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和蛋白质的合成第1课时基因表达与遗传密码学案浙科版必修2.doc

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。 DNA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P511DNA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TA或嘌呤嘧啶，则为单链DNA，因双链DNA分子中AT、GC，嘌呤(AG)嘧啶(TC)。(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P521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)产物去向离开细胞核进入细胞质组成细胞结构蛋白或功能蛋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AU，TA，CG，GCAU，UA，CG，GC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DRNA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()A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)信息解读图甲表示真核细胞中的翻译过程，图中是mRNA，是核糖体，表示正在合成的4条肽链，翻译的方向是自右向左。图乙表示原核细胞中的转录和翻译过程，图中是DNA模板链，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。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P531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mRNAtRNA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)由知：除终止密码外，一种密码子对应一种反密码子。(2)由知：一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。(3)由知：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子，D错误。密码子的特性(1)简并性：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。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()Ana/6Bna/318(n/31)Cna18(n1) Dna/618(n/61)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631。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/61；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/61)，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/618(n/61)。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。4.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P541(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()AATG BTACCTUC DAUG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：A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()AtRNA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C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GC有n个，由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链，则相应DNA分子的AT数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是()Am、m/31 Bm、m/32C2(mn)、m/31 D2(mn)、m/32解析：选D。DNA模板链的碱基与mRNA的碱基互补，mRNA中GCn，则AUmn，所以相应DNA中AT2(mn)；RNA中有m个碱基，对应的氨基酸数最多为m/3，形成的蛋白质有两条肽链，所以合成蛋白质时最多脱去的水分子数是m/32。5如图为人体内蛋白质合成的一个过程。据图分析并回答问题：(1)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的_过程，该过程发生在细胞的_部分。(2)图中A、B、D分别代表_、_、_。(3)图中的C表示_，按从左到右的顺序写出mRNA区段所对应的DNA模板链的碱基排列顺序_。(4)该过程不可能发生在()A神经细胞 B肝细胞C成熟的红细胞 D油脂细胞解析：图示是翻译过程，A是mRNA，B是核糖体，C是tRNA，D是肽链。mRNA是以DNA的一条链为模板根据碱基互补配对原则转录而成的，mRNA片段从左到右是AUGGCUUCUUUC，所以DNA模板链上的碱基顺序是TACCGAAGAAAG。成熟的红细胞没有细胞核及其他有膜的细胞器，也没有核糖体，因此不能合成蛋白质。答案：(1)翻译核糖体(2)mRNA核糖体肽链(3)tRNATACCGAAGAAAG(4)C课时作业 学生用书P115(单独成册)一、选择题1下列关于RNA的叙述，错误的是()ARNA主要在细胞核中合成，通过核孔转移到细胞质中BmRNA是转运氨基酸的工具CRNA一般是单链，而且比DNA短，分子中不含碱基TDRNA可作为核糖体的组成成分解析：选B。在合成蛋白质时，需要tRNA作为运载氨基酸的工具，每种tRNA只能运载特定种类的氨基酸。2关于密码子和反密码子的叙述，正确的是()A密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上B密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上C密码子位于rRNA上，反密码子位于tRNA上D密码子位于rRNA上，反密码子位于mRNA上解析：选A。mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，这样相邻的三个碱基称为密码子；每个tRNA上有三个碱基与密码子相配对，这样的三个碱基称为反密码子，即密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上，A项正确，B、C、D项错误。3对于下列图解，正确的说法有()表示DNA的复制过程表示转录过程共有5种碱基共有8种核苷酸共有5种核苷酸A均代表同一种核苷酸ABC D解析：选C。由图可知，此过程是转录过程，整个过程涉及5种碱基：A、T、C、G、U，但由于组成DNA和RNA的五碳糖不同，故有8种核苷酸。4根据表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是()DNA双链TGmRNAtRNA反密码子A氨基酸苏氨酸A.TGU BUGACACU DUCU解析：选C。mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基，称做1个密码子。mRNA的密码子和tRNA上的反密码子互补配对，可推知mRNA的密码子最后的碱基为U；DNA的一条链为TG，另一条链为AC，若DNA转录时的模板链为TG所在的链，则mRNA的密码子为ACU，若DNA转录时的模板链为AC所在的链，则mRNA的密码子为UGU。5如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法正确的是()A该过程的模板是DNA，原料是20种游离的氨基酸B4条多肽链是同时开始合成的C一个核糖体能够合成一条肽链D合成的场所在真核细胞的细胞核，的形成与核仁有关解析：选C。该过程的模板是mRNA，原料是20种游离的氨基酸。4条多肽链并不是同时开始合成的，开始的顺序依次是、。合成的场所主要在真核细胞的细胞核，线粒体和叶绿体也能合成，核糖体的形成与核仁有关。6下列关于密码子和tRNA与氨基酸的关系的叙述，正确的是()A一个密码子只能决定一种氨基酸B一种氨基酸只由一种密码子决定C一种氨基酸只能由一种tRNA转运D每种氨基酸都由多种tRNA转运解析：选A。一个密码子只能决定一种氨基酸，一种氨基酸由一种或多种密码子决定；一种氨基酸可以由一种或多种tRNA转运。7在大豆细胞的生理活动中，当某些碱基被大量利用时，下列说法正确的是()选项大量利用的碱基细胞生理活动AUDNA分子正在复制BU和T正处于分裂间期CT正在大量合成转运RNADT正在大量合成蛋白质解析：选B。细胞有丝分裂的一个细胞周期包括细胞分裂间期和分裂期。在间期完成有关蛋白质的合成、DNA的复制和RNA的合成。由于T(胸腺嘧啶)是组成DNA的特有成分，U(尿嘧啶)是组成RNA的特有成分，因此可以判断：细胞中大量利用“U”表明正在转录形成RNA并合成蛋白质，大量利用“T”表明正在合成DNA，处于分裂间期。8从单尾金鱼卵细胞中提取RNA注入双尾金鱼受精卵中，发育成的双尾金鱼中有一些出现了单尾性状，这些RNA最可能是()A遗传物质 BtRNACmRNA DrRNA解析：选C。金鱼的遗传物质是DNA，A错误；tRNA和rRNA不参与性状的控制，B、D错误；mRNA携带着遗传信息，可以直接控制生物性状，C正确。9某mRNA分子中，U占20%，A占10%，那么它的模板DNA片段中胞嘧啶占()A25% B30% C35% D 70%解析：选C。mRNA分子是以DNA分子上基因的一条链为模板转录而来的，因此mRNA分子中碱基的比率与模板链的碱基比率是相对应的。根据题意，U占20%，A占10%，则DNA模板链中的(AT)占该链的比率与另一条链中的(AT)占另一条链的比率及整个DNA中(AT)的比率是相等的，即整个DNA分子中(AT)占全部碱基的比率是30%，那么(GC)就占70%，又由于在DNA分子中GC，则GC35%。10如图是某高等生物细胞中基因R表达过程的示意图，“”表示信息传递或物质转移的路径和方向，表示物质。下列有关叙述正确的是()A基因R表达过程只发生在细胞核内B过程a需要DNA聚合酶参与C组成和的碱基种类不同D多个核糖体串在上，增大了合成的效率解析：选D。基因R表达过程包括转录和翻译，其中翻译在细胞质中，选项A错误；过程a是转录过程，合成RNA需要RNA聚合酶参与，选项B错误；和是信使RNA，组成的碱基种类相同，选项C错误。11关于基因控制蛋白质合成的过程，下列叙述正确的是()A一个含n个碱基的DNA分子，转录的mRNA分子的碱基数是n/2个B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CDNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上D在细胞周期中，mRNA的种类和含量均不断发生变化解析：选D。A项，一个DNA分子上有许多基因，这些基因不会同时转录，所以转录的mRNA分子的碱基数小于n/2个。B项，转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。C项，DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点都在DNA上。D项，在细胞周期中，由于各个时期表达的基因不同，因此转录产生的mRNA的种类和含量均不断发生变化。如分裂间期的G1期和G2期，mRNA的种类和含量有所不同，在分裂期mRNA的含量减少。12如图表示真核细胞某基因的转录过程。有关叙述错误的是()A是编码链B链加工后可成为成熟的mRNAC是游离的核糖核酸D该过程中存在T与A的碱基配对方式解析：选C。是编码链，A正确；链转录后需要加工成为成熟的mRNA，才能到细胞质中进行翻译，B正确；是游离的核糖核苷酸，C错误；该过程中存在T与A的碱基配对方式，D正确。二、非选择题13观察下列模式图，回答下列问题：(1)图甲所示过程是_，主要场所是_，原料是_。a链与b链的关系是_。经甲过程遗传信息由_传递到了_。(2)图乙所示过程是_，发生在_(细胞器)中，三个碱基称为一个_，三个碱基称为一个_。该过程需要酶、_、_、_、核糖体、能量等条件。(3)图中碱基、分别表示_；若、分别表示核苷酸，依次表示_。解析：分析题图可知，甲过程为转录过程，主要场所在细胞核中，以四种核糖核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，将遗传信息传递给mRNA；乙过程为翻译过程，主要场所在细胞质的核糖体上，以tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子碱基互补配对，完成蛋白质的翻译过程。因DNA上的三个碱基为A、G、C，则mRNA上、分别为U、C、G，DNA另一条链上、分别为T、C、G，tRNA上、分别为A、G、C。答案：(1)转录细胞核四种核糖核苷酸互补DNARNA(2)翻译核糖体密码子反密码子模板(或mRNA)原料(或20种氨基酸)转运工具(或tRNA)(3)尿嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤尿嘧啶核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸14如图为蛋白质的合成过程示意图，请据图回答有关问题：(1)图1中发生在细胞核中的过程是_。(2)图1中基因表达的最后一阶段是在_上完成的，这一过程中还需要mRNA、氨基酸、_、_和_。(3)图1中称为_，在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是_。(4)图2为该细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程。对此过程的理解错误的是()AX在MN上的移动方向是从左到右，所用原料是氨基酸B多聚核糖体能够加速细胞内蛋白质合成速率的原因是同时合成多条多肽链C该过程直接合成的T1、T2、T3三条多肽链中氨基酸的顺序相同D合成MN的场所在细胞核，而X一定附着在内质网上解析：(1)图1细胞核中DNA分子正在进行转录。(2)基因表达的最后阶段是在核糖体上完成的，这一过程称为翻译，翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。(3)为mRNA上相邻的三个碱基，属于密码子。由于tRNA一端存在反密码子，另一端携带相应的氨基酸，所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。(4)图2表明，多聚核糖体是以mRNA为模板，以20种游离的氨基酸为原料合成蛋白质的，根据多肽链的长短可以判断，X在MN上是从左向右移动的；由题图可看出，同时有多条多肽链合成，这能够加快蛋白质的合成速率；由于T1、T2、T3的模板相同，都是MN，因此其上氨基酸顺序也相同；mRNA的合成场所是细胞核，而核糖体既可附着在内质网上，也可游离在细胞质中。答案：(1)转录(2)核糖体酶tRNAATP(3)密码子tRNA(4)D