1、第第4章章 基因的表达基因的表达 第第 1 节节 基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成 学学 习习 目目 标标 1 1. .通过比较通过比较 RNARNA 与与 DNADNA 的结构的结构, ,归纳归纳 RNARNA 适于作适于作 DNADNA 的信使的条件的信使的条件, ,形成结构与功能相适应的生命观形成结构与功能相适应的生命观 念。念。 2 2. .运用数学方法运用数学方法, ,分析分析 DNADNA 的碱基、的碱基、 RNARNA 的碱基与氨的碱基与氨 基酸之间的对应关系。基酸之间的对应关系。 3 3. .通过分析、归纳图文资料通过分析、归纳图文资料, ,概述遗传信息的转录概述遗传信
2、息的转录 和翻译过程。和翻译过程。 4 4. .基于地球上几乎所有的生物共用一套遗传密码基于地球上几乎所有的生物共用一套遗传密码 的事实的事实, ,阐明生物界的统一性阐明生物界的统一性, ,认同当今生物可能认同当今生物可能 有着共同的起源有着共同的起源, ,形成生物进化观。形成生物进化观。 探究一探究一 遗传信息的转录遗传信息的转录 1.RNA的组成及分类。的组成及分类。 结合教材第结合教材第64页图页图4-1、第、第65页图页图4-2、图、图4-3,阅读阅读 RNA的相关内容的相关内容,阐明阐明RNA的种类和功能的种类和功能,比较与比较与DNA的的 不同。不同。 (1)基本单位及组成。基本单
3、位及组成。 (2)结构结构:一般是一般是_,且比且比 DNA 短。短。 (3)RNA 的种类及功能。的种类及功能。 单链单链 2.DNA 和和 RNA 的比较。的比较。 比较项目比较项目 DNA RNA 组组 成成 单单 位位 基本组成基本组成 单位不同单位不同 _ _ 五碳糖不同五碳糖不同 _ _ 碱基不同碱基不同 特有特有的是的是_ _ 特有的特有的是是_ _ 结构不同结构不同 _ 一般一般为为_,能能 通过核孔通过核孔 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 核糖核苷酸核糖核苷酸 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖 胸腺嘧胸腺嘧 啶（或啶（或T） 尿嘧啶尿嘧啶 （或（或U） 双螺旋结构双螺旋结构 单链单链 3.遗
4、传信息的转录。遗传信息的转录。 结合教材第结合教材第 65 页图页图 4-4,阅读遗传信息转录的相关内阅读遗传信息转录的相关内 容容,概述转录的过程概述转录的过程,阐明转录过程所需的条件、结果等阐明转录过程所需的条件、结果等, 认同转录过程实现了遗传信息由认同转录过程实现了遗传信息由 DNA流向流向 RNA的事实。的事实。 (1)转录的概念。转录的概念。 (2)转录的过程。转录的过程。 探究探究二二 遗传信息的翻译遗传信息的翻译 1.结合教材第结合教材第 66 页图页图 4-5、第、第 67 页表页表 4-1、图、图 4-6,阅阅 读相关内容读相关内容,运用结构与功能相适应的观念分析密码子的运
5、用结构与功能相适应的观念分析密码子的 特点特点,阐明密码子和反密码子的区别与联系。阐明密码子和反密码子的区别与联系。 (1)翻译的概念。翻译的概念。 (2)密码子和反密码子。密码子和反密码子。 属于密码子的是属于密码子的是_(填序号填序号),位于位于d_(填名称填名称)上上,其其 实质是决定一个氨基酸的实质是决定一个氨基酸的_个相邻的碱基。个相邻的碱基。 属于反密码子的是属于反密码子的是_ (填序号填序号),位于位于c_上上,其实质其实质 是与是与_发生碱基互补配对的发生碱基互补配对的_个相邻的碱基。个相邻的碱基。 密码子的种类为密码子的种类为_种种,一般情况下一般情况下,反密码子的种类为反密
6、码子的种类为 _种。种。 b mRNA 3 a tRNA 3 密码子密码子 64 61 2.结合教材第结合教材第 68 页图页图 4-7,阅读遗传信息翻译的相关内容阅读遗传信息翻译的相关内容,概概 述翻译的过程及其精确、高效进行的原因。述翻译的过程及其精确、高效进行的原因。 (1)翻译过程。翻译过程。 (2)翻译能精确进行的原因。翻译能精确进行的原因。 _为翻译提供了精确的模板。为翻译提供了精确的模板。 通过通过_原则原则,保证了翻译能够准确进行。保证了翻译能够准确进行。 (3)翻译能高效进行的原因。翻译能高效进行的原因。 1 个个 mRNA 可以相继结合多个可以相继结合多个_,同时进行多条同
7、时进行多条 _的合成。的合成。 mRNA 碱基互补配对碱基互补配对 核糖体核糖体 肽链肽链 结合教材第结合教材第 69 页图页图 4-8,阅读相关内容阅读相关内容,概述中心法则的概述中心法则的 内容内容,认同科学家对中心法则作出的补充。认同科学家对中心法则作出的补充。 1.中心法则的提出。中心法则的提出。 (1)提出者提出者:_。 (2)内容内容: 探究探究三三 中心法则中心法则 克里克克里克 DNA 复制复制:遗传信息从遗传信息从_流向流向_。 转录转录:遗传信息从遗传信息从_流向流向_。 翻译翻译:遗传信息从遗传信息从_流向流向_。 2.中心法则的发展。中心法则的发展。 发展内容发展内容
8、信息流动信息流动 举例举例 RNA自我复制自我复制 遗传信息遗传信息从从_流向流向 _ 烟草花叶病毒烟草花叶病毒 RNA逆转录合成逆转录合成 DNA 遗传信息遗传信息从从_流向流向 _ HIV RNA RNA DNA DNA DNA 蛋白质蛋白质 RNA RNA RNA DNA 3.完善后的中心法则图解。完善后的中心法则图解。 探究一探究一 遗传信息的转录遗传信息的转录 下图表示某真核生物细胞内下图表示某真核生物细胞内 DNA 的转录过程的转录过程,请据图分请据图分 析回答下列问题。析回答下列问题。 (1)在图中方框内用“在图中方框内用“”或“”或“”标出转录的方向。”标出转录的方向。 答案答
9、案: : (2)a为启动上述过程必需的有机物为启动上述过程必需的有机物,其名称是什么其名称是什么? 提示提示: :RNA聚合酶聚合酶。 (3)b和和c的名称分别是什么的名称分别是什么? 提示提示: :b是胞嘧啶脱氧核苷酸是胞嘧啶脱氧核苷酸,c是胞嘧啶核糖核苷酸。是胞嘧啶核糖核苷酸。 (4)在根尖细胞中在根尖细胞中,上述过程发生的场所在哪里上述过程发生的场所在哪里? 提示提示: :细胞核细胞核,线粒体。线粒体。 (5)若若d中中A占占35%,U占占19%,则则d对应的对应的DNA分子片分子片 段中段中T和和C分别占多少分别占多少? 提示提示: :d是以是以DNA的一条链为模板转录来的的一条链为模
10、板转录来的,若若d中中 A=35%,U=19%,A+U=54%,则对应的则对应的DNA分子片段中分子片段中 A+T=54%,G+C=46%,故故A=T=27%,G=C=23%。 (1)RNA 适于作适于作 DNA 信使的条件。信使的条件。 RNA 与与 DNA 的结构类似的结构类似,可以储存遗传信息。可以储存遗传信息。 RNA 一般是单链一般是单链,比比 DNA 短短,能够通过核孔转移到细能够通过核孔转移到细 胞质中。胞质中。 (2)转录与转录与 DNA 复制的比较。复制的比较。 比较项目比较项目 模板模板 原料原料 能量能量 酶酶 产物产物 DNADNA复制复制 DNADNA的两条的两条 链
11、链 脱氧核脱氧核 苷酸苷酸 ATPATP 解旋酶、解旋酶、DNADNA 聚合酶聚合酶 DNADNA 转录转录 DNADNA的一条的一条 链链 核糖核核糖核 苷酸苷酸 ATPATP RNARNA聚合酶聚合酶 RNARNA 【例【例1】下列有关】下列有关DNA和和RNA的叙述的叙述,正确的是正确的是( ) A.由由DNA转录形成的转录形成的RNA的相对分子质量是该的相对分子质量是该DNA 的一半的一半 B.通过通过DNA转录形成的转录形成的RNA分子中没有碱基对存在分子中没有碱基对存在 C.DNA和和RNA的碱基组成不完全相同的碱基组成不完全相同 D.tRNA和和rRNA不是由不是由DNA转录形成
12、的产物转录形成的产物 解析解析: :一个一个DNA分子有多个基因分子有多个基因,而遗传信息的转录以而遗传信息的转录以 基因为单位基因为单位,因此由因此由DNA转录形成的转录形成的RNA的相对分子质量的相对分子质量 远小于该远小于该DNA的一半的一半,A项错误项错误;RNA有有rRNA、tRNA、 mRNA三大类三大类,tRNA分子中存在碱基对分子中存在碱基对,B项错误项错误;DNA和和 RNA均有碱基均有碱基A、G、C,另外另外DNA具有特有碱基具有特有碱基T,RNA具具 有特有碱基有特有碱基U,C项正确项正确;rRNA、tRNA、mRNA均是由均是由 DNA转录形成的产物转录形成的产物,D项
13、错误。项错误。 答案答案: :C 【例【例2】下图表示在人体细胞核中进行的某一生理过】下图表示在人体细胞核中进行的某一生理过 程程,下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A.该过程共涉及该过程共涉及5种核苷酸种核苷酸 B.在不同组织细胞中该过程的产物相同在不同组织细胞中该过程的产物相同 C.该过程需要该过程需要DNA聚合酶聚合酶 D.该过程涉及碱基互补配对和该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗的消耗 解析解析: :从原料看出该过程为转录。该过程涉及的核从原料看出该过程为转录。该过程涉及的核 苷酸为苷酸为4种脱氧核苷酸、种脱氧核苷酸、4种核糖核苷酸种核糖核苷酸;不同组织细胞不同组织细胞 中转录
14、的中转录的mRNA不同不同;该过程不需要该过程不需要DNA聚合酶而需要聚合酶而需要 RNA聚合酶聚合酶;该过程涉及碱基互补配对和该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗。的消耗。 答案答案: :D 探究探究二二 遗传信息的翻译遗传信息的翻译 1.下图是基因控制蛋白质合成的示意图下图是基因控制蛋白质合成的示意图,请据图回答请据图回答 下列问题。下列问题。 (1)转录出转录出的模板是什么的模板是什么?该模板的相应区段的碱该模板的相应区段的碱 基序列是什么基序列是什么? 提示提示: : DNA的一条链的一条链;TAGCGAAGAAAG。 (2)运输氨基酸的工具是图中的哪种结构运输氨基酸的工具是图中的哪种
15、结构?为什么说为什么说 它是真正起“翻译”作用的结构它是真正起“翻译”作用的结构? 提示提示: :运输氨基酸的工具是运输氨基酸的工具是()tRNA;它一端有反密它一端有反密 码子码子,能识别能识别mRNA上的密码子上的密码子,一端能携带氨基酸一端能携带氨基酸,是真是真 正起“翻译”作用的结构。正起“翻译”作用的结构。 (3)研究表明研究表明,少量的少量的mRNA分子就能迅速合成大量分子就能迅速合成大量 的蛋白质的蛋白质,结合上图推测其作用机理。结合上图推测其作用机理。 提示提示: :1个个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体分子上可以相继结合多个核糖体,同同 时进行多条肽链的合成。时进行多条肽
16、链的合成。 2.假设编码亮氨酸的密码子假设编码亮氨酸的密码子CUA中的一个碱基发生中的一个碱基发生 了改变了改变,可能的变化是第可能的变化是第1个碱基个碱基C变成了变成了U、A或或G;或第或第 2个碱基个碱基U变成了变成了C、A或或G;或第或第3个碱基个碱基A变成了变成了U、C 或或G。请分析在这。请分析在这9种可能的变化中种可能的变化中,哪几种变化确实引哪几种变化确实引 起了氨基酸的变化起了氨基酸的变化?通过这个实例通过这个实例,你认为密码子的简并你认为密码子的简并 性对生物体的生存发展有什么意义性对生物体的生存发展有什么意义? 提示提示: :可以将变化后的密码子分别写出可以将变化后的密码子
17、分别写出,然后查密码然后查密码 子表子表,看看变化了的密码子分别对应哪种氨基酸。这个实看看变化了的密码子分别对应哪种氨基酸。这个实 例说明密码子的简并性在一定程度上能防止由于碱基的例说明密码子的简并性在一定程度上能防止由于碱基的 改变而导致的遗传信息的改变。改变而导致的遗传信息的改变。 (1)密码子和反密码子的比较。密码子和反密码子的比较。 比较项目比较项目 密码子密码子 反密码子反密码子 位置位置 mRNA tRNA 作用作用 直接决定蛋白质中氨基直接决定蛋白质中氨基 酸的序列酸的序列 识别密码子识别密码子,转运氨基酸转运氨基酸 特点特点 与与DNA模板链上的碱基模板链上的碱基 互补互补 与
18、与mRNA中密码子的碱中密码子的碱 基互补基互补 (2)氨基酸、密码子和反密码子的对应关系。氨基酸、密码子和反密码子的对应关系。 每种氨基酸对应一种或几种密码子每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并密码子的简并 性性),可由一种或几种可由一种或几种tRNA转运。转运。 一种密码子只能决定一种氨基酸一种密码子只能决定一种氨基酸,一种一种tRNA只能转只能转 运一种氨基酸。运一种氨基酸。 氨基酸、密码子和反密码子的对应关系图氨基酸、密码子和反密码子的对应关系图 密码子有密码子有64种种(一般情况下一般情况下3种终止密码子不决定氨种终止密码子不决定氨 基酸基酸,特殊情况下特殊情况下UGA可以编
19、码硒代半胱氨酸可以编码硒代半胱氨酸;一般情况下一般情况下 决定氨基酸的密码子有决定氨基酸的密码子有61种种),一般情况下反密码子理论上一般情况下反密码子理论上 有有61种。不同生物共用一套遗传密码。种。不同生物共用一套遗传密码。 【例【例3】基因、遗传信息和密码子分别是指】基因、遗传信息和密码子分别是指( ) 信使信使RNA上核苷酸的排列顺序上核苷酸的排列顺序 基因中脱氧核基因中脱氧核 苷酸的排列顺序苷酸的排列顺序 DNA上一个氨基酸的上一个氨基酸的3个相邻的碱基个相邻的碱基 转运转运RNA上一端的上一端的3个碱基个碱基 信使信使RNA上决定氨基酸上决定氨基酸 的的3个相邻的碱基个相邻的碱基
20、通常是有遗传效应的通常是有遗传效应的DNA片段片段 A. B. C. D. 解析解析: :基因通常是有遗传效应的基因通常是有遗传效应的DNA片段片段,正确正确;遗遗 传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序,正确正确;信使信使 RNA上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基称为密码子个相邻的碱基称为密码子,转运转运 RNA上一端与密码子互补配对的上一端与密码子互补配对的3个碱基称为反密码子个碱基称为反密码子, 正确。所以正确的顺序为正确。所以正确的顺序为。 答案答案: :B 【例【例4】下图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程】下图代表人体胰岛细胞中发生的
21、某一过程(AA 代表氨基酸代表氨基酸),下列叙述正确的是下列叙述正确的是( ) A.该过程的直接模板是该过程的直接模板是DNA B.该过程合成的产物一定是酶或激素该过程合成的产物一定是酶或激素 C.有多少个密码子有多少个密码子,就有多少个反密码子与之对应就有多少个反密码子与之对应 D.每一个氨基酸都有与之对应的转运每一个氨基酸都有与之对应的转运RNA来运输来运输 解析解析: :图示是人体胰岛细胞中发生的翻译过程图示是人体胰岛细胞中发生的翻译过程,其直接其直接 模板是模板是mRNA,A项错误项错误;该过程合成的是多肽该过程合成的是多肽,经过加工成经过加工成 为蛋白质为蛋白质,而蛋白质不一定是酶或
22、激素而蛋白质不一定是酶或激素,B项错误项错误;终止密码终止密码 子不编码氨基酸子不编码氨基酸,没有与之对应的反密码子没有与之对应的反密码子,C项错误项错误;一种一种 氨基酸可由一种或几种密码子编码氨基酸可由一种或几种密码子编码,因此一种氨基酸可以因此一种氨基酸可以 由一种或几种特定的转运由一种或几种特定的转运RNA将它运输到核糖体上将它运输到核糖体上,D项项 正确。正确。 答案答案: :D 探究探究三三 中心法则中心法则 下图是生物体内遗传信息的传递和表达过程下图是生物体内遗传信息的传递和表达过程,请分析并请分析并 回答下列问题。回答下列问题。 (1)正常细胞中能发生的过程是哪些正常细胞中能发
23、生的过程是哪些? 提示提示: :。 (2)请写出请写出HIV的遗传信息传递与表达的途径。的遗传信息传递与表达的途径。 提示提示: : (3)下图为一组模拟实验下图为一组模拟实验,假设实验能正常进行且五支假设实验能正常进行且五支 试管中都有产物生成试管中都有产物生成,请将此图解中请将此图解中AE试管所模拟的过程试管所模拟的过程 与上图与上图过程对应起来。过程对应起来。 A B C D E 提示提示: :A;B;C;D;E。 中心法则与基因表达的关系 【例【例5】某种】某种RNA病毒在增殖过程中病毒在增殖过程中,其遗传物质需要其遗传物质需要 经过某种转变后整合到真核宿主细胞的基因组中。物质经过某种
24、转变后整合到真核宿主细胞的基因组中。物质Y 与脱氧核苷酸结构相似与脱氧核苷酸结构相似,可抑制该病毒的增殖可抑制该病毒的增殖,但不抑制宿但不抑制宿 主细胞的增殖主细胞的增殖,那么那么Y抑制该病毒增殖的机制是抑制该病毒增殖的机制是( ) A.抑制该病毒抑制该病毒RNA的转录过程的转录过程 B.抑制该病毒的逆转录过程抑制该病毒的逆转录过程 C.抑制该病毒蛋白质的翻译过程抑制该病毒蛋白质的翻译过程 D.抑制该病毒抑制该病毒RNA的自我复制过程的自我复制过程 解析解析: :逆转录病毒遗传信息的传递没有逆转录病毒遗传信息的传递没有RNA转录和转录和 RNA的自我复制过程的自我复制过程,其其RNA经过逆转录
25、合成经过逆转录合成DNA,整合整合 到宿主细胞的基因组后到宿主细胞的基因组后,随宿主细胞随宿主细胞DNA的复制而复制的复制而复制, 并通过转录、翻译过程合成新的病毒。逆转录过程是该并通过转录、翻译过程合成新的病毒。逆转录过程是该 病毒遗传信息传递特有的过程病毒遗传信息传递特有的过程,物质物质Y可抑制该病毒的增可抑制该病毒的增 殖殖,但不抑制宿主细胞的增殖但不抑制宿主细胞的增殖,因此是抑制了该病毒的逆因此是抑制了该病毒的逆 转录过程。转录过程。 答案答案: :B 【情景迁移情景迁移】 科学研究表明科学研究表明,小分子小分子RNA可以干扰细胞中某些基因的表可以干扰细胞中某些基因的表 达过程达过程,
26、从而导致基因“沉默”。从而导致基因“沉默”。 (1)使基因“沉默”的小分子使基因“沉默”的小分子RNA片段的基本组成单位是片段的基本组成单位是 什么什么? 提示提示: :4种核糖核苷酸。种核糖核苷酸。 (2)小分子小分子RNA干扰细胞中某些基因的表达过程干扰细胞中某些基因的表达过程,而不是而不是 影响所有基因影响所有基因,试推测其可能的作用机理。试推测其可能的作用机理。 提示提示: :通过碱基互补配对与特定的通过碱基互补配对与特定的mRNA结合结合,从而影响从而影响 了该了该mRNA的翻译过程。的翻译过程。 【例【例6】下图为中心法则示意图】下图为中心法则示意图,相关叙述错误的是相关叙述错误的是( ) A.过程不能发生在细胞核中过程不能发生在细胞核中 B.的碱基配对方式不完全相同的碱基配对方式不完全相同 C.过程可发生在过程可发生在HIV侵染宿主细胞时侵染宿主细胞时 D.过程所需的原料分别是核糖核苷酸和氨基酸过程所需的原料分别是核糖核苷酸和氨基酸 答案：答案：C 课堂建构
