’
3’
核糖体
位点1
位点2
肽键
翻译过程
④核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原位点1的tRNA离开，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。
M
C
A
G
A
C
G
U
C
A
C
U
A
U
A
A
C
U
A
tRNA
H
G
G
U
tRNA
mRNA
5’
3’
核糖体
S
G
U
A
tRNA
离开
进入
位点1
位点2
终止密码子
翻译过程
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。
翻译的过程：
6. 翻译的条件：
① 模板：
② 原料：
③ 酶：
④ 能量：
⑤工具：
⑥场所：
mRNA
21种游离的氨基酸
多种酶
ATP
tRNA
核糖体
7. 翻译的结果：
多肽链
肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
8.碱基配对方式：
A
U
C
G
U
A
G
C
核糖体移动方向：
肽链由短到长
（1）核糖体在mRNA上的移动方向判断方法：
意义：一个mRNA分子上相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成以迅速合成大量的蛋白质。
（2）以同一模板合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同，因为其模板相同
（3）翻译合成的肽链就具有相应的功能吗？
不具有，还需要进一步加工。
原核、真核生物转录与翻译的区别：
原核生物基因组转录和翻译可同时进行（边转录边翻译）。
真核生物由于核膜的阻隔，所以是先转录完成后，再进行翻译。
先转录后翻译
比较DNA复制、转录和翻译
项目 复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
能量
酶
产物
原则
细胞核（主要场所）
细胞核（主要场所）
核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种游离的脱氧核苷酸
4种游离的核糖核苷酸
21种游离的氨基酸
ATP
ATP
ATP
解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
DNA
RNA
多肽
碱基互补配对
A-T T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U T-A G-C C-G
碱基互补配对
A-U U-A G-C C-G
特定的酶
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；
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
RNA
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。
随着研究的深入，科学家对中心法则进行补充：
资料：1.1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，RNA复制酶
能催化RNA的复制。
2.1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能以RNA
为模板合成DNA。
逆转录
复制
各类生物遗传信息的传递过程：
①真核生物：
②原核生物：
③DNA病毒：
④RNA病毒：
⑤逆转录病毒：
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
RNA
翻译
蛋白质
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
RNA
逆转录
（遗传物质为DNA的生物）
（遗传物质为RNA的生物）
中心法则的发展
中心法则适用条件：
①DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物遵循的法则。
②RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中，且逆转录过程必须有逆转录酶的参与。
中心法则的意义：
①对遗传信息流动过程的概括。
②对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。
③对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。
生命是物质、能量和信息的统一体。
DNA
翻 译
蛋白质
苏氨酸
甘氨酸
丝氨酸
肽键
基因中碱基数
mRNA中碱基数
蛋白质中氨基酸数
1
3
6
肽键
基因表达过程中碱基和氨基酸的数量关系：
A—C—T—G—G—A—T—C—T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
mRNA
A—C—U—G—G—A—U—C—U
转 录（假设以b链为模板进行转录）
b链
a链
∶
∶
二、拓展应用
红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示， 请结合本节内容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
题中的三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。
抗菌药物 抗菌机制
红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸
环丙沙星 抑制细菌DNA的复制
利福平 抑制细菌RNA酶的活性
课堂小结
控制蛋白质合成（表达遗传信息）
DNA
复制
复制
转录
逆转录
翻译
蛋白质
（性状）
氨基酸序列
遗传密码
遗传信息
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
遗传信息传递
翻译者
核糖体
转录
转运RNA
核糖体RNA
RNA
场所
谢谢观看

展开更多......

收起↑