资源简介

(共37张PPT)
4.1 基因指导蛋白质的合成
【资料1】 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。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？为什么？
【资料2】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？
苏云金杆菌
提取
Bt抗虫蛋白基因
导入
棉花细胞
Bt抗虫蛋白
Bt基因表达
基因可以控制蛋白质的合成来控制生物的性状
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
？
基因如何将遗传信息传递给核糖体？
【提示1】DNA无法出细胞核
【提示2】核糖体无法进细胞核
【资料3】1955年,戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。
【资料4】1955年，布拉切特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。
结论: RNA在DNA和蛋白质合成中充当信使。
为什么RNA适于作DNA的信使呢 ？
①基本单位：核糖核苷酸磷酸基团核糖含氮碱基核糖P含氮碱基CH2O1'2'3'4'5'OHHOHHHH核糖PA核糖PC核糖PG核糖PU(4种)C、H、O、N、PRNARNA是另一类核酸，它的分子组成与DNA的很相似。1，RNA的结构和功能mRNA
tRNA
rRNA
（1）mRNA——信使RNA
携带着从DNA转录来的遗传
信息，是合成蛋白质的模板。
（2）tRNA——转运RNA
识别并运载氨基酸
（3）rRNA——核糖体RNA
它是核糖体的组成成分
2.RNA的种类及功能
过渡:胰岛素基因携带的遗传信息是怎样传给mRNA的？
任务一：先写出用1链为模板合成的mRNA的序列？
再写出用互补链2链为模板链合成的mRNA的序列？
-A A C T T A G A C C T G G A A C T G T T C-
-T T G A A T C T G G A C C T T G A C A A G-
1
2
胰岛素基因
基因A
基因B
已知：在RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”，但由于RNA中没有T，DNA中没有U，所以当RNA与DNA有关系时，U与A配对。
如果胰岛素基因的两条链都可以做模板合成的mRNA，得到的2个不同的mRNA。
（1）这2个mRNA的不同体现在哪里？
（2）它们携带的遗传信息相同吗？
（3）这与人体内只有一种胰岛素是否矛盾？这说明了什么？
-A A C T T A G A C C T G G A A C T G T T C-
-T T G A A T C T G G A C C T T G A C A A G-
1
2
细胞核
RNA聚合
DNA的一条链
RNA是在 中，通过 酶以 模板合成的，这个过程叫作转录。（P65）
（1）它也是由基本单位——核苷酸连接而成，核苷酸也含有4种碱基，它能准确传递遗传信息。
（2）RNA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。
（3）RNA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。
3.RNA适于作DNA的信使的原因
★写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列
★写出b链对应的a链的碱基序列
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
1.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？
G C U U G G A G U G C G
转录成的RNA的碱基序列与b链（DNA模板链）的碱基序列是互补配对的；
转录成的RNA的碱基序列与a链（编码链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
六
遗传信息的转录相关问题探讨
G C T T G G A G T G C G
转录
翻译
蛋白质
原来，基因通过RNA传递信息控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
遗传信息
（1）转录时，DNA链完全解开吗？
不是，只解旋有遗传效应的片段，即基因片段
一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。
（3）一个基因的两条链都能转录吗？
只以一条链为模板
（4）不同基因的模版链是否相同？
不同基因模板链不同
（2）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？
一 遗传信息的转录
转录的方向
RNA聚合酶
DNA
mRNA
5'
3'
5'
3'
游离的核
糖核苷酸
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过程。
①转录的概念：
②条件
模板：
原料：
酶：
能量：
DNA的一条链
RNA聚合酶
游离的四种核糖核苷酸
ATP
④产物：
mRNA（还有tRNA和rRNA）
③原则：
碱基互补配对
一 遗传信息的转录
转录意义
将基因（双链DNA片段）中碱基序列蕴含的遗传信息，转化为了单链RNA碱基序列中的信息，为后续的翻译过程作准备。
转录使特定遗传信息从 DNA 传递到 RNA
以mRNA为模板，在核糖体上合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。
模板
场所
原料
产物
翻译
mRNA中的核糖核苷酸序列（碱基序列）决定蛋白质中的氨基酸序列
mRNA（信使RNA）
亮氨酸
丝氨酸
亮氨酸
酪氨酸
脯氨酸
谷氨酸
H2N
COOH
蛋白质中的肽链
决定
传递
信息
【思考】你能否推测mRNA中的每几个核糖核苷酸决定1个氨基酸？
【提示】自然界中常见的氨基酸有21种；mRNA中核糖核苷酸有4种
41=4
42=16
43=64
4种碱基如何决定蛋白质的21种氨基酸呢？
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
假设：
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。
苯丙氨酸
【思考】如果要破译5’-ACG-3’对应哪种氨基酸，应当如何进行实验？
科学家利用人工合成的mRNA，在体外模拟翻译的过程。例如，人工合成一个不断重复5’-UUU-3’序列的mRNA，最终由其指导合成的肽链中全为苯丙氨酸，证明5’-UUU-3’这一密码子对应的氨基酸是苯丙氨酸。
【思维训练】破解64种密码子的含义
21种氨基酸的密码子表
1.有找到特殊密码子吗？
真核生物的起始密码子均为AUG，编码甲硫氨酸
原核生物GUG也可以是起始密码子，编码甲硫氨酸。但，GUG作为肽链中间的密码子，编码缬氨酸。
起始密码子：
终止密码子：
AUG、GUG
UAA、UAG、UGA
观察通用遗传密码表，回答下列问题：
①.以下3种人工合成的mRNA，若从5’端的第1位碱基开始翻译，并不能指导蛋白质合成，请试着解释原因。
5’-UAAUAA·········UAAUAA-3’
5’-UAGUAG·········UAGUAG-3’
5’-UGAUGA·········UGAUGA-3’
终止密码子对应翻译的终止信息，并不对应任何一种氨基酸。
若从5’端的第2位碱基或第3位碱基开始翻译，是否能指导蛋白质的合成呢？
观察通用遗传密码表，回答下列问题：
②.请试着概括密码子与氨基酸的对应关系，1种氨基酸对应_________种密码子，除终止密码子外，1种密码子对应____种氨基酸（专一性）
③.同一种氨基酸对应多种密码子，称为简并性。观察对应同一种氨基酸的多种密码子（如苏氨酸的4种密码子），你发现了什么规律？
④所有生物共用这套密码子说明具有什么性？
1种或多种
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。
这些密码子的第1位与第2位碱基均相同，仅第3位碱基存在差异。
通用性
翻译过程中氨基酸的运载工具——tRNA（转运RNA）
mRNA（信使RNA）
亮氨酸
丝氨酸
亮氨酸
酪氨酸
脯氨酸
谷氨酸
H2N
COOH
蛋白质中的肽链
思考：氨基酸是蛋白质的基本单位，作为翻译的原料，它并不含有碱基，因此不能与mRNA上的密码子直接配对。那么他们之间是如何对应的？
结合氨基酸的部位
反密码子
5
3
tRNA
P
OH
A
C
A
5
3
mRNA
翻译过程中氨基酸的运载工具——tRNA（转运RNA）
结构：
RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形
形态：
其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基
每个 tRNA 的这 3 个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
种类：
61种
数量关系：
①1种tRNA只能转运1种氨基酸；
②1种氨基酸可由1种或多种tRNA转运。
翻译过程中氨基酸的运载工具——tRNA（转运RNA）
反密码子是tRNA中段的三个核糖核苷酸。在翻译时，携带特定氨基酸的tRNA通过其反密码子与mRNA上的密码子发生碱基互补配对。
图中这种tRNA的反密码子为5’-GAA-3’，查询遗传密码表，判断它携带哪种氨基酸？
5’-U U C-3’
（mRNA上的密码子）
苯丙氨酸
苯丙
氨酸
tRNA的反密码子与mRNA的密码子结合是翻译过程中至关重要的步骤，在核糖体内发生。
翻译的场所——核糖体（化学组分：蛋白质和rRNA）
功能：为翻译过程提供场所，并兼有识别 mRNA 以及催化肽键形成的功能。
核糖体
G
U
A
U
C
A
C
G
G
U
A
A
mRNA
U
A
C
A
C
C
G
U
G
甲硫
组
色
终止密码
mRNA与核糖体结合
形成2个tRNA结合位点
1
2
携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1
携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2
甲硫氨酸与组氨基酸形成肽键，转移到位点2
核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子
直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止
翻译过程
翻译 主要场所
条件 模板
原料
能量
工具
酶 需要酶（高中不做要求）
合成方向
翻译结果
碱基互补配对原则
mRNA（信使RNA）
21种氨基酸
从mRNA链的5' 端向 3' 端延伸
形成多肽链（蛋白质）
细胞质中的核糖体
A=U、U=A、C三G、G三C
归纳总结——翻译
主要通过ATP供能
tRNA（转运RNA）
二 遗传信息的翻译
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。
二 遗传信息的翻译
一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
相同，因为其模板相同
（3）意义是？
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
（4）翻译的方向？
（即核糖体移动的方向）
由肽链_____→肽链_____的方向进行
短
长
（2）多条肽链的氨基酸序列是否相同？
基因
细胞质膜
细胞质
请填写相应内容（场所，物质，过程名称）
并说出各过程需要的模板、原料、产物、酶。
转录
复制
细胞核
DNA
RNA
翻译
核糖体
（蛋白质合成场所）
转录：DNA→RNA
翻译:mRNA→蛋白质
判断遗传信息可以从什么物质流向什么物质？
DNAd 复制：DNA→DNA
三幅图分别代表什么生理过程？
过渡：用概念图表示DNA、RNA、蛋白质三者间信息流动
比较
转录、翻译与DNA复制的比较
场所 模板 原料 产物 遗传信息传递方向
DNA复制： DNA DNA
转录： DNA RNA
翻译： RNA 蛋白质
游离的脱
氧核苷酸
游离的核
糖核苷酸
游离的氨基酸
DNA
mRNA
蛋白质
DNA→DNA
DNA→mRNA
亲代DNA的 每一条链
DNA的一条链（模板链）
mRNA
RNA
基因
蛋白质
转录
翻译
细胞核
细胞质
细胞核
细胞核
细胞质
mRNA→蛋白质
克里克在1958年提出观点：大多数生物遗传信息的传递方向是由DNA到RNA，再到蛋白质。这就是著名的中心法则。
DNA复制过程也存在遗传信息的传递，将其纳入中心法则后，可表示为：
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
复制
中心法则
逆转录
复制
DNA
复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
随着研究的不断深入，科学家对中心法则作出了补充：
【资料1】许多RNA病毒（如烟草花叶病毒，脊髓灰质炎病毒、双链RNA噬菌体等）在感染宿主细胞后，其RNA能进行自我复制；一些小型核酶（如锤头核酶、发夹核酶等）也参与自我复制，表明有一部分RNA具有自我复制的能力。
【资料2】在逆转录病毒（如HIV）中的逆转录酶的作用下，遗传信息可以从RNA传递到DNA。
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 不能分裂
能分裂
DNA病毒 以RNA作为遗传物质的生物 非逆转录病毒
逆转录病毒
翻译
蛋白质
DNA
转录
RNA
复制
RNA
蛋白质
翻译
蛋白质
翻译
转录
DNA
RNA
逆转录
RNA
翻译
蛋白质
复制
DNA
转录
RNA
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。
各种生物的遗传信息传递过程
归纳总结
归纳总结
DNA半保留复制 遗传信息的表达（基因表达） 转录 翻译
模板
原料
酶
其他条件
是否需要能量
场所
结果（产物）
信息传递
碱基互补配对
DNA的2条链
DNA的1条链
mRNA（信使RNA）
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
氨基酸
DNA解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
需要某些酶
单链DNA结合蛋白
/
tRNA
是
是
是
主要在细胞核
主要在细胞核
细胞质中的核糖体
子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
蛋白质
DNA→DNA
DNA→RNA
A=T；C三G
A=U；T=A；C三G
A=U；C三G
比较DNA复制、转录、翻译
归纳总结
比较DNA解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶
底物 催化反应 产物 参与过程
DNA解旋酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶
双链
DNA分子
切断氢键
解开的2条
DNA单链
DNA复制
4种脱氧
核苷酸
催化磷酸二
酯键的形成
DNA的
两条子链
DNA复制
双链DNA分子
切断氢键
解开的2条
DNA单链
转录
4种核糖
核苷酸
催化磷酸二
酯键的形成
单链RNA
转录
真核生物
原核生物
先转录，后翻译
（转录和翻译在时间、空间上存在差异）
转录尚未完成，翻译就已开始
（转录和翻译在时间、空间上存在重合）
归纳总结
比较真、原核生物基因表达的差异——时空差异
归纳总结

展开更多......

收起↑