2020新苏教版生物必修2讲义第4章第3节基因控制蛋白质的合成
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第三节基因控制蛋白质的合成
学习目标
2■概述遗传信息的转录和翻译过
一、从基因到蛋白质
1. 基因的概念及相关问题
(1) 概念:基因是DNA 分子上具有遗传效应的片段。
(2) 溃传信息:基因内的脱氧核苷酸的排列顺序代表了溃传信息。
(3) 基因的主要载体:染色体。
(4) 基因的基本功能包括遗传信息的传递 (DNA 复制)和表达(通过基因控制蛋 白质合成来实现
的)。
2. 转录
(1) 概念:以DNA 的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成
RNA 的
过程。
(2) 场所:主要是细胞核。
(3) 原料:四种游离的核糖核苷酸。
核心素养
1■说明基因和遗传信息的关系。
1■通过对比分析、归纳和概括,比较三种RNA
的结构和组成。
程。
(重难点)
2■通过列表法比较转录和翻译的异同。
3■说明基因控制性状的方式。
(重
3■通
过对密
占)
4■了解人类基因组计划。
系的探讨,领悟生命的奥妙。
(4) 过程
(5)产物:RNA。
三种RNA的比较
类型mRNA tRNA rRNA
空间单链状三叶】
&
草形
9
Jo
单链状,有部分
双链区
结构jjHUX2n
功能转录DNA上的遗传信
息,是蛋白质合成的直接
模板
一端以反密码子识别
mRNA上的密码子,另
一端携带一个特定的氨
基酸进入核糖体
是核糖体的组成成
分,参与蛋白质
的合成
另外:有的还具有催化作用
(6) 结果:通过转录,DNA分子上的遗传信息传递到mRNA上。
(7) 遗传密码子
①概念:mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。
②种类:64种,其中,有61个负责20种氨基酸的编码。
2个起始密码为AUG、GUG ;3个终止密码为UAA、UAG、UGA,3个终止密码不能决定氨基酸的种类。
3. 翻译
(1) 概念:以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程
(2) 场所:在细胞中的核糖体上进行。
(3)过程
起始阶段:mRNA上的起始密码子位于核糖体的第一位置上,tRNA的一端
携带氨基酸,另一端是与密码子相对应的反密码子,tRNA上的反密码子与起始
密码子相互识别并配对。
延伸阶段:携带着特定氨基酸的tRNA按照碱基互补配对原则,识别并进入第二
位置。
在酶的作用下,将氨基酸依次连接,形成多肽链」
终止阶段:当tRNA上的反密码子识别终止密码子后,肽链合成终止并被释放。
(4) 条件:mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶的共同参与,还需
要消耗能量。
(5)结果:通过翻译,遗传信息从mRNA传递到蛋白质。
(6)mRNA与核糖体的数量关系一
个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,并同时进行多条肽链的合成。
二、基因对性状的控制
1. 生物性状的概念
包括生物体所表现出来的形态特征和生理、生化特性。
2. 基因的主要功能
通过转录和翻译过程,把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质,从而决定生物体的性状。
3. 中心法则的提出及其发展
(1)中心法则的内容
厂\h C H \JNA HIVA •-蛋LJJ®
①提出者:克里克。
②基本内容
过程名称遗传信息流向
a DNA 复制DNA —DNA
b转录DNA —RNA
c翻译RNA —蛋白质
(2)发展
基因控制生物体性状的途径
⑴基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)基因通过控制酶的合成来控制细胞中的代谢过程,进而控制生物体的性 状。
5.人类基因组计划
⑴基因组的含义
在遗传学上,一个生物体的基因组是指包含在该生物的
DNA(部分病毒是
RNA)中的全部遗传信息。
(2) 人类基因组的分布
人类基因组的DNA 序列主要分布在细胞核中22条常染色体和X 、Y 两条 性染色体上。
(3) 人类基因组计划的主要内容
包括遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱的绘制,其中的主要任务是 DNA 测序。
(4) 参与国家:美、日、德、法、英、中。
(5) 意义
① 进一步了解基因表达的调控机制, 细胞的生长、分化,个体发育机制对仁 物进化具有重要意义。
② 推动了高新技术的发展。
二基础诊断
判断对错(正确的打“V”,错误的打“X”
)
1. 基因位于染色体上,是染色体 DNA 分子上的任一片段。
( )
2. DNA 解旋后每一条链都可以当作转录的模板。
( ) 3. 氨基酸、密码子、反密码子三者之间是 -------- 对应的关系。
( ) 4. 线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。
( ) 5. 基因与性状的关系是一对一的线性关系。
(
)
提示:1.X 基因是有遗传效应的DNA 片段
2. X DNA 解旋后的一条链作为转录的模板。
内容 RNA 逆转录
3. X 终止密码子不对应氨基酸。
4. V
5. X 基因与性状的关系不是一对一的关系。
合作探究叮2重XB
[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:
甲、乙含有哪种核酸?二者有什么区别?
提示:甲、乙中含有碱基T ,因此为DNA ;在甲中A与T不相等,G与C 不相等,因此甲只能为单链DNA ;在乙中A与T相等,G与C相等,最可能是
双链DNA
答案:甲、乙中的核酸是DNA,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?
提示:RNA ;丙的核酸中含有碱基U,不含碱基T。
3. 生物丁的核酸中含有几种核苷酸?
提示:生物丁的核酸既有DNA又有RNA,因此含有8种核苷酸。
答案:8种。
4. RNA为什么适合做DNA的信使?
提示:(1)RNA —般为单链,比DNA短,可以通过核孔从细胞核进入细胞质。
(2) R NA是另一种核酸,也是由四种核苷酸组成的,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。
[归纳总结]
1 •脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系图解
丄染色祥是UNA的主聲我体
h.i条染色体含有一个或两个DMA分子
工每个基因中普有许多脱嗔挟甘酸
h基因中戯觀樓昔酸的排列顺序代奁遗传信惠
项目DNA复制转录翻译
场所主要是细胞核主要是细胞核细胞中的核糖体模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA
原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸时间细胞分裂间期生物生长发育的过程中
碱基配A—T , T—A A —U , T—A A—U , U —A 对 C —G, G—C C—G , G —C C —G , G—C
遗传信
DNA—DNA DNA —RNA mRNA —蛋白质息传递
遗传信息、密码子和反密码子的比较
项目遗传信息密码子反密码子
概念
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
种类多样性64种61种
图解
T1
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働对点练逊
1 •如图表示生物体内三个重要的生理活动。
据所学知识结合图形可得出的
正确结论是()
A•甲、乙、丙三图正在进行的生理过程分别是转录、翻译和复制
B. 在正常情况下,碱基的排列顺序相同的单链是a和d, b和c
C •起始密码子和终止密码子都位于f链上
D.丙图所示生理过程是从分子1链的B端开始的
C [甲图表示DNA分子复制过程,乙图表示转录过程,丙图表示翻译过程,
A错误;根据碱基互补配对原则可知,甲图中碱基的排列顺序相同的单链是a和c、b和d,B错误;起始密码子和终止密码子位于mRNA 上,乙图中f链表示mRNA,C正确;由于多肽链n比m长,所以翻译是从分子1链的A端开始的,
D错误。
]
淤肚肚究(1)甲、乙、丙三图代表的生理过程所需原料分别是什么?
d
提示:四种游离的脱氧核苷酸、四种游离的核糖核苷酸和20种氨基酸
(2)图丙中的m、n分别表示什么?
提示:核糖体和多肽(蛋白质)。
2 •如图①②③表示真核细胞中遗传信息的传递方向,下列有关说法正确的
是()
A. ③是翻译过程,方向是从b到a
B. 每种氨基酸均可由不止一种tRNA来转运
C. ①②③也能在线粒体、叶绿体及原核细胞中进行
D. —条mRNA可与多个核糖体结合,多个核糖体共同合成一条多肽链,
加快了翻译的效率
C [由图可知,③是翻译过程,随着翻译的进行,肽链由短到长,所以方向是从a到b,A错误;大多数氨基酸有多个密码子,可由不止一种tRNA来转运,但甲硫氨酸、色氨酸只有一种密码子,只由一种tRNA来转运,B错误;图中① 为DNA的复制,②为转录,③为翻译,也能在线粒体、叶绿体及原核细胞中进行,C正确;一条mRNA可与多个核糖体结合,能够同时合成多条多肽链,加快了翻译的效率,D错误。
]
基因对性状的控制
中心法则及其与生物种类的关系
(1)中心法则内容及其发展图解
复制@器[呼A竝蛋白质
基因、蛋白质与性状的关系
(1) 基因对性状控制的两种途径
厂匚的箕摄衽厂]
[卄擁或澈嶄一r-细胞代潮一性状
I 一蛋白质結构一L性状{直接途轻)
(2) 基因与性状的对应关系
-一个基因决定一种性状
①基因与性状的关系多个基因决定一种性状
I一个基因会影响到多种性状
②基因控制性状还受到环境的影响,生物体的性状是基因型和环境条件共同
作用的结果。
K发育
生物
卡
[1
内因外因结果
I I I
基因型 + 环境二表现型
③基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用, 共同调控着生物体
的性状。
方法规律:“三看法”判断中心法则各过程
“一看”模板“二看”原料“三看”产物生理过程
DNA 脱氧核苷酸DNA DNA复制核糖核苷酸RNA转录
RNA 脱氧核苷酸DNA逆转录核糖核苷酸RNA RNA复制氨基酸蛋白质或多肽翻译
1 •如图所示,下列有关叙述不正确的是()
A. 若甲是DNA,乙为RNA,此过程要以甲为模板,酶为RNA聚合酶
B. 若甲是DNA,乙为DNA,此过程要以甲为模板,酶为DNA聚合酶等
C. 若甲是RNA,乙为DNA,此过程为转录,原料为脱氧核苷酸
D. 若甲是RNA,乙为蛋白质,此过程为翻译,原料为氨基酸
C [根据图示,若甲是DNA,乙为RNA,则此过程表示转录,需要以甲为模板,酶为RNA 聚合酶,A正确;若甲是DNA,乙为DNA,此过程表示DNA 复制,需要以甲为模板,酶为DNA 聚合酶,B正确;若甲是RNA,乙为DNA,此过程为逆转录,原料为脱氧核苷酸,C错误;若甲是RNA,乙为蛋白质,此过程为翻译,原料为氨基酸,D正确。
]
汎讹怎竇(1)A 选项所示过程的名称和所需原料分别是什么? 提示:转录和四种游离的核糖核苷酸。
(2)C 选项中,若乙为RNA ,则图示所表示的过程和原料分别是什么?
提示:RNA 复制和四种游离的核糖核苷酸。
2.
人类白化病和苯丙酮尿症是由代谢
异常引起的疾病,如图表示在人体代 谢中产生这两类疾病的过程。
从图中不能得出的结论是
(
)
A •基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状 B. 基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状 C. 一个基因可以控制多种性状 D. —种性状可以由多个基因控制
A [苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系,而酶的合 成是由基因控制的;
若基因1发生变化,则多巴胺和黑色素的合成都受影响; 多 巴胺和黑色素的合成也都受多个基因的控制。
]
怎丸报究 若要避免白化病和苯丙酮尿症,图中一定要表达的基因是哪
些?
提示:一定要表达的基因有基因1和基因2。
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
贪物蛍白质一苯丙蛆醸
苯丙閘駁
W2
酪範駿—―-黑色索
1■转录是以DNA 的一条链为模板,以4
当堂达标®
i •下列关于基因、性状和环境的叙述,最准确的是 ( )
A. 性状表现相同,则基因型一定相同 B •基因与性状之间是一一对应关系 C •基因型相同,贝『性状表现一定相同 D .性状由基因决定,同时受环境影响
D [生物性状表现相同,基因型不一定相同,如AA 、Aa 都控制显性性状;
一个基因可决定一个性状,一个性状也可由多个基因决定; 基因型相同,性状表 现不一定相同,因为生物体的性状还受环境影响。
]
2.已知病毒的核酸有双链 DNA 、单链DNA 、双链RNA 和单链RNA 四种
基因对样状的擅制一 —中心法刚
1
-控制方玄
——:-■: >■
种核糖核苷酸为原料,按照碱基互补配 对原则,合成mRNA 的过程。
2■翻译是以mRNA 为模板,以20种氨 基酸
为原料,合成多肽链的过程。
3■密码子位于mRNA 上,共有64种,
其中决定氨基酸的密码子有 61种,3 种是终止密码子。
4.一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。
5■基因与性状的关系:(1) 一个基因决定
类型。
现发现了一种新病毒,要确定其核酸属于上述哪一种类型,应该()
A. 分析碱基类型,确定碱基比率
B. 分析碱基类型,分析核糖类型
C. 分析蛋白质的氨基酸组成,分析碱基类型 D •分析蛋白质的氨基酸组成,分析核糖类型
A [核酸的基本组成单位是核苷酸,C 、D 错误。
组成DNA 的碱基种类有 A 、T 、G 、C ,组成RNA 的碱基种类有A 、U 、G 、C ,两者碱基有差别,可区
别DNA 与RNA 。
在双链核酸中,按碱基互补配对原则,嘌呤碱基数目=嘧啶碱
基数目,而单链核酸中上述关系不成立,故可通过分析碱基类型和碱基比率来确 定核酸类型,A 正确,B 错误。
]
3 •①〜③分别表示人体细胞中发生的 3种生物大分子的合成过程。
下列说
法正确的是( )
A •①过程需要的原料为四种核糖核苷酸
B •②过程需要RNA 聚合酶的参与
C. ③过程中转运1号氨基酸的tRNA 含有起始密码子 D •洋葱根尖分生区细胞能进行②和③过程,不能进行①过程
B [①过程为DNA 的复制过程,需要的原料是四种脱氧核苷酸,A 错误;
②过程是转录过程,需要RNA 聚合酶的参与,B 正确;tRNA 上含有反密码子,
mRNA 上才含有密码子,C 错误;根尖分生区细胞是连续分裂的细胞,因此可 以进行DNA 的复
制过程(①),D 错误。
]
4•如图为豌豆种子圆粒性状的产生机制,请据图判断下列叙述错误的是 ()
DMA
DNA
H 巳起始
起盼点
A •淀粉分支酶基因R 是豌豆种子细胞中具有遗传效应的 DNA 片段
B • b 过程能发生碱基互补配对的物质是碱基 A 与T ,
C 与G
C . R 中插入一小段DNA 序列使淀粉分支酶不能合成,可导致种子中蔗糖 增多
D •此图解体现了基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体
的性状
B [基因是有遗传效应的DNA 片段,A 正确;b 表示翻译过程,该过程中
的碱基配对方式为A — U 、C -G ,B 错误;淀粉分支酶能催化蔗糖合成淀粉,R 中插入一小段DNA 序列使淀粉分支酶不能合成,因此可导致种子中蔗糖增多
C 正确;此图解说明基因能够通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物
体的性状,D 正确。
]
5.下图为一组模拟实验,假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成
(1) ___________________________ A 、D 试管中的产物是 ___________ 但A 试管模拟的是 ________________________________ 程,D 试管模拟的是 ___________ 程。
(2) _________________________ B 、C 试管中的产物是 ___________ ,但B 试管模拟的是 ________________________________ 程,C 试
管模拟的是 ___________ 程。
(3) _____________________________________________________________ 假如B 试管中加入的DNA 含有306个碱基,那么产物最多含有 ___________________________
个碱基,最多有 ___________ 密码子。
⑷E 试管模拟的是 ___________ 程,在细胞中进行的场所是 ______________ ,图中
的原料为 ___________ 工具是 _____________ 产物是 ___________ 。
(5)生物遗传信息传递的全过程可用下图表示。
a
(DNA (基因)占R 、A 亠亠蛋白质
① 请将此图解中a 〜e 过程与上图A 〜E 试管所模拟的过程对应起来:a 对
AIT
ATP fit
二
®
⑥严物
声
—■'Di% rn
AIT
=换《1 檢 fFltt
芝厂7曲 ATP
应__________ ,b对应________ ,c对应_________ ,d对应 ________ ,e对应_________ 。
②此图解中可在多数生物体内发生的过程是_____________________ ,
在少数生物体内发生的是___________ ,人体内不能发生 _____________ 过程。
③图解中的c过程要有____________ 参与。
[解析]A试管模拟DNA复制,B试管模拟转录,C试管模拟RNA复制,D 试管模拟逆转录,E 试管模拟翻译。
A、B、C、D、E 试管中的产物分别为DNA、RNA、RNA、DNA、蛋白质。
若B试管中DNA含306个碱基,则转录形成的mRNA 中最多含153个碱基,最多含51个密码子。
[答案] (1)DNA DNA 复制逆转录
(2) RNA 转录RNA 复制
(3) 153 51
(4) 翻译核糖体氨基酸转运RNA 多肽(蛋白质)
(5) ①A试管B试管D试管C试管E试管
②a、b、e d、c d、c③逆转录
[教材课上思考答案](教师用书独具)
积极思维(P78)
科学家的实验表明,只有加入苯丙氨酸的试管中才出现多聚苯丙氨酸的肽链,说明苯丙氨酸的密码子是UUU。
[教材课后习题答案](教师用书独具)
一、1.B [DNA 双链解旋时相互配对的碱基间氢键断裂。
]
2. D [密码子指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基,tRNA的一端与密码子配对的碱基是反密码子。
由题意可知,反密码子是CGA,所以,对应的密码子为GCU。
]
3. A [该基因片段中含有120个碱基,可知以其中的一条链为模板合成的
mRNA中碱基数最多有60个,该mRNA指导合成的肽链最多有20个氨基酸,
佃个肽键。
]
4. A [甲硫氨酸的密码子为AUG,则控制它的相应的一小段DNA分子为
T A C
—I——I——I --
门:—,所以共有4种核苷酸。
]
5. C [翻译时核糖体沿mRNA移动。
]
6. B [B表示核糖体。
]
二、提示:前一事实不能说明mRNA的碱基是怎样构成密码子的,后一事实能说明是mRNA 上相邻的三个碱基构成一个密码子。