第六单元课时3基因与性状的关系

课时 3 基因与性状的关系 见 自学听讲 P130 学科素养课程标准学习指导 1 生命观念 DNA RNA 与基因表达的关系 2 科学思维 转录 翻译与蛋白质的关系 3 科学探究 中心法则的提出及其发展 4 社会责任 生物性状与后天营养和锻炼 的关系 1 概述遗传信息的转录和翻译过程 2 比较 DNA 与 RNA 的区别 RNA 的种类 和功能 3 理解中心法则的含义 4 理解基因 蛋白质和性状的关系 在复习中要以教材为基础 掌握和理解教材中 的基本概念 结合图解理解转录和翻译的过程 中心法则的内容 通过比较理解 DNA 和 RNA 在 结构上的联系和区别 备考中应加强理解能 力 获取信息能力和综合运用能力的训练 基因指导蛋白质的合成 1 基因指导蛋白质的合成包括 转录和翻译 两大阶段 2 转录 转录是以 DNA 的一条链为模板 按照 碱基互补配对 原则 合成 RNA 的过程 模板及去向 以 DNA 一条链的某一段 即基因的一条链 作模板 转录完成后 DNA 分子结构复原 所需原料 4 种游离的核糖核苷酸 场所 真核细胞主要在 细胞核 碱基配对原则 A U T A C G G C 产物 mRNA 3 翻译 翻译是指以 mRNA 为模板 按照 碱基互补配对 原则 通过 tRNA 将氨基酸转运到核糖体上合成具有一定 氨基酸顺序的 蛋白质 的过程 模板及去向 以 mRNA 作模板 mRNA 有一定的功能寿命 寿命终结后即被降解 所需原料 20 种 游离的氨基酸 场所 细胞质 碱基配对原则 A U U A C G G C 产物 蛋白质 基因对性状的控制 1 中心法则及其发展 中心法则是指遗传信息在 DNA RNA 与 蛋白质 之间传递的一般规律 信息流图解如下 最早由科学家 克里克于 1957 年提出 蛋白质合成过程的揭示使中心法则得到公认 RNA 病毒及致癌的 RNA 病毒的发现使中 心法则得到完善和发展 DNA 的复制 转录和翻译几乎发生在所有真核细胞和原核细胞中 RNA 的复制 逆转录一般发生在被 RNA 病毒寄生的细胞中 2 基因控制性状的途径 1 直接途径 基因通过控制 蛋白质的结构 直接控制生物性状 如镰刀型细胞贫血症 血红蛋白基因突变 血红蛋白结构异常 红细胞呈镰刀状 2 间接途径 基因通过控制 酶的合成 来控制代谢过程 进而控制生物性状 如白化病 酪氨酸酶基因异常 缺少酪氨酸酶 制约酪氨酸转化为黑色素 白化病 1 转录和翻译过程易错点分析 1 转录的产物 RNA 信使 RNA mRNA 还有转运 RNA tRNA 核糖体 RNA rRNA 但只有 mRNA 携带遗传信息 它们都参与翻译过程 但作用不同 2 翻译过程中 mRNA 并不移动 而是核糖体沿着 mRNA 移动 进而读取下一个密码子 核糖体与 mRNA 的结合部位会形成 2 个 tRNA 的结合位点 3 并不是所有密码子都决定氨基酸 2 个起始密码子决定氨基酸 3 个终止密码子不决定氨基酸 4 tRNA 不是只含 3 个碱基 而是由多个碱基组成 一个 tRNA 上只有一个反密码子 tRNA 有 61 种 局部双链含有氢键 5 复制需要解旋酶和 DNA 聚合酶 转录只需要 RNA 聚合酶 不需要解旋酶 2 基因与性状并不都是一对一的关系 1 一般而言 一个基因决定一种性状 2 生物体的一种性状有时受多个基因的影响 3 有些单个的基因可影响多种性状 4 生物的性状是基因和环境共同作用的结果 基因型相同 表现型可能不同 基因型不同 表现型可能相同 3 中心法则的理解误区 1 RNA 病毒产生 RNA 的过程 并不是都经过 RNA 复制 逆转录病毒 一种 RNA 病毒 产生 RNA 的途径为 先经过逆转录过程产生 DNA DNA 再经过转录产生 RNA 2 不能误认为逆转录过程和转录过程的碱基互补配对原则相同 逆转录过程碱基互补配对原则存在 U A 转录过程则是 T A 3 DNA 复制只发生在分裂的细胞中 分化的细胞中不进行 DNA 复制 死细胞 如导管 哺乳动物成熟的红细胞中没有 DNA 复 制 转录和翻译过程 哺乳动物红细胞成熟前以及其他分化的细胞都能进行转录和翻译 见 自学听讲 P131 基因指导蛋白质的合成 1 RNA 的结构和种类 1 RNA 的结构 2 种类 及功能 蛋白质合成的模板 氨基酸的运载体 核糖体的组成成分 2 复制 转录和翻译的比较 项目复制转录翻译 时间 有丝分裂间期和减数第一次分 裂前的间期 生长发育的连续过程中 场所主要在细胞核主要在细胞核核糖体 原料 4 种脱氧核苷酸 A T C G 4 种核糖核苷酸 A U C G 约 20 种氨基酸 模板DNA 的两条链DNA 中的一条链mRNA 条件特定的酶 ATP 适宜的温度 pH 过程 DNA 解旋 以两条链为模板 按碱 基互补配对原则 合成两条子链 子链与对应母链螺旋化 DNA 解旋 以一条链为模板 按碱基互 补配对原则 形成 mRNA 单链 进入细 胞质与核糖体结合 tRNA 一端的碱基与 mRNA 上的密码子配对 另一端携带相应氨 基酸 合成有一定氨基酸序列的蛋白质 碱基 配对 A T G C T A C G A U T A G C C G A U G C U A C G 信息 传递 DNA DNADNA mRNARNA 蛋白质 特点边解旋边复制 半保留复制边解旋边转录 单链转录一个 mRNA 上多个核糖体同时合成多条肽链 产物两个双链 DNA 分子核糖核酸蛋白质 多肽 意义使遗传信息由亲代传递给子代表达遗传信息 使生物体表现出各种遗传性状 3 密码子和反密码子的比较 项目密码子反密码子 位置在 mRNA 上在 tRNA 上 作用直接决定蛋白质中氨基酸的序列识别密码子 转运氨基酸 特点与 tRNA 上的碱基互补与 mRNA 上的碱基互补 种类 64 种 61种能决定氨基酸 3种不决定氨基酸 61 种 1 转录和翻译剖析 1 转录的产物不只是 mRNA 还有 tRNA rRNA 但只有 mRNA 上携带遗传密码 2 转录过程中存在 T A A U G C C G 碱基配对 翻译过程中存在 U A A U G C C G 碱基配对 3 参与蛋白质合成的 RNA 有三种 mRNA tRNA 和 rRNA 4 翻译过程中 mRNA 不移动 而是核糖体沿着 mRNA 移动 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 从而大大提高蛋白质合成的效率 2 氨基酸与密码子 反密码子的关系 1 每种氨基酸对应一种或几种密码子 密码子的简并性 可由一种或几种 tRNA 转运 2 一种密码子只能决定一种氨基酸 除终止密码子 一种 tRNA 只能转运一种氨基酸 3 密码子有 64 种 其中 3 种终止密码子 61 种决定氨基酸的密码子 反密码子理论上有 61 种 4 DNA 基因 中碱基数 RNA 中碱基 蛋白质中氨基酸数 6 3 1 图解如下 实际上 基因中碱基数要大于氨基酸数的 6 倍 因为基因是由编码区和非编码区组成的 而非编码区是不转录的 3 原核细胞基因的转录和翻译可 同时 进行 即边转录产生 mRNA 边有核糖体与 mRNA 结合开始翻译 例 1 下图为某细菌 mRNA 与对应的翻译产物的示意图 下列相关叙述错误的是 A 一分子 mRNA 有一个游离的磷酸基团 其他磷酸基团均与两个核糖相连 B mRNA 上的 AUG 是翻译的起始密码子 它是由基因中的启动子转录形成的 C 一个 mRNA 有多个起始密码 所以一个 mRNA 可翻译成多种蛋白质 D 在该 mRNA 合成的过程中 核糖体就可以与之结合并开始翻译过程 解析 核酸单链均有一个游离的磷酸基团 其他磷酸基团均与两个核糖相连 A 项正确 基因中的启动子启动转录 与 mRNA 上 的起始密码子 AUG 不对应 B 项错误 一个 mRNA 有多个起始密码子 所以一个 mRNA 可翻译成多种蛋白质 C 项正确 细菌为原核生物 没有细胞核 在该 mRNA 合成的过程中 核糖体就可以与之结合并开始翻译过程 D 项正确 答案 B 例 2 下图是肺炎双球菌的基因表达过程示意图 下列相关叙述正确的是 A R 型细菌转化为 S 型细菌后 就会在细胞核中转录出毒性蛋白的 mRNA B 图中翻译过程的方向是从上到下 C 图中包括转录和翻译两个过程 有解旋酶和 RNA 聚合酶参与转录 D DNA 上的终止密码子不代表任何氨基酸 解析 肺炎双球菌是原核细胞 没有细胞核 A 项错误 根据肽链的长短可分析出图中翻译过程的方向是从上到下 B 项正确 图 中包括转录和翻译两个过程 有 RNA 聚合酶参与转录过程 没有解旋酶参与转录过程 C 项错误 密码子位于 mRNA 上 遗传信息位于 DNA 上 DNA 上没有终止密码子 D 项错误 答案 B 基因对性状的控制 1 中心法则及其发展 1 中心法则的提出者 克里克 2 中心法则及其补充 2 基因控制性状的途径 1 直接控制途径 基因蛋白质的结构生物体的性状 2 间接控制途径 基因酶的合成代谢过程生物体的性状 1 五种生理过程的比较 模板原料 碱基互 补配对 产物实例 DNA 复制 DNA DNA DNA 两条链 含 A T G C 的 4 种脱氧核苷酸 T A A T G C C G DNA绝大多数生物 DNA 转录 DNA RNA DNA 一条链 含 A U G C 的 4 种核糖核苷酸 A U T A G C C G RNA绝大多数生物 RNA 复制 RNA RNA RNA 含 A U G C 的 4 种核糖核苷酸 U A A U G C C G RNA 以 RNA 为遗传物质的 生物 如烟草花叶病 毒 RNA 逆转录 RNA DNA RNA 含 A T G C 的 4 种脱氧核苷酸 A T U A G C C G DNA 某些致癌病毒 艾滋 病病毒等 翻译 RNA 多肽 信使 RNA 约 20 种氨基酸 A U U A G C C G 多肽所有生物 2 三看法 判断中心法则各过程 一看 模板 二看 原料 三看 产物生理过程 脱氧核苷酸DNADNA 复制 DNA 核糖核苷酸RNA转录 脱氧核苷酸DNA逆转录 核糖核苷酸RNARNA 复制RNA 氨基酸蛋白质 或多肽 翻译 例 3 引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒 HIV 是一种逆转录病毒 下列能正确表示 HIV 感染人体过程的 遗传信息流 示意图 是 解析 HIV 是以 RNA 为遗传物质的病毒 能控制宿主细胞合成逆转录酶 以 RNA 为模板逆转录成 DNA 该 DNA 又和人体细胞核 内的 DNA 整合在一起 整合后的 HIV DNA 分子在人体细胞又可以复制 还可以转录出 RNA 并以 RNA 为模板翻译出病毒所需的蛋白 质 该 DNA 转录而来的 RNA 可作为 HIV 的遗传物质 但该病毒无法控制宿主细胞合成 RNA 复制酶 故 HIV 的 RNA 不能自我复制 所 以 A B C 项错误 答案 D 例 4 请回答下列有关遗传信息传递的问题 1 为研究某病毒的致病过程 某实验小组在实验室做了如下图所示的模拟实验 病毒中分离得到物质 A 已知物质 A 是单链的生物大分子 其部分碱基序列为 GAACAUGUU 将物质 A 加入试管甲中 反 应后得到产物 X 经测定 产物 X 的部分碱基序列是 CTTGTACAA 则试管甲中模拟的是 过程 将提纯的产物 X 加入试管乙 反应后得到产物 Y 产物 Y 是能与核糖体结合的单链大分子 则产物 Y 是 试管乙中 模拟的是 过程 2 若该病毒感染了小鼠上皮细胞 则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自 而决定该化合物合成的遗传 信息来自 解析 1 A 是单链的生物大分子 且含有碱基 U 应为 RNA 分子 产物 X 含有碱基 T 应为 DNA 分子 因此 试管甲中模拟的是 以 RNA 为模板合成 DNA 的逆转录过程 产物 X 为 DNA 分子 产物 Y 能与核糖体结合 为 mRNA 分子 因此试管乙模拟的是以 DNA 为模板合成 mRNA 的转录过程 2 病毒侵染小鼠上皮细胞后 以自身的 RNA 物质 A 为模板控制子代病毒的合成 而合成子代病毒 所需的原料均由小鼠上皮细胞提供 答案 1 逆转录 mRNA 转录 2 小鼠上皮细胞 病毒 RNA 物质 A 1 2018 年海南高考 关于复制 转录和逆转录的叙述 下列说法错误的是 A 逆转录和 DNA 复制的产物都是 DNA B 转录需要 RNA 聚合酶 逆转录需要逆转录酶 C 转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸 D 细胞核中的 DNA 复制和转录都以 DNA 为模板 解析 逆转录是以 RNA 为模板合成 DNA DNA 复制是合成 DNA 二者的产物都是 DNA A 项正确 转录是合成 RNA 需要 RNA 聚合酶 逆转录需要逆转录酶 B 项正确 转录需要的反应物是核糖核苷酸 逆转录所需要的反应物是脱氧核苷酸 C 项错误 细胞核中的 DNA 复制和转录都以 DNA 为模板 D 项正确 答案 C 2 2018 年江苏高考 下列关于 DNA 和 RNA 的叙述 正确的是 A 原核细胞内 DNA 的合成都需要 DNA 片段作为引物 B 真核细胞内 DNA 和 RNA 的合成都在细胞核内完成 C 肺炎双球菌转化实验证实了细胞内的 DNA 和 RNA 都是遗传物质 D 原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要 DNA 和 RNA 的参与 解析 原核细胞内 DNA 的合成都需要 RNA 片段作为引物 A 项错误 真核细胞内 DNA 复制和转录合成 RNA 主要在细胞核内完 成 线粒体和叶绿体中也可进行 DNA 复制和转录 B 项错误 肺炎双球菌转化实验证实了细胞内的 DNA 是遗传物质 C 项错误 原核细 胞和真核细胞中基因表达都要经过转录和翻译两个过程 都需要 DNA 和 RNA 的参与 D 项正确 答案 D 3 2017 年全国 高考 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 根据中心法则 RNA 都是以 DNA 的一条链为模板转录而来的 A 项正确 根据转录过程中的碱基配对原则 不同 RNA 形成 过程中所用的模板 DNA 是不同的 所以两种 RNA 的合成可以同时进行 互不干扰 B 项正确 真核细胞的线粒体和叶绿体为半自主细 胞器 其中也会发生 RNA 的合成 C 项错误 转录产生 RNA 的过程遵循碱基互补配对原则 因此产生的 RNA 链可以与相应的模板链互 补 D 项正确 答案 C 见 高效训练 P49 1 2018 年运城调研 下列关于 RNA 的叙述 正确的是 A 75 个碱基组成的 tRNA 其上含有 25 个反密码子 B 900 个碱基组成的 mRNA 其上含有的密码子均决定氨基酸 C 结核杆菌的 rRNA 的形成与核仁密切相关 D 人体的不同细胞中 mRNA 的种类不一定相同 解析 一个 tRNA 上只有 1 个反密码子 A 项错误 mRNA 上终止密码子不对应氨基酸 B 项错误 结核杆菌是原核细胞 没有细胞 核 没有核仁 C 项错误 人体的不同细胞中 不同的基因选择性表达 也有部分相同基因表达 所以 mRNA 的种类不一定相同 D 项正确 答案 D 2 2018 年济南一模 下图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程 下列相关叙述错误的是 A 过程均遵循碱基互补配对原则 B 艾滋病病毒侵染宿主细胞后会进行 过程 C 在硝化细菌体内 和 过程可同时进行 D 在菠菜叶肉细胞的细胞核 线粒体 叶绿体中均可进行 过程 解析 图中所有过程都遵循碱基互补配对原则 但碱基配对的方式不同 A 项正确 艾滋病病毒是逆转录病毒 侵染宿主细胞后 会进行 逆转录 DNA 复制 转录 翻译过程 B 项正确 硝化细菌没有成形的细胞核 体内 转录和 翻译过程可同时 进行 C 项正确 线粒体和叶绿体中都含有 DNA 和核糖体 都能进行 过程 由于叶肉细胞是高度分化的细胞 其细胞核不能进 行 翻译过程 细胞核内也不能进行 复制过程 D 项错误 答案 D 3 下图所示的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 下列相关叙述不正确的是 A a b c d e 过程都遵循碱基互补配对原则 B b e 过程所需要的酶分别是 RNA 聚合酶和逆转录酶 C 噬菌体在大肠杆菌细胞内可以发生 a b d 过程 D 若进行 a 过程时某基因发生突变 则生物的性状也一定会改变 解析 图中 a b c d e 五个过程分别表示 DNA 的复制 转录 RNA 的复制 翻译和逆转录 这些过程都遵循碱基互补配 对原则 A 项正确 b 和 e 分别表示转录和逆转录 分别需要 RNA 聚合酶和逆转录酶的催化 B 项正确 噬菌体是专门寄生在大肠杆菌 等细菌体内的病毒 其遗传物质是 DNA 可以发生 DNA 的复制 转录和翻译过程 C 项正确 基因发生突变不一定会引起生物性状的 改变 如突变形成新基因 转录形成的 mRNA 上遗传密码虽然发生改变 但翻译出的氨基酸是相同的 性状不改变 D 项错误 答案 D 4 下图表示某细胞中遗传信息的传递 据图分析 下列相关叙述正确的是 A DNA 双链在细胞核中合成 多肽链在细胞质中合成 B 图中酶 a 代表 DNA 聚合酶 酶 b 代表 RNA 聚合酶 C 转录形成 mRNA 时 游离的核糖核苷酸有序地与 DNA 链上的碱基相撞 D 结构 e 与 mRNA 的结合部位会形成 2 个 tRNA 的结合位点 解析 由题图可知 转录和翻译同时进行 则该细胞属于原核细胞 原核细胞没有细胞核 A 项错误 图中酶 a 代表解旋酶 酶 b 代表 RNA 聚合酶 B 项错误 转录形成 mRNA 时 游离的核糖核苷酸随机地与 DNA 链上的碱基相撞 C 项错误 结构 e 与 mRNA 的结合部 位会形成 2 个 tRNA 的结合位点 D 项正确 答案 D 5 2018 年盐城检测 下图为基因的作用与性状表现的流程示意图 请据图分析 下列说法错误的是 A 过程以 DNA 的一条链为模板 四种核糖核苷酸为原料合成 RNA B 某段 DNA 上发生了基因突变 但形成的蛋白质不一定会改变 C 过程中需要多种 tRNA tRNA 不同 所搬运的氨基酸也不相同 D 人的镰刀型细胞贫血症是基因对性状的直接控制 是结构蛋白发生变化所致 解析 为转录过程 该过程以 DNA 的一条链为模板 四种核糖核苷酸为原料合成 RNA A 项正确 由于密码子的简并性等 基 因突变不一定会导致其控制合成的蛋白质改变 B 项正确 tRNA 具有专一性 一种 tRNA 只能转运一种氨基酸 但一种氨基酸可能由 几种 tRNA 来转运 因此 tRNA 不同 其所搬运的氨基酸可能会相同 C 项错误 基因可通过控制蛋白质分子的结构来直接控制性状 如 镰刀型细胞贫血症 D 项正确 答案 C 6 在人体细胞内某基因表达过程中 细胞内伴随发生的物质变化情况 最可能是下图中的 解析 基因的表达是基因控制蛋白质合成的过程 包括转录和翻译两个步骤 转录是产生 RNA 的过程 翻译时以氨基酸为原 料 因而氨基酸的量应减少 这个过程消耗 ATP 但 ATP 的量不会为 0 总体上保持相对稳定 在基因表达过程中 DNA 的量不会发生改 变 答案 B 7 图甲为细胞内某些重要化合物的合成过程 图乙为中心法则 请据图回答下列有关问题 1 图甲所示过程为图乙中的 填数字 过程 发生在 填 真核 或 原核 生物中 2 图乙中 过程的发生需要的酶是 此时 DNA RNA 杂交区域中与碱基 A 配对的碱基为 3 人的神经细胞中能发生图乙中的 填数字 过程 4 人类某基因经图乙中的 过程产生的 RNA 全长有 4500 个碱基 而翻译成的蛋白质是由 107 个氨基酸组成的 这是因为 解析 1 图甲所示过程为转录 对应图乙中的 过程 和翻译 对应图乙中的 过程 同时进行 发生在原核生物中 2 过 程为转录 需 RNA 聚合酶参与 在 DNA RNA 杂交区域内碱基 A 在 DNA 或 RNA 上 所以与碱基 A 配对的应该是碱基 U 或 T 3 人的 神经细胞是高度分化的细胞 可发生基因表达 不会发生 DNA 复制 4 真核细胞转录的初始 RNA 要在细胞核内经过加工 剪切成 为成熟的 RNA 才会被运输到细胞质中进行翻译 答案 1 原核 2 RNA 聚合酶 U T 3 4 人转录产生的 RNA 要经过加工才能进行翻译 8 下图是真核细胞中正在进行的两种生理过程 请结合图中信息 分析回答下列问题 1 DNA 分子复制的场所 除细胞核外还有 从图中可看出 DNA 分子复制的特点有 2 DNA 分子的两条单链都可以作为转录的模板 对于一个特定的基因来说 两次转录时的模板是 填 固定不变 或 可以 不同 的 转录的产物是 请列举它与模板在化学组成上的一个显著区别 3 酶 1 酶 2 只能各自催化甲 乙两种生理过程而不能被替换 这是因为酶具有 的特点 酶的这一特点与其结构直接 相关 酶 1 酶 2 结构上的区别是 酶的催化作用实质是 4 基因控制生物性状的方式 一种是通过控制酶的合成来控制 过程 进而控制生物体的性状 另一种是通过控制 直接控制生物的性状 答案 1 线粒体和叶绿体 多起点 半保留 不连续 2 固定不变 mRNA mRNA 的五碳糖是核糖 而模板 DNA 单链的五碳 糖是脱氧核糖 mRNA 的含氮碱基中有尿嘧啶 而模板 DNA 单链的含氮碱基中有胸腺嘧啶 3 专一性 氨基酸的种类 数目 排列 顺序以及多肽链的空间结构各不相同 显著降低化学反应的活化能 4 代谢 蛋白质的结构 9 某研究小组发现染色体上抑癌基因邻近的基因能指导合成反义 RNA 反义 RNA 可以与抑癌基因转录形成的 mRNA 形成杂交分子 从而阻断抑癌基因的表达 使细胞易于癌变 据图分析 下列叙述不正确的是 A 过程 称为转录 在细胞核中进行 B 与完成过程 直接有关的核酸只有 mRNA C 与邻近基因或抑癌基因相比 杂交分子中特有的碱基对是 A U D 细胞中若出现了杂交分子 则抑癌基因沉默 此时过程 被抑制 解析 过程 为转录 在细胞核中进行 A 项正确 与完成过程 直接有关的核酸有 mRNA tRNA 和 rRNA B 项错误 与基因不同 反义 RNA 与抑癌基因形成的 mRNA 形成的杂交分子特有的碱基对是 A U C 项正确 杂交分子的形成使得 mRNA 翻译过程 被抑制 致使抑制癌基因沉默 D 项正确 答案 B 10 某病毒的遗传物质是单链 RNA RNA 宿主细胞内病毒的增殖过程如下图所示 RNA 和 RNA 的碱基序列是互补的 下列叙述 错误的是 A 过程 所需的嘌呤数和过程 所需的嘧啶数相同 B RNA 和 RNA 均有 RNA