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第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成,新课导入 导入1:什么是基因的表达? 提示:基因通过指导蛋白质的合成来控制性状,称为基因的表达。 思考:基因(DNA)主要存在于细胞核中,而蛋白质的合成是在细胞质的核糖体上进行的,细胞核中的基因是如何控制细胞质中的蛋白质的合成呢?导入课题。 导入2:荧光小猪是由于体内导入了从荧光水母体内提取的荧光基因,从而能在夜晚呈现出特殊的体色,这是生物学家的杰作。 请问:什么是基因? 提示:基因是有遗传效应的DNA片段。 我们知道蛋白质是生命活动的体现者和承担者,因此性状的形成离不开蛋白质(特别是酶)的作用。那么基因是怎样指导蛋白质合成的呢?,教师参考,自主学习,要点探究,自主学习,学习目标:,1.概述遗传信息的转录和翻译。 2.运用数学方法,分析碱基与氨基酸对应关系。,知识梳理,一、RNA与DNA的比较及其种类、作用 1.RNA和DNA的比较,脱氧核苷酸,核糖核苷酸,脱氧核糖,核糖,胸腺嘧啶(T),尿嘧啶(U),规则的双螺旋结构,单链,2.种类及作用 (1)信使RNA(mRNA):翻译过程中起模板作用。 (2)转运RNA(tRNA):识别密码子,运载 。 (3)核糖体RNA(rRNA):参与构成核糖体。,氨基酸,选择 关于RNA和DNA的区别,下列说法错误的是( ) A.DNA是规则的双螺旋结构,而RNA一般是单链 B.DNA中的五碳糖是核糖,RNA中的五碳糖是脱氧核糖 C.DNA特有的碱基是T,而RNA特有的碱基是U D.DNA中的嘧啶和嘌呤相等,但RNA中不一定,B,二、遗传信息的转录 1.概念:以DNA的一条链为模板,合成 的过程。,RNA,2.过程,选择 有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述,错误的是( ) A.两种过程都可在细胞核中发生 B.两种过程都有酶参与反应 C.两种过程都以脱氧核苷酸为原料 D.两种过程都以DNA为模板,C,三、遗传信息的翻译 1.概念:游离在细胞质中的各种氨基酸,就以 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。,mRNA,2.条件,核糖体,氨基酸,一定氨基酸顺序,3.过程,判断 (1)翻译过程中发生AU、UA、GC、CG的配对。( ) (2)密码子位于mRNA上,是由三个相邻碱基组成的,密码子与氨基酸是一一对应关系。( ) (3)决定氨基酸的密码子有64种,反密码子位于tRNA上,也有64种。( ) (4)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。( ),问题引领: 1.遗传信息表达与传递过程有哪些不同? 2.遗传信息、密码子、反密码子的对应关系是怎样的?,要点探究,遗传信息的表达,要点一,教师参考,1.转录、翻译与DNA复制的比较,2.DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系,解析: (1)DNA两条链包括4种碱基,有4种脱氧核苷酸;mRNA(c)包括了3种碱基,有3种核糖核苷酸,故共有7种核苷酸。(2)能够与mRNA碱基相互配对的转录链是b;转录以DNA中的一条链为模板,在RNA聚合酶的催化下,以周围4种游离的核糖核苷酸为原料合成mRNA的过程。(3)bc的过程是由DNA形成mRNA,表示的是转录过程。,答案: (1)7 (2)b 核榶核苷酸 (3)A,方法透析 DNA与RNA的快速判定,备选例题,如图表示真核细胞内合成某种分泌蛋白过程中由DNA到蛋白质的信息流动过程,表示相关过程。请据图回答下列问题:,(1)过程的产物是DNA,则过程发生在 期, 催化过程的酶是 。 (2)已知甲硫氨酸和酪氨酸的密码子分别是AUG、UAC,某tRNA一端的三个碱基是UAC,该tRNA所携带的氨基酸是 。 (3)a、b为mRNA的两端,核糖体在mRNA上的移动方向是 。过程进行的场所有 。 (4)一个mRNA上连接多个核糖体叫做多聚核糖体,多聚核糖体形成的意义是 。 从原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起,这说明 。,解析: (1)据图分析可知,过程指DNA的复制,在真核细胞中发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。过程指转录过程,催化DNA转录为RNA的酶为RNA聚合酶。(2)决定氨基酸的密码子在mRNA上,据tRNA上的反密码子UAC可推知密码子为AUG,AUG决定的氨基酸是甲硫氨酸。(3)据图可知,越接近b端的核糖体上翻译出的肽链越长,说明越接近b端的核糖体在mRNA上移动的距离越长,由此推出核糖体在mRNA上的移动方向为ab。过程是对蛋白质加工和运输的过程,相应的场所有内质网和高尔基体。(4)当一个mRNA上连接多个核糖体以后,可以同时合成多条相同的肽链,提高蛋白质的合成速率。在原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起,说明在原核细胞中边转录边翻译,转录和翻译可同时同地点进行。,答案: (1)有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间 RNA聚合酶 (2)甲硫氨酸 (3)由ab 内质网和高尔基体 (4)短时间内能合成较多的蛋白质 原核细胞中的转录和翻译是同时同地点进行的,【题组演练】 1.(2015宁夏银川一中期末)遗传信息、密码子、遗传物质的功能和结构单位,分别是指( ) 信使RNA上核苷酸的排列顺序 DNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基 信使RNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基 DNA上脱氧核苷酸的排列顺序 转运RNA上一端的三个碱基 有遗传效应的DNA片段 A. B. C. D.,解析:遗传信息是指DNA上脱氧核苷酸的排列顺序;密码子是指信使RNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基;基因是有遗传效应的DNA片段,是遗传物质的功能和结构单位。所以B正确。,B,2.(2015福建龙岩一级达标校期末)如图为基因表达过程示意图,下列说法正确的是( ) A.图中所示为真核生物DNA上的基因表达过程,需要多种酶参与 B.红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,故影响基因的转录过程 C.某一基因转录为mRNA时,以DNA的一条完整链为模板 D.图中可以说明少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质,解析:据图可知,图中表示边转录边翻译,说明图示为原核生物DNA上的基因表达过程(真核生物的要先转录后翻译,且转录和翻译的场所也不同),需要RNA聚合酶、ATP水解酶等多种酶的参与,A项错误;红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,故影响基因的翻译过程,不影响转录过程,B项错误;基因是有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上可以有许多基因,某一基因转录为mRNA时,是以该基因的一条链为模板的,C项错误;图中的一个mRNA分子上相继结合了多个核糖体,可以同时进行多条肽链的合成,所以可以说明少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质,D项正确。,D,3.(2015宁夏银川一中期末)下图表示细胞内遗传信息表达的过程,根据所学的生物学知识回答下列问题: 可能用到的密码子表:酪氨酸(UAC)、甲硫氨酸(AUG)、天冬氨酸(GAU)、缬氨酸(GUA),(1)图1中上正在进行的是 过程,所需要原料的结构通式可表示为 。该过程的合成方向是 (填“从左向右”或“从右向左”)。 (2)从化学成分角度分析,与图1中结构的化学组成最相似的是( ) A.乳酸杆菌 B.噬菌体 C.染色体 D.烟草花叶病毒,(3)图1中上携带的氨基酸为 。 (4)图2为多聚核糖体合成蛋白质的示意图,最终合成的肽链的氨基酸序列相同吗? 。图中出现多聚核糖体的意义是 。,解析: (1)图1是转录和翻译过程,其中是核糖体,其上正在进行的是翻译过程,所需要原料是氨基酸。根据箭头所示,可知核糖体在mRNA上的移动方向是从左向右,是该过程的合成方向。 (2)核糖体的化学成分是蛋白质和RNA,乳酸杆菌是原核生物,成分复杂,A错误;噬菌体和染色体的成分都是蛋白质和DNA,B、C错误;烟草花叶病毒的成分是蛋白质和RNA,与核糖体成分相似,D正确。 (3)图1中是tRNA,其一端的反密码子是UAC,能与甲硫氨酸的密码子AUG配对,所以该tRNA上携带的氨基酸为甲硫氨酸。 (4)图2中是mRNA,是核糖体,均为多肽链,由于合成的模板是同一个mRNA,所以最终合成的肽链的氨基酸序列相同;由图示可知,由于多聚核糖体的参与,可以利用一条mRNA同时翻译出多条多肽链,因而提高了合成蛋白质的速率。,问题引领: 1.基因转录和翻译过程中基因的碱基对数与mRNA碱基数及氨基酸个数的对应关系是什么? 2.计算时的“至少”或“至多”的含义是什么?,基因表达过程中有关数量变化,要点二,教师参考,1.转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数mRNA碱基数多肽链氨基酸数=631。图解如下:,2.以上关系应理解为:每合成1个氨基酸至少需要mRNA中3个碱基,基因中6个碱基,其原因如下: (1)DNA中有的片段无遗传效应,不能转录出mRNA。 (2)在基因片段中,有的片段起调控作用,不转录。 (3)转录出的mRNA中有终止密码子,终止密码子不对应氨基酸,所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质氨基酸数目的6倍多。,【典例2】 已知一个蛋白质分子由3条肽链组成,连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有297个,翻译成这个蛋白质分子的信使RNA中的A和G共400个,则转录成信使RNA的DNA分子中,C和T最少应有多少个,翻译成蛋白质的过程中共需要tRNA最多多少种( ) A.1 800个;300种 B.900个;64种 C.900个;无法确定 D.900个;61种,解析:该蛋白质由3条肽链组成,共297个肽键,可知该蛋白质由300个氨基酸组成。则该信使RNA有至少3003=900个碱基。画出如下转录图解: 由图解可知,转录成信使RNA的DNA分子中C和T最少应有900个。tRNA的种类共有61种,因此该过程需tRNA最多为61种。,答案:D,备选例题,D,解析:蛋白质由n条肽链组成,控制该蛋白质的基因含有B个碱基对,那么相应的密码子个数是B/3,也就是氨基酸的个数是B/3,所以形成蛋白质时脱水数为:B/3-n,又知道氨基酸的平均相对分子质量是A,所以可以求出蛋白质的相对分子质量是(B/3)A-(B/3-n)18。,D,解析:通常可采用以下两种解题思路。 解法一:根据题干中所提供的信息,该mRNA上A+G=12(个),由此可推出,指导它合成的模板链上T+C=12(个),模板链上的A+G=30-12= 18(个),这样,与模板链互补的另一条链上T和C应有18个,两条链的T+C共有12+18=30(个)。 解法二:mRNA有30个碱基,转录形成mRNA的DNA分子应有30个碱基对,根据碱基互补配对原则TA、GC,可知A+G=T+C,所以该DNA分子中T和C必然有30个。,【题组演练】 1.已知一段mRNA含有30个碱基,其中A和G有12个,转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是( ) A.12 B.24 C.18 D.30,2.(2015安徽安庆段考)某蛋白质分子由和共含176个氨基酸的2条肽链构成。下列有关叙述中正确的是( ) A.参与合成与加工该多肽的膜性细胞器有4种 B.合成该多肽时最多需要61种tRNA参与 C.该蛋白质分子中一定由20种氨基酸组成 D.合成该多肽的模板mRNA上一定含有176个密码子,解析:参与蛋白质合成与加工的膜性细胞器是内质网粗加工,高尔基体再加工,线粒体提供能量,A项错误,密码子有64种,决定氨基酸的密码子只有61种,3个终止密码不决定氨基酸,20种氨基酸对应的转运RNA也只有61种,即合成该多肽链时最多需要61种tRNA参与,B项正确;该蛋白质分子中不一定由20种氨基酸组成,C项错误;合成该多肽的模板mRNA上至少含有176个密码子,还有终止密码,D项错误。,B,3.某条多肽的相对分子质量为2 778,若氨基酸的平均相对分子质量为110,如考虑终止密码子,则编码该多肽的基因长度至少是( ) A.75对碱基 B.78对碱基 C.90对碱基 D.93对碱基,解析:该多肽由n个氨基酸构成,根据题意可以列方程110n-18(n-1)=2 778,解得n=30,即该多肽由30个氨基酸组成,若考虑终止密码子则应为30个密码子再加上终止密码子应为31个密码子,所以编码该多肽的基因碱基数至少为316=186,即93对碱基。,D,
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