第4章--基因的表达(教案)

-1-第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成【课标定位】1.简述DNA分子与RNA分子的主要区别。2.掌握遗传信息的转录和翻译过程及其异同。【教材回归】一、RNA与DNA的比较核酸种类项目RNADNA存在部位主要存在于细胞质中主要存在于细胞核中结构特点通常呈单链结构，而且比DNA短，因此能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中通常呈规则的双螺旋结构（无法从细胞核直接转移到细胞质中）生理功能①作为RNA病毒的遗传物质；②少数RNA具有催化作用；③mRNA：作为翻译时的直接模板；④tRNA：作为翻译时氨基酸的转运工具；⑤rRNA：参与核糖体的构成主要的遗传物质，具有储存、传递和表达遗传信息的功能产生途径DNA转录、RNA复制DNA复制、RNA逆转录基本组成单位（单体）核糖核苷酸脱氧核苷酸化学组成无机酸磷酸五碳糖核糖脱氧核糖含氮碱基A、U、C、GA、T、C、G二者的联系所有RNA都是由DNA转录产生的，DNA是遗传信息的储存者，RNA是遗传信息的携带者，RNA的遗传信息来自于DNA二、基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成过程包括两个阶段——“转录”和“翻译”。（一）遗传信息的转录概念以DNA双链中的一条链为模板合成mRNA的过程场所主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体发生时间细胞中合成蛋白质时（随时可能发生）过程第一步：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，DNA碱基对之间的氢键断裂，DNA的双链解开并使碱基得以暴露第二步：当DNA的双链部分解开时，细胞中游离的核糖核苷酸便随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合第三步：新结合的核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下，依次连接到正在合成的mRNA上第四步：随着DNA解旋过程的进行，合成的mRNA不断延伸并从DNA链上释放，直至DNA解旋完成，便形成一个与DNA转录链互补的mRNA。转录结束时，DNA又恢复为规则的双螺旋结构特别提示：①由于RNA没有胸腺嘧啶（T），而含有尿嘧啶（U）。因此，在以DNA的一条链为模板转录形成RNA时，需要以U代替T与A互补配对。②mRNA在细胞核中合成以后，就通过核膜上的核孔进入细胞质中参与蛋白质的合成。绵阳外国语学校高中生物备课组-2-（二）遗传信息的翻译1.翻译的概念游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸种类、数量和排列顺序的蛋白质的过程。2.翻译的实质翻译实质上是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列。3.翻译的场所翻译主要是在细胞质中的核糖体上进行的，此外还有线粒体和叶绿体。4.密码子mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做一个密码子。5.氨基酸的转运工具——转运RNA（tRNA）tRNA的分子结构呈三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA一端的3个碱基均可与mRNA上的密码子互补配对，因而叫做反密码子。tRNA的种类很多（61种），但每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。6.翻译的过程第1步：mRNA通过核孔进入细胞质与核糖体结合起来，在结合部位形成2个tRNA的结合位点。此时，反密码子为UAC或CAC的tRNA携带着相应的氨基酸，通过与mRNA上的密码子互补配对，进入位点1。第2步：携带着另一个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。第3步：位点1处的氨基酸（甲硫氨酸或缬氨酸）通过与位点2处的氨基酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子。原占据位点1的tRNA离开核糖体又去转运下一个相应的氨基酸，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。上述步骤2、3、4沿mRNA链不断进行，直至核糖体读取到mRNA上的终止密码，合成才告终止。特别提示：①在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37℃时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。在通常情况下，一个mRNA上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此少量的mRNA就可以迅速合成出大量的蛋白质。②肽链合成以后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离开来，经过一系列步骤被运送到各自的“岗位”，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。【要点突破】一、RNA与DNA的比较1.DNA与RNA的判定：若含有脱氧核糖则是DNA，若含有核糖则是RNA；若含有胸腺嘧啶（T）则是DNA，若含有尿嘧啶（U）则是RNA。2.DNA（RNA）单双链的判定：若含氮碱基A与T（U）的数量以及含氮碱基G与C的数量均相等，则可能是单链DNA（RNA），也可能是双链DNA（RNA），但最可能是双链DNA（RNA）；若含氮碱基A的数量与T（U）的数量不相等或含氮碱基C的数量与G的数量不相等或嘌呤的数量不等于嘧啶的数量，则一定是单链DNA（RNA）。高考生物第一轮复习资料（教案）§2-4《基因的表达》-3-二、遗传信息的传递与表达过程的比较功能项目遗传信息的传递遗传信息的表达复制转录翻译发生时期细胞分裂间期生物体的整个生命进程中发生场所主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体细胞质中的核糖体上基本条件模板DNA解旋后的两条链DNA解旋后的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸能量ATP酶解旋酶和DNA聚合酶解旋酶和RNA聚合酶——运载工具——tRNA碱基配对原则A=T，C≡GA=U，T=A，C≡GA=U，C≡G产物2个相同的双链DNA1条单链mRNA蛋白质特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录——信息流亲代DNA→子代DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质模板去向各自进入一个子代DNA中重新盘绕成双螺旋结构分解成单个核苷酸三、遗传信息、密码子、反密码子的对应关系1.密码子（1）密码子的种类①起始密码子：2种（AUG、GUG），既是翻译的起始信号，也能编码氨基酸。②普遍密码子：59种，只能编码氨基酸。③终止密码子：3种（UAA、UGA、UAG），不能编码氨基酸，只是翻译的终止信号。（2）密码子与氨基酸的对应关系①在64种密码子中仅61种能够决定20种氨基酸；②一种氨基酸可以由一种或几种密码子来决定（密码的简并）；③一种密码子只能决定一种氨基酸。（3）密码子的特性①简并性：当密码子中一个碱基改变后，不一定改变其对应的氨基酸种类，从而减少了变异发生的频率；当某种氨基酸的使用频率较高时，可能会有几种不同的密码子同时编码同一种氨基酸，从而保证了翻译的速率。②通用性：所有生物共用一套密码子，这说明各种生物之间有着或远或近的亲缘关系。2.反密码子（1）反密码子的种类转运RNA一端的三个碱基（反密码子）共有61种。（2）与氨基酸的对应关系①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，因为每种tRNA一端的反密码子都只能专一地与mRNA上特定的3个相邻的碱基（密码子）互补配对；②一种氨基酸可由一种或几种tRNA来转运，因为有的氨基酸有一种或几种密码子。GAATTCCTTAAGαβDNAGAAUUCmRNA（密码子）CUUAAGtRNA（反密码子）以β链为模板亮氨酸赖氨酸绵阳外国语学校高中生物备课组-4-（3）反密码子的特点反密码子的三个碱基与相应的DNA分子模板链上对应的碱基基本相同，只是DNA分子模板链中的“T”对应tRNA中的“U”。特别提示：①tRNA含有的碱基数：每一个tRNA都含有若干个碱基。②密码子、反密码子和遗传信息的存在位置：密码子存在于mRNA分子中，反密码子存在于tRNA分子的一端，遗传信息存在于基因中。四、有关基因表达过程的计算1.DNA（基因）与mRNA之间的碱基数量关系（1）图示（2）等量关系①α链碱基数=β链碱基数=γ链碱基数=DNA（基因）分子碱基数×1/2。②Aα+Tα=Tβ+Aβ=Aγ+Uγ；Gα+Cα=Cβ+Gβ=Gγ+Gγ。2.碱基与氨基酸之间的数量关系（1）转录时，组成基因的两条链只有一条链能转录，另一条链不能转录。因此，转录形成的mRNA碱基数是基因碱基数的1/2。（2）在翻译过程中，mRNA每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数是mRNA碱基数的1/3。总之，在转录和翻译过程中，DNA碱基数：mRNA碱基数：蛋白质中氨基酸数：参与转运的tRNA数可以有条件地看作为6：3：1：1。实际上，mRNA的碱基数比相应蛋白质中氨基酸数的3倍要多；DNA碱基数比相应蛋白质中氨基酸数的6倍要多。〖达标自测〗1.已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种。某科研人员发现了一种新病毒，若要确定其核酸属于上述哪一类型，你认为应该分析其（A）A.碱基类型和碱基比率B.碱基类型和核糖类型C.氨基酸组成和碱基类型D.氨基酸组成和核糖类型2.假若需要在实验室模拟生物体内RNA的转录过程，则必需的条件是（D）①相关的酶②游离的4种核糖核苷酸③ATP④DNA分子⑤信使RNA⑥转运RNA⑦适宜的温度⑧适宜的酸碱度A.①②④⑤⑦B.②③④⑤⑥C.①③⑥⑦⑧D.①②③④⑦⑧3.已知某mRNA分子共含有30个碱基，其中A和G共12个，则转录形成该mRNA分子的DNA分子中C和T共有（D）A.12个B.24个C.18个D.30个以β链为模板转录TCGAAGCTAGCUDNA（基因）mRNAγ链α链β链转录翻译DNA（基因）mRNA蛋白质核糖核苷酸氨基酸遗传信息密码子氨基酸的排列顺序6n个碱基3n个碱基n个氨基酸高考生物第一轮复习资料（教案）§2-4《基因的表达》-5-4.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基数、合成这段多肽需要的tRNA数以及转录形成此mRNA的基因中至少含有的碱基数分别为（B）A.33、11、66B.36、12、72C.12、36、24D.11、36、725.尿嘧啶核糖核苷（简称尿苷）在细胞中可转化为尿嘧啶核糖核苷酸。若选用含有3H标记的尿嘧啶核糖核苷的营养液处理活的小肠黏膜层，几小时后检测小肠绒毛发现整个小肠黏膜层上都有放射性的存在。下列与之密切相关的过程是（D）A.DNA的复制B.基因突变C.翻译D.转录6.下图所示四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的一组是（D）A.①②B.②③C.③④D.①④7.已知某tRNA的反密码子的3个碱基顺序为GAU，它转运的是亮氨酸（亮氨酸的密码子是UUA、UUG、CUU、CUA、CUC、CUG），则决定此亮氨酸的密码子是由DNA模板链上的哪个碱基序列转录而来的（D）A.GAUB.CATC.CUAD.GAT【自我校对】一、细胞质细胞核单核孔双无法遗传物质催化直接氨基酸核糖体储存、传递和表达转录复制复制逆转录核糖脱氧核糖脱氧核糖A、U、C、GA、T、C、G转录储存携带DNA二、（一）DNA一mRNA细胞核线粒体叶绿体蛋白质随时能量解旋碱基对氢键碱基部分氢键RNA聚合双螺旋特别提示：U核孔（二）1.mRNA种类、数量和排列顺序2.碱基氨基酸3.细胞质核糖体线粒体叶绿体4.mRNA35.氨基酸密码子反密码子61一6.核糖体2UAC或CAC肽键核糖体读取终止特别提示：多大量空间功能①A—P~P~PA②核糖ACGTTGCA③UGAC④绵阳外国语学校高中生物备课组-6-第2节基因对性状的控制【课标定位】1.理解中心法则的内容以及基因、蛋白质与性状的关系。2.了解中心法则的提出和发展，举例说明基因控制性状的实质。【教材回归】一、中心法则的提出及其发展（一）中心法则的提出1.提出者：1957年英国物理学家克里克首先提出了中心法则。2.信息流：（二）中心法则的发展历经考验的中心法则补充了遗传信息从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA两条途径：二、基因对性状的控制（一）基因对性状的间接控制基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。（二）基因对性状的直接控制基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。特别提示：①基因与生物性状之间的关系并不都是简单的线性关系，如人体的身高可能是由多个基因共同决定的，缺少苯丙氨