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第1课时基因控制蛋白质的合成1．简述基因碱基序列与mRNA碱基序列的关系。2．概述转录的过程。(重点)3．概述翻译的过程。(重点)一、遗传信息的转录1．基本内容(1)场所：主要在细胞核。(2)模板：DNA片段的一条链。(3)产物：RNA。(4)原料：四种游离的核糖核苷酸。2．过程(1)解旋：DNA双链解开。(2)配对：细胞中游离的核糖核苷酸与供转录用的DNA的一条链上的碱基互补配对。(3)连接：在RNA聚合酶的作用下，合成一条RNA链。(4)脱离：合成的RNA链逐渐被甩出，解旋的两条DNA单链很快又结合在一起，恢复为原来的双螺旋结构。二、遗传信息的翻译1．基本内容(1)场所：细胞质中的核糖体。(2)模板：mRNA。(3)原料：20种氨基酸。(4)产物：具有一定氨基酸顺序的肽链。2．密码子(1)位置：mRNA上。(2)实质：决定1个氨基酸的三个相邻的碱基。(3)种类：64种。(4)特点：密码子具有连续性、简并性、专一性、起始和终止密码子、通用性。3．工具(1)装配机器：核糖体。(2)搬运工(翻译者)：tRNA。4．过程(1)mRNA与核糖体结合。(2)tRNA与mRNA互补配对，将氨基酸置于相应的位置。(3)脱水缩合形成—CO—NH—，氨基酸连接形成肽链。(4)肽链合成以后，从核糖体上脱离，再经过一定的折叠盘曲及修饰，最终形成一个具有一定氨基酸顺序的、有一定功能的蛋白质分子。判一判(1)转录是以DNA的两条链作为模板，只发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。(×)分析：对于真核生物而言，RNA主要是在细胞核中以4种核糖核苷酸为原料、以DNA的一条链作为模板合成的，除细胞核外，叶绿体和线粒体内也能合成RNA。原核生物中RNA是在细胞质中合成的。(2)DNA是蛋白质合成的直接模板。(×)分析：DNA把携带的遗传信息传递给mRNA后，由mRNA作为合成蛋白质的直接模板。(3)密码子位于mRNA上，ATC一定不是密码子。(√)(4)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。(×)分析：核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。(5)每种转运RNA能识别并转运一种或多种氨基酸。(×)分析：每种转运RNA只能识别并转运一种氨基酸。想一想(1)转录过程中的碱基互补配对关系是怎样的？提示：A—U、T—A、G—C、C—G。(前边的为DNA上的碱基，后边的为RNA上的碱基。)(2)如何在短时间内由一条mRNA合成多个相同的蛋白质分子？提示：一条mRNA上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，这样就可以在短时间内由一条mRNA合成多个相同的蛋白质分子。遗传信息的转录1．三种RNA的比较项目mRNAtRNArRNA分布部位常与核糖体结合细胞质中与蛋白质结合形成核糖体结构功能翻译时作模板翻译时作搬运氨基酸的工具参与核糖体的组成联系(1)组成相同：4种核糖核苷酸；(2)来源相同：都由转录产生；(3)功能协同：都与翻译有关2．转录有关问题分析(1)碱基互补配对关系：G—C、C—G、T—A、A—U。(2)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。(3)转录特点：边解旋边转录，单链转录。(4)信使RNA的形成前体信使RNA的内含子在RNA自身催化作用下被切除掉，外显子连接在一起，形成信使RNA，通过核孔，进入细胞质。(5)转录终止序列的类型①依赖于蛋白质的终止序列：主要是利用蛋白质水解释放的能量，把新生的RNA链释放出来。②不依赖于蛋白质的终止序列：是由合成的RNA链的结构决定的，这段RNA序列富含G—C，且可以形成发夹结构，新生的RNA链末端有一连串的U，A—U之间的氢键最不稳定，因此RNA链被释放出来。1．下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是()A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补解析：选C。真核细胞的各种RNA都是通过DNA的不同片段转录产生的，A正确；由于转录产生不同RNA时的DNA片段不同，因此同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；真核细胞细胞质中叶绿体、线粒体中的DNA可以转录形成RNA，C错误；转录的过程遵循碱基互补配对原则，因此产生的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。2．如图是1种生物的某段DNA及其转录的过程，分析回答下列问题：DNA片段(基因)a……—T—A—C……b……—A—T—G……mRNAc……—U—A—C……(1)图中标出的碱基符号，包括了________种核苷酸。(2)DNA双链中，________链为转录链；该过程的原料是____________________。(3)下列关于b→c过程的说法，不正确的是()A．表示DNA复制过程B．表示DNA转录过程C．图中共有5种碱基D．图中T是DNA特有的碱基解析：(1)DNA两条链包括4种碱基，有4种脱氧核苷酸；mRNA单链(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RNA。(3)b→c的过程是由DNA形成RNA，表示的是转录过程。答案：(1)7(2)b核糖核苷酸(3)A遗传信息的翻译1．密码子的特性(1)简并性：①当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。②当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可保证翻译的速率。(2)通用性：说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。2．翻译过程(1)起始阶段：利用ATP供能，携带甲硫氨酸的tRNA识别位于核糖体位点1上的mRNA上的起始密码子AUG，mRNA、tRNA与核糖体三者相结合，翻译开始。(2)延伸阶段①进位：携带着特定氨基酸的tRNA按碱基互补配对原则识别并进入位点2。②转肽：两个氨基酸通过脱水缩合形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。③移位：核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开，2位点占据的tRNA进入位点1，新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。④重复：以后依次重复①②③这三个步骤，直到读取到mRNA上的终止密码。从核糖体上脱离下来的只是多肽链，再经折叠、加工才能成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。3．转录与翻译的不同点比较项目转录翻译场所主要是细胞核细胞质原料核糖核苷酸氨基酸碱基配对原则DNAmRNAA——UT——AC——GG——CmRNAtRNAA——UU——AC——GG——C信息传递DNA→mRNAmRNA→蛋白质时间生物生长发育的过程中产物RNA有一定氨基酸排列顺序的蛋白质4．联系1．如图是蛋白质合成时tRNA分子上的反密码子与mRNA上的密码子配对情形，以下有关叙述错误的是()A．tRNA上结合氨基酸分子的部位为甲端B．图中戊处上下链中间的化学键表示氢键C．与此tRNA反密码子配对之密码子为UCGD．蛋白质的合成是在细胞内的核糖体上进行的，核糖体沿着mRNA由丙到丁移动解析：选C。tRNA上的甲端是结合氨基酸分子的部位，A正确；图中戊处为局部双链结构，该处上下链中间的化学键表示氢键，B正确；tRNA的碱基顺序是从非氨基酸臂那一端开始的，而密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对，因此与此tRNA反密码子配对的密码子为GCU，C错误；蛋白质的合成场所是核糖体，其沿着mRNA由丙到丁移动，D正确。2．下列关于如图所示生理过程的描述中，最合理的是()A．该生理过程可能发生于硝化细菌细胞内B．表示噬菌体的转录和翻译过程C．图中现象也可能出现在人体细胞核基因的表达过程中D．图中两核糖体合成的肽链不同解析：选A。由图示可以看出，转录和翻译同时进行。人体细胞核基因转录出mRNA后，mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体结合后指导肽链的合成，该过程与图示不符。噬菌体是非细胞结构的生物，不能独立进行代谢过程。图中两核糖体以同一mRNA为模板，合成的肽链相同。翻译过程中多聚核糖体模式图解读1．信息解读(1)图甲表示真核细胞中的翻译过程，图中①是mRNA，⑥是核糖体，②③④⑤表示正在合成的4条肽链，翻译的方向是自右向左。(2)图乙表示原核细胞中的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4个mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。2．解题技法(1)分析此类问题要正确分清mRNA和肽链的关系。DNA模板链在RNA聚合酶的作用下产生的是mRNA，而在同一个mRNA上结合的多个核糖体，同时合成的是若干条肽链。(2)解答此类问题还要明确真核细胞的转录和翻译不同时进行，而原核细胞能边转录边翻译。转录和翻译过程中的数量关系1．遗传信息、密码子、反密码子的关系项目遗传信息密码子反密码子作用控制生物的性状直接决定蛋白质中的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2．密码子、反密码子、氨基酸数量的对应关系由上图得出如下结论：(1)由①⑥知：除终止密码外，一种密码子对应一种反密码子。(2)由④⑤知：一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。(3)由②③知：一种密码子或一种反密码子只对应一种氨基酸。3．基因表达过程中相关数量的计算(1)关系图解(2)表格比较项目数目(个)DNA中的碱基数(脱氧核苷酸数)6nRNA中的碱基数(核糖核苷酸数)3n蛋白质中的氨基酸数n参与转运氨基酸的tRNA数n蛋白质中的肽链数m蛋白质中的肽键数(脱水数)n－m1．关于密码子和反密码子的叙述，正确的是()A．密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上B．密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上C．密码子位于rRNA上，反密码子位于tRNA上D．密码子位于rRNA上，反密码子位于mRNA上解析：选A。mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，这样相邻的三个碱基称为密码子；每个tRNA上有三个碱基与密码子配对，这样的三个碱基称为反密码子，即密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上，A项正确。2．一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个，由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链，则相应DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是()A．m、(m/3)－1B．m、(m/3)－2C．2(m－n)、(m/3)－1D．2(m－n)、(m/3)－2解析：选D。DNA模板链的碱基与mRNA的碱基互补，mRNA中G＋C＝n，则A＋U＝m－n，所以相应DNA中A＋T＝2(m－n)；RNA中有m个碱基，对应的氨基酸数最多为m/3，形成的蛋白质有两条肽链，所以合成蛋白质时最多脱去的水分子数是(m/3)－2。计算中“最多”和“最少”的分析(1)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。(2)基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。(3)在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字。如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。核心知识小结[要点回眸][规范答题]1．RNA有三种：信使．．RNA．．．(mRNA)、转运．．RNA．．．(tRNA)和核糖体．．．RNA．．．(rRNA)。2．转录的主要场所是细胞核．．．，条件是模板(DNA的一条链．．．)、原料(4．种核糖核苷酸．．．．．．)、酶(RNA．．．聚合酶．．．)和能量．．。3．翻译的场所是核糖体．．．，条件是模板．．(mRNA．．．．)、原料．．(20．．种氨基酸．．．．)、酶．和能量．．。4．密码子共有64．．种，其中决定氨基酸的密码子有61．．种，3种终止密码子不决定氨基酸。5．一种氨基酸对应一种或多种．．．．．密码子，一种密码子只对应一种．．氨基酸。6．每种tRNA只能识别并转运一种．．氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种．．．．．tRNA识别和转运。[随堂检