高中生物第3章遗传信息的复制与表达第10课时遗传信息的表达教学案北师大版

1、1 / 15第10课时遗传信息的表达(II)目标导读1.结合教材内容，理解密码子的概念并能熟练地查阅密码子表。2.分析教材图3 - 8,概述遗传信息翻译的过程和特点。3.运用数学方法，分析碱基和氨基酸之间的对应关系。重难点击1.密码子的概念。2.遗传信息翻译的过程和特点。一碱基和氨基酸的对应关系阅读教材，讨论翻译的概念以及碱基和氨基酸的对应关系。1 翻译的概念以巴型链上的核糖核苷酸序列为模板，从一个特定的起始位点开始，按每三个核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。2 mRNAtt 氨基酸的对应关系(1) mRNA 只含有 4 种碱基，组成生物体的蛋白质的氨基酸有20 种，m

2、RNAh 的 4 种碱基怎样决定蛋白质中的 20 种氨基酸呢？请分析：1若 1 个碱基决定一种氨基酸，则4 种碱基只能决定 4(41)种氨基酸。2若 2 个碱基决定一种氨基酸，则4 种碱基只能决定 16(42)种氨基酸。3若 3 个碱基决定一种氨基酸，则4 种碱基能决定 64(43)种氨基酸。因此，mRNAk 决定一个氨基酸的碱基至少是3 个。(2) 密码子(见课本 P39密码子表)1概念：mRN 上决定一个氨基酸的 3 个相邻的碱基称为一个密码子，密码子共有64 种。2种类：起始密码子： AUG 编码甲硫氨酸。终止密码子:UAAUAG UGA它们不编码氨基酸。普通密码子：59 种。2 / 1

3、53对应关系a .决定 20 种氨基酸的密码子共有 61 种。b.1 种密码子只能决定 匕种氨基酸(终止密码子除外)。如密码子 CGI 只编码精氨酸。c.1 种氨基酸可由 1 种或多种密码子决定。如编码精氨酸的密码子有CGU CGC CGA CGGAGA AGG4已知一段 mRNA 勺碱基序列是 AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCC 出对应的氨基酸序列： 甲_ 硫氨酸一谷氨酸一丙氨酸一半胱氨酸一脯氨酸一丝氨酸一赖氨酸一脯氨酸。(3)密码子的特点1连续性:遗传密码在 mRNA 分子上是连续排列的， 要正确地阅读密码必须从一个正确的起点 开始，以后连续不断地一个一个往下读，直到读到终止信

4、号。2简并性：决定氨基酸的密码子有61 种，而氨基酸只有 20 种。因此，多数氨基酸有几个密码子与之对应。3专一性：每种密码子只对应一种氨基酸。4通用性:病毒、原核生物和真核生物的密码子是通用的，这是生命统一性的一个有力证据。但也有例外，如线粒体 DNA 的密码子与这一通用密码子就有一些不同之处。3. tRNA(1) 结构：三叶草形结构，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3 个碱基能和 mRNAb 的密码子互补配对，叫反密码子。(2) 种类：共有 61 种。反密码子与决定 61 种氨基酸的密码子对应。(3) 功能：携带氨基酸进入核糖体。1 种 tRNA 只能携带 1 种氨基酸，1 种氨基酸可由

5、1 种或多 种 tRNA携带。3 / 15【归纳提炼】遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子的区分4 / 15尅烧建爭融 tiiftNA+値蚪与的审冷】咂序料摊秋打酸密吗护对应的|病*的算网序二卜梅如朋屈劝屮載羞随申氛直上的廉玛子*龍序利罚竝序列的达竝霰如配【活学活用】1.下列对 mRNA 勺描述，不正确的是()A.mRNAT 作为合成蛋白质的直接模板B.mRNAb 的每三个相邻的碱基决定一个氨基酸C. mRNAb 有四种核糖核苷酸，编码20 种氨基酸的密码子有 61 种D. mRNA 只有与核糖体结合后才能发挥作用问题导析在细胞核中经转录产生的mRNA 经加工后由核孔进入细胞质，与核糖体结合

6、可翻译产生蛋白质。除终止密码子外,mRNAh 每三个相邻的碱基决定一个氨基酸。(3) 密码子共有 64 种，决定氨基酸的密码子只有61 种。(4) 蛋白质合成的场所为核糖体。答案 B解析 mRNA!合成蛋白质的直接模板，但只有与核糖体结合后才能发挥作用，mRNAb 的密码子有 64 种，其中有 3 个终止密码子不决定氨基酸，61 种密码子决定 20 种氨基酸。二 遗传信息的翻译过程如图是遗传信息翻译的过程，观察该图，完成下列探究内容。1翻译概述ON A 空遠也込楚传竺 悟息 密码 |柞用J 杵阳廩 11 髡白播瓷黄白*r卒予-f*tKNAI 柞用iHlmRNA5 / 15运载工具AtRNA原料

7、C氨基酸(1)条件模板DmRNA能量酶场所：B核糖体。产物：E具有一定氨基酸顺序的肽链。2 翻译的过程世门罚的先物合虎示意圈(1) 当 tRNA 运载着一个氨基酸进入核糖体以后，就以mRNA 为模板，按照碱基互补配对原则,把转运来的氨基酸放在相应的位置上。(2) 个氨基酸转运完毕以后，tRNA 离开核糖体，又去转运下一个相应的氨基酸。(3) 被转运来的这些氨基酸通过肽键二个一个连接起来，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。I LiClLIACirC.CmRX AJ的馱魅丙氨酸这一过母朿复进抒.苴

8、囲出现终止密坞子6 / 15(2)存在上述关系的意义：少量的mRNA 分子可以迅速合成出大量的蛋白质。蛋白质合成的方向：从左向右 (据上图),判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。(4)蛋白质合成的结果： 合成的仅是多肽链， 要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。讨论：图示中合成了几条肽链？是否相同？答案 图示中 4 个核糖体合成的 4 条多肽链因为模板 mRNA 相同，所以合成了 4 条相同的肽链， 而不是4 个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出4 条不同的肽链。4 遗传信息的传递过程归纳由遗传信息的转录和翻译过程可以看出，DNA 分子上脱氧核糖核苷酸的排列

9、顺序决定了mRNA中核糖核苷酸的排列顺序,mRNA 中的核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序,氨基酸的排列顺序决定了蛋白质结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种各样的遗传性 _状。当然，从 DNA 到生物的性状这一过程，还要受到环境等其他因素的影响。小贴士 原核生物由于没有核被膜，核糖体可以靠近核DNA 分子，因此原核生物具有边转录边翻译的特点，如图：【归纳提炼】转录与翻译的不同点比较比较项目转录翻译场所细胞核细胞质3 多聚核糖体：翻译可以快速进行的原因7 / 15原料核糖核苷酸氨基酸DNA mRNAmRNA tRNAAUAU碱基配TAUA对原则CGCGGCGC信息传递DNA mR

10、NAmRNA多肽链产物mRNA有一疋氨基酸排列顺序的多肽链【活学活用】2 判断下列关于翻译过程的描述的正误。(1) 终止密码子没有和其对应的tRNA,不能编码氨基酸()(2) 真核生物翻译的场所主要在细胞核中()(3) 三种 RNA 都与翻译过程有关()(4) 翻译的过程有水生成()(5) 翻译需要的 20 种氨基酸都可以在人体内合成()问题导析(1)终止密码子没有对应的反密码子，没有对应的tRNA,不编码氨基酸。(2) 生物的翻译场所都是核糖体，细胞核是真核生物转录的场所。(3) 在翻译过程中 mRNA 乍为模板,tRNA 携带氨基酸，作为场所的核糖体由rRNA 和蛋白质组成。(4) 翻译过

11、程中氨基酸脱水缩合产生水。_(5) 组成生物体的 20 种氨基酸中，有 12 种人体能够合成的称为非必需氨基酸，有8 种(婴儿9 种)为人体必须从食物中获取的，人体不能合成的称为必需氨基酸。答案V(2)X(3)VV(5)x解析(2)翻译的场所是核糖体。(5)人体内能合成的氨基酸只有非必需氨基酸。三 基因表达中相关数量的计算氨基酸是构成蛋白质的基本单位，有关氨基酸脱水缩合的计算在前面已讲过。蛋白质的合成 受基因控制，那么基因、mRNA 以及蛋白质中氨基酸之间有什么关系呢？结合下图分析：TTT远暑稻驱C GT堪悯tnRNA蚩白质1 转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。

12、基因为双链结构而 RNA 为单链结构，因此转录形成的mRNA 分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。8 / 152 mRNA 中碱基数与氨基酸的关系：翻译过程中， mRNA 中每 3 个相邻碱基决定一个氨基酸，每个氨基酸需要一个 tRNA 转运，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA 碱基数目的 13。3 .综上可知：基因中碱基数目：mRNA 碱基数目：tRNA 数目：蛋白质中氨基酸数目=6 ： 3 ： 1 ： 1。图解如下：mRNA(1 匚 ACGUGCAC G T邮孑6311小贴士 计算中“最多”和“最少”的分析（1）翻译时， mRNAt 的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地

13、说，mRNAh 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：mRNAk 有n个碱基，转录产生它的基因中至少有 2n个碱基，该 mRNA 旨导合成的蛋白质最多有n/3 个氨基酸。【归纳提炼】基因表达过程中相关数量的计算比较数目（个）DNA 中的碱基数（脱氧核糖核苷酸数）6nmRNA 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 m【活学活用】3. 一种动物体内的某种酶是由2 条

14、多肽链构成的，含有 150 个肽键，则控制这个酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是（）A. 912 个 B . 456 个 C . 450 个 D . 906 个问题导析（1）该酶由 2 条肽链，150 个肽键组成，所以组成该酶的氨基酸数为152 个。（2）DNA 中碱基数目：RNA 中碱基数目：氨基酸数=6 : 3 ： 1,因此基因中核苷酸数最少为 曲 个。答案 A解析 首先根据缩合的概念及肽链条数计算出该酶具有的氨基酸数为150+ 2= 152（个），再9 / 15根据其中的关系求出控制这个酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是152X6= 912（个）。科 A基因）一 Z_niRNA- 1-

15、矗白屋遣穆信息- 盛也子- - S（無醴当堂检测1.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B.b、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C. b、c、d 三种化合物能同时存在于同一个细胞器中D. a、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

16、 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。 线粒体和叶绿体能翻译形成部分蛋白质，故其内含有这三种RNA a、b 彻底水解后可得到四种不同的化合物一一核糖、脱氧核糖、T、U,四种相同的化合物是AC G 磷酸。2 由表可推知决定丝氨酸密码子的是（）DNAGCG信使 RNA转运 RNAU氨基酸丝氨酸A.TCG B . UCG C. UGC D. AGC答案 D解析 转运 RNA 上具有反密码子，与信使 RNA 上的密码子可以碱基互补配对，由转运RNA 的10 / 15第一个碱基可知，丝氨酸的密码子第一个碱基应是A,所以选

17、 Do3 已知某转运 RNA 的反密码子的 3 个碱基顺序是 GAU 它运载的是亮氨酸（亮氨酸的密码子是 UUA UUG CUU CUA CUC CUG）那么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（）A.GAU B. CAT C. CUA D. GAT答案 D解析 tRNA 上的反密码子与 mRNAh 的碱基互补，而决定氨基酸的密码子是 mRNAb 的碱基序 列，故此亮氨酸的密码子是 CUA 由 DNA 模板链上的 GAT 转录而来。4 如图为某基因表达的过程，据图回答下列问题：（1）_能够将遗传信息从细胞核传递至细胞质的是 _（填标号），其基本组成单位是_。进行 a

18、 过程所需的酶有 _。（2）_图中所运载的氨基酸是。（密码子：AU（甲硫氨酸、GC丙氨酸、AAG-赖氨酸、UU苯丙氨酸）（3）_ 图中信使 RNA 对应的 DNA 片段连续复制两次还需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为个。答案（1）核糖核苷酸解RNA 聚合酶（2）苯丙氨酸 （3）21解析 通过转录将 DNA 中遗传信息由细胞核传递至细胞质，通过翻译以氨基酸为原料合成蛋白质，转录需 DNA 先解旋，然后核糖核苷酸聚合，需要 RNA 聚合酶；信使 RNA 中共有 A 和 U7个，故其对应的 DNA 有胸腺嘧啶脱氧核苷酸 7 个，复制两次形成 4 个 DNA 共需胸腺嘧啶脱 氧核苷酸28 个，故还需

19、 21 个。课时作业【基础过关】知识点一碱基和氨基酸的对应关系1. DNA 分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译的氨基酸如下表，则tRNA（UGC）所携带的氨基酸是（）密码子GCACGUUGCACG氨基酸丙氨酸精氨酸半胱氨酸苏氨酸11 / 15A.赖氨酸 B 丙氨酸 C 半胱氨酸 D 苏氨酸答案 D解析转运 RNA 上的反密码子与 mRNAh 的密码子之间遵循碱基互补配对原则，即 tRNA（UGC）所携带的氨基酸的密码子是 ACG 苏氨酸）。2 .下面关于 tRNA 和氨基酸相互关系的说法，正确的是（）A.每种氨基酸都由一种特定的tRNA 携带B.每种氨基酸都可由几种 tRNA 携带C

20、. 一种 tRNA 可以携带几种结构相似的氨基酸D.种氨基酸可由一种或几种tRNA 携带答案 D解析在翻译过程中，运输氨基酸的tRNA 上的反密码子要与 mRNAb 决定氨基酸的密码子配对。一种氨基酸可对应一种或多种密码子，但每种密码子只对应一种氨基酸。3 .把小鼠血红蛋白的 mRNA 加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红 蛋白，这个事实说明（）A.控制蛋白质合成的基因位于mRNAbB. 小鼠的 mRNA 能使大肠杆菌向小鼠转化C. 所有生物共用一套密码子D.小鼠的mRNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠的DNA答案 C解析 将小鼠血红蛋白的 mRNA 加入到大肠杆菌提取液中，

21、 在一定条件下，合成出小鼠的血红 蛋白，说明大肠杆菌以小鼠的mRNA 为模板合成了蛋白质，即所有生物共用一套密码子。知识点二遗传信息的翻译过程F 列叙述正确的是（12 / 15B.该过程合成的产物一定是酶或激素C. 有多少个密码子，就有多少个反密码子与之对应D. 该过程有水产生答案 D解析 翻译的直接模板是 mRNA 而不是 DNA 翻译的产物是多肽，经过加工后形成蛋白质，而 蛋白质不全是酶与激素；终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码 子；氨基酸脱水缩合形成多肽过程中有水的生成。5 .如图表示 a、b、c 三个核糖体相继结合到一个mRNA 分子上，并沿着 mRNA 移动合

22、成肽链的过程。下列叙述错误的是()TJA. 最早与 mRNA 吉合的核糖体是 aB. 核糖体沿箭头方向移动C. 图示过程有水的生成D. 图示过程碱基的配对方式为 A- U G C答案 A解析由题图可知， 核糖体 c 上合成的肽链最长， 与 mRNA 吉合得最早。 翻译时核糖体沿着方 向在 mRNAh移动。多肽链是由氨基酸经过脱水缩合形成的，因此图示过程有水生成。 翻译时，mRNA 与 tRNA 的碱基配对方式有 A U、J G6 关于密码子和反密码子的叙述，正确的是(A.密码子位于mRNAh，反密码子位于tRNA 上B.密码子位于tRNA 上，反密码子位于mRNAhC. 密码子位于rRNA 上

23、，反密码子位于tRNA 上D. 密码子位于rRNA 上，反密码子位于mRNAh答案 A解析 密码子位于 mRNAb，反密码子位于 tRNA 上，A 项正确，B、C D 项错误。知识点三基因表达中相关数量的计算7由 n 个碱基对组成的基因， 控制合成由 m 条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为 a,则该蛋白质的相对分子质量最大为()na na nA. yB. y 18( 6 m)nanC. na 18(n m) D. _ 18( 3 m) 3 3答案 D13 / 15解析 基因中有 n 个碱基对，则由此基因转录形成的 mRNA有 n 个碱基，指导合成的蛋白质 中最多有 3个氨基酸，该

24、蛋白质分子由m 条肽链组成，其分子量为：詈(；m) 18。8.个 mRNA 分子有m个碱基，其中(G+ C)有n个；由该 mRN 冶成的蛋白质有两条肽链。则其模板 DNA 分子的(A + T)数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是()A.m m/3 1 B .m n/3 2C. 2(mn)、m/3 1 D . 2( m-n)、m/3 214 / 15答案 D解析 由题意知，mRNA 分子有m个碱基且 G+ C=n,此 mRNA 分子中 A+ U=m-n,控制其合 成的 DNA分子模板链中 A+ T= m-n（个），模板 DNA 分子中 A+ T= 2（ m-n）个；由 mRNA 分子有m个碱基可

25、知，其模板 DNA 分子中有 2m个碱基，能控制合成含 2n/6 个氨基酸的蛋白质分子。 题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数应为m3 -2。【能力提升】9 关于蛋白质合成的叙述，正确的是（）A. 种 tRNA 可以携带多种氨基酸B. DNA 聚合酶是在细胞核内合成的C. 反密码子是位于 mRNAh 相邻的 3 个碱基D. 线粒体中的 DNA 能控制某些蛋白质的合成答案 D解析 一种 tRNA 上只有一种反密码子，只能识别并携带一种氨基酸，A 错误；DNA 聚合酶是蛋白质，应该在细胞质中的核糖体上合成，B 错误；反密码子是由位于 tRNA 上的 3 个碱基构成的，C 错误；线粒体中

26、有合成蛋白质所需的DNA RNA 核糖体以及相关的酶，也能控制某些蛋白质的合成，是半自主性的细胞器，D 正确。名称分布主要功能RNA 聚合酶I核仁合成 rRNARNA 聚合酶n核液合成 mRNARNA 聚合酶川核液合成 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 B解析 RNA 聚合酶属于蛋白质，在核糖体中合成，而蛋白质合成过程中均需要这3 种酶作用形成的产物（rRNA、mRNA tRNA）的参与。这 3 种聚合酶发挥作用的场所不同。10.下面

27、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15 / 1511.某条多肽的相对分子质量为2 778，若氨基酸的平均相对分子质量为110,若考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是()A. 75 对碱基 B . 78 对碱基C. 90 对碱基 D . 93 对碱基答案 D解析 设该多肽由 n 个氨基酸构成，根据题意可以列方程110n 18(n 1) = 2 778，解得 n=30,即该多肽由 30 个氨基酸组成，若考虑终止密码子则应为30 个密码子再加上终止密码子应为 31,编码多肽的基因碱基为31X6= 186，即 93 对碱基。12.在一个典型的基因内部，转

28、录起始位点(TSS)、转录终止位点(TTS)、起始密码子编码序列(ATG)、终止密码子编码序列(TGA)的排列顺序是()A. ATG- TGA- TSS- TTSB. TSS- ATG- TGA- TTSC. ATG- TSS- TTS- TGAD. TSS- TTS- ATG- TGA答案 B解析转录起始位点(TSS)与转录终止位点(TTS)是在基因的非编码区，分别位于编码区的上游与下游，而起始密码子编码序列(ATG)和终止密码子编码序列(TGA)则是由编码区中的序列转录而来的，故选 B。13.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

29、主要有转录和翻译B. 链中(A + T)/(G + C)的比值与链中此比值相同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16 / 15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(A1+)/(G1+ C) = (A2+ T2)/(G2+ C2),即链中(A + T)/(G + C)的比值与链中此比值相同; 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

30、酸的终止密码子，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。14.三名科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获得2009 年度诺贝尔化学奖。如图为细胞内核糖体合成某多肽过程示意图(图中甲表示甲硫氨酸，丙表示丙氨酸 )，请分析回答有关 问题：(1) 图中是_，其作用是_。(2) 由图中可以看出，丙氨酸的密码子是 _;连接甲和丙的化学键的结构简式是_ 。中尿嘧啶和腺嘌呤的和占42%则可得出与合成有关的DNA 分子片段中胞嘧啶占(4) 下列细胞中不能发生该生理过程的是()A.根毛细胞 B 形成层细胞C.人体成熟的红细胞D 大肠杆菌(5) 若肽链由n个氨基酸组成，该肽链至少有氧原子的个数是 _。答案tRNA 携带氨基酸进入核糖体(2)GCU CO NH (3)29% (4)C (5) n+ 1解析 该细胞内正在进行翻