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第1节基因指导蛋白质的合成课程标准概述遗传信息的转录和翻译。课标解读1．概述遗传信息的转录和翻译。2．运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。(1)基本单位：___________由_____、磷酸和碱基组成，其中的碱基有______________)。(2)结构：一般是___链，长度比DNA短；能通过_____从细胞核转移到细胞质中。(3)分类：在翻译过程中起模板作用的是_______、起转运氨基酸作用的是_______、参与构成核糖体的是______。遗传信息的转录1．RNA的组成及分类核糖核苷酸核糖A、U、G、C单核孔mRNAtRNArRNA(2)过程(1)概念：是指在_______中，以______________为模板，按照_____________原则合成______的过程。2．遗传信息的转录细胞核DNA的一条链碱基互补配对RNA提示含有DNA的部位(细胞核、线粒体、叶绿体、拟核、质粒)均可转录，产物有mRNA、tRNA、rRNA等。(2)转录的条件有哪些？并与DNA复制比较。提示模板原料能量酶DNA复制DNA的两条链脱氧核苷酸ATP解旋酶、DNA聚合酶转录DNA的一条链核糖核苷酸ATP解旋酶、RNA聚合酶[思维激活1](1)转录的场所一定是细胞核吗？产物一定是mRNA吗？1．DNA与RNA的区别与联系(见下表)比较项目DNARNA全称脱氧核糖核酸核糖核酸分布主要存在于细胞核中主要存在于细胞质中化学组成基本组成单位脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸碱基嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)五碳糖脱氧核糖(C5H10O4)核糖(C5H10O5)无机酸磷酸磷酸结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构(1)转录形成的mRNA的碱基序列与作为模板的DNA单链的碱基序列之间呈互补关系，其配对情况是G—C、C—G、T—A、A—U。mRNA的碱基序列与该DNA的另一条链的碱基序列大致相同，只是在RNA链的相应位置没有“T”，而为“U”。(2)转录过程中DNA∶所转录出的RNA的碱基数量＝2∶1。(3)特点：边解旋边转录。2.转录有关问题分析A．RNA复制、4种、4种B．转录、4种、4种C．DNA复制、5种、5种D．转录、5种、8种【巩固1】如图所表示的生理过程的名称、碱基数、核苷酸数依次为()。解析以DNA单链为模板合成RNA的过程，称为转录。由图示知碱基种类数有A、T、G、C、U5种，但由于DNA、RNA构成中所需五碳糖不同，参与合成DNA、RNA的核苷酸数各有4种，共8种。答案D(1)密码子：_______上决定一个氨基酸的3个相邻碱基(终止密码子除外)。一共有___种，其中决定氨基酸的有___种。(2)反密码子：与密码子可发生碱基互补配对的______上的3个相邻碱基。一共有___种。遗传信息的翻译1．概念：是指在_______上，以_______为模板合成具有一定氨基酸序列的_______的过程。mRNA核糖体蛋白质2．密码子与反密码子mRNA6461tRNA61起始：mRNA与_______结合。↓运输：______携带氨基酸置于特定位置。↓延伸：核糖体沿_______移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。(一个mRNA可以结合多个核糖体)↓终止：当核糖体到达mRNA上的___________时，合成停止。↓脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定_________和_____的蛋白质。3．过程核糖体tRNAmRNA终止密码子空间结构功能提示前者可以，后者不能确定。因为一种密码子对应一种氨基酸，但一种氨基酸可以有多种密码子。(2)翻译的条件有哪些？提示模板(mRNA)、原料(氨基酸)、酶、能量、核糖体、tRNA等。(3)根据转录、翻译过程，思考DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中的氨基酸数间的关系？提示6∶3∶1[思维激活2](1)根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序？1．DNA复制、转录和翻译的比较复制转录翻译时间细胞分裂的间期个体生长发育的整个过程场所主要在细胞核主要在细胞核细胞质中的核糖体上模板DNA的两条单链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ATP都需要酶解旋酶、DNA聚合酶解旋酶、RNA聚合酶合成酶产物2个双链DNA1个单链RNA多肽链(或蛋白质)产物去向传递到2个子细胞或子代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旋边复制，半保留复制边解旋边转录，转录后DNA恢复原状翻译结束后，mRNA被降解成单体碱基配对A—T，T—A，C—G，G—CA—U，T—A，C—G，G—CA—U，U—A，C—G，G—C意义传递遗传信息表达遗传信息，使生物表现出各种性状特别提醒从核糖体上脱离下来的只是多肽链，再经盘曲折叠、加工成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。2．遗传信息、密码子、反密码子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，转运氨基酸种类多样性64种61种图解特别提醒(1)密码子与氨基酸的关系①密码子共有64种，但是编码氨基酸的密码子只有61种，3种终止密码子不决定氨基酸。②一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定，但一种密码子只能决定一种氨基酸。(2)反密码子与氨基酸的关系反密码子与决定氨基酸的密码子是一一对应的，存在于tRNA上，且一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，所以tRNA有61种，但一种氨基酸可以由一种或几种tRNA来转运。(3)密码子具有简并性和通用性。A．该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质B．该过程的模板是tRNAC．最终合成的肽链②③④⑤的结构相同D．合成①的场所主要在细胞核，合成②的场所在细胞质解析图示过程为翻译，模板是mRNA。答案B【巩固2】如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法不正确的是()。DNA双链TGmRNAtRNA反密码子A氨基酸苏氨酸【巩固3】根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是()。A．TGUB．UGAC．ACUD．UCU解析由表格信息无法直接确定转录的模板链，但因DNA两链间、模板链与mRNA间、mRNA与反密码子间均遵循碱基互补配对原则及密码子位于mRNA上，可确定苏氨酸的密码子为ACU或UGU。答案C【例1】如图所示为真核细胞蛋白质合成过程中必需的两种物质(甲、乙)，下列有关叙述中正确的是()。示例一DNA和RNAA．遗传信息位于甲上B．乙由三个碱基组成C．甲的合成需要RNA聚合酶的参与D．乙可以转运多种氨基酸思维导图：深度剖析由图可知，甲为mRNA，乙为tRNA。遗传信息位于DNA上；tRNA是由一条单链RNA通过折叠形成的，由多个碱基组成；一种tRNA只能转运一种氨基酸；mRNA是在RNA聚合酶催化作用下以DNA分子的一条链为模板转录形成的。答案C规律方法DNA与RNA的判定方法(1)根据五碳糖种类判定：若核酸分子中含核糖，则一定为RNA；若含脱氧核糖，则一定为DNA。(2)根据含氮碱基判定：含T的核酸一定是DNA；含U的核酸一定是RNA。(3)DNA中单、双链的判定：若A≠T、G≠C或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA；若A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C，则最可能为双链DNA。【例2】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，①②③④表示相关过程。请据图回答下列问题：示例二蛋白质合成过程分析(1)①过程的产物是DNA，则①过程发生在________________期。催化过程②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________。④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__________________。思维导图：深度剖析(1)据图分析可知：①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。②过程指转录过程，催化DNA转录为RNA的酶主要是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a→b。④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度。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a→b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误区警示(1)翻译时一条mRNA往往结合多个核糖体，短时间内形成多条相同的肽链，提高了翻译的效率。(2)真核细胞具有核膜屏障，转录和翻译在不同时间、不同地点进行；而原核细胞无核膜，转录和翻译同时同地点进行。A．1800个；300个B．900个；900个C．900个；300个D．900个；无法确定思维导图：示例三蛋白质合成相关计算【例3】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多少个？()。深度剖析该蛋白质由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300×3＝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。但由于一个tRNA可以运载多个相同的氨基酸，所以tRNA的数目无法确定。答案D规律方法基因控制蛋白质合成过程中的几种数量关系mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，题目中若写明终止密码子要考虑在内，则：(1)氨基酸数为m，mRNA的碱基数为(3m＋3)。(2)氨基酸数为m，DNA的碱基数为(6m＋6)。比较内容基因中的碱基数mRNA上的碱基数参与转运氨基酸的tRNA数蛋白质中的氨基酸数蛋白质中的肽链数蛋白质中的肽键数失去的水分子数数目6m3mmmnm－nm－n遗传密码的破译是生物学史上的一个伟大的里程碑，而对照实验的设置又是破译遗传密码的一个关键。———遗传密码的破译———技法必备在克里克得出3个碱基可以排列成1个遗传密码的实验结论后，科学家们开始探索一个特定的遗传密码所对应的特定的氨基酸究竟是哪一个。尼伦伯格和马太采用蛋白质的体外合成技术，在每一个试管中加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸，结果在加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链，请据图回答下面的问题。能力展示(1)实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是________________。(2)细胞提取液为该实验具体提供了__________________。(3)实验中所用的细胞提取液需除去DNA和mRNA的原因是______________________________________________。(4)要确保实验结论的科学性，需设计对照实验。本题目所给实验中，对照实验是______________________