高中生物 第4章 第1節(jié) 基因指導蛋白質的合成課件 新人教版必修2.ppt

成才之路 生物 路漫漫其修遠兮吾將上下而求索 人教版 必修2 基因的表達 第四章 苯丙酮尿癥 pku 是由于患兒體內先天性苯丙氨酸羥化酶缺陷所引起的苯丙氨酸 phe 代謝障礙性疾病 苯丙氨酸 phe 是人體的一種必需氨基酸 全由食物供給 不能缺少 但phe在體內過多 又會使腦組織萎縮 嚴重影響兒童的智力 本病發(fā)生率約為1 20000 其臨床癥狀主要有三 1 智力低下 約有1 3的患兒還伴有癲癇 2 尿有霉臭味或鼠尿味 3 皮膚和眼睛鞏膜色素變淺 頭發(fā)呈黃色 面色白嫩 到目前為止 尚無治療pku的特效藥物 控制患兒的飲食 使其少進食含phe豐富的食物 從而使血液中的phe濃度降低 是今日治療pku的唯一方法 嬰兒期患兒要食用特制的無苯丙氨酸或低苯丙氨酸奶粉 年長兒童也需進食含低苯丙氨酸的米或面 要求患兒定期檢測血液中的phe濃度 調整飲食結構 使phe血濃度保持在正?；蛏愿咚?可保障大腦的正常發(fā)育 科學家進一步研究發(fā)現 苯丙酮尿癥是由于位于12號染色體長臂的基因的微小變異引起的 并非由于基因缺失 基因的改變是如何決定性狀變化的 基因和性狀之間又有什么樣的關系 通過本章的學習 我們就能回答上面的問題 本章包括3節(jié)內容 第1節(jié) 基因指導蛋白質的合成 第2節(jié) 基因對性狀的控制 第3節(jié) 遺傳密碼的破譯 選學 基因的表達是通過dna控制蛋白質的合成來實現的 包括轉錄和翻譯兩個階段 轉錄是在細胞核內進行的 是以dna的一條鏈為模板 按照堿基互補配對原則 合成mrna的過程 翻譯是在細胞質中進行的 是指以mrna為模板 合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程 中心法則描述了遺傳信息的流動方向 主要內容包括dna復制 轉錄 翻譯 rna復制 逆轉錄5個不同的遺傳信息流動方向 基因控制生物的性狀是通過指導蛋白質的合成來實現的 有兩種方式 一是通過控制酶的合成來控制代謝過程 進而控制生物體的性狀 二是通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀 基因與性狀之間并不是簡單的一一對應關系 有些性狀是由多個基因共同決定的 有的基因可決定或影響多種性狀 一般來說 性狀是基因與環(huán)境共同作用的結果 本章研究的是遺傳學最基本的問題 對于理解生物的遺傳有重要意義 也是學習后面三章內容不可缺少的基礎 學習本章時要注意以下幾點 1 在進行遺傳信息的轉錄和翻譯過程的學習時 要注意這一過程中每個步驟及其所涉及的知識的內在聯系 建議用一條主線將各方面內容貫穿起來 并充分培養(yǎng)自己閱讀圖文的能力 2 在本章中 思考與討論 欄目比較豐富 利用好這些欄目 能夠培養(yǎng)自己的能力 增加對知識內容理解的深度 3 我們在學習書中內容的同時 還應該關注生物科學的發(fā)展史 認識到科學研究需要有創(chuàng)新精神 第1節(jié)基因指導蛋白質的合成 第四章 1 rna有三種 信使rna mrna 轉運rna trna 和核糖體rna rrna 2 轉錄的主要場所是細胞核 條件是模板 dna的一條鏈 原料 4種核糖核苷酸 酶 rna聚合酶 和能量 3 翻譯的場所是核糖體 條件是模板 mrna 原料 20種氨基酸 酶和能量 4 密碼子共有64種 其中決定氨基酸的密碼子有61種 3種終止密碼子不決定氨基酸 5 一種氨基酸對應一種或多種密碼子 一種密碼子最多只決定一種氨基酸 6 每種trna只能識別并轉運一種氨基酸 一種氨基酸可由一種或多種trna識別和轉運 目標導航 1 簡述dna與rna的主要區(qū)別 2 說明密碼子 反密碼子 遺傳信息之間的關系 3 概述遺傳信息的轉錄與翻譯過程 重 難點 情境導入 俗話說 龍生龍 鳳生鳳 老鼠的兒子會打洞 生物的后代在性狀表現和生活習性等方面表現出了驚人的遺傳性 而我們從上一章學習中知道 這一切僅僅是親代把自己的dna復制了一份傳給了子代而已 這是多么神奇的現象啊 問題探究 1 后代在性狀表現和生活習性等方面與親代相似的根本原因是什么 2 基因是怎樣控制后代的性狀的 提示 1 后代表現與親代相似的根本原因是獲得了親代復制后傳遞過來的遺傳物質 主要是dna 2 基因是通過控制后代蛋白質的合成來控制后代的性狀的 一 遺傳信息的轉錄1 rna的組成 結構和種類 預習導學 核糖核苷酸 核糖 a 鳥嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶 單鏈 短 mrna trna和rrna 細胞核 dna的一條鏈 核糖核苷酸 rna 2 過程 rna聚合 堿基 堿基互補配對 一條鏈 核糖核苷酸 氫鍵 rna聚合酶 mrna dna鏈 雙螺旋 二 遺傳信息的翻譯1 概念 對翻譯概念的解讀連線 1 場所a 20種氨基酸 2 模板b 具有一定氨基酸順序的蛋白質 3 原料c 細胞質的核糖體上 4 產物d mrna 2 密碼子和反密碼子的比較 mrna 3個 64 61 trna mrna 3個 61 3 翻譯過程 核糖體 trna mrna trna 終止密碼子 空間結構 功能 根據mrna中堿基的排列順序能否準確寫出氨基酸的序列 若已知氨基酸的序列 能否確定mrna中的堿基排列順序 提示 前者可以 后者不能確定 因為一種密碼子對應一種氨基酸 但一種氨基酸可以有多個密碼子 思維激活 一 問題探討提示 此節(jié)問題探討意在引導學生思考dna在生物體內有哪些作用 又是如何發(fā)揮作用的 一種生物的整套dna分子中貯存著該種生物生長 發(fā)育等生命活動所需的全部遺傳信息 也可以說是構建生物體的藍圖 但是 從dna到具有各種性狀的生物體 需要通過極其復雜的基因表達及其調控過程才能實現 因此 在可預見的將來 利用dna分子來使滅絕的生物復活仍是難以做到的 二 思考與討論一1 提示 可以從所需條件 過程中的具體步驟和過程中所表現出的規(guī)律等角度來分析 例如 轉錄與復制都需要模板 都遵循堿基互補配對規(guī)律 等等 堿基互補配對規(guī)律能夠保證遺傳信息傳遞的準確性 2 轉錄成的rna的堿基序列 與作為模板的dna單鏈的堿基序列之間的堿基是互補配對關系 與dna雙鏈間堿基互補配對不同的是 rna鏈中與dna鏈的a配對的是u 不是t 與dna另一條鏈的堿基序列基本相同 只是dna鏈上t的位置 rna鏈上是u 三 思考與討論二1 最多能編碼16種氨基酸 2 至少需要3個堿基 四 思考與討論三1 對應的氨基酸序列是 甲硫氨酸 谷氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 脯氨酸 絲氨酸 賴氨酸 脯氨酸 2 提示 這是一道開放性較強的題 答案并不唯一 旨在培養(yǎng)學生的分析能力和發(fā)散性思維 通過這一事實可以想到生物都具有相同的遺傳語言 所有生物可能有共同的起源或生命在本質上是統一的 等等 3 提示 此題具有一定的開放性 旨在促進學生積極思考 不必對答案做統一要求 可以從增強密碼子容錯性的角度來解釋 當密碼子中有一個堿基改變時 由于密碼子的簡并性 可能并不會改變其對應的氨基酸 也可以從密碼子使用頻率來考慮 當某種氨基酸使用頻率高時 幾種不同的密碼子都編碼一種氨基酸可以保證翻譯的速度 五 思考與討論四1 提示 此題旨在檢查對蛋白質合成過程的理解 可以參照教材中圖的表示方法來繪制 2 提示 根據mrna的堿基序列和密碼子表就可以寫出肽鏈的氨基酸序列 六 想像空間dna相當于總司令 在戰(zhàn)爭中 如果總司令總是深入前沿陣地直接指揮 就會影響他指揮全局 dna被核膜限制在細胞核內 使轉錄和翻譯過程分隔在細胞的不同區(qū)域進行 有利于這兩項重要生命活動的高效 準確進行 1 dna與rna的比較 遺傳信息的轉錄 要點歸納 2 rna的分類 1 信使rna mrna 單鏈結構 由dna轉錄而來 其堿基序列包含遺傳信息 因將dna中遺傳信息轉錄下來故名 遺傳密碼位于mrna上 2 轉運rna trna 三葉草結構 頭端特定的三個堿基叫反密碼子 尾端連接特定的氨基酸 在蛋白質合成中運輸氨基酸 所以叫做轉運rna 3 核糖體rna rrna 是核糖體的重要組成部分 3 轉錄 1 轉錄的概念 rna是在細胞核中以dna一條鏈為模板合成的 這一過程稱為轉錄 轉錄的場所 細胞核中 模板 以dna分子的一條鏈為模板 結果 產生mrna 2 轉錄的過程 dna雙鏈解開 dna雙鏈的堿基得以暴露 游離的核糖核苷酸隨機地與dna鏈上的堿基碰撞 當核糖核苷酸與dna的堿基互補時 兩者以氫鍵結合 3 轉錄與dna分子復制的區(qū)別 1 轉錄區(qū)別于dna分子自我復制的地方為原料是核糖核苷酸 遵循堿基互補配對原則 但dna單鏈中的a 腺嘌呤 與u 尿嘧啶 配對 2 新結合的核糖核苷酸連接到正在合成的mrna分子上 此處用到的酶為rna聚合酶 3 合成的mrna從dna分子上釋放 而后dna雙鏈恢復 4 dna分子的兩條鏈中 被轉錄的那條鏈叫模板鏈 也叫有意義鏈或信息鏈 典例導析 解析 由于一條鏈中含t堿基 另一條鏈中含u堿基 因此該片段是由dna和rna組成的 該圖所示也可以是由rna dna過程中的一個片段 a項錯誤 徹底水解該片段得到a t c g u這5種堿基 核糖和脫氧核糖2種五碳糖 1種磷酸 b項正確 該片段中共含有4種核糖核苷酸和4種脫氧核苷酸 c項正確 一般情況下 該圖表示轉錄過程 主要發(fā)生于細胞核或擬核中 d項正確 答案 a a r表示的節(jié)段 正處于解旋狀態(tài) 形成這種狀態(tài)需要解旋酶b 圖中 是以4種脫氧核苷酸為原料合成的c 如果圖中 表示酶分子 則它的名稱是dna聚合酶d 圖中的 合成后 在細胞核中與核糖體結合并控制蛋白質的合成 答案 a 解析 r所示的節(jié)段 正處于解旋狀態(tài) dna解旋需要解旋酶參與 a項正確 合成 mrna需要的原料為4種核糖核苷酸 b項錯誤 是合成rna的酶 名稱為rna聚合酶 c項錯誤 在真核細胞內 mrna合成后 要通過核孔進入到細胞質中與核糖體結合并控制蛋白質的合成 d項錯誤 1 翻譯的概念游離在細胞質中的各種氨基酸 以mrna為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質 這一過程叫翻譯 1 部位 細胞質 2 原料 各種游離氨基酸 3 模板 mrna 4 結果 一定氨基酸順序的蛋白質 5 實質 將mrna中的堿基序列 攜帶遺傳信息 翻譯為蛋白質的氨基酸序列 具體性狀 遺傳信息的翻譯 要點歸納 2 堿基與氨基酸之間的對應關系dna rna各自只有4種堿基 而組成生物體蛋白質的氨基酸有20種 4種堿基和20種氨基酸的對應關系是怎樣的呢 若1個堿基決定1個氨基酸 則4種堿基只能決定4種氨基酸 這顯然是不夠的 若2個堿基編碼1個氨基酸 最多能編碼4 4 16個氨基酸 這與20種氨基酸相比也是不夠的 由以上分析可知 1個氨基酸的編碼至少需要3個堿基 3個堿基有4 4 4 64種組合 才足以組合出構成蛋白質的20種氨基酸 密碼子 mrna上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基叫做密碼子 共64個遺傳密碼子 3 氨基酸的 搬運工 trnatrna的基本結構單位為核糖核苷酸 為rna的一種 trna種類眾多 但每一種trna只能識別并轉運一種氨基酸 trna呈三葉草形 其一端為攜帶氨基酸的部位 另一端有3個堿基 每個trna上的這3個堿基可以與mrna上的密碼子互補配對 稱反密碼子 4 翻譯過程 1 比較轉錄和翻譯的不同點 2 蛋白質合成過程中的重難點歸納與突破 轉運rna trna 具有兩個特異性端 一為氨基酸臂 是攜帶一定氨基酸的 一為反密碼子環(huán) 其上裸露著三個堿基 稱反密碼子 不同的轉運rna其反密碼子是不同的 氨基酸的遺傳密碼是在信使rna mrna 上而不是在氨基酸上 氨基酸上是沒有堿基的 這一點容易誤解 應注意 若一個trna的反密碼子是cga 那么它運載的氨基酸一定是丙氨酸 因為丙氨酸的遺傳密碼 gcu 是與其反密碼子 cga 具有互補配對關系的 也就是說 trna所攜帶的氨基酸 其遺傳密碼一定是與該trna的反密碼子互補配對 蛋白質的合成過程比較難理解 讓我們打個比方來理解這個過程 許多大人各自領著自己的孩子 將他們安排到電影院的一排座位上看電影 就類似于蛋白質的合成過程 大人 轉運rna 有兩個特異性端 即左手和右手 左手拿著電影票 反密碼子 右手領著自己的小孩 氨基酸 來到電影院 核糖體 找到座號 遺傳密碼 將自己的小孩安排下 離開電影院 這樣 這許多小孩 氨基酸 就通過大人 trna 領著 攜帶 按照影院座號 mrna上的遺傳密碼 排成了一定順序 多肽 1 密碼子是在mrna上決定一個氨基酸的三個相鄰堿基 trna上與其配對的三個堿基稱為反密碼子 從理論上講 4種堿基可以組合成64個密碼子 43 64個 決定20種氨基酸 所以有的氨基酸不只有一種密碼子 2 一種密碼子只能決定一種氨基酸 一種氨基酸可以有幾種密碼子對應著 一種trna只能轉運一種氨基酸 但一種氨基酸可由多種trna轉運 3 uaa uag uga三種密碼子不能決定氨基酸 稱為蛋合質合成的終止密碼 4 密碼子在生物界是通用的 說明生物是由共同的原始祖先進化來的 彼此之間存在著或遠或近的親緣關系 典例導析 a 能給該過程提供遺傳信息的只能是dnab 該過程合成的產物一定是酶或激素c 有多少個密碼子 就有多少個反密碼子與之對應d 該過程有水產生 解析 翻譯的直接模板是mrna 而不是dna a項錯誤 翻譯的產物是多肽 經加工后形成蛋白質 但并不是所有的蛋白質都是酶或激素 b項錯誤 終止密碼子不與氨基酸對應 所以沒有與終止密碼子對應的反密碼子 c項錯誤 氨基酸脫水縮合形成多肽 d項正確 答案 d 2015 濰坊檢測 正常出現肽鏈終止 是因為 a 一個與mrna鏈終止密碼子相應的trna不能攜帶氨基酸b 不具有與mrna鏈終止密碼子相應的反密碼子c mrna在mrna鏈終止密碼子處停止合成d trna上出現終止密碼子 答案 b 解析 終止密碼子不對應反密碼子 trna上沒有終止密碼子 終止密碼子位于mrna上 1 基因表達的理解 1 基因與性狀的關系 基因是決定生物性狀的基本單位 2 基因與染色體的關系 染色體是基因的主要載體 基因在染色體上呈線性排列 3 基因與dna的關系 基因是具有遺傳效應的dna片段 4 基因與遺傳信息的關系 基因的脫氧核苷酸排列順序代表遺傳信息 基因控制蛋白質的合成 5 基因與蛋白質的關系 基因通過dna控制蛋白質的合成來控制生物的性狀 2 基因控制蛋白質合成 如圖所示 復制 轉錄 翻譯的比較 見下表 如何解決這類問題 關鍵搞清以下問題 氨基酸是構成蛋白質的基本單位 有關氨基酸脫水縮合的知識在第一冊已講過 在本節(jié)知識中 蛋白質的合成受基因控制 信使rna上三個相鄰的堿基決定一個氨基酸 因此蛋白質中氨基酸的數目與信使rna上的堿基數目存在著1 3的對應關系 而信使rna又是通過基因中的信息鏈轉錄而來 由于基因是雙鏈 而只有一條鏈能轉錄 所以基因中的堿基數目與信使rna上的堿基數目存在著2 1的對應關系 因此蛋白質中的氨基酸數目與基因中的堿基數目存在著1 6的對應關系 關于基因控制蛋白質合成過程中的有關計算問題 在合成蛋白質時 需要轉運rna作為運載氨基酸的工具 每個轉運rna每次只能運載一個特定的氨基酸 因此一個蛋白質中有多少個氨基酸 就有多少個轉運rna參加了轉運 綜上所述 可把上面有關的知識總結成如下的關系式 1 蛋白質中肽鏈的條數 縮合時脫下的水分子數或蛋白質中的肽鍵數 蛋白質中氨基酸的數目 參加轉運的trna 參加轉運的trna中反密碼子堿基數 信使rna的堿基數 dna 基因 堿基數 1 1 1 3 3 6 2 蛋白質平均相對分子質量 氨基酸平均相對分子質量 氨基酸數目 氨基酸數目 蛋白質中肽鏈數 水相對分子質量 3 涉及化學常識的計算問題 2 1955年 尼倫伯格和馬太成功建立了體外蛋白質合成系統 破譯了第一個密碼子 苯丙氨酸 uuu 具體的做法是在代表 體外蛋白質合成系統 的20支試管中各加入作為模板 mrna 的多聚尿嘧啶核苷酸 即只由u組成的mrna 再向20支試管中分別加入20種氨基酸中的一種 結果只有加入苯丙氨酸的試管中才出現了多聚苯丙氨酸肽鏈 體外蛋白質合成系統中除了加入全套必要的酶系統 trna 人工合成的mrna和氨基酸外 還需提供 3 上述實驗后 又有科學家用c u兩種堿基相間排列的mrna為模板 檢驗1個密碼子是否含有3個堿基 如果密碼子是連續(xù)翻譯的 假如一個密碼子中含有2個或4個堿基 則該mrna指導合成的多肽鏈中應由 種氨基酸組成 假如一個密碼子中含有3個堿基 則該mrna指導合成的多肽鏈中應由 種氨基酸組成 4 1964年又有科學家用2個 3個或4個堿基為單位的重復序列 最終破譯了全部密碼子 包括終止密碼子 下表是部分實驗 說明 表中 uc n表示ucucucucucuc 這樣的重復mrna序列 請分析上表后推測下列氨基酸的密碼子 亮氨酸 絲氨酸 苯丙氨酸 標準答案 1 6461 2 atp和核糖體 3 1 2 4 cuu cucucuuuc 方法警示 得分要點 2 必須為 atp和核糖體 3 第二個空必須為 2 4 第一個空必須