2019-2020学年高中生物 第三章 遗传的分子基础 第四节 遗传信息的表达--RNA和蛋白质的合

1第1课时基因表达与遗传密码1.列举DNA的功能。2.比较DNA与RNA的异同。3.概述遗传信息的转录和翻译的过程，并说明遗传密码。[学生用书P51]一、DNA的功能DNA具有携带遗传信息和表达遗传信息的双重功能：即一方面以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性；另一方面，根据它所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。二、转录1．概念：转录是指遗传信息由DNA传递到RNA上的过程。该过程需要有RNA聚合酶的催化。2．结果：转录形成RNA。其种类有信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)等。行使传达DNA上遗传信息功能的是mRNA，把氨基酸运送到核糖体的是tRNA，核糖体的重要成分是rRNA。3．过程(1)结合：RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合。(2)解开螺旋：DNA片断的双螺旋解开，以其中一条链为模板。(3)配对：游离的核苷酸碱基与DNA模板链上的碱基互补配对。(4)连接：相邻的核糖核苷酸通过磷酸二酯键聚合成RNA分子。三、翻译1．场所：核糖体。2．过程(1)起始：核糖体沿mRNA移动。(2)延伸：在移动中核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的密码，选择相应的氨基酸，由对应的tRNA转运，加到延伸中的肽链上。多肽链合成时，在一个mRNA分子上可以有若干个核糖体同时进行工作。(3)终止：当核糖体到达mRNA的终止密码子时，多肽合成结束。四、遗传密码1．遗传密码位于mRNA上。2．特点(1)除少数密码子外，生物界的遗传密码是统一的。(2)除少数氨基酸只有1种遗传密码外，大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。2DNA转录时是把所有DNA分子都转录出来吗？提示：不是。转录不是转录整个DNA分子，而是以基因为单位进行的。密码子与氨基酸有怎样的对应关系？提示：一种密码子只能决定一种氨基酸(终止密码子除外)，一种氨基酸可以有一种或多种对应的密码子。DNA与RNA[学生用书P51]1．DNA与RNA的比较DNARNA组成分子五碳糖脱氧核糖核糖碱基胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)磷酸磷酸基本单位脱氧核苷酸(4种)核糖核苷酸(4种)产生途径DNA复制、逆转录转录、RNA复制结构规则的双螺旋结构常呈单链结构分布主要分布于细胞核，其次分布于线粒体、叶绿体主要分布于细胞溶胶、线粒体、叶绿体、核糖体，少量分布于细胞核2.DNA与RNA的判定方法(1)若某核酸分子中有脱氧核糖，一定为DNA；有核糖，一定为RNA。(2)若含碱基“T”，一定为DNA或其基本单位；若含碱基“U”，一定为RNA或其基本单位。因而用放射性同位素标记碱基“T”或碱基“U”可探知DNA或RNA。若细胞中大量利用碱基“T”，一般可认为进行DNA的复制；若大量利用碱基“U”，一般可认为正进行RNA的合成。(3)若有T但T≠A或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA，因双链DNA分子中A＝T、G＝C，嘌呤(A＋G)＝嘧啶(T＋C)。3(4)若发现嘌呤≠嘧啶，则肯定不是双链DNA(可能为单链DNA，也可能为RNA)。1．与RNA分子相比，DNA分子中特有的碱基是()A．胸腺嘧啶(T)B．鸟嘌呤(G)C．腺嘌呤(A)D．胞嘧啶(C)答案：A2．甲生物含两种核酸，且碱基组成为嘌呤占46%，嘧啶占54%，乙生物含一种核酸，且碱基组成为：嘌呤占34%，嘧啶占66%，则以下不能表示甲、乙两种生物的是()A．人、埃博拉病毒B．家禽、禽流感病毒C．大肠杆菌、T2噬菌体D．烟草、烟草花叶病毒解析：选C。甲生物包括两种核酸，一定是细胞生物，4个选项中的第一种生物都符合题意。乙生物只含一种核酸，一定是非细胞生物——病毒，由于其核酸中嘌呤数(34%)≠嘧啶数(66%)，说明一定是RNA病毒，而C项中T2噬菌体是DNA病毒。DNA和RNA的快速界定方法对转录和翻译的理解[学生用书P52]1．转录和翻译的比较(以真核生物为例)转录翻译时间个体生长发育的整个过程场所主要在细胞核细胞质的核糖体模板DNA的其中一条链mRNA原料4种核糖核苷酸20种氨基酸ATP都需要酶RNA聚合酶等合成酶产物1个单链RNA多肽链(或蛋白质)产物离开细胞核进入细胞质组成细胞结构蛋白或功能蛋4去向白特点边解开螺旋边转录，转录后DNA恢复原状翻译结束后，mRNA被降解碱基配对A—U，T—A，C—G，G—CA—U，U—A，C—G，G—C意义表达遗传信息，使生物表现出各种性状(1)mRNA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。(2)从核糖体上脱离下来的只是多肽链，再经折叠、加工才能成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。(3)原核细胞中转录和翻译同时进行，即边转录边翻译，而真核细胞中先进行转录，然后mRNA再通过核孔进入细胞质中与核糖体结合进行翻译。2．联系3．(2019·浙江1月学考)真核生物的细胞核中，某基因的转录过程如图所示。下列叙述正确的是()A．转录的产物可不经加工直接作为翻译的模板B．转录出的RNA链与编码链对应区域的碱基互补C．该基因的多个部位可同时启动转录过程，从而提高转录效率D．RNA聚合酶可使DNA双螺旋解开，也能使双螺旋重新形成答案：D4．(2019·浙江6月学考)真核细胞中，某多肽链的合成示意图如下，其中①②③为核糖体上结合tRNA的3个位置，a、b均是由mRNA上3个相邻的核苷酸组成的结构。下列叙述正确的是()5A．在该mRNA中a、b均为密码子B．一个mRNA只能与一个核糖体结合C．③位置供携带着氨基酸的tRNA进入核糖体D．若b中的1个核苷酸发生替换，则其决定的氨基酸一定改变答案：C翻译过程中多聚核糖体模式图解读(1)信息解读①图甲表示真核细胞中的翻译过程，图中①是mRNA，⑥是核糖体，②③④⑤表示正在合成的4条肽链，翻译的方向是自右向左。②图乙表示原核细胞中的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4个mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。(2)解题技法①分析此类问题要正确分清mRNA和肽链的关系。DNA模板链在RNA聚合酶的作用下产生的是mRNA，而在同一个mRNA上结合的多个核糖体，同时合成的是若干条肽链。②解答此类问题还要明确真核细胞的转录和翻译不同时进行，而原核细胞能边转录边翻译。遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸之间的关系[学生用书P53]1．遗传信息、密码子、反密码子之间的区别及联系项目遗传信息密码子反密码子概念基因中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA中决定一个氨基酸的3个相邻碱基tRNA中与密码子互补配对的3个碱基位置主要在DNA中mRNAtRNA6作用控制生物的性状直接决定蛋白质中氨基酸序列识别密码子种类多样性64种61种图解2.密码子、反密码子、氨基酸数量的对应关系由上图得出如下结论：(1)由①⑥知：除终止密码外，一种密码子对应一种反密码子。(2)由④⑤知：一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。(3)由②③知：一种密码子或一种反密码子只对应一种氨基酸。3．基因表达过程中的相关数量计算(如图)说明：翻译过程中，mRNA上每3个碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码时，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。突破1遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸的关系分析5．有关蛋白质合成的叙述，不正确的是()A．终止密码子不编码氨基酸B．每种tRNA只运转一种氨基酸C．核糖体能在mRNA上滑动D．每种氨基酸都对应多种密码子解析：选D。终止密码子不编码氨基酸，A正确；每种tRNA上只含一种反密码子，故只能运转一种氨基酸，B正确；翻译时，是核糖体在mRNA上滑动，C正确；一个氨基酸可能对应一个或几个密码7子，D错误。密码子的特性(1)简并性：①当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。②当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可保证翻译的速度。(2)通用性：说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。突破2基因控制蛋白质合成的有关计算分析6．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。氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为()A．na/6B．na/3－18(n/3－1)C．na－18(n－1)D．na/6－18(n/6－1)解析：选D。根据中心法则，蛋白质的合成过程：DNA分子中碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。已知该基因中有n个碱基，则对应的氨基酸为n/6，氨基酸经脱水缩合形成蛋白质，形成蛋白质的过程中，脱去的水分子数为n/6－1；水的相对分子质量为18，形成该蛋白质脱去的水的相对分子质量之和为18×(n/6－1)，又知氨基酸的平均相对分子质量为a，所以该蛋白质的相对分子质量最大为na/6－18(n/6－1)。认清计算中“最多”和“最少”问题的易错说法(1)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。(2)基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。(3)在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。核心知识小结[要点回眸][规范答题]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．．．．)．、原料．．(．20．．种氨基酸．．．．)．、酶．和能量．．。84.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，一种密码子只对应一种．．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。[随堂检测][学生用书P54]1．(2016·浙江10月选考)遗传信息表达的过程，mRNA的三个碱基是UAC，则DNA模板链上对应的三个碱基是()A．ATGB．TACC．TUCD．AUG解析：选A。DNA模板链上的碱基与mRNA上的密码子互补配对，且DNA分子含碱基T不含U，故DNA模板链上的碱基为ATG。2．(2019·浙江4月学考)下列关于遗传信息表达过程的叙述，正确的是()A．一个DNA分子转录一次，可形成一个或多个合成多肽链的模板B．转录过程中，RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能C．多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链D．编码氨基酸的密码子由mRNA上3个相邻的脱氧核苷酸组成答案：A3.如图是蛋白质合成时tRNA分子上的反密码子与mRNA上的密码子配对情形，以下有关叙述错误的是()A．tRNA上结合氨基酸分子的部位为甲端B．图中戊处上下链中间的化学键表示氢键9C．与此tRNA反密码子配对的密码子为UCGD．蛋白质的合成是在细胞内的核糖体上进行的解析：选C。tRNA上的甲端是结合氨基酸分子的部位，A正确；图中戊处为局部双链结构，该处上下链中间的化学键表示氢键，B正确；tRNA的碱基顺序是从非氨基酸臂那一端开始的，而密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对，因此与此tRNA反密码子配对的密码子为GCU，C错误；蛋白质的合成场所是核糖体，D正确。4．一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个，由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链，则相应DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是()A．m、m/3－1B．m、m/3－2C．2(m－n)、m/3－1D．2(m－n)、m/3－2解析：选D。DNA模板链的碱基与mRNA的碱基互补，mRNA中G＋C＝n，则A＋U＝m－n，所以相应DNA中A＋