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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UD.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.1800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.12B.24C.18D.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2778,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)=2778,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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