高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成评课课件ppt

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成评课课件ppt，共55页。PPT课件主要包含了核糖体，DNA，蛋白质，DNA基因，主要存在于细胞核中，蛋白质的合成，RNA的全称，核糖核酸，种核糖核苷酸，RNA等内容，欢迎下载使用。

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、互相争斗，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。
讨论：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？
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，也可以说是构建生物体的蓝图。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。
实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
在细胞质中的核糖体上进行
资料1： 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2：1955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。
资料3：1961年，布伦纳、雅各布、梅瑟生，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，裂解细菌分离出RNA与核糖体，分离的RNA含有14C标记，把得到的RNA分子分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA可与噬菌体的DNA形成DNA-RNA双链杂交分子，不能与细菌的DNA结台。
新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的
RNA充当了DNA的信使
2.RNA的基本单位：
3.RNA与DNA在化学组成上的主要区别：
（1）五碳糖不同：RNA的五碳糖是核糖，DNA的五碳糖是脱氧核糖；
（2）碱基不完全相同：RNA的碱基组成中没有T，而有U，DNA与之相反；
科学家常用同位素分别标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸来研究DNA、RNA的动态变化；
细胞核（主要）线粒体、叶绿体
mRNA——信使RNA
携带遗传信息，蛋白质合成的模板
tRNA——转运RNA
rRNA——核糖体RNA
4.RNA的种类及功能
(1)它也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基( C、G、A、U )共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，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。
5.RNA适于作DNA的信使的原因
①作为某些病毒的遗传物质
②某些RNA具有催化作用（酶）
④识别并转运氨基酸（tRNA）
③作为合成蛋白质的模板（mRNA）
⑤核糖体的组成成分（rRNA）
结合学过的内容,归纳RNA的作用有哪些?
例1.根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。 假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出（1）实验思路（2）预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）
标答与评分细则：（1）思路（6分）
甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
（2）结果及结论（4分）若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。
山东省阅卷细则（阅卷标准必须出现的要点）1.先看有没有尿嘧啶和胸腺嘧啶，若没有，0分；2.必须是“相互印证”的两组。如：若一组是标记的尿嘧啶，一组是空白对照，0分；3.必须出现“标记”两字，但是“荧光标记”不对；4.必须用宿主细胞培养新病毒，宿主细胞可用大肠杆菌代替；5.思路6分，要么是0分，要么是6分；结果与结论，可以是1、2、3、4分。
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
原料： 4种游离的核糖核苷酸
模板： DNA的一条链的片断
酶： RNA聚合酶
二、基因指导蛋白质的合成（基因的表达）
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。
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。
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
碱基互补配对原则（A-U，T-A，C-G，G-C）
遗传信息从DNA传递到mRNA
产生 mRNA、 tRNA、 rRNA
碱基互补配对 A -- U T -- A C -- G G -- C
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。
讨论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。
转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链（非模板链）的碱
讨论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？
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。
DNA复制和转录的比较
只解有遗传效应片段（基因）
DNA的两条链均为模板
解旋酶、 DNA聚合酶等
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留复制，边解旋边复制
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
（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
（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？
一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。
转录不是转录整个DNA，是转录其中要表达的基因
（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？
转录以基因为单位，一个基因只以一条链为模板，不同基因模板链不同
（5）分裂间期和分裂期可以进行转录吗？
分裂期的染色体高度螺旋，DNA很难解旋，转录很难发生。
（6）高度分化的细胞可以转录吗？
可以
不是所有的细胞都能进行DNA的复制，但是几乎所有的细胞可以进行转录，例如高度分化的细胞，会进行转录和翻译，但是不会进行DNA的复制。若细胞处于分裂期，转录难以进行。
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，但tRNA和rRNA的种类一般没有差异。
（7）同种生物的不同细胞中，mRNA、tRNA和rRNA的种类相同吗？
细胞核中转录形成的RNA通过______进入细胞质中，穿过___层膜，_______消耗能量
例1. 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，乙在细胞质基质中进行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
问题 1 ： mRNA 的碱 基与氨基酸之间的 对应关系是怎样的？
问题 2 ：游离在细 胞质中的氨基酸是 怎样运送到核糖体 的？
问题 3 ：遗传信息 的传递有什么规律？
(1)走进遗传密码破译
学生活动： ①运用数学方法推测出 RNA 碱基数目与氨基酸 数目之间的对应关系。 ②讨论伽莫夫的观点是“假说”还是“结论”。
学生活动： ①阅读材料找出实验自变量、因变量。根据实验结果你能得出什么实验结论。 ②给出 mRNA 上碱基，其编码几个氨基酸？
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。
学生活动： ①加入除去了 DNA 和 mRNA 的细胞提取液的作用 ②根据实验结果你能得出什么实验结论？
表 4—1“21 种氨基酸的密码子表”
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
UGA（硒代半胱氨酸）

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。
地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。
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。
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。
（2）游离在细胞质中的氨基酸是怎样运送到核糖体的？
氨基酸的搬运工——tRNA
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
位于tRNA上能与mRNA上的密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
决定氨基酸的密码子有61或62种，所以反密码子有 ；tRNA有 。
原料： 21种游离的氨基酸
碱基互补配对原则（A-U、G-C）
（3）总结：遗传信息的翻译
以mRNA为模板，以细胞质中游离的氨基酸为原料， 合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与mRNA上的密码子AUG（起始密码子）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
甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到位点2的tRNA上
核糖体读取下一个密码子，原来位点1的tRNA离开，原来占据位点2的tRNA进入位点1，新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码子，翻译终止。
合成的仅是肽链，还需要进一步加工成为成熟蛋白质
mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
翻译结束后，mRNA被迅速降解成单体，以保证生物体生命活动的有序进行。
（1）如何快速高效地进行翻译呢？
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。
（3）翻译能够精确进行的原因是什么？
（4）翻译合成的肽链就具有相应的生物学功能吗？
①mRNA为翻译提供了精确的模板；②通过mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。
（2）多条肽链的氨基酸序列是否相同？
相同，因为其模板相同。
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
（6）翻译的方向？ （即核糖体移动的方向）
由肽链_____→肽链_____的方向进行
现学现练：由下图判断翻译的方向？
（1）你从图中看出了二者的区别吗？
（2）为什么会是这样呢？
原核生物没有核膜，因此转录和翻译在同一空间进行，两个过程常紧密偶联，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)。　
(3)原核生物的拟核基因表达速率往往比真核生物的基因表达的速率要快很多，为什么？
原核生物基因表达时转录和翻译可以同步进行，真核生物基因表达时先完成转录，再完成翻译。
(4)控制某种蛋白质合成的基因刚转录的mRNA含有900个碱基，而翻译后从核糖体上脱离下来的多肽链只由76个氨基酸组成，请提出假说，解释原因？
基因刚转录的mRNA经过了加工。
（1）DNA中的碱基和mRNA之间的碱基关系
① 1链碱基数=2链碱基数=3链碱基数=1/2DNA碱基总数
② A1+T1 = T2+A2 = A3+U3 ；
G1+C1 = C2+G2 = G3+C3
③ （A1+T1）%（占1链的碱基比例） =（A2+T2）%（占2链的碱基比例） =（A3+U3）%（占3链的碱基比例） =（A+T）% （占整个DNA分子中的碱基总数比例）
例1.某DNA片段所转录的mRNA中U%＝28%，A%＝18%，则个DNA片段中T%和G%分别占（ ）
A.46%,54% B.23%,27% C.27%,23% D.46%,27%
DNA的碱基数：mRNA的碱基数：蛋白质中氨基酸数＝6n:3n:n=6:3:1
(2)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？
说明：因为DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA;转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以实际上基因（DNA）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数目小于n。因此一般题目中带有“至少”或“最多”字样。
例2.由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均分子量为a，则该蛋白质的分子量最大为（ ） A．na/6 B．na/3-18（n/3-1）C．na-18(n-1) D．na/6-18(n/6-1)
你能根据DNA复制和基因指导蛋白质合成的过程画一张流程图，表示遗传信息的传递方向吗？
三、中心法则——中心法则的发展
遗传信息可以从_______流向_______，即___________；也可以从___流向______，进而流向_________，即_________________________；
1.完整的中心法则图示
表示遗传信息传递的法则
RNA RNA
RNA DNA
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。
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是__________，蛋白质是_____________，而____为信息的流动提供能量，可见：
生命是______、______和_______的统一体
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
各种生物的遗传信息传递过程
例1.请写出以下生物的遗传信息的传递过程：
（1）具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)
（2）能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
（3）高度分化的细胞（洋葱表皮细胞）
（4）具有RNA复制功能的RNA病毒（烟草花叶病毒）
5.真核细胞与原核细胞基因结构
一、概念检测1. 基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。（1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。（ ）（2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。 （ ）
一、概念检测2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指 （ ）A. 基因上3个相邻的碱基B. DNA上3个相邻的碱基C. tRNA上3个相邻的碱基D. mRNA上3个相邻的碱基