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教学案新人教版必修第二册Word格式.docx
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(3)
二、遗传信息的转录
1.概念
2.过程
三、遗传信息的翻译
1.翻译概念的理解
2.密码子与反密码子
密码子
反密码子
种类
64种
61种
位置
mRNA
tRNA
实质
决定一个氨基酸的3个相邻的碱基(终止密码除外)
与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基
3.翻译的过程
起始:
mRNA与核糖体结合
↓
运输:
tRNA携带氨基酸置于特定位置
↓
终止:
当核糖体读取到mRNA上的终止密码时,合成终止
四、中心法则
1.中心法则的提出及内容
(1)提出者:
克里克。
(2)中心法则内容
(3)图解:
2.中心法则的发展[填表]
发展内容
信息流动
举例
RNA自我复制
遗传信息从RNA流向RNA
RNA病毒
RNA逆转录合成DNA
遗传信息从RNA流向DNA
HIV病毒、致癌的RNA病毒
3.完善后的中心法则图解
____________________________________________。
判断对错(正确的打“√”,错误的打“×
”)
1.遗传信息转录的产物只有mRNA。
( )
2.转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。
3.一个tRNA分子中只有一个反密码子。
4.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。
5.细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与。
6.在蛋白质合成过程中密码子都决定氨基酸。
7.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸。
8.遗传信息的流动过程说明生命是物质、能量和信息的统一体。
9.DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法则。
10.正常情况下,真核生物细胞内可发生中心法则的每个过程。
提示:
1.×
转录合成的RNA有三种类型:
mRNA、tRNA、rRNA。
2.×
转录的模板是DNA分子的一条单链,不是mRNA。
3.√
4.×
核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。
5.√
6.×
密码子共有64种,有3种终止密码子,不决定氨基酸,决定氨基酸的密码子有61种。
7.√
8.√
9.×
DNA病毒中没有RNA,但其遗传信息的传递仍遵循中心法则,包括DNA的复制、转录和翻译三个过程。
10.×
正常情况下,真核生物细胞内只发生DNA的复制、转录和翻译过程,RNA复制和逆转录的过程发生在某些病毒侵染后的细胞内。
遗传信息的转录
[问题探究]
经测定,甲、乙、丙、丁4种生物的核酸中碱基所占的比例如下表:
项目
A
G
C
T
U
甲
60
40
乙
30
20
丙
41
23
44
28
丁
32
15
16
24
13
1.甲、乙含有哪种核酸?
二者有什么区别?
甲、乙中的核酸都是DNA,但甲只能为单链DNA,乙最可能是双链DNA。
2.丙中含有的核酸是哪种?
依据是什么?
RNA;
丙的核酸中含有碱基U,不含碱基T。
3.丁的核酸中含有几种核苷酸?
8种。
4.RNA为什么适合做DNA的信使?
(1)RNA一般为单链,比DNA短,可以通过核孔从细胞核进入细胞质。
(2)RNA是另一种核酸,也是由4种核苷酸组成的,也可以储存大量的遗传信息。
(3)RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。
1.核糖核酸(RNA)
(1)组成元素:
C、H、O、N、P。
(2)基本单位:
核糖核苷酸。
rRNA
结构
单链
单链,呈三叶草形
特点
携带从DNA上转录来的遗传信息
一端携带特定的氨基酸,另一端的特定的三个碱基可与mRNA上的密码子互补配对,叫反密码子
核糖体的组成成分
功能
作为翻译的模板
识别密码子,转运特定的氨基酸
参与构成核糖体
图示
共同点
都是经过转录产生的,基本单位都相同,都与翻译的过程有关
2.转录
(1)转录的概念、条件和产物
概念
RNA主要是在细胞核中,以DNA的一条链为模板合成的,这一过程称为转录
场所
真核生物主要发生在细胞核,线粒体和叶绿体也可以发生
条件
①模板:
以DNA的一条单链为模板链(另一条单链为非模板链)
②原料:
四种核糖核苷酸
③能量:
ATP
④酶:
RNA聚合酶
碱基配对情况
T与A配对(形成两个氢键),G与C配对(形成三个氢键),A与U配对(形成两个氢键),C与G配对(形成三个氢键)
产物
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
(2)转录有关问题分析
①碱基互补配对关系:
G—C、C—G、T—A、A—U。
②mRNA与DNA模板链碱基互补,但与非模板链碱基序列基本相同,只是用U代替T。
③转录特点:
边解旋边转录,单链转录。
误区警示:
(1)转录不是转录整个DNA,是转录其中的基因,不同种类的细胞,由于基因的选择性表达,mRNA的种类和数量不同,但tRNA和rRNA的种类没有差异。
(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质,穿过0层膜,需要能量。
(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解,保证生命活动的有序进行。
(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。
1.下列关于DNA和RNA的结构与功能的说法,错误的是( )
A.区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以依据碱基比率和种类判定
B.双链DNA分子中碱基G、C含量越高,其结构稳定性相对越大
C.含有DNA的生物,遗传物质是DNA不是RNA
D.含有RNA的生物,遗传物质是RNA不是DNA
D [组成DNA和RNA的碱基种类不完全相同,且双链DNA和RNA分子中碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则,因此区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以根据碱基比率和种类判定,A项正确;
双链DNA分子中,C和G之间有3个氢键,A和T之间有2个氢键,因此碱基G、C含量越高,其结构稳定性相对越大,B项正确;
含有DNA的生物,遗传物质是DNA不是RNA,C项正确;
含有RNA的生物,遗传物质是RNA或DNA,D项错误。
]
DNA与RNA的判定方法
(1)根据五碳糖种类来判定:
若有核糖,一定为RNA;
若有脱氧核糖,一定为DNA。
(2)根据含氮碱基种类来判定:
若含T,一定为DNA;
若含U,一定为RNA。
(3)根据含氮碱基含量比较来判定:
若嘌呤数≠嘧啶数,则肯定不是双链DNA。
2.下图为真核生物细胞核内转录过程的示意图,下列说法正确的是( )
A.①链的碱基A与②链的碱基T互补配对
B.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C.如果③表示酶分子,则它的名称是DNA聚合酶
D.转录完成后,②需通过两层生物膜才能与核糖体结合
B [本题考查的是转录过程,其中①链为模板链,②链为RNA,①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对;
③表示RNA聚合酶;
转录完成后,②通过核孔进入细胞质,穿过0层生物膜。
遗传信息的翻译
1.结合教材P67表4-1,回答下列问题:
(1)密码子有多少种?
决定氨基酸的密码子有多少种?
(2)判断对错(正确的打“√”,错误的打“×
①一种氨基酸对应一种密码子。
②密码子的简并性对遗传的稳定性和提高翻译速率有一定的意义。
③密码子中一个碱基发生改变,对应的氨基酸一定改变。
(1)64 61
(2)①×
②√ ③×
2.运输氨基酸的工具是哪种结构?
为什么说它是真正起“翻译”作用的结构?
运输氨基酸的工具是tRNA,它一端有反密码子,能和mRNA上的密码子相识别,一端能携带氨基酸,是真正起“翻译”作用的结构。
1.DNA转录和翻译的比较
转录
翻译
时间
个体生长发育的整个过程
主要在细胞核
核糖体
模板
DNA的一条链
原料
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
酶(RNA聚合酶等)、ATP
酶、ATP、tRNA
多肽链
边解旋边转录
一个mRNA上结合多个核糖体,同时合成多条肽链
碱基配对
A—U,T—A,C—G,G—C
A—U,U—A,C—G,G—C
遗传信息传递
DNA→RNA
mRNA→蛋白质
意义
表达遗传信息,使生物表现出各种性状
2.遗传信息、密码子、反密码子的比较
遗传信息
DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基
tRNA上与密码子互补的3个碱基
作用
控制生物的性状
直接决定蛋白质中的氨基酸序列
识别密码子,转运氨基酸
多样性
图解
3.原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别
(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中,翻译发生在细胞质中,在空间和时间上被分隔开进行,即先转录后翻译。
(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔,可以同时进行,边转录边翻译。
过程如图所示:
图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4条mRNA,每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译过程,翻译的方向是从下到上。
1.如图为细胞中合成蛋白质的过程,下列说法正确的是( )
A.该过程最终合成的b、c、d、e在结构中各不相同
B.f在a上的移动方向是从左→右
C.a的合成与核仁有关,且图中4个核糖体在a上的结合位点相同
D.该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质
D [该过程最终合成的b、c、d、e在结构上是相同的,A项错误;
f在a上的移动方向是从右→左,B项错误;
a为mRNA,rRNA的合成与核仁有关,C项错误。
2.下图为蛋白质的合成过程示意图,请据图回答下列有关问题:
(1)图中发生在细胞核中的过程是________。
(2)图中基因表达的最后阶段是在[ ]________上完成的,这一过程中还需要mRNA、[④]氨基酸、________、________和________。
(3)图中③称为________,在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是________。
(4)图示mRNA上可以同时有多个核糖体合成肽链,这个mRNA同时合成的肽链的结构________(填“相同”或“不相同”),原因是____________。
[解析]
(1)图中细胞核中的DNA分子正在进行转录。
(2)基因表达的最后阶段是在核糖体上完成的,这一过程称为翻译,翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。
(3)③为mRNA上3个相邻的碱基,属于密码子。
由于tRNA一端存在反密码子,另一端携带相应的氨基酸,所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。
(4)同一个mRNA上连接的多个核糖体合成的肽链结构是相同的,因为翻译的模板相同。
[答案]
(1)转录
(2)[⑤]核糖体 酶 tRNA ATP
(3)密码子 tRNA
(4)相同 翻译的模板都是同一个mRNA
中心法则及其发展
下图为一组模拟实验,假设实验能正常进行且5支试管中都有产物生成,请分析此图解中A~E试管所模拟的过程分别是什么。
A—DNA复制;
B—转录;
C—RNA复制;
D—逆转录;
E—翻译。
1.中心法则的内容及应用
(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
(3)HIV等逆转录病毒的中心法则
(4)高度分化的细胞内中心法则的表达式
蛋白质
(5)能分裂的细胞内中心法则的表达式
特别提醒:
(1)逆转录需要逆转录酶。
(2)逆转录和RNA复制只有在某些病毒复制时才能进行。
(3)哺乳动物成熟的红细胞中无遗传信息的传递。
2.中心法则体现了DNA的两大基本功能
(1)传递遗传信息:
通过DNA复制完成的,发生在亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。
(2)表达遗传信息:
通过转录和翻译完成的,发生在个体发育过程中。
1.人或动物PrP基因编码一种蛋白(PrPc),该蛋白无致病性。
PrPc的空间结构改变后成为PrPsc(朊粒),就具有了致病性。
PrPsc可以诱导更多的PrPc转变为PrPsc,实现朊粒的增殖,可以引起疯牛病。
据此判断,下列叙述正确的是( )
A.朊粒侵入机体后可整合到宿主细胞的基因组中
B.朊粒的增殖方式与肺炎链球菌的增殖方式相同
C.蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化
D.PrPc转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程
C [据题中信息可知,朊粒是PrP基因所编码的蛋白质空间结构变化后形成的,因此还属于蛋白质,不可能整合到宿主细胞的基因组中,A项错误。
细菌增殖方式为二分裂,与朊粒不相同,B项错误。
由题中信息可知,PrP基因编码的蛋白质与朊粒的功能因空间结构的不同而不同,C项正确。
PrPc转变为PrPsc只是蛋白质的空间结构发生了改变,D项错误。
2.下图表示生物界的中心法则,下列有关叙述正确的是( )
A.健康的人体内可以发生图中所有过程
B.烟草花叶病毒侵入宿主细胞后发生①→②→③→④的过程
C.⑤过程需要逆转录酶的参与
D.该图揭示了遗传信息传递的一般规律
D [分析题图可知,健康的人体内可以发生图中①DNA复制、②转录和③翻译过程,A项错误。
烟草花叶病毒是RNA病毒,侵入宿主细胞后发生⑤RNA复制和⑥翻译过程,B项错误。
④过程需要逆转录酶的参与,C项错误。
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
1.RNA有三种:
信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
2.转录的主要场所是细胞核,条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。
3.翻译的场所是核糖体,条件是模板(mRNA)、“搬运工”(tRNA)、原料(21种氨基酸)、酶和能量。
4.密码子共有64种,其中决定氨基酸的密码子有61种,3种终止密码子不决定氨基酸。
5.一种氨基酸对应一种或多种密码子,一种密码子最多只决定一种氨基酸。
6.每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。
7.在遗传信息的流动过程中,DNA、RNA是信息载体,蛋白质是信息的表达产物,而ATP为信息的流动提供能量。
生命是物质和能量的统一体。
1.如图为核苷酸的模式图,下列相关说法正确的是( )
A.DNA与RNA在核苷酸上只有②不同
B.如果要构成ATP,在①位置上加上两个磷酸基团即可
C.③在人的遗传物质中只有4种
D.DNA分子中每个②均只与一个①相连
C [分析题图可知,①是磷酸基团,②是五碳糖,③是含氮碱基。
DNA与RNA在核苷酸上的不同点主要有两点,一是在DNA中②为脱氧核糖,在RNA中②为核糖;
二是在DNA中③有A、T、C、G4种,在RNA中③有A、U、C、G4种,A项错误。
如果要构成ATP,要在①位置上加上两个磷酸基团,②应为核糖,③应为腺嘌呤,B项错误。
人的遗传物质是DNA,在DNA中③只有4种(A、G、C、T),C项正确。
DNA分子的一条脱氧核苷酸链中多数②与两个①相连,D项错误。
2.对于下列图解,正确的说法有( )
①表示DNA复制过程 ②表示DNA转录过程 ③共有5种碱基 ④共有8种核苷酸 ⑤共有5种核苷酸 ⑥A均代表同一种核苷酸
A.①②③ B.④⑤⑥
C.②③④D.①③⑤
C [由题干信息可知,图示为DNA转录过程。
因为DNA与RNA的基本单位不同,故相同碱基代表不同核苷酸,所以图示核苷酸种类为8,碱基种类数为5。
综上所述,C正确。
3.下列关于如图所示生理过程的叙述,最合理的是( )
A.该生理过程可能发生于硝化细菌细胞内
B.可表示噬菌体的转录和翻译过程
C.图中现象也可能出现在人体细胞核基因的表达过程中
D.图中两核糖体合成的肽链不同
A [由图示可以看出,转录和翻译同时进行。
人体细胞核基因转录出mRNA后,mRNA通过核孔进入细胞质,与核糖体结合后指导肽链的合成,该过程与图示不符。
噬菌体是非细胞结构的生物,不能独立进行代谢过程。
图中两核糖体以同一mRNA为模板,合成的肽链相同。
4.右图为多聚核糖体合成肽链的过程。
下列有关该过程的说法,正确的是( )
A.图示为多个核糖体合成一条多肽链的过程
B.mRNA沿着三个核糖体从右向左移动
C.三条肽链在氨基酸的排列顺序上各不相同
D.由图示可推测少量mRNA可以合成大量的蛋白质
D [图示为三个核糖体合成三条多肽链的过程,A项错误;
翻译过程中是核糖体沿着mRNA进行移动的,根据肽链的长短,可判断出核糖体沿mRNA的移动方向是从右向左,B项错误;
合成的三条肽链是以同一条mRNA为模板的,因此氨基酸的排列顺序相同,C项错误;
一条mRNA可以和多个核糖体结合,可在短时间内合成大量的蛋白质,D项正确。
5.克里克提出的中心法则是指( )
A.遗传信息的转录、翻译过程
B.遗传信息的转录、翻译及表达过程
C.DNA复制及转录、翻译过程中的碱基互补配对原则
D.遗传信息通过DNA复制、转录及翻译的传递过程
D [克里克提出的中心法则主要包括遗传信息从DNA传递到DNA的自我复制过程,以及从DNA流向RNA进而流向蛋白质的转录和翻译过程。
6.下列关于大肠杆菌细胞内遗传信息传递规律的叙述,错误的是( )
A.在逆转录酶的催化下,从RNA→DNA
B.从DNA→DNA,保证了遗传信息的稳定性
C.从DNA→蛋白质,实现了基因对性状的控制
D.从DNA→tRNA,保证了细胞内氨基酸的转运
A [在逆转录酶的催化下,从RNA→DNA只发生在某些病毒侵染宿主细胞的过程中,大肠杆菌属于原核生物,无此过程,A项错误;
从DNA→DNA,即DNA的复制,通过复制,DNA将遗传信息从亲代传给子代,保证了遗传信息的稳定性、连续性,B项正确;
从DNA→蛋白质,即基因的表达,基因控制生物体的性状是通过控制蛋白质的合成来实现的,C项正确;
从DNA→tRNA,即转录形成tRNA,tRNA具有转运氨基酸的功能,D项正确。
7.下图表示某DNA片段遗传信息的传递过程,①~⑤表示物质或结构。
a、b、c表示生理过程。
请据图回答下列问题:
(可能用到的密码子:
AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸、UCU—丝氨酸、UAC—酪氨酸)
(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程,a过程所需要的酶有________________________。
(2)图中含有核糖的是________(填数字);
由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是____________________________。
(3)该DNA片段第三次复制需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为________个。
(4)若在AUG后插入3个核苷酸,合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外,其余氨基酸序列没有变化。
由此证明______________________。
[解析] 分析图示过程可知:
a为DNA的复制、b为转录、c为翻译。
(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译,即图中的b和c,DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链,然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。
(2)RNA中含有核糖,所以图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。
根据②mRNA上的密码子可知指导合成的多肽链中氨基酸的序列:
甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸。
(3)由图可知DNA片段含7个T,故第三次复制需要23-1×
7=28(个)胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
(4)三个核苷酸对应一个氨基酸,由此证明一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成。
[答案]
(1)b、c 解旋酶和DNA聚合酶
(2)②③⑤ 甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸 (3)28 (4)一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成
教材课后练习与应用
教材P69
一、概念检测
1.
(1)×
(2)×
2.D
二、拓展应用
红霉素通过抑制翻译过程,环丙沙是通过抑制细菌DNA复制过程,利福平则通过抑制细菌的转录过程,最终干扰细菌蛋白质的合成,抑制细菌的生长。
因此,这些抗菌药物都可以用于治疗疾病。
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- 高中生物 基因 表达 指导 蛋白质 合成 教学 新人 必修 第二