资源简介 (共25张PPT)第一节基因指导蛋白质的合成第四章 基因的表达目录1.说明基因与 DNA 关系的实例2.遗传信息的转录问题探讨些科幻电影围绕着虚构的未来场景,展现了这样的科学幻想: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 培育繁殖而来的。【讨论】从原理上分析,利用已灭绝生物的 DNA,真的能够使这些生物“复活”吗?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的全部遗传信息。但是,从DNA到具有各种性状的生物体,需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此,在可预见的将来,利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。问题探讨为什么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!说明什么呢?基因主要通过指导蛋白质的合成来控制性状Bt 抗虫蛋白基因普通棉花产生Bt 抗虫蛋白成为抗虫棉苏云金杆菌基因的表达学习目标1.阐明三种RNA的结构和功能2.构建转录过程的模型,分析转录的场所、原料、模板及特点3.对比 DNA 复制与转录的异同RNA的结构和功能DNA基因细胞核生产蛋白质的机器是?信息如何传达?细胞质中的核糖体RNA资料1 1955年,布拉舍用RNA酶分解变形虫细胞中RNA,蛋白质合成停止资料2 1955年,拉斯特 用已标记尿嘧啶核苷酸的培养液变形虫细胞,检测发现该标记先出现在细胞核,随后出现在细胞质【思考】为什么RNA适于做DNA的信使呢?RNA的结构和功能RNADNA蛋白质!RNA充当了DNA的信使1.DNA和RNA在分子组成上的区别RNA的结构和功能脱氧核苷酸核糖核苷酸AGCUAGCT腺嘌呤核糖核苷酸鸟嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤脱氧核糖核苷酸鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸胞嘧啶脱氧核糖核苷酸胞嘧啶核糖核苷酸尿嘧啶核糖核苷酸胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸4种4种RNA的结构和功能比较项目 DNA RNA分布 主要是________ 主要是__________基本单位化学组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸五碳糖碱基 A、_____、G、C A、_____、G、C结构 一般为_______脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖双螺旋结构单链细胞核细胞质TU2.RNA与DNA比较【总结】为什么RNA适于作DNA的信使?(1)它的分子结构与DNA很相似,是由基本单位——核糖核苷酸连接而成,也能储存遗传信息(2)RNA一般是单链,而且比DNA短,因此能够通过核孔转移到细胞质中(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RNA的结构和功能3.RNA的种类和功能RNA的结构和功能种类 mRNA tRNA rRNA名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA功能结构示意图共同点 遗传信息传递的媒介转运氨基酸的工具组成核糖体单链单链,部分碱基配对形成三叶草型结构单链①都是转录产物 ②基本单位相同 ③都与翻译过程有关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。2.主要场所:细胞核3.过程遗传信息的转录解旋配对释放连接(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,碱基暴露出来遗传信息的转录RNA聚合酶TCGATCGATTGCAACGTACACGGTAATT※ 该过程不需要解旋酶,RNA聚合酶有解旋作用(2)配对: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的合成遗传信息的转录TCGTCGTTGCCGCGGTACAAATAATTAA5’3’5’3’转录方向5’3’CGGGAU游离的核糖核苷酸CAACGGGCCAAAUUUUUUU(3)连接: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双螺旋恢复遗传信息的转录TCGTCGTTGCCGCGGTACAAATAATTAACGGGAUCAACGGGCCAAAUUUUUUU注意(1)转录时DNA两条链不是完全打开,只解旋要表达的基因片段(2)模板链不是固定不变的(3)转录是以基因为单位,模板只是DNA链中的基因,并非整个DNA(4)一个DNA转录出的mRNA不完全相同(5)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※联系细胞分化:不是所有基因都会转录,转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。遗传信息的转录4.条件5.特点:边解旋边转录6.精确复制的原因:碱基互补配对原则A-U、T-A、G-C、C-G7.产物:RNA(mRNA、tRNA、rRNA)8.遗传信息的流动方向:DNA→RNA9.意义:遗传信息从DNA传递到RNA上,为翻译做准备遗传信息的转录DNA的一条链RNA聚合酶游离的四种核糖核苷酸ATP模板:原料:酶:能量:遗传信息的转录真核细胞的转录及与DNA复制的比较(1)转录与DNA复制有什么共同之处?这对保证遗传信息的准确转录有什么意义?遗传信息的转录RNA转录DNA复制转录与DNA复制都需要模板、原料、能量、酶,都遵循碱基互补配对原则,这保证了遗传信息的准确转录。遗传信息的转录DNA复制 转录时间场所 解旋模板原料酶配对方式特点方向产物意义主要细胞分裂间期生长发育过程完全解旋只解有遗传效应片段(基因)DNA的两条链均为模板DNA的一条链为模板四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸解旋酶、 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半保留复制,边解旋边复制边解旋边转录2个子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA使遗传信息从亲代传递给子代,从而保持了遗传信息的连续性遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上,为翻译做准备主要在细胞核或拟核,少部分在线粒体、叶绿体、质粒新链从5’端-3’端延伸新链从5’端-3’端延伸课堂小结随堂小测1.图①和②均表示以双链DNA为模板进行的生理过程。比较两个过程( )A.参与的酶种类相同B.需要的原料相同C.发生的场所可能相同D.发生的碱基互补配对相同解析:A、①是DNA复制,需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶,②是转录,参与的酶是RNA聚合酶,参与的酶的种类不同,A错误;B、①是DNA复制,需要的原料是脱氧核苷酸,②是转录,需要的原料是核糖核苷酸,B错误;C、①DNA复制和②转录都可以发生在细胞核和细胞质,发生的场所可能相同,C正确;D、①DNA复制的碱基互补配对方式为A-T、T-A、G-C、C-G,②转录的碱基互补配对方式为A-U、T-A、G-C、C-G,发生的碱基互补配对不完全相同,D错误。C随堂小测2.甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程,下列叙述正确的是( )A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行,合成的产物是双链核酸分子B.甲所示过程在细胞核内进行,乙在细胞溶胶中进行C.DNA分子解旋时,甲所示过程不需要解旋酶,乙需要解旋酶D.一个细胞周期中,甲所示过程在每个起点只起始一次,乙可起始多次解析:据题图可知,甲所示过程为DNA复制,乙所示过程为转录。DNA复制为半保留复制,其产物是双链DNA分子;转录结束后DNA是全保留的,其产物为单链RNA,A错误;真核细胞DNA复制和转录的主要场所都是细胞核,DNA复制需要解旋酶,转录不需要解旋酶,B、C错误;一个细胞周期中DNA只进行一次复制,而转录则可多次发生,D正确。D随堂小测3.RNA合成发生在DNA双链部分解开的区域内(见图)。下列相关叙述正确的是( )A.RNA与DNA只有一种核苷酸有差异B.与RNA序列一致的链是模板链C.RNA聚合酶是结构复杂的RNA大分子D.转录时RNA的延伸方向总是5′→3′解析:本题考查转录过程及DNA与RNA的区别。RNA与DNA的核苷酸均不相同,DNA的核苷酸中含脱氧核糖,RNA的核苷酸中含有核糖,A错误;转录时,与RNA序列大体一致的链是与模板链互补的链,B错误;RNA聚合酶的化学本质是蛋白质,C错误;转录总是从DNA模板链的3′端开始,故RNA的延伸方向是5′→3′,D正确。DTHANKS谢谢观看(共34张PPT)第一节基因指导蛋白质的合成第四章 基因的表达目录1.遗传信息的翻译2.基因表达的相关计算3.中心法则问题探讨DNA蛋白质RNA转录【思考】mRNA中的遗传信息如何传递给蛋白质呢?学习目标1.概述遗传信息的翻译过程2.阐明中心法则的具体内容3.说出DNA碱基、mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系1.概念mRNA合成以后,通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸,就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。2.实质将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列遗传信息的翻译【思考】mRNA上的碱基和氨基酸之间的对应关系是怎样的?【思考】mRNA的4种碱基是怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢?如果1个碱基对应1个氨基酸,4种碱基决定 种氨基酸如果2个碱基对应1个氨基酸,4种碱基决定 种氨基酸如果3个碱基对应1个氨基酸,4种碱基决定 种氨基酸遗传信息的翻译mRNA碱基种类蛋白质氨基酸种类4种21种416(42)64(43)<21种氨基酸<21种氨基酸>21种氨基酸至少3个碱基决定1个氨基酸才能满足需要【实验证据】1.实验材料:T4噬菌体2.实验过程: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3.实验结果①增加或删除1个/2个碱基,无法正常产生蛋白质②增加或删除3个碱基,可以正常产生蛋白质4.实验结论遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸遗传信息的翻译3.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个密码子密码子认读是从mRNA的5'→3',相邻的密码子无间隔、不重叠遗传信息的翻译mRNA5'3'GUGGAACCU密码子密码子密码子决定缬氨酸决定组氨酸决定精氨酸遗传信息的翻译第一个碱基 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 GC 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 GA 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 GG 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第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子苯丙氨酸 U U U UUU精氨酸 A G G AGG(1)特殊密码子遗传信息的翻译第一个碱基 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 GC 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 GA 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 GG 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 G1.密码种类:64(种)2.终止密码子UAA、UGA(硒代半胱氨酸)、UAG3.起始密码子AUG(甲硫氨酸)、 GUG(缬氨酸、甲硫氨酸)4.编码氨基酸的密码子61种或62种(2)密码子的特性① 密码子的专一性:一种密码子决定一种氨基酸② 密码子的简并性:一种氨基酸可以由1种或多种不同的密码子决定③ 密码子的通用性:地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子【思考】你认为密码子的简并对生物体的生存和发展有什么意义?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遗传信息的翻译遗传信息的翻译已知一段DNA序列为:TAC CTT CGT TTT TGA GTC,若该序列第10位碱基由于基因突变替换为A,则通过转录翻译,得到对应的氨基酸序列会怎样?AUG GAA GCA UAA ACU CAG终止密码子提前出现,翻译提前终止容错性ACGAUAGGACGACGA正常mRNACCGAUAGGGCGACGA错误mRNA精氨酸精氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺起始密码子终止密码子4.氨基酸的搬运工——tRNA(1)形态:RNA链经过折叠,形成三叶草形(2)功能:识别并转运氨基酸(3)特点①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸②一种氨基酸可以由多种tRNA携带(4)反密码子:每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对,叫作反密码子遗传信息的翻译3'5'结合氨基酸的部位碱基配对mRNA5'3'ACUACU反密码子密码子GUA遗传信息的翻译(61种反密码子)tRNA(64种密码子)mRNA氨基酸(20种)运输编码互补配对mRNA、tRNA和氨基酸之间的对应关系3'5'结合氨基酸的部位碱基配对mRNA5'3'ACUACU反密码子密码子GUA5.翻译的过程mRNA进入细胞质,与核糖体结合,形成2个tRNA的结合位点(1)携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基AUG互补配对,进入位点1遗传信息的翻译位点1位点2MM:甲硫氨酸M(2)携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2遗传信息的翻译MH(3)甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键,从而转移到位点 2 的 tRNA 上遗传信息的翻译MH(4)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 1,一个新的携带氨基酸的 tRNA进入位点 2,继续肽链的合成遗传信息的翻译MH核糖体的移动方向W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,合成才告终止多聚核糖体——高效翻译的机制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多个核糖体,同时进行多条肽链的合成。因此,少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。遗传信息的翻译遗传信息的翻译DNA复制 转录 翻译时间 场所条件 模板原料酶能量原则特点产物方向信息传递细胞分裂间期生长发育过程细胞核(线粒体、叶绿体)DNA的两条链基因的一条链mRNA四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸21种氨基酸解旋酶,DNA聚合酶RNA聚合酶多种酶ATPATPATP子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA多肽链A-T、T-A、C-G、G-CA-U、T-A、G-C、C-GA-U、U-A、G-C、C-G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翻译多条肽链DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质从起始密码子到终止密码子新链从5’端-3’端延伸新链从5’端-3’端延伸细胞核(线粒体、叶绿体)核糖体真核、原核基因结构的比较真核细胞基因结构编码区非编码区非编码区编码区非编码区非编码区启动子终止子RNA聚合酶识别结合位点,启动转录终止转录外显子内含子原核细胞基因结构真核细胞和原核细胞遗传信息表达的比较边转录边翻译原核生物没有核膜,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)。 先转录后翻译核基因【思考】基因表达的过程中,DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系?基因表达的相关计算A—C—T—G—G—A—T—C —TT—G—A—C—C—T—A—G—AA—C—U—G—G—A—U—C —UUGA CCU AGA苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸转录翻译ACU GGA UCUDNA136mRNA蛋白质说明:①因为基因中存在不编码蛋白质的片段,所以实际上DNA上所含有的碱基数要大于6n②转录出的mRNA中有终止密码子,终止密码子不对应氨基酸,所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n③因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样才能使用这个比例关系mRNA上有n个碱基,转录产生它的基因中至少有2n个碱基,该mRNA指导合成的蛋白质最多有n/3个氨基酸不考虑终止密码子:合成n个氨基酸至少需要mRNA中3n个碱基,DNA中6n个碱基考虑终止密码子:合成n个氨基酸至少需要mRNA中3n+3个碱基,DNA中6n+6个碱基基因表达的相关计算你能从信息传递的角度,用文字和箭头表示细胞中遗传信息的传递规律吗?中心法则转录翻译RNADNA蛋白质克里克复制中心法则资料1 1965年,科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶,像DNA复制酶能对DNA进行复制一样,RNA复制酶能对RNA进行复制资料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。中心法则逆转录转录翻译RNADNA蛋白质复制中心法则tRNArRNAmRNA脱氧核苷酸序列氨基酸序列(遗传信息)核糖核苷酸序列(mRNA上有遗传密码)模板携带氨基酸核糖体(场所)逆转录复制RNADNA蛋白质转录翻译复制转录遗传信息载体中心法则生物种类 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 DNA病毒 以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒逆转录病毒 (HIV)转录DNARNA翻译蛋白质复制复制RNA翻译蛋白质逆转录转录DNARNA翻译蛋白质复制RNA课堂小结随堂小测1.图1和图2表示某些生物体内的物质合成过程示意图,下列对此分析正确的是( )A.图中甲和丙表示RNA,乙和丁表示核糖体B.图1中乙的移动方向为从右向左C.图1合成的多肽链的氨基酸排列顺序各不相同D.图1和图2所示过程使得少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质解析:A、图1中甲表示mRNA,乙表示核糖体,图2中丙表示DNA,丁表示RNA聚合酶,A错误;B、图1中乙的移动方向为从左向右,B错误;C、图1翻译合成多肽链时均以相同的mRNA为模板,因此合成的多肽链的氨基酸排列顺序相同,C错误;D、图1和图2所示过程使得少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质,D正确。D随堂小测2.翻译过程中,氨基酸经活化后可与相对应的tRNA结合形成氨酰-tRNA(见图1);氨酰- tRNA与核糖体结合的情况如图2所示,其中色氨酸的氨基端和天冬氨酸的羧基端将脱水缩合形成肽键。下列叙述错误的是( )A.图1中,氨基酸与tRNA的3'端结合B.图2中,核糖体的移动方向是从左向右C.据图分析,肽链合成时先形成游离的羧基端D.tRNA与mRNA结合区域中两条链的方向相反C解析:由图2中RNA与mRNA的5'和3'位置,可推出tRNA与mRNA结合区域中两条链的方向相反,D正确。随堂小测3.如图表示中心法则,下列有关叙述正确的是( )A.过程①~⑤都会在人体的遗传信息传递时发生B.人体细胞内的过程②主要发生在细胞核中,产物都是mRNAC.过程④存在A—U、C—G、T—A碱基配对方式D.过程③发生在核糖体上,过程⑤有半保留复制的特点解析:题图中①②③④⑤分别为DNA复制、转录、翻译、逆转录和RNA复制。逆转录和RNA复制只发生在少数病毒寄生的宿主细胞中,人体的遗传物质只能发生DNA复制、转录和翻译,A错误;人体细胞中,转录主要发生在细胞核内,转录的产物不全是mRNA,还有rRNA和tRNA,B错误;逆转录过程是遗传信息从RNA到DNA传递的过程,该过程存在U一A、C一G、G一C、 A一T碱基配对方式,C正确;翻译发生在核糖体上,RNA常为单链,RNA的复制没有半保留复制的特点,D错误。CTHANKS谢谢观看 展开更多...... 收起↑ 资源列表 4.1基因指导蛋白质的合成(第1课时) (教学课件)高中生物学人教版(2019)必修二(共26张PPT) .pptx 4.1基因指导蛋白质的合成(第2课时) (教学课件)高中生物学人教版(2019)必修二(共34张PPT).pptx