2021学年第1节 基因指导蛋白质的合成获奖ppt课件

第四章  基因的表达

第1节  基因指导蛋白质合成

（一）教学目标

1、能准确描述遗传信息的表达过程，理解并掌握RNA的结构特点即作用。

2、通过学习核糖核苷酸、mRNA、tRNA生物质的结构及功能特点，形成生物体的结构和功能相适应的基本科学理念。

3、运用数学方法分析DNA中碱基、RNA中碱基与氨基酸的对应关系。

（二）教学重难点

1、教学重点
（1）理解遗传信息、密码子与反密码的关系，理解密码子的简并性。

（2）遗传信息的转率和翻译过程。

2、教学难点
（1）遗传信息的转率和翻译过程。

（三）教学过程

一、创设情境、导入新课

将水母的绿色荧光蛋白基因转入老鼠体内，老鼠在紫外线的照射下发绿色荧光，研究发现小鼠体内产生了绿色荧光蛋白

1、转入的是基因，得到的却是蛋白质！为什么会这样？小鼠能发绿色荧光的直接原因是合成了绿色荧光蛋白，基因和蛋白质之间存在着怎样的关系？

思考一：位于细胞核的基因如何控制细胞质核糖体进行蛋白质的合成？联系DNA和蛋白质之间的媒介是什么？

二、沟通DNA和蛋白质之间的信使——RNA

1、RNA能作为信使的原因

（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，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能

（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。

2、RNA的种类、结构及功能

三、转录

1、概念 ：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫做转录。

2.时间：个体生长发育的整个过程（几乎所有活细胞中）

3.场所：主要在细胞核中，线粒体、叶绿体（真核）

原核：拟核、质粒

实际上，DNA在哪里，转录就在哪里发生

4.产物：三种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）

5.原料

模板：DNA的一条链

原料：4种游离的核糖核苷酸

能量：ATP

酶：RNA聚合酶

6.产物：三种RNA（mRNA、tRNA、rRNA

7、过程（以mRNA的合成过程为例）

①解旋：第1步：DNA双链解开，碱基暴露出来。当细胞合成某种蛋白质时， RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使得DNA双链解开，双链碱基得以暴露

②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。

③第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键）

8.意义：:遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。

9.原则：碱基互补配对原则A-T    G-C   C-G   T-A

10.特点:边解旋边转录

11、10.转录方向RNA新链的延伸也是从5’-端到3’-端；先合成再释放

思考讨论：

（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？

转录与DNA复制都需要模板、都需要ATP提供能量、都遵循碱基互补配对原则等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。

（2）与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？

DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。

（3）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？

转录成的RNA的碱基序列与DNA模板链的碱基序列是互补配对的；

转录成的RNA的碱基序列与非模板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。

四、翻译

1、定义：在细胞质中，游离的各种氨基酸，以信使RNA（mRNA）为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程 -----翻译。

2、场所：细胞质中的核糖体

3、条件

模板：mRNA

原料：21种氨基酸

转运工具：tRNA

产物：蛋白质

4、实质：mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。

思考：mRNA的4种碱基如何决定组成蛋白质的21种氨基酸？

5、密码子：

（1）定义：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基

（2）位置：密码子位于mRNA上

（3）识别：从mRNA上5’-端翻译至3’-端

（4）一共有多少个密码子？

共64种密码子

（5）终止密码子有多少个？终止密码子编码氨基酸吗？编码氨基酸的密码子有多少个？

一般情况下3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不决定氨基酸

特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下，决定氨基酸的密码子61种。特殊情况下62种。

（6）真核生物的起始密码子是哪一个？

真核生物只有1种—AUG，编码甲硫氨酸；

原核生物可以有2种—AUG（编码甲硫氨酸）和GUG（编码甲硫氨酸，如果该密码子不作为起始密码子时，其编码缬氨酸）

（7）你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？

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密码子的使用频率。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。

6、氨基酸的搬运工——tRNA

7、翻译过程

第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入位点1。

第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入位点2。

第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据位点2的tRNA上。

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, 一个新的携带氨基酸的tRNA 进入位点2，继续肽链的合成

第5步：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

第6步：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。
 

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）。

五、中心法则

1、提出者：克里克

2、内容：

3、中心法则的发展

（1）1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，RNA复制酶能对RNA进行复制。

（2）1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。

（3）少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA（即RNA的复制）以及从RNA流向DNA（即逆转录）；

4、完整的中心法则图示

5、中心法则的意义

揭示了在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息表达的产物，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。