【生物】基因指导蛋白质的合成课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修二

第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成学习目标素养定位1.概述RNA的结构、种类和功能。2.概述遗传信息转录和翻译的过程。3.描述中心法则,即遗传信息的传递规律1.运用结构与功能观,理解RNA的结构和功能。(生命观念)2.构建转录和翻译的模型,分析基因表达的场所、原料、模板及特点,理解基因指导蛋白质合成的过程。(科学思维)3.通过分类与比较,明确中心法则各生理过程的异同。(科学思维)预习案·自主学习梳理必备知识,储备素养根基1一、RNA的结构、种类和功能1.RNA的结构(1)元素组成:

。(2)基本单位:

。C、H、O、N、P核糖核苷酸(3)组成成分。(4)结构:一般是

,长度比DNA短;能通过

从细胞核转移到细胞质中。核糖尿嘧啶(U)单链核孔2.RNA的种类及其作用信使RNADNA核糖体RNA转运RNA识别并转运氨基酸3.RNA与DNA的比较比较项目DNARNA组成单位基本组成单位不同

五碳糖不同脱氧核糖核糖碱基不同特有的是

特有的是

结构不同规则的双螺旋结构一般为

脱氧核苷酸核糖核苷酸胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)单链RNA聚合酶二、遗传信息的转录1.概念在细胞核中,通过

以

为模板合成RNA,这一过程叫作转录。DNA的一条链2.过程RNA游离的核糖核苷酸RNARNA三、遗传信息的翻译1.概念游离在细胞质中的各种

,以

为模板合成

,这一过程叫作翻译。2.密码子(1)概念。mRNA上决定1个氨基酸的

的碱基叫作1个密码子。氨基酸mRNA具有一定氨基酸顺序的蛋白质3个相邻(2)种类。①共有

种密码子。②有2种起始密码子:在真核生物中AUG作为起始密码子;在原核生物中,GUG也可以作为起始密码子,此时它编码

。③有3种终止密码子:

。正常情况下,终止密码子不编码氨基酸,仅作为翻译终止的信号,但在特殊情况下,UGA可以编码

。64甲硫氨酸UAA、UAG、UGA硒代半胱氨酸3.tRNA的结构和功能特点(1)结构(如图)。(2)功能特点:每种tRNA只能识别并转运一种

。氨基酸反密码子氨基酸4.过程核糖体AUG肽键核糖体mRNAmRNA的终止密码子四、中心法则1.提出者1957年,

提出了中心法则。克里克2.补充后的内容图解复制逆转录3.生命是物质、能量和信息的统一体(1)DNA、RNA是

的载体。(2)蛋白质是信息的

。(3)

为信息的流动提供能量。信息表达产物ATP判断正误(1)RNA通常为单链结构,分子中没有氢键。(

)提示:RNA通常为单链结构,tRNA中有部分碱基对通过氢键相连。(2)仅mRNA是由转录产生的,tRNA与rRNA不是由转录产生的。(

)提示:mRNA、tRNA和rRNA都是由转录产生的。××(3)转录和翻译过程不需要酶的催化,但需要消耗ATP。(

)提示:转录和翻译过程既需要酶的催化,也需要消耗ATP。(4)DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上。(

)提示:DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点都在DNA上。××(5)同一细胞中转运同一种氨基酸时所用的tRNA可能不同。(

)(6)DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法则。(

)提示:DNA病毒中没有RNA,但其遗传信息的传递仍遵循中心法则,包括DNA的复制、转录和翻译三个过程。√×探究案·互动探究逐点击破疑难,提升关键能力2如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图,请据图回答下列问题。探究一遗传信息的转录(1)请写出图中数字所表示的物质或结构的名称。提示:①是RNA聚合酶,②是胞嘧啶脱氧核苷酸,③是胞嘧啶核糖核苷酸,④是RNA。(2)图中结构①的移动方向是由右向左还是由左向右?提示:由右向左。(3)转录形成的mRNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系?提示:转录形成的mRNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。(4)DNA复制和转录过程有什么不同?提示:①DNA复制中有A与T配对,转录中有A与U配对。②DNA复制时一个DNA分子完整复制,形成两个DNA分子;转录是以基因为单位进行的,在DNA分子中,只有处于表达状态的片段(基因)才会被转录,转录形成一条单链RNA。(5)转录完成后,细胞核中的④需通过多少层生物膜才能进入细胞质?提示:真核生物转录形成的RNA通过核孔进入细胞质,不需要穿过生物膜。遗传信息转录的6点总结(1)转录不是转录整个DNA,而是转录其中的基因。(2)转录时不需要解旋酶。(3)完成正常使命的RNA易被迅速降解,从而保证生命活动的有序进行。(4)线粒体、叶绿体中也可进行转录。(5)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质,穿过0层膜,需要消耗能量。(6)转录时,边解旋边转录,单链转录。1.下列关于真核生物转录过程的叙述,正确的是(

)A.转录沿整条DNA长链进行B.转录时,一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开C.RNA聚合酶与RNA分子上的某一启动部位结合后开始转录D.mRNA是以DNA上的基因区段为模板转录而来,rRNA、tRNA则不是√解析:一个DNA分子有很多个基因,而细胞中基因会发生选择性表达,因此转录时只需要沿着该基因对应的DNA片段进行;转录时,有一个或几个基因的DNA双螺旋解开;RNA聚合酶与DNA分子上的某一启动部位结合后开始转录,而不是在RNA上;rRNA、tRNA和mRNA都是以DNA上的基因区段为模板转录而来。2.如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图,下列说法中正确的是(

)A.①链的碱基A与②链的碱基T互补配对B.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的C.如果③表示酶分子,则它的名称是DNA聚合酶D.转录完成后,②需穿过两层生物膜才能与核糖体结合√解析:由题图可知,①链为模板链,②链为RNA,①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对;③表示RNA聚合酶;转录完成后,②通过核孔进入细胞质与核糖体结合,穿过0层生物膜。如图甲、乙表示真核细胞翻译过程的示意图。请回答下列问题。探究二遗传信息的翻译(1)该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗?提示:不完全一样;DNA复制时碱基互补配对有A—T、T—A、G—C、C—G;转录时碱基互补配对有A—U、T—A、C—G、G—C;翻译时碱基互补配对有A—U、U—A、C—G、G—C。(2)图甲中核糖体沿着mRNA移动的方向是什么?根据教材中密码子表,写出图甲中翻译出的氨基酸序列。提示:核糖体沿着mRNA从左向右移动。图甲中对应的氨基酸序列为甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸。(3)若给你一条肽链的氨基酸顺序,如甲硫氨酸—亮氨酸—甘氨酸—丙氨酸,能写出确定的mRNA的碱基序列吗?为什么?提示:不能,因为绝大多数氨基酸都有多个密码子。(4)最终合成的多肽链①②③的氨基酸序列相同吗?为什么?提示:相同;因为它们的模板是同一条mRNA。(5)由图乙可知,1个mRNA分子上通常可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成。试分析这有什么意义。提示:少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质,提高了翻译的效率。(6)图丙为原核细胞转录、翻译过程的示意图,结合甲、乙两图,概括真核细胞和原核细胞转录翻译的区别。提示:真核细胞为先转录,后翻译;原核细胞为边转录边翻译。1.遗传信息、密码子、反密码子及氨基酸的关系(1)遗传信息、密码子与反密码子之间的联系。(2)密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系。①一种密码子只能决定一种氨基酸,一种tRNA只能转运一种氨基酸。②每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并),可由一种或几种tRNA转运。2.DNA复制、转录和翻译的比较项目DNA复制转录翻译作用传递遗传信息表达遗传信息时间细胞分裂前的间期个体生长发育的整个过程场所主要在细胞核主要在细胞核细胞质的核糖体模板DNA的两条单链DNA的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸21种氨基酸能量都需要酶解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶多种酶产物2个双链DNA分子一个单链RNA分子多肽链(或蛋白质)产物去向传递到子细胞中通过核孔进入细胞质组成细胞结构蛋白或功能蛋白特点边解旋边复制,半保留复制边解旋边转录,转录后DNA恢复原状翻译结束后,mRNA被降解成单体碱基配对A—T、T—A、C—G、G—CA—U、T—A、C—G、G—CA—U、U—A、C—G、G—C研究方法可用放射性同位素标记“T”可用放射性同位素标记“U”可用放射性同位素标记“氨基酸”DNA复制以整个DNA分子为单位,而基因表达则以基因为单位,即以基因为单位进行转录和翻译。3.图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。以下说法正确的是(

)A.三种生理过程均需要模板和能量,且碱基配对的方式完全相同B.在线粒体增殖过程中,能发生①过程,但不发生②③过程C.①②③过程均只能发生在细胞核中,产物都是蛋白质D.上皮细胞与神经细胞发生②过程时,其起始点不完全相同√解析:由题图可知,①为DNA分子复制过程,其碱基配对方式为A—T、T—A、C—G、G—C,②是转录过程,其碱基配对方式为A—U、T—A、C—G、G—C,③表示翻译过程,其碱基配对方式为A—U、U—A、C—G、G—C,可见这三个过程中的碱基配对方式不完全相同;在线粒体增殖过程中,既有DNA的复制,也有基因的表达,故也发生②转录和③翻译过程;①②过程主要发生在细胞核中,③过程发生在细胞质的核糖体上,①②③过程也可发生在线粒体中,①的产物是DNA,②的产物是RNA,③的产物是蛋白质;不同组织细胞由于细胞分化,表达的基因不完全相同,因此上皮细胞与神经细胞发生②过程时,其起始点不完全相同。4.某DNA分子共有1200对碱基,A+T占46%,其中一条链中G和T分别占22%和28%,则由该链转录的mRNA中G所占比例和其翻译产物中含氨基酸的数目最多分别是(

)A.32%、400个

B.32%、200个C.18%、200个

D.22%、400个√解析:DNA分子中A+T占46%,则每条链中A+T占46%,G+C占54%。已知一条链中G和T分别为22%和28%,则该链中A和C分别为18%和32%,则以此链为模板转录的mRNA中G占32%。由DNA碱基数目∶RNA碱基数目∶氨基酸数目=6∶3∶1可知,其翻译产物中含氨基酸的数目最多为1200×2÷6=400(个)。基因表达过程中碱基和氨基酸之间的数量关系下列四支试管中分别模拟的是中心法则中的某个过程。请思考回答下列问题。探究三对比分析中心法则的相关过程(1)四支试管分别模拟中心法则中的哪个过程?提示:a模拟DNA的复制;b模拟转录;c模拟RNA的复制;d模拟逆转录。(2)四支试管模拟的过程分别需要什么酶?提示:a需要解旋酶和DNA聚合酶;b需要RNA聚合酶;c需要RNA复制酶;d需要逆转录酶。1.归纳不同生物的遗传信息流动途径(1)能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒遗传信息的传递。(2)具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)遗传信息的传递。(3)具有逆转录功能的RNA病毒(如HIV)遗传信息的传递。(4)高度分化的细胞(如神经细胞)遗传信息的传递。2.有关中心法则的四点提示(1)并不是所有的生物均能发生中心法则的所有过程。(2)DNA复制、转录、翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则。(3)DNA复制主要发生在细胞分裂过程中,而转录和翻译则可以发生在个体生长发育的整个过程中。(4)在病毒体内不会发生RNA的复制和逆转录过程,RNA的复制和逆转录过程是在被病毒寄生的宿主细胞内进行的。5.下列关于中心法则的叙述,正确的是(

)A.肽链的合成一定以RNA为模板,以氨基酸为原料B.酶的合成一定以RNA为模板,以氨基酸为原料C.RNA的合成一定以DNA为模板,以核糖核苷酸为原料D.DNA的合成一定以DNA为模板,以脱氧核苷酸为原料√解析:肽链的合成属于翻译过程,翻译一定以RNA为模板,以氨基酸为原料;酶绝大多数是蛋白质,少数是RNA,其中RNA的合成以DNA为模板,合成RNA的原料是核糖核苷酸;RNA的合成也可能以RNA为模板,如RNA的自我复制;DNA的合成也可能以RNA为模板,如逆转录过程。6.下列关于图示中心法则的叙述,错误的是(

)A.①②③过程可在细胞内发生,④⑤过程可在病毒体内发生B.②④过程的碱基互补配对方式不相同C.②过程不需要解旋酶催化DNA解旋D.⑤过程需要逆转录酶的催化√解析:由题图可知,①表示DNA复制,②表示转录,③表示翻译,④表示RNA复制,⑤表示逆转录。病毒没有细胞结构,没有独立的新陈代谢能力,故④⑤过程在宿主细胞内发生;②过程中碱基配对方式为T—A、G—C、A—U、C—G,③过程碱基配对方式为A—U、U—A、G—C、C—G;②过程为转录,RNA聚合酶具有解旋的功能;⑤过程为RNA合成DNA的逆转录过程,需要逆转录酶的催化。联系实际·迁移应用3[情境]细胞中存在一种调控mRNA降解引发基因沉默的机制,通过转录形成一类miRNA,它们是核苷酸数较少、不编码蛋白质的RNA分子。在人体细胞内存在类型较多的miRNA,对不同组织细胞的生长、分化、凋亡、癌变等都有着重要调控作用。研究发现,miRNA可以与相应mRNA形成杂交双链RNA分子,某些杂交分子可进一步与Dicer酶、Ago蛋白等蛋白质结合形成RISC复合物,将mRNA降解成小片段,从而抑制相关基因表达。探究:(1)转录形成miRNA时杂交双链核酸片段与mRNA降解时形成的双链核酸分子的碱基组成分别是哪些?提示:C、G、A、T和U;C、G、A和U。(2)miRNA能抑制相关基因表达指的是抑制了哪一个过程?提示:翻译。(3)与mRNA上密码子碱基数目相等的一段miRNA,是否与相应的反密码子碱基数目相等?为什么?提示:不相等;miRNA与mRNA上终止密码子互补的碱基没有对应的反密码子。课堂小结1.下列关于RNA的叙述,错误的是(

)A.少数RNA可催化细胞内某些生化反应B.蛋白质合成过程中,涉及mRNA、tRNA、rRNAC.RNA彻底水解可形成6种小分子物质D.只有DNA含有氢键,RNA不含氢键√随堂检测解析:RNA可催化细胞内某些生化反应,如核酶;蛋白质合成过程中,涉及mRNA、tRNA、rRNA;RNA彻底水解可形成6种小分子物质,分别是核糖、磷酸、A、U、C、G四种碱基;tRNA中含有部分双链部分,因此也含有氢键。2.某种RNA病毒在增殖过程中,其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中。物质Y与脱氧核苷酸结构相似,可抑制该病毒的增殖,但不抑制宿主细胞的增殖,那么物质Y抑制该病毒增殖的机制是(

)A.抑制该病毒RNA的转录过程B.抑制该病毒蛋白质的翻译过程C.抑制该RNA病毒的逆转录过程D.抑制该病毒RNA的自我复制过程√解析:由题意可知,该RNA病毒需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中,真核细胞的基因是DNA,因此该RNA病毒的某种转变过程为逆转录,RNA病毒逆转录生成DNA,需要的原料是4种脱氧核苷酸,物质Y与脱氧核苷酸结构相似,会混入逆转录生成的DNA中,致使逆转录生成的DNA不能整合到真核宿主的基因组中,影响病毒RNA及蛋白质的合成,从而抑制该病毒增殖。3.如图为原核细胞中转录、翻译的示意图,据图判断下列叙述正确的是(

)A.图中表示4条多肽链正在合成B.转录尚未结束,翻译已经开始C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译D.mRNA在RNA聚合酶的作用下形成多肽链√解析:图示转录出4条mRNA,每条mRNA链上有多个核糖体结合,表明正在合成多条多肽链(不止4条);原核细胞不存在细胞核,没有核膜的阻断,可以边转录边翻译;在蛋白质合成过程中,一个核糖体可以合成一条多肽链,不是多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译;在RNA聚合酶作用下DNA双螺旋解开