2017-2018学年高中生物第三章遗传的分子基础第四节遗传信息的表达__RNA和蛋白质的合成教学案.docx

第四节遗传信息的表达RNA和蛋白质的合成知识内容必考要求加试要求DNA的功能aaDNA与RNA的异同bb转录、翻译的概念和过程bb遗传密码、中心法则bb基因的概念bb复制、转录和翻译的异同b课时要求1.比较DNA与RNA的异同。2.概述转录的过程和特点。3.概述遗传信息翻译的过程和特点。4.说明遗传密码并能熟练查阅密码子表。5.说明中心法则，概述基因概念。美国科幻电影侏罗纪公园中，科学家们利用一只困在琥珀中的、曾吸食过恐龙血的蚊子体内的恐龙DNA制造出了大量的恐龙，并建立了一个恐龙的“侏罗纪公园”。我们知道，生物体的性状是由蛋白质体现的，基因能够控制生物体的性状，所以，我们推测基因应该是通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状的。基因是怎样指导蛋白质的合成的呢？这一节我们一起来学习遗传信息的表达RNA和蛋白质的合成过程。一、DNA的功能、转录1DNA的功能(1)携带遗传信息：以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性。(2)表达遗传信息：根据DNA所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。2DNA与RNA的比较种类DNARNA基本单位脱氧核糖核苷酸(4种)核糖核苷酸(4种)戊糖脱氧核糖核糖特有碱基TU共有碱基A、G、C空间结构规则的双螺旋结构多呈单链结构真核生物中的分布主要在细胞核中，少量在线粒体、叶绿体中主要在细胞溶胶、线粒体、叶绿体、核糖体中，少量在细胞核中3遗传信息的转录(1)概念：是指遗传信息由DNA传递到RNA上的过程，转录的结果是形成RNA。(2)过程第1步：DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。第2步：游离的核糖核苷酸随机地与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3步：在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上。第4步：合成的RNA从DNA链上释放，DNA双链恢复。 (3)三种转录产物及其功能mRNA：传达DNA上的遗传信息。tRNA：把氨基酸运送到核糖体上。rRNA：核糖体的重要成分。特别提醒在真核生物中，细胞核内转录产生的RNA产物需要经过加工才能成为成熟的mRNA，转移到细胞质中用于蛋白质的合成。如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：1请思考图中DNA的转录方向(用“”或“”表示)。答案 。2a为启动上述过程必需的有机物，其名称是什么？答案RNA聚合酶。3b和c的名称分别是什么？答案b是胞嘧啶脱氧核苷酸；c是胞嘧啶核糖核苷酸。4在根尖细胞中，上述过程发生的场所是哪里？答案细胞核、线粒体。5产物d一定是mRNA吗？答案不一定。产物有mRNA、tRNA、rRNA。6若d中A占35%，U占19%，则d对应的DNA分子片段中T和C分别占多少？分析d是以DNA的一条链为模板转录来的，若d中A35%，U19%，AU54%，则对应的DNA分子片段中AT54%，GC46%，故AT27%，GC23%。答案27%、23%。知识整合转录的方向和RNA聚合酶移动的方向一致；DNA中碱基C和脱氧核糖、磷酸一起构成胞嘧啶脱氧核苷酸；RNA中则构成胞嘧啶核糖核苷酸；真核生物中转录的主要场所是细胞核，线粒体和叶绿体中也能进行；转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA。1下列关于RNA的叙述，错误的是()A有些RNA可催化细胞内的某些生化反应BRNA是一种遗传物质CRNA参与构成核糖体DRNA参与构成细胞膜答案D解析有些酶是RNA，RNA是某些病毒的遗传物质，rRNA参与构成核糖体。2下图表示真核细胞某基因的转录过程。有关叙述错误的是()A是编码链B链加工后可成为成熟的mRNAC是游离的核糖核酸D该过程中存在T与A的碱基配对方式答案C解析转录过程需要的原料是核糖核苷酸，而不是核糖核酸。二、翻译1翻译2遗传密码(1)概念：mRNA上由3个相邻核苷酸排列而成的三联体，决定一种氨基酸。每3个这样的碱基又称为1个密码子。(2)特点除少数密码子外，生物界的遗传密码是统一的。除少数氨基酸只有一种遗传密码外，大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。(3)遗传密码有64种，其中决定氨基酸的有61种，终止密码有3种(UAA、UAG、UGA)。3反密码子：指tRNA上可以与mRNA上的碱基互补配对的3个碱基。4过程起始：mRNA与核糖体结合运输：tRNA携带氨基酸置于特定位置延伸：核糖体沿mRNA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上的终止密码子时，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空间结构和功能的蛋白质5特点多肽链合成时，若干个核糖体串联在一个mRNA上同时进行工作，大大增加了翻译效率。下图是翻译过程的示意图，请据图分析：1图甲中、分别是哪种分子或结构？答案、分别是tRNA、核糖体、多肽链。2是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？答案起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸。终止密码子：UAA，不编码氨基酸。3密码子GCU编码丙氨酸，如果由于某种原因使mRNA中该密码子的第三个碱基由U变为了C，编码的氨基酸仍是丙氨酸，这一现象称做密码的简并性。这种特性对生物体的生存发展有什么意义？答案一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变，维持生物性状的稳定性。4遗传密码具有通用性，即地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，这说明了什么？答案这说明所有生物可能有着共同的起源。5图乙中、分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？答案、分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。6最终合成的多肽链、的氨基酸序列相同吗？为什么？答案相同；因为它们的模板是同一条mRNA。知识整合起始密码子有AUG、GUG，分别编码甲硫氨酸和缬氨酸。终止密码子有UAA、UAG、UGA，它们不编码氨基酸；密码子具有简并性，一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变，维持生物性状的稳定性；遗传密码具有通用性说明所有生物可能有着共同的起源。3所有生物都用一套基本相同的遗传密码，这一事实说明生物具有()A统一性 B多样性C变异性 D特异性答案A解析包括人在内的所有生物都用一套基本相同的遗传密码，说明在生物遗传这个基本过程中，整个生物界在分子层次上存在高度的统一性，A正确。4如图表示真核细胞中某基因表达过程的一部分，下列分析正确的是()A图示mRNA中起始密码子位于RNA链上的左侧BmRNA上决定甘氨酸的密码子都是GGUC图中碱基的配对方式有AU、CG、ATD图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶答案A解析根据肽链的长度判断，核糖体移动的方向是从左向右，A正确；一种氨基酸可由一种或一种以上密码子决定，B错误；题图表示翻译过程，碱基的配对方式有AU、CG，C错误；翻译过程正常进行需要ATP和蛋白质合成酶，RNA聚合酶在转录过程中起作用，D错误。三、中心法则、基因的概念1中心法则的提出及发展提出者克里克要点(1)遗传信息由DNA传递到RNA(2)RNA决定蛋白质的特异性(3)蛋白质是生物体性状的体现者发展在逆转录酶作用下，以RNA为模板反向合成单链DNA2.图解3基因的本质(1)基因是遗传的一个基本功能单位，在适当的环境条件下控制生物的性状。(2)从本质上讲，基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片断，在大多数生物中是一段DNA，在RNA病毒中则是一段RNA。(3)基因以一定的次序排列在染色体上。染色体是基因的主要载体。(4)基因的基本单位是核苷酸，基因中碱基的排列顺序代表遗传信息。中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。观察下图分析：1所表示的过程依次是什么？答案DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。2在真核生物细胞中，过程发生的场所和过程的原料分别是什么？答案过程发生的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；过程的原料是4种核糖核苷酸。3正常的细胞中能发生哪些过程？答案。4需要tRNA和核糖体同时参与的过程是哪个？需要逆转录酶参与的过程又是哪个？答案。知识整合在中心法则中，DNA的复制、转录和翻译存在于细胞生物中，RNA的复制、逆转录只在某些以RNA 为遗传物质的病毒增殖过程中出现。5下图为中心法则部分遗传信息的流动方向示意图，下列有关说法正确的是()A过程1、2一般发生在RNA病毒体内B过程1、3、5一般发生于肿瘤病毒的体内C过程2、3、4发生于具细胞结构的生物体内D过程15不可能同时发生于同一个细胞内答案C解析1为逆转录过程，只能在病毒侵入宿主细胞后发生，该生理过程不会发生于病毒体内，A、B项错误；肿瘤病毒侵入宿主细胞后，在宿主细胞内增殖，需进行逆转录、合成病毒RNA、指导合成其蛋白质外壳等生理过程，因此15能同时发生于宿主细胞内，D项错误。6有关基因、染色体、蛋白质、性状的叙述，不正确的是()A基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的B任意一段DNA片段都可以是基因C基因以一定次序排列在染色体上D基因与性状之间不是简单的一对一关系答案B解析基因不是任意一段DNA片断，而是有一定功能的核酸片段，在大多数生物中是一段DNA，在RNA病毒中是一段RNA。易混辨析真核生物DNA复制、转录和翻译的辨析(加试)DNA功能传递遗传信息(复制)表达遗传信息转录翻译场所主要在细胞核，部分在线粒体和叶绿体主要在细胞核细胞质原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸20种氨基酸模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA条件解旋酶、DNA聚合酶、能量RNA聚合酶、能量酶、ATP、tRNA、能量碱基配对AT、TA、CG、GCAU、TA、CG、GCAU、UA、CG、GC特点边解旋边复制；半保留复制边解旋边转录一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条肽链产物两个双链DNA分子一条单链RNA蛋白质1下列关于RNA的叙述，错误的是()A有些生物中的RNA具有催化功能BtRNA上的碱基只有三个CmRNA与tRNA在核糖体上发生配对DRNA也可以作为某些生物的遗传物质答案B解析tRNA是运载氨基酸的工具，是RNA中的一种，属于生物大分子。tRNA并非只有三个碱基，tRNA在某些部分配对并扭曲成双螺旋状，它的平面形状如三叶草的叶形，其中有三个碱基与mRNA上的密码子配对，称为反密码子。2.如图代表的是某种转运RNA，对此分析正确的是()A此转运RNA含有五种元素、两种含氮碱基B该结构参与蛋白质合成中的翻译过程C合成此转运RNA的场所是核糖体D若与此转运RNA上的反密码子相对应的密码子中的碱基发生改变，一定会引起蛋白质结构的改变答案B解析此转运RNA含有C、H、O、N、P五种元素，A、C、G、U四种含氮碱基；转运RNA主要在细胞核中合成；由于密码子具有简并性，信使RNA中的碱基发生改变，翻译出的蛋白质结构不一定改变。3四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长，它们有的能干扰细菌核糖体的形成，有的能阻止tRNA和mRNA结合，这些抗生素阻断了下列过程中的() A染色体活动 BDNA复制过程C转录过程 D翻译过程答案D解析抗生素干扰细菌核糖体的形成或者阻止tRNA和mRNA结合，均是阻止翻译过程。4遗传信息的传递过程如图所示，其中表示四种不同的物质。下列叙述错误的是()A复制时，2条链均可作为模板链B形成时，需沿整条DNA长链进行C密码子CUU编码所携带的氨基酸D上可同时结合多个核糖体形成多条答案B解析是DNA分子，DNA复制时2条链均可作为模板链，A项正确；是mRNA分子，形成mRNA分子即转录时，并不是沿着整条DNA长链进行的，转录是以DNA分子上的基因区段为模板进行的，B项错误；是tRNA，其上的反密码子是GAA，与mRNA上的密码子CUU配对，故密码子CUU编码所携带的氨基酸，C项正确；mRNA上可结合多个核糖体形成多聚核糖体，每个核糖体上均可形成1条相同的肽链，D项正确。5下图表示以DNA为模板转录形成RNA的过程。请据图分析回答下列问题：(1)在玉米的叶肉细胞中，能够进行该生理过程的细胞结构有_。(2)转录过程中在_的催化作用下，以其中的_链作为模板链，以_为原料，由_提供能量，按照_原则，合成出_。(3)通过转录，DNA分子中的遗传信息被准确地转移到_中。(4)在真核细胞的细胞核中，转录的产物通过_进入细胞质中，与_结合在一起直接指导蛋白质的合成过程。答案(1)细胞核、线粒体、叶绿体(2)4RNA聚合酶 甲3四种游离的核糖核苷酸ATP碱基互补配对 2RNA(3)信使RNA(4)核孔核糖体解析玉米叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中都有DNA，可进行DNA的转录；转录时以DNA的一条链为模板，需要ATP供能和RNA聚合酶的催化，以四种游离的核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则合成RNA，转录的结果是DNA上的遗传信息转移到mRNA上，mRNA从核孔出来进入细胞质中与核糖体结合，直接指导蛋白质的合成。课时作业学考达标1下面表格是真核生物细胞核内三种RNA聚合酶的分布与主要功能，下列说法错误的是()名称分布主要功能RNA聚合酶核仁合成rRNARNA聚合酶核液合成mRNARNA聚合酶核液合成tRNAA.真核生物的转录场所主要是细胞核B三种酶的合成场所与其发挥作用的场所相同C三种酶作用形成的产物均可参与翻译过程D任一种RNA聚合酶活性变化都会影响其他两种酶的合成答案B2下列关于图中、两种分子的说法中，正确的是()A为DNA，在正常情况下复制后形成两个相同的DNAB为tRNA，一种tRNA可携带不同的氨基酸C遗传信息位于上，密码子位于上D和共有的碱基是A、U、G答案A解析为DNA，在正常情况下复制后形成两个相同的DNA分子；为tRNA，一种tRNA只能携带一种氨基酸；遗传信息位于上，密码子位于mRNA上，上具有反密码子；和共有的碱基是A、G、C，DNA中无U。3正常出现肽链终止，是因为()A一个与终止密码子对应的转运RNA不能携带氨基酸B不具有与终止密码子对应的转运RNAC信使RNA在终止密码子处停止合成D转运RNA上出现终止密码子答案B解析终止密码子没有对应的转运RNA。4如图是雌激素与相应受体结合情况的示意图。由图可知，雌激素与相应的受体结合后形成“激素受体”复合体，并作用于核内基因的某区域，从而直接影响遗传信息的什么过程()ADNA复制 B转录C翻译 D转录和翻译答案B解析由图可知，“激素受体”复合体从核孔进入细胞核，作用于DNA，从而转录出相应的mRNA并合成相应的多肽，可见该复合体影响转录过程。5下图表示自然界中遗传信息在三种大分子间的流动(如箭头2代表转录)，相关说法正确的是()A1、2、4常见，3、7少见，其他尚未被证实B2、4、6常见，其他几乎从未被证实C5、8、9未被证实，3、7少见，其他常见D3、7少见，其他常见答案A解析图中1表示DNA复制，2表示转录，3表示RNA复制，4表示翻译，5表示蛋白质复制，6表示由蛋白质DNA,7表示逆转录，8表示由蛋白质RNA,9表示由DNA蛋白质，中心法则及其补充包含的是1、2、3、4、7的内容，其中1、2、4是常见途径，3、7途径为中心法则的补充，在某些病毒中出现；5、6、8、9目前还没有证实其在生物体中是否存在。6与DNA分子相比，RNA分子特有的碱基是()A鸟嘌呤(G) B胞嘧啶(C)C尿嘧啶(U) D腺嘌呤(A)答案C高考提能7下图中、是真核细胞某基因的两条链，是另外一条多核苷酸链，下列说法正确的是()A图中的酶是DNA聚合酶B彻底水解后能生成6种小分子物质C该过程只发生在细胞核中D链中碱基G占28%，则链中碱基A占22%答案B解析据图分析，该基因正在以其中一条链为模板转录生成RNA，故该酶为RNA聚合酶，故A错误；RNA彻底水解后生成4种碱基、1种核糖、1种磷酸，故B正确；细胞质中的线粒体和叶绿体含有的DNA也能转录，故C错误；链中碱基G占28%，则链C占28%，不知链T比例，故不知链A所占比例，故D错误。8已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下：AUUCGAUGAC(40个碱基)CUCUAGAUCU，此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为()A20个 B15个 C16个 D18个答案C解析先找到起始密码子，再找到终止密码子，中间一共45个碱基，对应15个密码子，决定15个氨基酸，注意起始密码子也决定氨基酸，终止密码子不决定氨基酸，故为16个氨基酸。9(加试)如图中的a、b、c、d分别代表人体内的四种大分子化合物，下列有关说法不正确的是() A分子c的种类约61种，只含三个碱基，分子量比b小得多Bb、c、d的合成离不开化合物a，这四种大分子化合物的主要合成场所相同Cb、c、d三种化合物能同时存在于同一个细胞器中Da、b彻底水解后可得到四种不同的化合物，四种相同的化合物答案A解析a、b、c、d分别代表DNA、mRNA、tRNA、rRNA。c为tRNA，有3个与密码子结合的游离碱基，并不是只含3个碱基；密码子有64种，其中3个终止密码子不对应tRNA，故分子c的种类约61种。b、c、d的合成叫转录，a的合成是DNA的复制，它们主要在细胞核中进行。翻译时，b、c、d三种化合物能同时存在于同一个核糖体中。a、b彻底水解后可得到四种不同的化合物核糖、脱氧核糖、胸腺嘧啶、尿嘧啶，四种相同的化合物是A、C、G、磷酸。10(加试)下列有关图中的生理过程(图中代表核糖体，代表多肽链)的叙述，不正确的是()A图中所示的生理过程主要有转录和翻译B链中的比值与链中此项比值相同C一种细菌的由480个核苷酸组成，它所编码的蛋白质一定含160个氨基酸D遗传信息由传递到需要tRNA作工具答案C解析以DNA一条链(链)为模板合成的链含碱基U，故为mRNA，此过程为转录；与结合后以为模板形成肽链，此过程为翻译；DNA双链中A与T配对，G与C配对，故，即链中的比值与链中此项比值相同；由480个核苷酸即160个密码子组成，这些密码子中可能有不决定氨基酸的终止密码，故编码的蛋白质含有的氨基酸可能小于160个。遗传信息由传递到的过程中，需tRNA作运载工具，才能实现遗传信息对蛋白质合成的控制。11如图表示真核生物体内DNA传递遗传信息的某过程，请据图回答下列问题：(1)图示两种物质的组成元素有_。(2)该图所示的是遗传信息传递的_过程，该过程发生的主要场所是_。(3)物质是以DNA的哪一条链为模板形成的？_。试写出的碱基序列_。(4)组成物质的基本单位是_，它有_种。(5)如果中A占26%，U占28%，那么，相应的DNA片段中，T占_，C占_。答案(1)C、H、O、N、P(2)转录细胞核 (3)CAUGCA(4)核糖核苷酸4(5)27%23%解析在真核生物体内以DNA分子的一条链为模板控制合成mRNA的过程称为转录，主要在细胞核内进行。是以为模板转录来的，若中A26%，U28%，AU54%，则相应的DNA分子片段中AT54%，GC46%，故AT27%，GC23%。12下面表示蜘蛛的丝腺细胞合成蛛丝蛋白的部分过程示意图，据图回答下列问题：(1)在蛋白质合成过程中，该图表示的过程称为_，图中的结构名称是_，该过程的模板是_。(2)由图中信息可推知DNA模板链上对应的碱基序列为_。(3)根据图并参考下表分析：_上携带的氨基酸是_。氨基酸丙氨酸苏氨酸精氨酸色氨酸密码子GCAACUCGUUGGGCGACCCGCGCCACACGAGCUACGCGG答案(1)翻译核糖体(或mRNA) (2)ACCCGATTTCGC(3)tRNA丙氨酸解析(1)图中所示过程是发生于核糖体中的“翻译”，的名称为核糖体，翻译的模板是mRNA。(2)由mRNA上的碱基序列为UGGGCUAAAGCG，据碱基互补配对原则可写出DNA模板链上的碱基序列为ACCCGATTTCGC。(3)由mRNA中密码子为GCU并查得密码子表，可知tRNA上携带的氨基酸为丙氨酸。13(加试)如图表示某动物细胞DNA片段遗传信息的传递过程，表示物质或结构。a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题(可能用到的密码子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸、UCU丝氨酸、UAC酪氨酸)：(1)反映遗传信息表达的是_(填字母)过程，b过程所需的酶是_。加工成熟的场所是_。(2)图中含有核糖的是_(填数字)；由指导合成的多肽链中氨基酸序列是_。(3)该DNA片段应有_个游离的