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第4章 基因的表達 第1節(jié) 基因指導蛋白質的合成,新課導入 導入1:什么是基因的表達? 提示:基因通過指導蛋白質的合成來控制性狀,稱為基因的表達。 思考:基因(DNA)主要存在于細胞核中,而蛋白質的合成是在細胞質的核糖體上進行的,細胞核中的基因是如何控制細胞質中的蛋白質的合成呢?導入課題。 導入2:熒光小豬是由于體內導入了從熒光水母體內提取的熒光基因,從而能在夜晚呈現出特殊的體色,這是生物學家的杰作。 請問:什么是基因? 提示:基因是有遺傳效應的DNA片段。 我們知道蛋白質是生命活動的體現者和承擔者,因此性狀的形成離不開蛋白質(特別是酶)的作用。那么基因是怎樣指導蛋白質合成的呢?,教師參考,,自主學習,要點探究,自主學習,學習目標:,1.概述遺傳信息的轉錄和翻譯。 2.運用數學方法,分析堿基與氨基酸對應關系。,知識梳理,一、RNA與DNA的比較及其種類、作用 1.RNA和DNA的比較,脫氧核苷酸,核糖核苷酸,脫氧核糖,核糖,胸腺嘧啶(T),尿嘧啶(U),規(guī)則的雙螺旋結構,單鏈,2.種類及作用 (1)信使RNA(mRNA):翻譯過程中起模板作用。 (2)轉運RNA(tRNA):識別密碼子,運載 。 (3)核糖體RNA(rRNA):參與構成核糖體。,氨基酸,?選擇? 關于RNA和DNA的區(qū)別,下列說法錯誤的是( ) A.DNA是規(guī)則的雙螺旋結構,而RNA一般是單鏈 B.DNA中的五碳糖是核糖,RNA中的五碳糖是脫氧核糖 C.DNA特有的堿基是T,而RNA特有的堿基是U D.DNA中的嘧啶和嘌呤相等,但RNA中不一定,B,二、遺傳信息的轉錄 1.概念:以DNA的一條鏈為模板,合成 的過程。,RNA,2.過程,,,,,,,,?選擇? 有關真核細胞DNA復制和轉錄這兩種過程的敘述,錯誤的是( ) A.兩種過程都可在細胞核中發(fā)生 B.兩種過程都有酶參與反應 C.兩種過程都以脫氧核苷酸為原料 D.兩種過程都以DNA為模板,C,三、遺傳信息的翻譯 1.概念:游離在細胞質中的各種氨基酸,就以 為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程。,mRNA,2.條件,核糖體,氨基酸,一定氨基酸順序,3.過程,,,,,,?判斷? (1)翻譯過程中發(fā)生A—U、U—A、G—C、C—G的配對。( ) (2)密碼子位于mRNA上,是由三個相鄰堿基組成的,密碼子與氨基酸是一一對應關系。( ) (3)決定氨基酸的密碼子有64種,反密碼子位于tRNA上,也有64種。( ) (4)mRNA在核糖體上移動翻譯出蛋白質。( ),√,,,,問題引領: 1.遺傳信息表達與傳遞過程有哪些不同? 2.遺傳信息、密碼子、反密碼子的對應關系是怎樣的?,要點探究,遺傳信息的表達,要點一,教師參考,,1.轉錄、翻譯與DNA復制的比較,2.DNA上遺傳信息、密碼子、反密碼子的對應關系,,解析: (1)DNA兩條鏈包括4種堿基,有4種脫氧核苷酸;mRNA(c)包括了3種堿基,有3種核糖核苷酸,故共有7種核苷酸。(2)能夠與mRNA堿基相互配對的轉錄鏈是b;轉錄以DNA中的一條鏈為模板,在RNA聚合酶的催化下,以周圍4種游離的核糖核苷酸為原料合成mRNA的過程。(3)b→c的過程是由DNA形成mRNA,表示的是轉錄過程。,答案: (1)7 (2)b 核榶核苷酸 (3)A,方法透析 DNA與RNA的快速判定,備選例題,,如圖表示真核細胞內合成某種分泌蛋白過程中由DNA到蛋白質的信息流動過程,①②③④表示相關過程。請據圖回答下列問題:,,(1)①過程的產物是DNA,則①過程發(fā)生在 期, 催化過程②的酶是 。 (2)已知甲硫氨酸和酪氨酸的密碼子分別是AUG、UAC,某tRNA一端的三個堿基是UAC,該tRNA所攜帶的氨基酸是 。 (3)a、b為mRNA的兩端,核糖體在mRNA上的移動方向是 。④過程進行的場所有 。 (4)一個mRNA上連接多個核糖體叫做多聚核糖體,多聚核糖體形成的意義是 。 從原核細胞中分離的多聚核糖體常與DNA結合在一起,這說明 。,,解析: (1)據圖分析可知,①過程指DNA的復制,在真核細胞中發(fā)生在有絲分裂的間期和減數第一次分裂前的間期。②過程指轉錄過程,催化DNA轉錄為RNA的酶為RNA聚合酶。(2)決定氨基酸的密碼子在mRNA上,據tRNA上的反密碼子UAC可推知密碼子為AUG,AUG決定的氨基酸是甲硫氨酸。(3)據圖可知,越接近b端的核糖體上翻譯出的肽鏈越長,說明越接近b端的核糖體在mRNA上移動的距離越長,由此推出核糖體在mRNA上的移動方向為a→b。④過程是對蛋白質加工和運輸的過程,相應的場所有內質網和高爾基體。(4)當一個mRNA上連接多個核糖體以后,可以同時合成多條相同的肽鏈,提高蛋白質的合成速率。在原核細胞中分離的多聚核糖體常與DNA結合在一起,說明在原核細胞中邊轉錄邊翻譯,轉錄和翻譯可同時同地點進行。,答案: (1)有絲分裂的間期和減數第一次分裂前的間 RNA聚合酶 (2)甲硫氨酸 (3)由a→b 內質網和高爾基體 (4)短時間內能合成較多的蛋白質 原核細胞中的轉錄和翻譯是同時同地點進行的,,【題組演練】 1.(2015寧夏銀川一中期末)遺傳信息、密碼子、遺傳物質的功能和結構單位,分別是指( ) ①信使RNA上核苷酸的排列順序 ②DNA上決定氨基酸的三個相鄰的堿基 ③信使RNA上決定氨基酸的三個相鄰的堿基 ④DNA上脫氧核苷酸的排列順序 ⑤轉運RNA上一端的三個堿基 ⑥有遺傳效應的DNA片段 A.①③⑤ B.④③⑥ C.③④⑥ D.①②⑤,解析:遺傳信息是指DNA上脫氧核苷酸的排列順序;密碼子是指信使RNA上決定氨基酸的三個相鄰的堿基;基因是有遺傳效應的DNA片段,是遺傳物質的功能和結構單位。所以B正確。,B,,2.(2015福建龍巖一級達標校期末)如圖為基因表達過程示意圖,下列說法正確的是( ) A.圖中所示為真核生物DNA上的基因表達過程,需要多種酶參與 B.紅霉素影響核糖體在mRNA上的移動,故影響基因的轉錄過程 C.某一基因轉錄為mRNA時,以DNA的一條完整鏈為模板 D.圖中可以說明少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質,解析:據圖可知,圖中表示邊轉錄邊翻譯,說明圖示為原核生物DNA上的基因表達過程(真核生物的要先轉錄后翻譯,且轉錄和翻譯的場所也不同),需要RNA聚合酶、ATP水解酶等多種酶的參與,A項錯誤;紅霉素影響核糖體在mRNA上的移動,故影響基因的翻譯過程,不影響轉錄過程,B項錯誤;基因是有遺傳效應的DNA片段,一個DNA分子上可以有許多基因,某一基因轉錄為mRNA時,是以該基因的一條鏈為模板的,C項錯誤;圖中的一個mRNA分子上相繼結合了多個核糖體,可以同時進行多條肽鏈的合成,所以可以說明少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質,D項正確。,D,3.(2015寧夏銀川一中期末)下圖表示細胞內遺傳信息表達的過程,根據所學的生物學知識回答下列問題: [可能用到的密碼子表:酪氨酸(UAC)、甲硫氨酸(AUG)、天冬氨酸(GAU)、纈氨酸(GUA)],(1)圖1中⑥上正在進行的是 過程,所需要原料的結構通式可表示為 。該過程的合成方向是 (填“從左向右”或“從右向左”)。 (2)從化學成分角度分析,與圖1中⑥結構的化學組成最相似的是( ) A.乳酸桿菌 B.噬菌體 C.染色體 D.煙草花葉病毒,(3)圖1中②上攜帶的氨基酸為 。 (4)圖2為多聚核糖體合成蛋白質的示意圖,最終合成的肽鏈②③④⑤的氨基酸序列相同嗎? 。圖中出現多聚核糖體的意義是 。,,解析: (1)圖1是轉錄和翻譯過程,其中⑥是核糖體,其上正在進行的是翻譯過程,所需要原料是氨基酸。根據箭頭所示,可知核糖體在mRNA上的移動方向是從左向右,是該過程的合成方向。 (2)核糖體的化學成分是蛋白質和RNA,乳酸桿菌是原核生物,成分復雜,A錯誤;噬菌體和染色體的成分都是蛋白質和DNA,B、C錯誤;煙草花葉病毒的成分是蛋白質和RNA,與核糖體成分相似,D正確。 (3)圖1中②是tRNA,其一端的反密碼子是UAC,能與甲硫氨酸的密碼子AUG配對,所以該tRNA上攜帶的氨基酸為甲硫氨酸。 (4)圖2中①是mRNA,⑥是核糖體,②③④⑤均為多肽鏈,由于合成②③④⑤的模板是同一個mRNA,所以最終合成的肽鏈②③④⑤的氨基酸序列相同;由圖示可知,由于多聚核糖體的參與,可以利用一條mRNA同時翻譯出多條多肽鏈,因而提高了合成蛋白質的速率。,,問題引領: 1.基因轉錄和翻譯過程中基因的堿基對數與mRNA堿基數及氨基酸個數的對應關系是什么? 2.計算時的“至少”或“至多”的含義是什么?,基因表達過程中有關數量變化,要點二,教師參考,,1.轉錄、翻譯過程中DNA(基因)堿基數∶mRNA堿基數∶多肽鏈氨基酸數=6∶3∶1。圖解如下:,2.以上關系應理解為:每合成1個氨基酸至少需要mRNA中3個堿基,基因中6個堿基,其原因如下: (1)DNA中有的片段無遺傳效應,不能轉錄出mRNA。 (2)在基因片段中,有的片段起調控作用,不轉錄。 (3)轉錄出的mRNA中有終止密碼子,終止密碼子不對應氨基酸,所以基因或DNA上堿基數目比蛋白質氨基酸數目的6倍多。,,【典例2】 已知一個蛋白質分子由3條肽鏈組成,連接蛋白質分子中氨基酸的肽鍵共有297個,翻譯成這個蛋白質分子的信使RNA中的A和G共400個,則轉錄成信使RNA的DNA分子中,C和T最少應有多少個,翻譯成蛋白質的過程中共需要tRNA最多多少種( ) A.1 800個;300種 B.900個;64種 C.900個;無法確定 D.900個;61種,解析:該蛋白質由3條肽鏈組成,共297個肽鍵,可知該蛋白質由300個氨基酸組成。則該信使RNA有至少3003=900個堿基。畫出如下轉錄圖解: 由圖解可知,轉錄成信使RNA的DNA分子中C和T最少應有900個。tRNA的種類共有61種,因此該過程需tRNA最多為61種。,答案:D,備選例題,,D,,解析:蛋白質由n條肽鏈組成,控制該蛋白質的基因含有B個堿基對,那么相應的密碼子個數是B/3,也就是氨基酸的個數是B/3,所以形成蛋白質時脫水數為:B/3-n,又知道氨基酸的平均相對分子質量是A,所以可以求出蛋白質的相對分子質量是(B/3)A-(B/3-n)18。,,D,解析:通常可采用以下兩種解題思路。 解法一:根據題干中所提供的信息,該mRNA上A+G=12(個),由此可推出,指導它合成的模板鏈上T+C=12(個),模板鏈上的A+G=30-12= 18(個),這樣,與模板鏈互補的另一條鏈上T和C應有18個,兩條鏈的T+C共有12+18=30(個)。 解法二:mRNA有30個堿基,轉錄形成mRNA的DNA分子應有30個堿基對,根據堿基互補配對原則T—A、G—C,可知A+G=T+C,所以該DNA分子中T和C必然有30個。,【題組演練】 1.已知一段mRNA含有30個堿基,其中A和G有12個,轉錄該段mRNA的DNA分子中應有C和T的個數是( ) A.12 B.24 C.18 D.30,,2.(2015安徽安慶段考)某蛋白質分子由α和β共含176個氨基酸的2條肽鏈構成。下列有關敘述中正確的是( ) A.參與合成與加工該多肽的膜性細胞器有4種 B.合成該多肽時最多需要61種tRNA參與 C.該蛋白質分子中一定由20種氨基酸組成 D.合成該多肽的模板mRNA上一定含有176個密碼子,解析:參與蛋白質合成與加工的膜性細胞器是內質網粗加工,高爾基體再加工,線粒體提供能量,A項錯誤,密碼子有64種,決定氨基酸的密碼子只有61種,3個終止密碼不決定氨基酸,20種氨基酸對應的轉運RNA也只有61種,即合成該多肽鏈時最多需要61種tRNA參與,B項正確;該蛋白質分子中不一定由20種氨基酸組成,C項錯誤;合成該多肽的模板mRNA上至少含有176個密碼子,還有終止密碼,D項錯誤。,B,,3.某條多肽的相對分子質量為2 778,若氨基酸的平均相對分子質量為110,如考慮終止密碼子,則編碼該多肽的基因長度至少是( ) A.75對堿基 B.78對堿基 C.90對堿基 D.93對堿基,解析:該多肽由n個氨基酸構成,根據題意可以列方程110n-18(n-1)=2 778,解得n=30,即該多肽由30個氨基酸組成,若考慮終止密碼子則應為30個密碼子再加上終止密碼子應為31個密碼子,所以編碼該多肽的基因堿基數至少為316=186,即93對堿基。,D,