1、第第1515讲讲 基因的表达基因的表达 第第5 5单元单元 2022 第1课时 遗传信息的转录和翻译 内 容 索 引 01 02 03 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 核心考点核心考点 能力提升能力提升 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 一、RNA的结构和种类 核糖核苷酸 A、U、G、C 单链 mRNA 反密码子 核糖体 二、遗传信息的转录 1.概念:在细胞核中,通过 以DNA的一条链为模板合成 的过程。 2.场所:主要是 ,在 、 中也能发生转录过 程。 3.产物: 、 、 。 RNA聚合酶 RNA 细胞核 叶绿体 线粒体 信使RNA 核糖体RNA
2、转运RNA 4.过程(以mRNA为例) RNA聚合酶 一条链 核糖核苷酸 RNA聚合酶 mRNA DNA链 三、遗传信息的翻译 1.概念:游离在细胞质中的各种氨基酸,以 为模板合成具有一 定氨基酸顺序的 的过程。 2.场所: 。 mRNA 蛋白质 核糖体 3.过程: mRNA tRNA mRNA tRNA 终止密码 脱离 归纳总结复制、转录和翻译的比较 项目 复 制 转 录 翻 译 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 细胞质(核糖体) 模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种脱氧核糖核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸 原则 AT、GC TA、 AU、GC AU、GC 结果 两
3、个子代DNA分子 mRNA、tRNA、 rRNA 多肽链 信息 传递 DNADNA DNAmRNA mRNA蛋白质 意义 保持遗传信息的连续性 表达遗传信息 四、中心法则 1.提出者: 。 2.补充后的内容图解 克里克 概念检测 1.基于对基因指导蛋白质合成过程的理解,判断下列表述是否正确。 (1)一个tRNA分子中只有三个碱基,可以携带一种氨基酸。( ) (2)rRNA是核糖体的组成成分,原核细胞中可由核仁参与合成。( ) (3)tRNA分子一般为单链,因此没有碱基两两配对形成的氢键。( ) (4)有些RNA可通过降低化学反应的活化能来提高反应速率。( ) (5)一个tRNA上的反密码子只能
4、与mRNA上的一种密码子配对。( ) (6)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。( ) (7)蛋白质合成旺盛的细胞中,DNA分子较多,转录成的mRNA分子也较多。 ( ) (8)细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板,提高转录效率。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 2.依据中心法则(下图),判断下列相关叙述是否正确。 (1)生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中。( ) (2)核苷酸序列不同的基因可能表达出相同的蛋白质。( ) (3)人类免疫缺陷病毒(HIV)合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经 过d、
5、b、c环节。( ) (4)通过d形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上。( ) (5)科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 教材拓展 (人教版必修2 P70生物科学史话“遗传密码的破译”)1961年,克里克以T4噬 菌体为实验材料,研究其中某个基因的碱基增加或减少对其所编码蛋白质 的影响。克里克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。同一年,尼伦伯格和马太破译了第一个遗传密码。下图是尼伦 伯格和马太破译第一个遗传密码的实验,每支试管中加入了一种氨基酸,再 加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液,以
6、及人工合成的RNA多聚尿嘧啶 核苷酸。 (1)在本实验中尼伦伯格和马太采用了什么技术? 提示 蛋白质的体外合成技术。 (2)在实验中为什么要除去细胞提取液中DNA和mRNA? 提示 防止DNA和mRNA中的遗传信息起作用,影响肽链的形成。 (3)通过本实验说明什么问题?如果加入的是人工合成的RNA多聚鸟嘌呤 核苷酸,加入的氨基酸不变,还能合成多聚苯丙氨酸吗?为什么? 提示 本实验结果说明多聚尿嘧啶核苷酸指导了多聚苯丙氨酸的合成。 不能,因为苯丙氨酸的密码子为UUU,而GGG对应的是甘氨酸。 核心考点核心考点 能力提升能力提升 考点考点 遗传信息的流动遗传信息的流动 合作探究合作探究 探究1通过
7、转录,遗传信息可以从DNA流向RNA 遗传信息的转录是指在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板 合成RNA的过程。 (1)遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程,该过程需要解旋酶吗? 提示 不需要,RNA聚合酶也有解旋功能。 (2)一个DNA分子上的所有基因都同时转录吗?它们的模板链都相同吗? 提示 转录是以基因为单位进行的,因为基因是选择性表达的,同一个 DNA分子上的基因,有的转录,有的不转录。不同基因的模板链不一定相 同。 (3)转录形成RNA时有没有方向性? 提示 转录时mRNA总是从5端向3端延伸,具有方向性。 探究2遗传信息的翻译,实质是将mRNA的碱基序列翻译为蛋白
8、质的氨基 酸序列 mRNA合成以后,通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸, 以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。下图表示一条 mRNA结合多个核糖体进行翻译,图中数字代表核糖体序号,字母表示 mRNA的两端。 (1)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是 甲硫氨酸? 提示 翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中会被 剪切掉。 (2)你能判断图中翻译的方向吗?你的判断依据是什么? 提示 翻译的方向为从A向B。判断依据是核糖体上多肽链的长短,多肽 链长的表明先进行了翻译过程。图中4号核糖体上合成的多肽链最长,表 明4号核糖体最先与m
9、RNA结合进行翻译。 (3)图中信息显示一条mRNA可结合多个核糖体,其意义何在?结合在一个 mRNA上的多个核糖体合成的多条肽链相同吗?为什么? 提示 少量mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。结合在一个mRNA 上的多个核糖体合成的多条肽链相同,因为作为模板的mRNA相同。 探究3中心法则表明生命是物质、能量和信息的统一体 在蛋白质的合成过程完全弄清楚之前,科学家克里克首先预见了遗传信息 传递的一般规律,并于1957年提出了中心法则。随着研究的不断深入,科学 家对中心法则又做了补充。下面图解是经过补充完善的中心法则。 (1)任何生物遗传信息的传递都包括图解中的全部过程吗?请写出HIV的遗
10、传信息传递途径。 提示 不是,不同的生物遗传信息的传递途径不完全相同。 HIV遗传信息传递途径: (2)结合中心法则,思考DNA、RNA产生的途径有哪些。 提示 DNA产生途径有DNA的复制及逆转录;RNA的产生途径有RNA的 复制及转录。 考向突破考向突破 考向1 遗传信息的转录 1.(2020山东枣庄二模)TATA框是多数真核生物基因启动子中的一段DNA 序列,位于转录起始点上游,其碱基序列为TATAATAAT。在转录mRNA前, 先由转录因子TFII-D蛋白和TATA框结合,形成稳定的复合物,然后由RNA 聚合酶依据模板链进行转录。下列相关叙述正确的是( ) A.TATA框的DNA片段中
11、共含有2种脱氧核苷酸和8个氢键 B.TATA框经RNA聚合酶催化转录形成的片段中含有起始密码子 C.转录开始时,TFII-D蛋白首先与TATA框结合打开碱基对之间的氢键 D.RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键将游离的核糖核苷酸依次连接成 mRNA 答案 D 解析 TATA框的碱基序列为TATAATAAT,共含有2种脱氧核苷酸和18个氢 键,A项错误;TATA框是多数真核生物基因启动子中的一段DNA序列,位于 转录起始点上游,因此本身不进行转录,B项错误;转录mRNA前,先由转录因 子TFII-D蛋白和TATA框结合,形成稳定的复合物,转录过程中由RNA聚合 酶发挥解旋作用,打开氢键,C项错误;RN
12、A聚合酶催化形成磷酸二酯键将游 离的核糖核苷酸依次连接成mRNA,D项正确。 考向2 遗传信息的翻译 2.(2020山东菏泽一模)研究表明,核糖体在细胞内不是以整体的形式存在, 而是在产生mRNA后,构成核糖体的两个亚基直接结合在mRNA上,形成完 整的核糖体,进行蛋白质的合成。下列相关叙述错误的是( ) A.细胞内的RNA均由DNA转录而来,只有mRNA携带控制蛋白质合成的信 息 B.mRNA的合成可与核糖体的组装同步进行,且一个mRNA上可结合多个 核糖体 C.核糖体结合在mRNA上的初始位置是起始密码,且与起始密码相同的密 码子只出现一次 D.核糖体与mRNA的结合处有两个tRNA的结合
13、位点,且一个tRNA可先后 结合两个位点 答案 C 解析 细胞内的RNA都由DNA转录而来,包括tRNA、rRNA、mRNA等,但 是只有mRNA携带控制蛋白质合成的信息,A项正确;在原核细胞中及线粒 体、叶绿体中,转录和翻译可以同时进行,B项正确;mRNA上核糖体结合的 初始位置是起始密码,与起始密码相同的密码子可出现多次,C项错误;核糖 体与mRNA结合的位置有两个tRNA的结合位点,在翻译的过程中,处在第 一个位点的tRNA上的氨基酸在与第二位点的tRNA上的氨基酸结合后,随 着核糖体的移动,原第一位点的tRNA离开核糖体,原第二位点的tRNA携肽 链移到第一个位点,D项正确。 归纳总结
14、巧辨遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子 考向3 遗传信息传递过程 3.如图表示某种生理过程,下列与此图相关的叙述中不正确的是( ) XY A.图中的“能量”直接来源于ATP水解 B.若X、Y均表示DNA,则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶 C.若X是RNA,则Y只能是蛋白质,图中“原料”为氨基酸 D.若X是DNA,Y是RNA,则此过程要以X为模板,酶是RNA聚合酶 答案 C 解析 ATP是生命活动的直接能源物质,图中的“能量”直接来源于ATP水 解,A项正确;若X、Y均表示DNA,该过程为DNA的复制过程,则图中的酶为 DNA聚合酶和解旋酶,B项正确;若X是RNA,则Y可能是蛋白质、RNA或 DNA,该过程可能为翻译、RNA的复制或逆转录过程,C项错误;若X是 DNA,Y是RNA,则此过程是转录过程,要以DNA为模板,酶是RNA聚合酶,D 项正确。 方法技巧“三看法”判断中心法则各过程
