2020新教材高中生物第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成课件 人教版必修第二册 49页

第 1 节　基因指导蛋白质的合成 一、遗传信息的转录 ( 一 )RNA 的组成及分类 1 . 基本单位 : 核糖核苷酸 。 2 . 结构 : 一般是 单链 , 且比 DNA 短。 3 . 分类 归纳总结 DNA 和 RNA 的比较 ( 二 ) 遗传信息的转录 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 转录的产物只是 mRNA 。 ( × ) (2) 一种基因只能以某条链为模板进行转录 , 而承载有多个基因的完整 DNA 的两条链都有可能成为转录的模板。 ( √ ) (3) 转录是以 DNA 的完整的一条链为模板合成 RNA 的过程。 ( × ) (4)DNA 和 RNA 都含有核糖。 ( × ) (5)DNA 都具有双链结构 ,RNA 都是单链结构 , 没有碱基对。 ( × ) (6)rRNA 的形成都与核仁有关。 ( × ) 2 . 在烟草叶肉细胞的核糖体中 , 核苷酸共有 ( 　　 ) A.4 种 B.5 种 C.7 种 D.8 种 解析 : 核糖体的成分为 rRNA 和蛋白质 , 构成 RNA 的核苷酸有 4 种。 答案 : A 3 . 下图表示某细胞中的转录过程 , 相关叙述不正确的是 ( 　　 ) A. ① 表示 DNA B. ② 表示 RNA C. ③ 表示解旋酶 D. 图中可有 5 种碱基 解析 : 题图表示转录过程 , ① 是双链 , 已部分解旋 , 表示 DNA; ② 是以 DNA 的一条链为模板合成的 , 表示 RNA; ③ 表示的是 RNA 聚合酶 , 不是解旋酶 ; 图中既有 DNA, 又有 RNA, 所以含有 A 、 T 、 C 、 G 、 U 共 5 种碱基。 答案 : C 二、遗传信息的翻译 知识拓展遗传密码的破译 1 . 克里克以 T4 噬菌体为实验材料 , 研究某个基因的碱基增加或减少对其所编码蛋白质的影响。他是第一个用实验证明遗传密码中 3 个碱基编码 1 个氨基酸的科学家。同时也证明 , 遗传密码从一个固定的起点开始 , 以非重叠的方式阅读 , 密码子之间没有分隔符。 2 . 美国生物学家尼伦伯格和德国生物学家马太破译了第一个遗传密码 , 他们采用了蛋白质的体外合成技术 , 在每个试管中分别加入一种氨基酸 , 再加入除去了 DNA 和 mRNA 的细胞提取液 , 以及人工合成的 RNA 多聚尿嘧啶核苷酸 , 由此破译了苯丙氨酸的密码子是 UUU 。 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 转录和翻译都是以 mRNA 作为模板合成生物大分子的过程。 ( × ) (2) 沃森和克里克以 DNA 大分子为研究材料 , 采用 X 射线衍射的方法 , 破译了全部密码子。 ( × ) (3) 密码子共 64 种 , 决定氨基酸的密码子只有 61 种。 ( √ ) (4) 每种氨基酸仅由一种密码子编码。 ( × ) (5) 反密码子是位于 mRNA 上相邻的 3 个碱基。 ( × ) (6) 细胞中有多种 tRNA, 一种 tRNA 只能转运一种氨基酸。 ( √ ) 2 . 下列关于密码子的叙述 , 正确的是 ( 　　 ) A. 密码子有 64 种 , 都能决定氨基酸 B. 密码子 GTA 的反密码子是 CAU C. 密码子是基因上相邻的三个碱基 D. 一种氨基酸可能对应多种密码子 解析 : 密码子有 64 种 , 其中 3 种终止密码子不决定氨基酸 ;T 只存在于 DNA 中 ,GTA 不是密码子 ; 密码子在 mRNA 上 ; 一种氨基酸可能有多种密码子。 答案 : D 3 . 下列对蛋白质的翻译过程的说法 , 错误的是 ( 　　 ) A. 以细胞质中游离的氨基酸为原料 B. 以核糖体 RNA 作为遗传信息模板 C. 以转运 RNA 为氨基酸运输工具 D. 合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质 解析 : 翻译是以 mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程 ,B 项错误 ; 由于蛋白质的基本组成单位是氨基酸 , 故 A 、 D 两项正确 ; 在翻译过程中 , 搬运工是 tRNA,C 项正确。 答案 : B 三、中心法则 1 . 提出者 : 克里克 。 2 . 中心法则体现了遗传信息传递的一般规律 , 包括哪些过程 ? 答案 : ① DNA 的复制 : 遗传信息从 DNA 流向 DNA 。 ② 转录 : 遗传信息从 DNA 流向 RNA 。 ③ 翻译 : 遗传信息从 RNA 流向蛋白质。 ④ RNA 自我复制 : 遗传信息从 RNA 流向 RNA 。 ⑤ 逆转录 : 遗传信息从 RNA 流向 DNA 3 . 写出中心法则的全过程。 答案 : 预习反馈 1 . 判断正误。 (1) 中心法则没有体现遗传信息的表达功能。 ( × ) (2) 线粒体中的 DNA 能控制某些蛋白质的合成。 ( √ ) (3) 线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。 ( √ ) (4)DNA 病毒中没有 RNA, 其遗传信息的传递不遵循中心法则。 ( × ) 2 . 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 解析 : 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。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 遗传信息的转录和翻译 问题情景 结合下列有关图解 , 回答有关问题。 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 甲、乙两过程有何相同之处 ? 这对保证遗传信息的准确转录有什么意义 ? 提示 : 甲表示 DNA 复制 , 乙表示转录。转录与复制都需要模板 , 都遵循碱基互补配对原则 , 在真核细胞中主要发生在细胞核。碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。 2 . 甲、乙两过程有何不同之处 ? 提示 : ① DNA 复制中 A 与 T 配对 , 转录中会有 A 与 U 配对。 ② DNA 复制时一个 DNA 分子完整复制 , 形成两个 DNA 分子 , 转录是以基因为单位进行的 , 在 DNA 分子中 , 只有处于表达状态的片段 ( 基因 ) 才会被转录 , 转录形成一条单链 RNA 。 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 转录形成的 RNA 的碱基序列与其 DNA 模板链和非模板链的碱基序列相比 , 有什么异同 ? 提示 : 转录形成的 RNA 的碱基序列与其 DNA 模板链的碱基序列是互补配对关系 ; 和非模板链的碱基序列基本相同 , 只是 DNA 链上 T 的位置 ,RNA 链上是 U 。 4 . 丙图中 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 分别表示什么 ?Ⅰ 中只有三个碱基吗 ?Ⅰ 中末端的三个碱基起什么作用 ? 提示 : Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 分别表示 tRNA 、核糖体、 mRNA 、多肽链 ( 蛋白质 ) 。 Ⅰ 表示 tRNA, 由许多核糖核苷酸构成 , 因此包含多个碱基。 Ⅰ 中末端的三个碱基是反密码子 , 与 mRNA 上相应密码子的碱基互补配对。 探究点一 探究点二 探究点三 5 . 能否判断出丙图中核糖体沿着 mRNA 移动的方向 ? 根据教材中的密码子表 , 写出丙图中翻译出的氨基酸序列。 提示 : 丙图中左侧一个 tRNA 刚从 mRNA 上脱落下来 , 说明核糖体是沿着 mRNA 从左向右移动的。图中对应的氨基酸序列是甲硫氨酸 — 丙氨酸 — 丝氨酸。 UAA 是终止密码子 , 不代表氨基酸。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 遗传信息、密码子 ( 遗传密码 ) 、反密码子的区分与联系 探究点一 探究点二 探究点三 2 . DNA 上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系 易错提醒转录、翻译过程中的四个易错点 (1) 转录的产物不只是 mRNA, 还有 tRNA 、 rRNA, 但只有 mRNA 携带遗传信息 ,3 种 RNA 都参与翻译过程 , 只是作用不同。 (2) 翻译过程中 mRNA 并不移动 , 而是核糖体沿着 mRNA 移动 , 进而读取下一个密码子。 (3) 转录和翻译过程中的碱基配对不是 A—T, 而是 A—U 。 (4) 并不是所有的密码子都决定氨基酸 , 其中终止密码子不决定氨基酸。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 如图表示真核细胞内合成某种分泌蛋白过程中由 DNA 到蛋白质的信息流动过程 , ①②③④ 表示相关过程。请据图判断下列说法错误的是 ( 　　 ) 探究点一 探究点二 探究点三 A. ① 过程发生在细胞分裂间期 , 催化过程 ② 的酶是 RNA 聚合酶 B. 假设 a 、 b 为 mRNA 的两端 , 核糖体在 mRNA 上的移动方向是 a→b C. 一个 mRNA 上连接多个核糖体叫作多聚核糖体 , 在原核细胞中分离出的多聚核糖体常与 DNA 结合在一起 , 这说明原核细胞是边转录边翻译 D. 假设过程 ② 表示豌豆的红花 (R) 基因的转录过程 , 那么可在豌豆叶肉细胞中分离出与 R 相对应的 mRNA 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 本题通过分泌蛋白的合成过程考查遗传信息流动的各个生理过程 , 因此 , 应结合图解首先明确 ①②③④ 分别表示哪些过程 , 然后根据图解中的箭头方向及文字说明 , 做出进一步判断。如蛋白质和 rRNA 相结合构成了核糖体 ; 多个核糖体结合在一条 mRNA 上进行多肽链的合成等。 分析题图 , ① 过程表示 DNA 的复制 , 在真核细胞中发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。 ② 过程表示转录过程 , 催化转录过程的酶主要是 RNA 聚合酶 ,A 项正确 ; 据图观察可知 , 从 a→b, 越接近 b 端的核糖体上翻译出的肽链越长 , 说明越接近 b 端的核糖体在 mRNA 上移动的距离越长 , 由此推测出核糖体的移动方向为 a→b,B 项正确 ; 在原核细胞中分离的多聚核糖体常与 DNA 结合在一起 , 说明在原核细胞中边转录边翻译 , 转录和翻译可同时同地进行 ,C 项正确 ; 由于基因的选择性表达 , 控制花色的基因在叶肉细胞中不表达 ,D 项错误。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 根据下表中的已知条件 , 判断苏氨酸的密码子是 ( 　　 ) A.TGU B.UGA C.ACU D.UCU 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 反密码子与密码子互补 , 所以苏氨酸的密码子的第三个碱基为 U, 且密码子由 mRNA 上的碱基组成 , 不含碱基 T, 所以 A 、 B 两项不符合题意。根据 mRNA 与 DNA 中模板链互补可推知苏氨酸密码子为 UGU 或 ACU, 故选 C 项。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 .(2018 全国 Ⅰ 卷 ,2) 生物体内的 DNA 常与蛋白质结合 , 以 DNA- 蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是 ( 　　 ) A. 真核细胞染色体和染色质中都存在 DNA- 蛋白质复合物 B. 真核细胞的核中有 DNA- 蛋白质复合物 , 而原核细胞的拟核中没有 C. 若复合物中的某蛋白参与 DNA 复制 , 则该蛋白可能是 DNA 聚合酶 D. 若复合物中正在进行 RNA 的合成 , 则该复合物中含有 RNA 聚合酶 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 本题考查染色体的成分、 DNA 的复制及遗传信息的表达等知识。在细胞中都会存在 DNA 和 RNA 与蛋白质结合成的复合物。染色体 ( 染色质 ) 就是蛋白质与 DNA 结合形成的结构 ,A 项正确。在 DNA 复制过程中 ,DNA 聚合酶与 DNA 的每一条链都要结合成 DNA - 蛋白质复合物 , 真核细胞和原核细胞中都存在 DNA 的复制过程 , 所以在原核细胞中也会存在 DNA - 蛋白质复合物 ,B 项错误。 DNA 的复制过程需要 DNA 聚合酶 ,C 项正确。 RNA 是转录的产物 , 其模板是 DNA 的一条链 , 且需要 RNA 聚合酶的催化 , 故该复合物含有 RNA 聚合酶 ,D 项正确。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 3 .(2019 全国 Ⅲ 卷 ,2) 下列与真核生物细胞核有关的叙述 , 错误的是 ( 　　 ) A. 细胞中的染色质存在于细胞核中 B. 细胞核是遗传信息转录和翻译的场所 C. 细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心 D. 细胞核内遗传物质的合成需要能量 解析 : 此题的切入点是细胞核的结构与发生在细胞核内的生理过程。细胞中的染色质存在于细胞核中 ,A 项正确。真核细胞中 , 遗传信息的转录主要发生在细胞核中 , 翻译发生在细胞质中的核糖体上 ,B 项错误。细胞核是遗传信息库 , 是细胞代谢和遗传的控制中心 ,C 项正确。细胞核内的遗传物质为 DNA,DNA 的合成需要消耗 ATP,D 项正确。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 遗传信息转录、翻译过程中数量关系的相关计算 问题情景 据图完成下列问题。 探究点一 探究点二 探究点三 (1) 转录时 , 组成基因的两条链中只有一条链能转录 , 另一条链不能转录。基因为 双 链结构而 RNA 为 单 链结构 , 因此转录形成的 mRNA 分子中碱基数目最多是基因中碱基数目的 1/2 。 (2)mRNA 中碱基数与氨基酸的关系 : 翻译过程中 ,mRNA 中每 三 个相邻碱基决定一个氨基酸 , 每个氨基酸需要一个 tRNA 转运 , 所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目最多是 mRNA 中碱基数目的 1/3 ( 不考虑终止密码子 ) 。 (3) 综上可知 , 基因中碱基数目 ∶ mRNA 碱基数目 ∶ 所需 tRNA 数目 ∶ 蛋白质中氨基酸数目 = 6 ∶ 3 ∶ 1 ∶ 1 。 ( 不考虑基因中的内含子及终止密码子 ) 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 遗传信息转录、翻译过程中相关的数量关系 遗传信息转录、翻译过程中 , 蛋白质中氨基酸的数目 = 参加转运的 tRNA 数目 =1/3 mRNA 的碱基数目 =1/6 基因中的碱基数目。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 已知一个蛋白质分子由 2 条肽链组成 , 共含有 198 个肽键 , 翻译形成该蛋白质分子的 mRNA 中有 A 和 G 共 200 个 , 则转录形成该 mRNA 的基因最少应含有 C 和 T 的个数是 ( 　　 ) A.200 B.400 C.600 D.800 解析 : 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 易错警示碱基计算中 “ 最多 ” 和 “ 最少 ” 的分析 (1) 翻译时 ,mRNA 上的终止密码不决定氨基酸 , 因此 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 , 但如果题目没有提示终止密码子问题 , 计算时一般无需考虑。 (2) 基因或 DNA 上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的 6 倍还要多一些。 (3) 解题时应看清是 DNA 上 ( 或基因中 ) 的碱基对数还是个数 ; 是 mRNA 上密码子的个数还是碱基的个数。 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 如图所示为某生物的基因表达过程。下列相关叙述不正确的是 ( 　　 ) A. 该过程发生在真核细胞内 , 在 RNA 聚合酶的作用下 DNA 双螺旋解开 B. 若合成一条肽链时脱去了 100 个水分子 , 则该条肽链中至少含有 102 个氧原子 C.RNA 与 DNA 的杂交区域中既有 A—T 又有 U—A 之间的配对 D. 该基因翻译时所需 tRNA 与氨基酸的种类数不一定相等 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 图中转录和翻译过程同时进行 , 故发生在原核细胞中 ,A 项错误 ; 若合成一条肽链时脱去了 100 个水分子 , 则形成了 100 个肽键 , 每个肽键中含有 1 个氧原子 , 同时每条肽链至少含有 1 个游离的羧基 , 因此该条肽链中至少含有氧原子 100+2=102( 个 ),B 项正确 ;RNA 与 DNA 的杂交区域中碱基配对方式为 A—T 、 U—A 、 C—G,C 项正确 ; 一种氨基酸可以由一种或几种 tRNA 来转运 , 因此该基因翻译时所需 tRNA 与氨基酸的种类数不一定相等 ,D 项正确。 答案 : A 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 某双链 DNA 的某基因有 7 200 个碱基 , 由此 DNA 控制合成的蛋白质最多有氨基酸 ( 　　 ) A.7 200 个 B.3 600 个 C.2 400 个 D.1 200 个 解析 : 转录只以基因中的一条链为模板 , 因此 , 转录形成的 RNA 分子中碱基数目最多是基因中碱基数目的 1/2 。在翻译过程中 ,mRNA 中每三个碱基决定一个氨基酸 , 所以翻译成的蛋白质分子中的氨基酸数目最多是 mRNA 碱基数目的 1/3 。所以基因中的碱基数 ( 双链 ) ∶ RNA 分子中的碱基数 ∶ 蛋白质分子中的氨基酸数 =6 ∶ 3 ∶ 1 。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 中心法则 问题情景 下图是生物体内遗传信息的传递和表达过程 , 请分析并回答下列问题。 (1) 在人体健康细胞中发生的过程是 ①②③ 。 (2) 遵循碱基互补配对的过程是 ①②③④⑤⑥ 。 探究点一 探究点二 探究点三 (3) ① 和 ② 过程 , 碱基配对方式完全相同吗 ? 任意一个人体细胞均能发生 ① 和 ② 过程吗 ? 提示 : 不完全相同。 ① 中是 G—C,C—G,A—T,T—A; ② 中是 G—C,C—G,A—U,T—A 。高度分化的人体细胞不再进行细胞分裂 , 因此不能发生 ① 过程 (DNA 复制 ) 。 (4) 请写出 HIV 的遗传信息传递与表达的途径。 提示 : (5) 为什么说生命是物质、能量和信息的统一体 ? 提示 : 在遗传信息的流动过程中 ,DNA 、 RNA 是信息的载体 , 蛋白质是信息的表达产物 , 而 ATP 为信息的流动提供能量 , 因此生命是物质、能量和信息的统一体。 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 中心法则体现 DNA 的功能 (1) 对遗传信息的传递功能 : 通过 DNA 的复制完成 , 发生在亲代产生生殖细胞或细胞增殖的过程中。 (2) 对遗传信息的表达功能 : 通过转录和翻译完成 , 发生在个体生长发育过程中。 2 . 中心法则各过程的适用范围 3 . 生命是物质、能量和信息的统一体 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 如图为模拟中心法则信息传递过程的实验研究装置 , 据图回答下列问题。 探究点一 探究点二 探究点三 (1) 如果图示为模拟某种病毒的信息流动过程 , 装置加入的模板 A 为单链 , 其部分碱基序列为 —GAACACGUC—, 加入的原料 B 为脱氧核苷酸 , 则该过程所需的酶 B 为 　　　　　　　　　 , 模拟的过程为 　　　　　　　　　 。   (2) 如果图示为模拟人体淋巴细胞的信息流动过程 , 装置加入的模板 A 为双链 , 其部分碱基序列为 —GAACATGTT—, 加入的原料 B 为 　　　　　　　　　 , 若该过程所需的酶 B 为 RNA 聚合酶 , 模拟的过程为 　　　　 , 该生理过程主要发生在该细胞的 　　　　　　 中。   探究点一 探究点二 探究点三 解析 : (1) 由模板的部分碱基序列 “—GAACACGUC—” 中含有 U 且为单链可知 , 该病毒为 RNA 病毒 , 且可以以脱氧核苷酸为原料合成 DNA, 所以可确定该过程需要逆转录酶的参与 , 模拟的过程为逆转录过程。 (2) 由 “ 模板 A 为双链 ” 和 “ 碱基序列为 —GAACATGTT—” 中含 T 等信息可知 , 模板 A 为双链 DNA 分子 , 在 RNA 聚合酶的催化作用下可以合成 RNA, 利用的原料为四种核糖核苷酸 , 模拟的过程为转录 , 主要发生在该细胞的细胞核中。 答案 : (1) 逆转录酶　逆转录　 (2)(A 、 U 、 G 、 C) 四种核糖核苷酸　转录　细胞核 探究点一 探究点二 探究点三 方法技巧 “ 三看法 ” 判断中心法则各过程 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 下图表示遗传信息的中心法则图解 , 下列有关叙述正确的是 ( 　　 ) A. 在乳酸菌中可以发生 a 、 e 过程 D. 在叶绿体中可以发生 b 、 c 、 d 过程 C.c 过程由起始密码子开始 , 到终止密码子结束 D.e 过程和 d 过程需要的原料相同 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 在乳酸菌中可以发生 a 、 b 、 c 过程 ,e 过程是 RNA 的复制 , 发生在某些 RNA 病毒的增殖过程中 , 乳酸菌内不能进行 e 过程 ,A 项错误 ; 在叶绿体中含有少量 DNA 和 RNA, 可以发生 a 、 b 、 c 过程 ,d 过程是逆转录 , 只能发生在逆转录病毒的增殖过程中 , 因此叶绿体内不能进行 d 过程 ,B 项错误 ;c 过程表示翻译过程 , 在翻译过程中 , 由起始密码子开始 , 到终止密码子结束 , 形成多肽 ( 或蛋白质 ),C 项正确 ;e 过程需要的原料是核糖核苷酸 ,d 过程需要的原料是脱氧核苷酸 ,D 项错误。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 结合图表分析 , 下列有关说法正确的是 ( 　　 ) A. 环丙沙星和红霉素可分别抑制细菌的 ① 和 ③ B. 青霉素和利福平能抑制 DNA 的复制 C. 结核杆菌的 ④ 和 ⑤ 都发生在细胞质中 D. ① ~ ⑤ 可发生在人体健康细胞中 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 首先判定出图中各个过程 : ① DNA 复制 , ② 转录 , ③ 翻译 , ④ RNA 复制 , ⑤ 逆转录。然后根据表格中抗菌药物的抗菌机理来分析各选项。青霉素的作用对象是细胞壁 , 与 DNA 复制无关 ; 环丙沙星可促进 DNA 螺旋化 , 不利于 DNA 复制和转录 ; 红霉素能与核糖体结合 , 抑制翻译过程 ; 利福平抑制 RNA 聚合酶的活性 , 进而抑制转录和 RNA 复制 ; ④ 和 ⑤ 只有在被 RNA 病毒寄生的细胞中才能进行。 答案 : A