4.1基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成課件-高一下學(xué)期生物人教版必修222

第四章

第1節(jié)

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

有些科幻電影圍繞著虛構(gòu)的未來場景，展現(xiàn)了這樣的科學(xué)幻想：各種各樣的恐龍飛奔跳躍、互相爭斗，而這些“復(fù)活”的恐龍是科學(xué)家利用提取的恐龍DNA培育繁殖而來的。討論：從原理上分析，利用已滅絕生物的DNA，真的能夠使它們復(fù)活嗎？

一種生物的整套DNA中儲存著該種生物生長、發(fā)育等生命活動所需的全部遺傳信息，也可以說是構(gòu)建生物體的藍(lán)圖。

但是，從DNA到具有各種性狀的生物體，需要通過極其復(fù)雜的基因表達(dá)及調(diào)控過程才能實現(xiàn)。因此，在可預(yù)見的將來，利用DNA來使滅絕的生物復(fù)活仍是難以做到的。RNA的結(jié)構(gòu)、分類和功能一基因的表達(dá)概述目錄CONTENTS二遺傳信息的轉(zhuǎn)錄三基因控制生物性狀指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)體現(xiàn)者基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，叫基因的表達(dá)。（主要在細(xì)胞核）（細(xì)胞質(zhì)中核糖體）問題：細(xì)胞核中DNA如何指導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)合成呢？細(xì)胞核核糖體細(xì)胞質(zhì)DNA(2nm)核孔0.9nm核糖體DNA蛋白質(zhì)核孔實現(xiàn)核質(zhì)之間頻繁的物質(zhì)交換和信息交流DNA(基因）主要存在于細(xì)胞核中蛋白質(zhì)的合成在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行信使信使核糖體DNA蛋白質(zhì)信使

資料1：1955年，戈德斯坦和普勞特觀察到放射性物質(zhì)標(biāo)記的RNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)。資料2：1955年，布拉切特以洋蔥根尖和變形蟲為材料，用RNA酶分解細(xì)胞中的RNA，蛋白質(zhì)的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白質(zhì)又開始合成。RNADNA蛋白質(zhì)（遺傳信息傳遞者）猜測：細(xì)胞核核糖體細(xì)胞質(zhì)DNA(2nm)核孔0.9nmRNA為什么RNA適于做DNA的信使呢？RNA的結(jié)構(gòu)、分類和功能一基因的表達(dá)概述目錄CONTENTS二遺傳信息的轉(zhuǎn)錄三核糖核酸4種核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸鳥嘌呤核糖核苷酸胞嘧啶核糖核苷酸尿嘧啶核糖核苷酸1RNA的全稱：2RNA的基本單位：（1）五碳糖不同：RNA的五碳糖是核糖，DNA的五碳糖是脫氧核糖；（2）堿基不完全相同：RNA的堿基組成中沒有T，而有U，DNA與之相反；

科學(xué)家常用同位素分別標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸來研究DNA、RNA的動態(tài)變化；DNA胸腺嘧啶(T)RNA尿嘧啶(U)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)脫氧核糖核糖磷酸3RNA與DNA在化學(xué)組成上的主要區(qū)別

種類DNARNA組成部分堿基磷酸五碳糖全稱基本組成單位空間結(jié)構(gòu)分布（真核細(xì)胞）特有：T特有：U共有：

A、G、C都有磷酸脫氧核糖核糖脫氧核糖核酸核糖核酸脫氧核苷酸核糖核苷酸多為規(guī)則雙螺旋結(jié)構(gòu)多為單鏈細(xì)胞核（主要）線粒體、葉綠體細(xì)胞質(zhì)（主要）3RNA與DNA在化學(xué)組成上的主要區(qū)別蛋白質(zhì)rRNAtRNAmRNA“三葉草型”轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）:轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的工具。信使RNA（mRNA）：遺傳信息傳遞的媒介。核糖體RNA（rRNA）：與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體。4RNA的種類及功能（局部雙鏈）單鏈轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA）核糖體RNA(rRNA）單鏈核糖體組成部分傳遞遺傳信息單鏈信使RNA(mRNA）①作為某些病毒的遺傳物質(zhì)②某些RNA具有催化作用（酶）④識別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸（tRNA）③作為合成蛋白質(zhì)的模板（mRNA）⑤核糖體的組成成分（rRNA）思考：結(jié)合學(xué)過的內(nèi)容，歸納RNA的作用有哪些?實驗一：變形蟲放射性標(biāo)記實驗(如下圖)。5探究遺傳信息的傳遞途徑細(xì)胞核分析討論下列問題：(1)從實驗一可以看出RNA的合成發(fā)生在細(xì)胞的哪一部位？(2)細(xì)胞核交換后，B組變形蟲的細(xì)胞質(zhì)為什么會出現(xiàn)有標(biāo)記的RNA分子？

細(xì)胞核中合成的RNA分子可以通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。(4)從實驗二可以得出的結(jié)論是什么？RNA與蛋白質(zhì)的合成有直接關(guān)系。(5)綜合分析實驗一和實驗二，你認(rèn)為遺傳信息的傳遞途徑是什么？DNA→RNA→蛋白質(zhì)。(3)實驗一的設(shè)計有何巧妙之處？在適當(dāng)?shù)臅r間交換了細(xì)胞核，形成了相互對照。實驗二：有人曾用洋蔥根尖和變形蟲進(jìn)行實驗，當(dāng)加入RNA酶后，細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成就停止了；再加入從酵母菌中提取出來的RNA，則又重新合成了一定數(shù)量的蛋白質(zhì)。思考：RNA為什么可以作為DNA的信使傳遞信息呢？

①RNA也是由核苷酸組成，含氮堿基有A、G、C、U，具備準(zhǔn)確傳遞遺傳信息的可能。②RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。③RNA與DNA的關(guān)系中，也遵循“堿基互補(bǔ)配對原則”；因此以mRNA為媒介可將遺傳信息傳遞到細(xì)胞質(zhì)中。④RNA為單鏈結(jié)構(gòu)，不穩(wěn)定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保證生命活動的有序進(jìn)行。6RNA適于作DNA的信使的原因1.下列關(guān)于RNA的敘述，錯誤的是A.有些RNA可催化細(xì)胞內(nèi)的某些生化反應(yīng)B.RNA的基本單位由磷酸、核糖和含氮堿基組成C.RNA參與構(gòu)成核糖體D.RNA參與構(gòu)成細(xì)胞膜D有些酶的化學(xué)本質(zhì)為RNA；RNA的基本單位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和含氮堿基組成；rRNA參與構(gòu)成核糖體。2.下列關(guān)于DNA和RNA的敘述，錯誤的是A.DNA和RNA都能攜帶生物的遺傳信息B.真核細(xì)胞中RNA主要分布在細(xì)胞質(zhì)中C.原核細(xì)胞中同時含有DNA和RNA分子D.RNA分子徹底水解的產(chǎn)物有5種DRNA徹底水解的產(chǎn)物是核糖、磷酸和4種堿基，共6種，D錯誤。RNA的結(jié)構(gòu)、分類和功能一基因的表達(dá)概述目錄CONTENTS二遺傳信息的轉(zhuǎn)錄三3'5'遺傳信息儲主要存在細(xì)胞核的DNA中蛋白質(zhì)的合成發(fā)生在核糖體充當(dāng)信使的中間物質(zhì)---RNA真核細(xì)胞原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄翻譯（1）定義：通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程。（2）場所：（3）條件：真核生物：細(xì)胞核（主要）、葉綠體和線粒體（基質(zhì)）原核生物：擬核、細(xì)胞質(zhì)原料：

4種游離的核糖核苷酸模板：

DNA的一條鏈的片斷能量：

ATP酶：

RNA聚合酶RNA聚合酶TCGTCAGCTAGCAGTCGADNA模板鏈（4）過程：RNA聚合酶DNA模板鏈UUAUGCCCCGGAGCAGTCGAC游離的核糖核苷酸RNA聚合酶DNA模板鏈AGCAGTCGATCGTCAGCTCGCA（5）原則：堿基互補(bǔ)配對原則（A-U，T-A，C-G，G-C）（6）特點：（7）實質(zhì)：邊解旋邊轉(zhuǎn)錄遺傳信息從DNA傳遞到mRNA（8）結(jié)果：產(chǎn)生

mRNA、tRNA、rRNA堿基互補(bǔ)配對A--UT--AC--GG--CDNARNA：遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程討論1：轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制有什么共同之處？這對保證遺傳信息的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)錄有什么意義？

轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制都需要模板、都需要ATP提供能量、都遵循堿基互補(bǔ)配對原則等等。其中，堿基互補(bǔ)配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。討論2：與DNA復(fù)制相比，轉(zhuǎn)錄所需要的原料和酶各有什么不同？

DNA復(fù)制所需要的原料是4種游離的脫氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；轉(zhuǎn)錄所需要的原料是4種游離的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。：遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制完全解旋只解開有遺傳效應(yīng)的片段

轉(zhuǎn)錄時，游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補(bǔ)配對。因此，轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基與DNA模板鏈的堿基是互補(bǔ)配對的關(guān)系。該RNA的堿基序列與DNA另一條鏈（非模板鏈）的堿基序列的區(qū)別是RNA鏈上的堿基U，對應(yīng)在非模板鏈上的堿基是T。討論3.轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列，與DNA兩條單鏈的堿基序列各有哪些異同？DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄時間場所解旋模板原料酶配對方式特點方向產(chǎn)物意義細(xì)胞分裂前的間期生長發(fā)育過程完全解旋只解有遺傳效應(yīng)片段（基因）DNA的兩條鏈均為模板DNA的一條鏈為模板四種游離脫氧核苷酸四種游離核糖核苷酸解旋酶、

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半保留復(fù)制，邊解旋邊復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄2個子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA使遺傳信息從親代傳遞給子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性遺傳信息從DNA傳遞到RNA（mRNA）上，為翻譯做準(zhǔn)備主要在細(xì)胞核或擬核，少部分在線粒體、葉綠體、質(zhì)粒新鏈從5’端-3’端延伸新鏈從5’端-3’端延伸（1）轉(zhuǎn)錄時，DNA鏈完全解開嗎？不是，只解旋有遺傳效應(yīng)的片段，即基因片段（2）一個DNA分子中某個基因轉(zhuǎn)錄時，其他基因是否一定也在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄？一個DNA分子中的兩個基因，不一定同時進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。核心討論：轉(zhuǎn)錄不是轉(zhuǎn)錄整個DNA，是轉(zhuǎn)錄其中要表達(dá)的基因（3）一個基因的兩條鏈都能轉(zhuǎn)錄嗎？只以一條鏈為模板（4）不同基因的模版鏈?zhǔn)欠裣嗤?？不同基因模板鏈不同轉(zhuǎn)錄以基因為單位，一個基因只以一條鏈為模板，不同基因模板鏈不同【討論1】核心討論：（5）分裂間期和分裂期可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄嗎？分裂期的染色體高度螺旋，DNA很難解旋，轉(zhuǎn)錄很難發(fā)生。（6）高度分化的細(xì)胞可以轉(zhuǎn)錄嗎？可以

不是所有的細(xì)胞都能進(jìn)行DNA的復(fù)制，但是幾乎所有的細(xì)胞可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，例如高度分化的細(xì)胞，會進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，但是不會進(jìn)行DNA的復(fù)制。若細(xì)胞處于分裂期，轉(zhuǎn)錄難以進(jìn)行?！居懻?】核心討論：

同種生物的不同細(xì)胞中，由于基因的選擇性表達(dá)，mRNA的種類和數(shù)量一般是不相同的，但tRNA和rRNA的種類一般沒有差異。（7）同種生物的不同細(xì)胞中，mRNA、tRNA和rRNA的種類相同嗎？易錯提示：

細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄形成的RNA通過______進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，穿過___層膜，_______消耗能量核孔0需要【討論1】核心討論：課堂小結(jié)3.下列關(guān)于真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄的敘述，錯誤的是A.tRNA、rRNA和mRNA都由DNA轉(zhuǎn)錄而來B.同一細(xì)胞中兩種RNA的合成有可能同時發(fā)生C.細(xì)胞中的RNA合成過程不會在細(xì)胞核外發(fā)生D.轉(zhuǎn)錄出的RNA鏈與模板鏈的相應(yīng)區(qū)域堿基互補(bǔ)C真核細(xì)胞中的RNA主要在細(xì)胞核內(nèi)合成，線粒體和葉綠體中的DNA也能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄合成RNA，C錯誤。4.如圖為真核生物細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄過程的示意圖，下列說法正確的是圖中①鏈為模板鏈，②鏈為RNA，①鏈中的堿基A與②鏈中的堿基U互補(bǔ)配對；轉(zhuǎn)錄完成后，②通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，穿過0層膜。A.①鏈的堿基A與②鏈的堿基T互補(bǔ)配對B.②是以4種核糖核苷酸為原料合成的C.如果③表示酶分子，則它的名稱是DNA聚合酶D.轉(zhuǎn)錄完成后，②需要通過兩層生物膜才能與核糖體結(jié)合B5.圖甲和圖乙是在人體某細(xì)胞的細(xì)胞核中發(fā)生的兩個過程，下列相關(guān)判斷不正確的是A.該細(xì)胞可能是造血干細(xì)胞，不可能是胰島B細(xì)胞B.與圖甲過程相比，圖乙過程可頻繁發(fā)生C.圖甲過程形成產(chǎn)物的長度與圖乙形成的大致相同D.基因1與基因2轉(zhuǎn)錄的模板鏈可能不在DNA的一條單鏈上C核心探討6.如圖表示某真核生物細(xì)胞內(nèi)DNA的轉(zhuǎn)錄過程，請據(jù)圖分析回答下列問題：(1)圖中遺傳信息的轉(zhuǎn)錄方向為

(用“→”或“←”表示)。(2)a為啟動上述過程必需的有機(jī)物，其名稱是

。(3)b和c的名稱分別是

、

。(4)此過程中的堿基配對方式為

。←RNA聚合酶胞嘧啶脫氧核苷酸胞嘧啶核糖核苷酸A—U、T—A、C—G、G—C7.研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某些基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子難與模板鏈分離時，非模板鏈、RNA—DNA雜交體共同構(gòu)成R環(huán)結(jié)構(gòu)，