2020_2021学年新教材高中生物第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成课件新人教版必修第二册202106052197.pptx

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1、第第1节节基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成课标定课标定位位1.遗传信息的转录遗传信息的转录明确明确RNA与与DNA的主要区别的主要区别;概述遗传信息的概述遗传信息的转录过程。转录过程。2.遗传信息的翻译遗传信息的翻译说明密码子、反密码子和遗传信息之间的关系说明密码子、反密码子和遗传信息之间的关系;概述翻译的过程概述翻译的过程;比较比较DNA复制、转录和翻译复制、转录和翻译三个过程。三个过程。3.中心法则中心法则了解中心法则的提出及其修正过程。了解中心法则的提出及其修正过程。素养阐释素养阐释1.基于遗传信息可以从基于遗传信息可以从DNA流向流向RNA,进而流向蛋进而流向蛋白质的事实白质的

2、事实,阐明生命活动不仅需要物质和能量阐明生命活动不仅需要物质和能量,也也需要信息需要信息,生命是物质、能量和信息的统一体。生命是物质、能量和信息的统一体。2.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实码的事实,阐明生物界的统一性阐明生物界的统一性,认同现存生物可能认同现存生物可能有着共同的起源。有着共同的起源。3.通过了解中心法则的提出及其修正过程通过了解中心法则的提出及其修正过程,认同科认同科学是不断发展的学是不断发展的,科学概念也是在不断更新或修正科学概念也是在不断更新或修正的的,人们对自然界的探究永无止境。人们对自然界的探究永无止境。 自主自

3、主预习预习新知导学新知导学一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录1.RNA的基本单位及组成的基本单位及组成磷酸磷酸,核糖核糖,碱基碱基(A、U、G、C),核糖核苷酸核糖核苷酸。2.RNA的种类及的种类及功能功能3.遗传信息的转录遗传信息的转录(1)对转录概念的理解对转录概念的理解场所场所:主要在主要在细胞核细胞核中。中。模板模板:DNA的一条链的一条链。原料原料:4种游离的种游离的核糖核苷酸核糖核苷酸。配对原则配对原则:AU、GC、CG、TA。产物产物:RNA。(2)转录的转录的过程过程(3)遗传信息的传递方向遗传信息的传递方向:DNARNA。二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译1.翻译的概念翻

4、译的概念(连线连线)2.密码子与反密码子密码子与反密码子(1)密码子密码子概念概念:mRNA上上3个相邻的碱基决定个相邻的碱基决定1个氨基酸个氨基酸,每每3个这样个这样的碱基叫作的碱基叫作1个密码子。个密码子。种类种类:64种种,其中决定氨基酸的密码子有其中决定氨基酸的密码子有62种种,终止密码子终止密码子有有3种。种。(2)密码子与反密码子的密码子与反密码子的关系关系3.翻译的翻译的过程过程4.翻译的产物翻译的产物:多肽多肽蛋白质。蛋白质。三、中心法则三、中心法则1.从信息传递的角度看从信息传递的角度看,基因指导蛋白质合成的过程基因指导蛋白质合成的过程,就是遗就是遗传信息从传信息从DNA流向

5、流向RNA,进而流向进而流向蛋白质蛋白质的过程。的过程。2.1957年年,克里克克里克提出中心法则提出中心法则:遗传信息可以从遗传信息可以从DNA流向流向DNA,即即DNA的复制的复制;也可以从也可以从DNA流向流向RNA,进而流向蛋白进而流向蛋白质质,即遗传信息的即遗传信息的转录和翻译转录和翻译。3.中心法则的发展中心法则的发展少数生物少数生物(如一些如一些RNA病毒病毒)的遗传信息可以从的遗传信息可以从RNA流向流向RNA,以及从以及从RNA流向流向DNA。中心法则完善后可表示。中心法则完善后可表示为为_。在遗传信息的流动过程在遗传信息的流动过程中中,DNA、RNA是信息的载体是信息的载体

6、,蛋白质是信息的表达产物蛋白质是信息的表达产物,而而ATP为信息的流动提供能量为信息的流动提供能量,可见可见,生命是物质、能量和信息生命是物质、能量和信息的统一体。的统一体。【预习检测】【预习检测】 1.判断正误。判断正误。(1)DNA和和RNA成分的区别是五碳糖种类不同成分的区别是五碳糖种类不同,碱基和磷酸碱基和磷酸种类均相同。种类均相同。()(2)RNA主要有主要有3种种,主要分布于细胞质中。主要分布于细胞质中。()(3)转录以转录以DNA的的2条链作为模板条链作为模板,只发生在细胞核中只发生在细胞核中,以以4种种核糖核苷酸为原料。核糖核苷酸为原料。()(4)密码子位于密码子位于mRNA上

7、上,反密码子位于反密码子位于tRNA上。上。()(5)翻译过程发生在核糖体中。翻译过程发生在核糖体中。() (6)mRNA在核糖体上移动以翻译出蛋白质。在核糖体上移动以翻译出蛋白质。()(7)一条一条mRNA可以与多个核糖体结合可以与多个核糖体结合,合成多条相同的肽合成多条相同的肽链。链。()(8)在人体细胞中在人体细胞中,能进行能进行DNA的复制、转录和翻译。的复制、转录和翻译。()(9)RNA病毒都能进行逆转录。病毒都能进行逆转录。()(10)DNA病毒中没有病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法其遗传信息的传递不遵循中心法则。则。() 2.下列关于密码子的叙述下列关于密码子的叙述

8、,正确的是正确的是()A.密码子有密码子有64种种,都能决定氨基酸都能决定氨基酸B.密码子密码子GTA的反密码子是的反密码子是CAUC.密码子是基因上相邻的密码子是基因上相邻的3个碱基个碱基D.1种氨基酸可能对应多种密码子种氨基酸可能对应多种密码子答案答案:D解析解析:密码子有密码子有64种种,其中其中2种终止密码子不决定氨基酸。种终止密码子不决定氨基酸。T只存在于只存在于DNA中中,GTA不是密码子。密码子在不是密码子。密码子在mRNA上。上。3.连线连线。 合作合作探究探究释疑解惑释疑解惑知识点一知识点一知识点二知识点二基因的表达基因的表达问题引领问题引领1.遗传信息的转录过程遗传信息的转

9、录过程(1)下图是一小段下图是一小段DNA片段片段,甲链是模板链甲链是模板链,请写出其转录生请写出其转录生成的成的RNA的碱基序列的碱基序列,并分析转录生成的并分析转录生成的RNA的碱基序列与的碱基序列与DNA两条链的碱基序列的关系。两条链的碱基序列的关系。提示提示:生成的生成的RNA的碱基序列的碱基序列:。转录生成的转录生成的RNA的碱基序列与模板链碱基序列互补的碱基序列与模板链碱基序列互补,与非模与非模板链碱基序列基本相同板链碱基序列基本相同(除除T和和U外外)。(2)转录过程中的模板链与转录过程中的模板链与mRNA链暂时以氢键结合链暂时以氢键结合,最终最终这两条核苷酸链的去向如何这两条核

10、苷酸链的去向如何?提示提示:mRNA从从DNA链上释放链上释放,而后而后DNA的模板链与非模板的模板链与非模板链恢复双螺旋结构。链恢复双螺旋结构。(3)原核细胞中转录过程在哪里进行原核细胞中转录过程在哪里进行?提示提示:拟核。拟核。2.密码子与反密码子密码子与反密码子(1)尝试推测密码子有尝试推测密码子有64种的原因。密码子和反密码子的种种的原因。密码子和反密码子的种类是否相同类是否相同?如果不同如果不同,请阐述原因。请阐述原因。提示提示:密码子是密码子是mRNA上上3个相邻的能决定个相邻的能决定1个氨基酸的碱基个氨基酸的碱基,而碱基有而碱基有4种种,所以密码子的种类数所以密码子的种类数=44

11、4=64(种种)。密码。密码子和反密码子的种类不相同子和反密码子的种类不相同,因为有因为有2种终止密码子不决定氨种终止密码子不决定氨基酸基酸,所以也就没有与这所以也就没有与这2种密码子对应的反密码子。种密码子对应的反密码子。(2)下图为下图为tRNA的结构示意图的结构示意图,是结合氨基酸的部是结合氨基酸的部位位,表示碱基配对表示碱基配对,是反密码子。是反密码子。答案答案:甲乙甲乙丙丙3.分析分析DNA转录和翻译的过程转录和翻译的过程(下图以真核细胞为例下图以真核细胞为例)回答回答下列问题。下列问题。(1)图中翻译的方向是从左到右图中翻译的方向是从左到右,还是从右到左还是从右到左?判断的依据判断

12、的依据是什么是什么?提示提示:翻译的方向为从左到右。判断的依据是肽链的长短翻译的方向为从左到右。判断的依据是肽链的长短,长的肽链是先翻译出来的。长的肽链是先翻译出来的。(2)图示信息显示一条图示信息显示一条mRNA可结合多个核糖体可结合多个核糖体,其意义是其意义是什么什么?提示提示:少量的少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。分子可以迅速合成出大量的蛋白质。(3)在翻译过程中在翻译过程中,肽链是如何延伸的肽链是如何延伸的?从核糖体上脱落下来从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗的是有特定功能的成熟蛋白质吗?提示提示:翻译过程中翻译过程中,核糖体在核糖体在mRNA上移动并依次读取

13、密码上移动并依次读取密码子子,进行肽链的合成进行肽链的合成,直到读取到直到读取到mRNA上的终止密码子上的终止密码子,合成合成才终止。从核糖体上脱落下来的是肽链才终止。从核糖体上脱落下来的是肽链,其必须经过一定的其必须经过一定的加工过程才能成为具有特定空间结构和功能的成熟蛋白质。加工过程才能成为具有特定空间结构和功能的成熟蛋白质。归纳提升归纳提升1.转录与翻译的比较转录与翻译的比较2.对转录和翻译的深度解读对转录和翻译的深度解读(1)转录的产物不只是转录的产物不只是mRNA,还有还有tRNA、rRNA,但只有但只有mRNA携带遗传信息。这携带遗传信息。这3种种RNA都参与翻译过程都参与翻译过程

14、,但所起的但所起的作用不同。作用不同。(2)翻译过程中翻译过程中mRNA并不移动并不移动,而是核糖体沿着而是核糖体沿着mRNA移移动动,进而读取下一个密码子。进而读取下一个密码子。(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是转录和翻译过程中的碱基配对不是AT,而是而是AU。典型例题典型例题图图1为某果蝇为某果蝇X染色体上染色体上s基因的碱基序列示意图基因的碱基序列示意图,图图2为该染为该染色体上相关基因的转录过程示意图。下列相关叙述错误的色体上相关基因的转录过程示意图。下列相关叙述错误的是是()图图1图图2A.该果蝇体细胞中可能没有与该果蝇体细胞中可能没有与s基因相对应的等位基因基因相对应的等位基因B

15、.图图2与图与图1中不同的碱基配对方式是中不同的碱基配对方式是AUC.由图由图2可知可知,一个一个DNA上不同基因的转录模板可能不同上不同基因的转录模板可能不同D.若若s基因发生图基因发生图2过程过程,催化该过程的酶的结合位点在图催化该过程的酶的结合位点在图1中的中的区段区段答案答案:D解析解析:s基因位于基因位于X染色体上染色体上,雄性个体的体细胞中没有与雄性个体的体细胞中没有与s基基因相对应的等位基因。图因相对应的等位基因。图2表示转录表示转录,与图与图1中不同的碱基配中不同的碱基配对方式是对方式是AU。由图。由图2可知可知,一个一个DNA上不同基因的转录模上不同基因的转录模板可能不同。若

16、板可能不同。若s基因发生图基因发生图2过程过程,催化该过程的酶的结合催化该过程的酶的结合位点在图位点在图1中的中的区段的上游。区段的上游。【变式训练】【变式训练】 1.下列相关叙述正确的是下列相关叙述正确的是()A.密码子有密码子有64种种,每个密码子都与每个密码子都与1个反密码子相对应个反密码子相对应B.反密码子位于反密码子位于mRNA上上,密码子位于密码子位于tRNA上上C.1个密码子最多只能对应个密码子最多只能对应1个氨基酸个氨基酸D.每种氨基酸可以对应多种每种氨基酸可以对应多种tRNA,每种每种tRNA也可以对应多也可以对应多种氨基酸种氨基酸答案答案:C解析解析:密码子有密码子有64种

17、种,有有2种终止密码子不对应氨基酸种终止密码子不对应氨基酸,故密码故密码子不与反密码子一一对应。密码子位于子不与反密码子一一对应。密码子位于mRNA上上,反密码子反密码子位于位于tRNA上。有的氨基酸可以对应多种上。有的氨基酸可以对应多种tRNA,但每种但每种tRNA只能携带只能携带1种氨基酸。种氨基酸。2.下图甲、乙为真核细胞中发生的代谢过程示意图下图甲、乙为真核细胞中发生的代谢过程示意图,下列有下列有关说法正确的是关说法正确的是()A.图甲所示的过程叫作翻译图甲所示的过程叫作翻译,多个核糖体共同完成多个核糖体共同完成1条肽链条肽链的合成的合成B.图乙所示过程叫作转录图乙所示过程叫作转录,转

18、录产物的作用一定是图甲中的转录产物的作用一定是图甲中的模板模板C.图甲所示过程的方向是从右到左图甲所示过程的方向是从右到左D.图甲和图乙中都发生了碱基互补配对且碱基互补配对的图甲和图乙中都发生了碱基互补配对且碱基互补配对的方式完全相同方式完全相同答案答案:C解析解析:由图甲可知由图甲可知,翻译过程中翻译过程中1个个mRNA分子上结合多个核分子上结合多个核糖体糖体,同时合成多条肽链。转录产物有同时合成多条肽链。转录产物有mRNA、tRNA和和rRNA3种种,而翻译的模板只是而翻译的模板只是mRNA。图甲中肽链。图甲中肽链最长最长,说说明合成该肽链的核糖体最早与明合成该肽链的核糖体最早与mRNA结

19、合结合,因此核糖体在因此核糖体在mRNA上的移动方向是从右到左。转录和翻译过程中都发生上的移动方向是从右到左。转录和翻译过程中都发生了碱基互补配对了碱基互补配对,但碱基互补配对的方式不完全相同。但碱基互补配对的方式不完全相同。3.右图表示细胞内某些重要物质的合成过程右图表示细胞内某些重要物质的合成过程,该过程发生在该过程发生在()A.真核细胞内真核细胞内,一个一个mRNA分子上结合分子上结合多多个个核糖体同时合成多条肽链核糖体同时合成多条肽链B.原核细胞内原核细胞内,转录促使转录促使mRNA在在核糖体核糖体上上移动以便合成肽链移动以便合成肽链C.原核细胞内原核细胞内,转录还未结束便启动遗传信息

20、的翻译转录还未结束便启动遗传信息的翻译D.真核细胞内真核细胞内,转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译的翻译答案答案:C解析解析:由题图可知由题图可知,转录没有结束便启动遗传信息的翻译转录没有结束便启动遗传信息的翻译,所所以该过程发生在原核细胞内。以该过程发生在原核细胞内。中心法则中心法则问题引领问题引领1.从中心法则的名称上可以看出遗传信息的流动过程在生从中心法则的名称上可以看出遗传信息的流动过程在生物学中的重要地位。中心法则反映了遗传物质的哪两大功能物学中的重要地位。中心法则反映了遗传物质的哪两大功能?提示提示:中心法则反映了遗传物质的传递与表达

21、这两大功能。中心法则反映了遗传物质的传递与表达这两大功能。2.下图为生物遗传信息的流动过程下图为生物遗传信息的流动过程,请针对下图回答下列问请针对下图回答下列问题。题。(1)细胞分裂前的间期发生细胞分裂前的间期发生过程过程,细胞分裂期细胞分裂期发生发生过程。过程。答案答案:a、b、cc(2)需要需要tRNA和核糖体同时参与的是和核糖体同时参与的是过程。能进行过程。能进行AU,GC配对的有配对的有过程。过程。答案答案:cb、c、e(3)健康的人体内不会发生健康的人体内不会发生过程。过程。答案答案:d、e(4)HIV寄生在人的淋巴细胞中。寄生在人的淋巴细胞中。HIV合成蛋白质的场所是合成蛋白质的场

22、所是,其遗传信息流动的模板由其遗传信息流动的模板由提供提供,原料由原料由提供。提供。答案答案:寄主细胞的核糖体病毒自身寄主细胞寄主细胞的核糖体病毒自身寄主细胞3.下图中的下图中的4支试管中分别模拟中心法则中的某个过程。请支试管中分别模拟中心法则中的某个过程。请回答下列问题。回答下列问题。(1)ad4支试管分别模拟中心法则中的支试管分别模拟中心法则中的、4个过程。个过程。答案答案:DNA的复制转录的复制转录RNA的复制逆转录的复制逆转录(2)ad4支试管模拟的过程分别需要什么酶支试管模拟的过程分别需要什么酶?a.,b.,c.,d.。答案答案:解旋酶和解旋酶和DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶R

23、NA聚合酶聚合酶逆转录酶逆转录酶归纳提升归纳提升1.“三看法三看法”判断中心法则各过程判断中心法则各过程2.利用图示分类剖析中心法则利用图示分类剖析中心法则图示中图示中1、8为转录过程为转录过程;2、5、9为翻译过程为翻译过程;3、10为为DNA复制过程复制过程;4、6为为RNA复制过程复制过程;7为逆转录过程。为逆转录过程。典型例题典型例题下列关于遗传信息传递的叙述下列关于遗传信息传递的叙述,正确的是正确的是()A.中心法则总结了遗传信息的传递规律中心法则总结了遗传信息的传递规律,是由沃森提出的是由沃森提出的B.乳酸菌的遗传信息传递都发生在生物大分子间乳酸菌的遗传信息传递都发生在生物大分子间

24、C.HIV的遗传信息传递中有的遗传信息传递中有AU的配对的配对,不存在不存在AT的配的配对对D.遗传信息不可能从遗传信息不可能从RNA传递至传递至DNA答案答案:B解析解析:中心法则是由克里克提出的。乳酸菌中遗传信息的传中心法则是由克里克提出的。乳酸菌中遗传信息的传递方向是递方向是DNADNA、DNARNA蛋白质蛋白质,由此可见其遗由此可见其遗传信息传递都发生在生物大分子间。传信息传递都发生在生物大分子间。HIV是逆转录病毒是逆转录病毒,其其遗传信息传递的方向是遗传信息传递的方向是RNADNARNA蛋白质蛋白质,其中遗其中遗传信息由传信息由RNA传递至传递至DNA时时,存在存在AT的配对。某些

25、的配对。某些RNA病毒侵染寄主细胞后病毒侵染寄主细胞后,寄主细胞内可进行逆转录过程寄主细胞内可进行逆转录过程,即遗传即遗传信息从信息从RNA传递至传递至DNA。【变式训练】【变式训练】 在其他条件具备的情况下在其他条件具备的情况下,在试管中加入物质在试管中加入物质X和物质和物质Z,可可得到相应产物得到相应产物Y。下列叙述正确的是。下列叙述正确的是()A.若若X是是DNA,Y是是RNA,则则Z可能是逆转录酶可能是逆转录酶B.若若X是是DNA,Y是是mRNA,则则Z可能是脱氧核苷酸可能是脱氧核苷酸C.若若X是是RNA,Y是是DNA,则则Z可能是可能是RNA聚合酶聚合酶D.若若X是是mRNA,Y是在

26、核糖体中合成的大分子是在核糖体中合成的大分子,则则Z可能是可能是氨基酸氨基酸答案答案:D解析解析:若若X是是DNA,Y是是RNA,则则Z可能是催化转录过程的可能是催化转录过程的RNA聚合酶。若聚合酶。若X是是DNA,Y是是mRNA,则则Z可能是合成可能是合成mRNA的原料核糖核苷酸。若的原料核糖核苷酸。若X是是RNA,Y是是DNA,则则Z可能是催化逆可能是催化逆转录过程的逆转录酶。若转录过程的逆转录酶。若X是是mRNA,Y是在核糖体上合成的是在核糖体上合成的大分子大分子,即蛋白质即蛋白质,则则Z可能是合成蛋白质的原料氨基酸。可能是合成蛋白质的原料氨基酸。素素 养养 提提 升升分析翻译过程的分析

27、翻译过程的3种模型种模型图图 1.分析图甲所示模型分析图甲所示模型(1)、分别为分别为tRNA、核糖体、核糖体、mRNA、肽链。、肽链。(2)核糖体与核糖体与mRNA的结合部位形成的结合部位形成2个个tRNA结合位点。结合位点。(3)翻译起点翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。(4)翻译终点翻译终点:识别到终止密码子时翻译停止。识别到终止密码子时翻译停止。(5)翻译进程翻译进程:核糖体沿着核糖体沿着mRNA移动移动,mRNA不移动。不移动。2.分析图乙所示模型分析图乙所示模型图乙表示真核细胞的翻译过程图乙表示真核细胞的翻译过程,其中其中是是mRNA

28、,是核糖是核糖体体,表示正在合成的表示正在合成的4条肽链条肽链,具体分析如下。具体分析如下。(1)数量关系数量关系:一个一个mRNA可同时结合多个核糖体可同时结合多个核糖体,形成多聚形成多聚核糖体。核糖体。(2)意义意义:少量的少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。分子可以迅速合成出大量的蛋白质。(3)方向方向:核糖体的移动方向为从右向左核糖体的移动方向为从右向左,判断依据是肽链的判断依据是肽链的长短长短,长的肽链是先翻译出来的。长的肽链是先翻译出来的。(4)结果结果:合成的仅是肽链合成的仅是肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加

29、工。内质网、高尔基体等结构中进一步加工。(5)形成的多条肽链的氨基酸序列相同的原因形成的多条肽链的氨基酸序列相同的原因:有相同的模有相同的模板板mRNA。3.分析图丙所示模型分析图丙所示模型图丙表示原核细胞中的转录和翻译过程图丙表示原核细胞中的转录和翻译过程,图中图中是是DNA模模板链板链,表示正在合成的表示正在合成的4条条mRNA,在核糖体上同时进在核糖体上同时进行着翻译过程。行着翻译过程。下图为原核生物某基因控制蛋白质合成的示意图。下列叙下图为原核生物某基因控制蛋白质合成的示意图。下列叙述正确的是述正确的是()A.过程过程DNA分子的两条链分子的两条链可可分别分别作作模板以提高合成蛋白质的

30、效率模板以提高合成蛋白质的效率B.过程需要过程需要RNA聚合酶参与聚合酶参与,此此酶酶能能识别识别RNA分子中特定的碱基序列分子中特定的碱基序列C.过程都发生碱基互补配对过程都发生碱基互补配对,配对方式均为配对方式均为AU、GCD.不同密码子编码同种氨基酸可减小基因中碱基改变造成不同密码子编码同种氨基酸可减小基因中碱基改变造成的影响的影响答案答案:D解析解析:过程为转录过程为转录,转录以转录以DNA分子的一条链为模板。转分子的一条链为模板。转录过程需要录过程需要RNA聚合酶参与聚合酶参与,RNA聚合酶能识别聚合酶能识别DNA分子中分子中特定的碱基序列特定的碱基序列(启动子启动子),并与之结合以催化转录过程。并与之结合以催化转录过程。过过程碱基互补配对方式为程碱基互补配对方式为AU、TA、GC、CG,为为翻译过程翻译过程,碱基互补配对方式为碱基互补配对方式为AU、UA、GC、CG。不同种密码子编码同种氨基酸增加了遗传密码的容错性。不同种密码子编码同种氨基酸增加了遗传密码的容错性,可减小基因中碱基改变造成的影响。可减小基因中碱基改变造成的影响。课课 堂堂 小小 结结