4.1+基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成(第2課時(shí)) 高一生物 (人教版2019必修2)_第1頁(yè)
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第1節(jié)

基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

Gene

guided

protein

synthesis目標(biāo)010203教學(xué)目標(biāo)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析RNA中堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(科學(xué)思維)通過對(duì)翻譯過程和中心法則的學(xué)習(xí)認(rèn)同當(dāng)今生物可能有共同的起源。(生命觀念)通過建模的方法模擬翻譯的過程。(科學(xué)探究)溫故知新DNA核苷酸語言mRNA核苷酸語言氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序(氨基酸語言)DNA的遺傳信息怎么傳給mRNA的?mRNA的堿基序列如何決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列?轉(zhuǎn)錄翻譯一、翻譯游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸,以mRNA為模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì),這一過程叫作翻譯。1.概念:mRNA(堿基序列)蛋白質(zhì)(氨基酸序列)?問題一:mRNA的4種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的21種氨基酸的呢?問題二:精通兩種語言的結(jié)構(gòu)?一、翻譯如果1個(gè)堿基對(duì)應(yīng)1個(gè)氨基酸,4種堿基決定_______種氨基酸;如果2個(gè)堿基對(duì)應(yīng)1個(gè)氨基酸,4種堿基決定________種氨基酸;如果3個(gè)堿基對(duì)應(yīng)1個(gè)氨基酸,4種堿基決定________種氨基酸。416(42)64(43)<21種氨基酸<21種氨基酸>21種氨基酸至少3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸才能滿足需要。數(shù)學(xué)小游戲問題一:mRNA的4種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的21種氨基酸的呢?一、翻譯實(shí)驗(yàn)證據(jù)1961年克里克實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料:T4噬菌體實(shí)驗(yàn)過程:增加或刪除1個(gè)/2個(gè)/3個(gè)堿基,觀察是否能正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:①增加或刪除1個(gè)/2個(gè)堿基,無法正常產(chǎn)生蛋白質(zhì);②增加或刪除3個(gè)堿基,可以正常產(chǎn)生蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸。mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸。每3個(gè)這樣的堿基叫作1個(gè)密碼子。問題一:mRNA的4種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的21種氨基酸的呢?一、翻譯第一個(gè)堿基第二個(gè)堿基第三個(gè)堿基UCAGU苯丙氨酸絲氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸絲氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸絲氨酸終止終止、硒代半胱氨酸A亮氨酸絲氨酸終止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸組氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸組氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA異亮氨酸蘇氨酸天冬酰胺絲氨酸U異亮氨酸蘇氨酸天冬酰胺絲氨酸C異亮氨酸蘇氨酸賴氨酸精氨酸A甲硫氨酸(起始)蘇氨酸賴氨酸精氨酸GG纈氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U纈氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C纈氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A纈氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸谷氨酸甘氨酸G一、翻譯2.密碼子:探究活動(dòng)一:請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本67頁(yè),小組合作,討論并回答下列問題:1.密碼子共有多少種?起始密碼子幾種?分別為?終止密碼子有幾種?分別為?所有的密碼子都編碼氨基酸嗎?2.查閱密碼子表,ACU編碼什么氨基酸?蘇氨酸的密碼子是什么?根據(jù)此結(jié)果,你能得到什么結(jié)論?3.幾乎所有的生物體都共用上述密碼子。根據(jù)這一事實(shí),你能想到什么?一、翻譯1.密碼子共有多少種?起始密碼子幾種?分別為?終止密碼子有幾種?分別為?所有的密碼子都編碼氨基酸嗎?2.查閱密碼子表,ACU編碼什么氨基酸?蘇氨酸的密碼子是什么?根據(jù)此結(jié)果,你能得到什么結(jié)論?密碼子共有64種,起始密碼子有2種,分別是AUG、GUG,終止密碼子有3種,分別是UAA、UAG、UGAACU編碼的氨基酸為蘇氨酸,蘇氨酸的密碼子是ACU、ACC、ACA、ACG絕大多數(shù)氨基酸都有幾個(gè)密碼子。②密碼子的簡(jiǎn)并性③密碼子的通用性一種密碼子決定一種氨基酸。①密碼子的專一性一、翻譯3.幾乎所有的生物體都共用上述密碼子。根據(jù)這一事實(shí),你能想到什么?思考:你認(rèn)為密碼子的簡(jiǎn)并性對(duì)生物體的生存發(fā)展有什么意義?①增強(qiáng)密碼子的容錯(cuò)性:當(dāng)密碼子中有一個(gè)堿基改變時(shí),由于密碼子的簡(jiǎn)并性,可能并不會(huì)改變其對(duì)應(yīng)的氨基酸(比如密碼子AUG突變?yōu)锳CC,但都對(duì)應(yīng)蘇氨酸)②從密碼子的使用頻率來看,當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時(shí),幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸,這樣可以保證翻譯的速度。當(dāng)今生物可能有著共同的起源。(通用性)一、翻譯問題二:游離在細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸,是怎么送到合成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”上的?3.tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)RNA)

:3'5'結(jié)合氨基酸的部位堿基配對(duì)探究活動(dòng)二:請(qǐng)同學(xué)們看圖思考下列問題:1.tRNA的形狀像什么?是單鏈還是雙鏈?如何維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的呢?2.結(jié)合氨基酸的部位在

端(3’或5’)。3.結(jié)合氨基酸的另一端有3個(gè)堿基可以與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì),這3個(gè)堿基叫作

。AAG3’反密碼子1.tRNA形似三葉草,單鏈結(jié)構(gòu),

在某些部位形成雙鏈區(qū)域,以氫鍵連接。AAG賴氨酸UUC苯丙氨酸

CUU亮氨酸5’3’一、翻譯

問題三:tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)來的氨基酸在核糖體上是如何形成蛋白質(zhì)的?

觀看翻譯的視頻,結(jié)合教材68頁(yè)圖4-7,嘗試描述翻譯的過程并回答以下問題。1.mRNA上的什么信息決定翻譯的起始和終止?2.核糖體上有幾個(gè)tRNA的結(jié)合位點(diǎn)?核糖體移動(dòng)的方向是什么?

3.氨基酸的排列順序是由mRNA的堿基序列決定還是由tRNA決定?4.翻譯合成的肽鏈能直接承擔(dān)相應(yīng)的生物學(xué)功能嗎?一、翻譯1.mRNA上的什么信息決定翻譯的起始和終止?2.核糖體上有幾個(gè)tRNA的結(jié)合位點(diǎn)?核糖體移動(dòng)的方向是什么?

3.氨基酸的排列順序是由mRNA的堿基序列決定還是由tRNA決定?4.翻譯合成的肽鏈能直接承擔(dān)相應(yīng)的生物學(xué)功能嗎?問題三:tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)來的氨基酸在核糖體上是如何形成蛋白質(zhì)的?

觀看翻譯的視頻,結(jié)合教材68頁(yè)圖4-7,嘗試描述翻譯的過程并回答以下問題。起始密碼子決定翻譯的起始終止密碼子決定翻譯的終止核糖體移動(dòng)的方向一、翻譯4.翻譯的過程

:UAAUCCUCUGGCGCAUACUGGUGGUCCUAA3’5’組UGGAUC甲硫位點(diǎn)1第1步

攜帶甲硫氨酸的tRNA,通過與堿基AUG互補(bǔ)配對(duì),進(jìn)入位點(diǎn)1一、翻譯4.翻譯的過程

:UAAUCCUCUGGCGCAUACUGGUGGUCCUAA3’5’組UGGAUC甲硫位點(diǎn)1位點(diǎn)2第2步:攜帶某個(gè)氨基酸的tRNA以同樣的方式進(jìn)入位點(diǎn)2一、翻譯4.翻譯的過程

:UAAUCCUCUGGCGCAUACUGGUGGUCCUAA3’5’組UGGAUC甲硫位點(diǎn)1位點(diǎn)2氨基酸脫水縮合形成肽鍵第3步:甲硫氨酸與這個(gè)氨基酸形成肽鍵,從而轉(zhuǎn)移到位點(diǎn)2的tRNA上一、翻譯4.翻譯的過程

:UAAUCCUCUGGCGCAUACUGGUGGUCCUAA3’5’CAC色組UGGAUC甲硫位點(diǎn)1位點(diǎn)2第4步:核糖體沿mRNA移動(dòng),讀取下一個(gè)密碼子。原位點(diǎn)1的tRNA離開核糖體,原位點(diǎn)2的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)1,一個(gè)新的攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入位點(diǎn)2,繼續(xù)肽鏈的合成。一、翻譯4.翻譯的過程

:UAAUCCUCUGGCGCAUACUGGUGGUCCUAA3’5’色組甲硫精半胱半胱脯谷CUU絲GGA位點(diǎn)1位點(diǎn)2終止密碼子一、翻譯探究活動(dòng)三:請(qǐng)同學(xué)們利用核糖體、tRNA、mRNA、氨基酸模型模擬翻譯的過程,

小組展示。注意:①起點(diǎn)和終點(diǎn);②核糖體沿mRNA移動(dòng);③密碼子和反密碼子互補(bǔ)配對(duì);④位點(diǎn)1處的氨基酸(肽鏈)和位點(diǎn)2處的氨基酸怎么連接?一、翻譯

肽鏈合成后,就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離,通常經(jīng)過一系列步驟,盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子,然后開始承擔(dān)細(xì)胞生命活動(dòng)的各項(xiàng)職責(zé)。思考:如何加快蛋白質(zhì)的合成速度呢?有沒有與功能相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)呢?一、翻譯一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體,同時(shí)合成多條肽鏈。2.判斷翻譯的方向____________。從左到右思考:1.同時(shí)合成的多條肽鏈?zhǔn)欠裣嗤瑸槭裁??相同,因?yàn)槟0鍨橥粭lmRNA。結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)多聚核糖體少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)意義一、翻譯細(xì)胞質(zhì)中的核糖體21種游離的氨基酸mRNA具有一定氨基酸序列的多肽鏈(蛋白質(zhì))酶、能量、tRNA等堿基互補(bǔ)配對(duì)總結(jié):場(chǎng)所:原料:模板:產(chǎn)物:條件:原則:遺傳信息流動(dòng):mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄:DNAmRNA翻譯:mRNA蛋白質(zhì)DNA復(fù)制:DNADNA二、中心法則你能從信息傳遞的角度,用文字和箭頭表示細(xì)胞中遺傳信息的傳遞規(guī)律嗎?轉(zhuǎn)錄翻譯RNADNA蛋白質(zhì)克里克復(fù)制中心法則二、中心法則【資料1】1965年,科學(xué)家在某種RNA病毒里發(fā)現(xiàn)了一種RNA復(fù)制酶,像DNA復(fù)制酶能對(duì)DNA進(jìn)行復(fù)制一樣,RNA復(fù)制酶能對(duì)RNA進(jìn)行復(fù)制?!举Y料2】1970年,科學(xué)家在致癌的RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶,它能以RNA為模板合成DNA。在遺傳信息的流動(dòng)過程中,DNA、RNA是信息的載體,蛋白質(zhì)是信息的表達(dá)產(chǎn)物,而ATP為信息的流動(dòng)提供能量,可見,生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯RNADNA蛋白質(zhì)復(fù)制DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄生物種類遺傳信息的傳遞過程以DNA作為遺傳物質(zhì)的生物原核生物真核生物DNA病毒以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物一般RNA病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒(HIV)翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制DNA轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制RNA蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄DNARNA逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制二、中心法則總結(jié):DNA復(fù)制(染色體)轉(zhuǎn)錄翻譯場(chǎng)所解旋模板原料酶能量堿基配對(duì)產(chǎn)物主要細(xì)胞核(線粒體、葉綠體)DNA的兩條鏈DNA的一條鏈每個(gè)位點(diǎn)都有解開有遺傳效應(yīng)的片段解開4種脫氧核苷酸解旋酶,DNA聚合酶RNA聚合酶ATPATPA—T,C—GA—U,T—A,C—G,G—CDNAmRNA/(rRNA、tRNA)4種核糖核苷酸A—U,C—G,G—CATP多肽鏈多種酶21種氨基酸mRNA細(xì)胞質(zhì)(細(xì)胞溶膠與線粒體、葉綠體)主要細(xì)胞核(線粒體、葉綠體)原核生物和真核生物的區(qū)別核基因先轉(zhuǎn)錄后翻譯原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯過程示意圖真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯過程示意圖邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯基因表達(dá)過程中的相關(guān)計(jì)算DNA、RNA的堿基和氨基酸的數(shù)量關(guān)系DNA堿基數(shù)∶mRNA堿基數(shù)∶氨基酸數(shù)=6∶3∶1說明:因?yàn)镈NA中有的片段無遺傳效應(yīng),不能轉(zhuǎn)錄出mRNA;轉(zhuǎn)錄出的mRNA中有終止密碼子,終止密碼子不對(duì)應(yīng)氨基酸,所以實(shí)際上基因(DNA)上所含有的堿基數(shù)要大于6n,或氨基酸數(shù)目小于n。因此一般題目中帶有“至少”或“最多”字樣。社會(huì)生活【課堂鞏固】紅霉素、環(huán)丙沙星、利福平等抗菌藥物能夠抑制細(xì)菌的生長(zhǎng),它們的抗菌機(jī)制如下表所示,請(qǐng)從遺傳信息的傳遞和表達(dá)來說明這些抗菌藥物可用于治療疾病的道理??咕幬锟咕鷻C(jī)制紅霉素能與核糖體結(jié)合,抑制肽鏈延伸環(huán)丙沙星抑制細(xì)菌DNA的復(fù)制利福平抑制細(xì)菌RNA聚合酶的活性表中的三種抗生素都是通過阻止遺傳信息的傳遞和表達(dá),來干擾細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成,進(jìn)而抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的。具體而言,紅霉素影響_______過程,環(huán)丙沙星影響_____________過程,利福平影響__________過程。轉(zhuǎn)錄翻譯

DNA復(fù)制

一、概念檢測(cè)1.基因的表達(dá)包括遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過程。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)DNA轉(zhuǎn)錄形成的mRNA,與母鏈堿基的組成、排列順序都是相同的。(

)(2)一個(gè)密碼子只能對(duì)應(yīng)一種氨基酸,一種氨基酸必然有多個(gè)密碼子。(

)××2.密碼子決定了蛋白質(zhì)的氨基酸種類以及翻譯的起始和終止。密碼子是指(

)A.基因上3個(gè)相鄰的堿基B.DNA上3個(gè)相

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