高中生物专题讲义《遗传信息的传递和表达》

遗传信息的传递和表达学员编号：年级：高二课时数：1学员姓名：辅导科目：生物学科教师：课程主题：遗传信息的传递和表达授课时间：学习目标对遗传物质的认识；DNA的复制，转录，翻译以及中心法则及其发展。教学内容内容回顾内容回顾生长素调节作用的两重性：低浓度促进生长，高浓度抑制生长、受害或死亡，如除草剂的使用。知识精讲知识精讲知识点一：遗传物质【知识梳理】一、遗传信息1、DNA是遗传物质（1）遗传物质的条件：①分子结构具有相对稳定性；②能够精确地自我复制使前后代保持一定的连续性；③能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢的过程和性状；④能够产生可遗传的变异。2、实验证明：（1）噬菌体侵染细菌的实验证明：侵染过程：吸附→注入→复制（合成）→组装→释放；实验过程：实验方法——同位素标记法；①用35S标记噬菌体蛋白质进行侵染细菌实验，发现细菌内无放射性；②用32P标记噬菌体的DNA进行侵染细菌实验，发现细菌内有放射性，子代噬菌体也有放射性。实验结论：DNA是遗传物质，DNA能自我复制，DNA能指导蛋白质的合成；但不能证明DNA是主要遗传物质、蛋白质不是遗传物质。（注意：子代噬菌体蛋白质外壳、DNA元素来源）（2）肺炎双球菌转化试验：肺炎双球菌类型：S型菌有荚膜菌，具致病性；R型菌无荚膜菌，无致病性；实验过程：a.活S型菌→小鼠死亡；b.活R型菌→小鼠不死；c.死S型菌→小鼠不死；d.死S型菌+活R型菌→小鼠死亡；f.从死S型菌中提取蛋白质、RNA、多糖、脂质、DNA等物质+活R型菌，只有加入DNA的可以使活的R型菌转变成活的S型菌。（实验更具科学性时应再加一组：DNA+DNA水解酶+活的R型菌）实验结论：DNA是遗传物质，蛋白质、RNA、多糖、脂质等物质不是遗传物质。DNA分子的双螺旋结构（1）DNA的化学组成：①基本单体：1脱氧核苷酸=1脱氧核糖+1磷酸+1含氮碱基，含氮碱基有腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T四种；②平面结构：是由四种脱氧核苷酸分子聚合而成的脱氧核苷酸长链。（2）DNA的立体结构：①外侧：磷酸与脱氧核糖交互排列的顺序稳定不变。②内侧：碱基互补配对方式不变，A与T配对，G与C配对，并以氢键相连接。③两条长链通过碱基互补配对方式相互连接，构成规则的双螺旋结构。（3）DNA的特点：稳定性、多样性、特异性。3、蕴藏在DNA分子中的遗传信息：（1）基因：是决定生物的基本单位，是携带遗传信息，并具有遗传效应的DNA片段。每个DNA分子中含有很多个基因，每个基因由成百上千对脱氧核苷酸组成。（2）性状：指生物体的形态、生理和行为等。（3）遗传信息：指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。（4）基因的功能：具有控制蛋白质合成的功能，基因控制生物的性状是通过控制蛋白质的合成来实现的。（5）基因、DNA、脱氧核苷酸、染色体间的关系：磷酸+脱氧核糖+含氮碱基→脱氧核苷酸→基因→DNA（上有很多个基因）)+蛋白质→染色体二、DNA复制和蛋白质合成1、DNA复制（1）DNA复制是上图中的1（序列）。概念：是指以DNA分子为模板，合成相同DNA分子的过程。过程：解旋→合成子链(按照碱基配对原则，A与T、G与C)→聚合→螺旋。特点：边解旋边复制和半保留复制。时期：有丝分裂间期、减数第一次分裂间期。条件：模板（DNA分子两条链）、原料（游离的脱氧核苷酸）、能量（ATP）、酶（DNA解旋酶、DNA聚合酶）【注意】：DNA复制n次，所需某种原料数量的计算：aX(2n-1）DNA第n次复制，所需某种原料数量的计算：aX(2n-1）蛋白质合成（基因的表达）（1）转录转录是上图中的2（序列）。①RNA结构：由磷酸、核糖和含氮碱基(AUGC)组成；②种类：有mRNA（信使RNA）、tRNA（转移RNA）和rRNA（核糖体RNA）三种。③概念：指以DNA分子中的一条多核苷酸链为模板合成RNA的过程称为转录。④过程：见右图⑤条件：模板（DNA分子一条链）、原料（游离的核糖核苷酸）、能量（ATP）、酶（RNA聚合酶）（2）翻译翻译是上图中的5（序列）。①概念：以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程称为翻译。②遗传密码：在细胞质中进行，它是以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，使氨基酸在核糖体内按照一定的顺序排列起来，合成蛋白质的过程。③密码子：共64个概念：mRNA分子中可决定一种氨基酸的每三个相邻碱基。种类：终止密码子：共3个，UAA、UAG、UGA起始密码子：共2个，AUG、GUG编码氨基酸的密码子：共61个；mRNA反密码子氨基酸细胞核tRNA密码子核糖体mRNA反密码子氨基酸细胞核tRNA密码子核糖体【注意】①tRNA是翻译过程中的一种重要工具，可循环利用：因为一个tRNA“空载”以后，会脱离核糖体，再找相应的氨基酸结合，又成为转运某种氨基酸的tRNA,实现自身的循环利用。②少量的mRNA可以迅速合成大量蛋白质：因为mRNA是翻译的模板，可以由多个核糖体沿着一条mRNA进行翻译，因此可以迅速合成大量蛋白质。三、中心法则及其发展1、概念：遗传信息从DNA传递给RNA，再由RNA决定蛋白质合成，以及遗传信息由DNA复制传递给DNA的规律称为“中心法则”。2、中心法则：三个过程注意箭头1——DNA复制2——转录5——翻译3——逆转录（需要逆转录酶）4——RNA的自我复制3和4仅见于RNA病毒。【例题精讲】例1.遗传信息的传递和表达科学家把遗传信息在细胞内生物大分子间的传递规律称为“中心法则”。图13和图14表示遗传信息在细胞中的传递过程，其中罗马字母表示物质，数字表示过程。据图回答。图13图141、图13中②和④依次表示遗传信息传递的过程。2、图14表示图13中的过程①，这个过程称之为。图14中的过程⑤，称为。3、在进行“DNA分子模型的搭建”实验中，如果以图14中的Ⅰ链为模板，在制作DNA分子另一条多核苷酸链时，一定要遵循的原则是。4、若图14中Ⅱ链的部分序列为-ACTG-，以其为模板合成的RNA链的碱基序列为。【答案】1．转录和翻译。2．复制；解旋。3．碱基互补配对原则。4．-UGAC-。例2.下图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法正确的是（）A．上图表示翻译过程，核糖体移动方向是从右到左B．①上的四种脱氧核苷酸可组合成64种代表20种氨基酸的密码子C．①上的一个密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸只由一种tRNA转运D．若①中有一个碱基发生改变，则合成的多肽链的结构一定发生改变【答案】A例3.下图为人体细胞的分裂、分化、衰老和凋亡过程的示意图，图中①—⑥为各个时期的细胞，a—e表示细胞所进行的生理过程。据图分析，下列叙述正确的是（）A．a、b、c过程中遗传信息的表达有所不同B．⑤与⑥的基因型相同，控制合成的蛋白质也相同C．细胞⑥内遗传信息的流动方向可以为DNA→DNA（复制）D．一般情况下，细胞分化是可逆的【答案】A例4.遗传信息的传递和表达染色体是遗传物质DNA的载体，图19为染色体、DNA和基因的关系图。1．图中①表示________。2．已知某RNA的部分序列为-AUGCA-，则转录该RNA的模板链对应碱基序列是_____。3．从图19可知DNA和基因的数量关系为_______。4．基因1和基因2的差异表现在_______。A．碱基的配对方式B．基因的空间结构C．脱氧核苷酸的结构D．脱氧核苷酸的排列顺序5．染色体主要由DNA和________组成，图19所示的染色体上有________个DNA分子。6．若基因1中有一个碱基A替换为G，则下列现象一定会发生的是________（可多选）A．该基因控制的性状发生变化B．该基因的脱氧核苷酸序列改变C．该基因表达的蛋白质结构变化D．该基因转录出的RNA序列改变【答案】1.脱氧核糖（五碳糖）2．TACGT3．一个DNA分子上有多个基因4．D5．蛋白质（组蛋白）26．BD【课堂练习】1．成年人体内绝大多数处于分化终端的各种细胞（）A．基因表达相同 B．遗传信息相同C．mRNA种类相同 D．蛋白质种类相同tRNA④【答案】tRNA④2.回答有关遗传信息传递和表达的问题。（11分）图一是基因控制蛋白质合成过程示意图。请据图回答有关问题。1、图一中①表示酶，该酶在细胞核中催化的合成反应过程称为________________。合成的产物依照功能不同可分为三种，分别是______________________。2、图一中在结构⑤中完成的过程需要以mRNA为模板，还需要[④]___________、tRNA以及____________________等（至少写2点）。铁蛋白是细胞内储存多余Fe3+的蛋白，铁应答元件参与铁蛋白的合成，Fe3+浓度可影响铁蛋白的合成。铁蛋白合成调节过程如图26。图26图263、图26中甘氨酸的密码子是__________，铁蛋白基因中决定“…—eq\o\ac(○,甘)—eq\o\ac(○,天)—eq\o\ac(○,色)—…”的基因片段碱基序列为_____________。4、图中的铁应答元件的物质属性是（）A．mRNA上的特异性序列B．一种蛋白质C．一种辅酶D．一种tRNA5、铁调节蛋白只能与铁应答元件结合，而不能与mRNA的其余部分结合，其决定性的因素是铁调节蛋白的___________。6、现发现铁蛋白分子中的色氨酸变成了亮氨酸（密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG），其实质是DNA模板链上的一个碱基发生了突变，突变的碱基是由______变为_____。【答案】1、转录mRNA、rRNA、tRNA2、氨基酸ATP和酶3、GGU-GGTGACTGG--CCACTGACC-（2分）4、A（2分）5、空间结构6、C变为A（1分）比较内容复制转录翻译时间细胞分裂间期生物生长发育过程中场所细胞核细胞核细胞质中（主要：核糖体）模版DNA分子两条链DNA分子的一条链mRNA原料分别含A、T、G、C碱基的四种脱氧核苷酸分别含A、U、G、C碱基的四种核糖核苷酸约20种氨基酸条件酶和能量酶和能量酶和能量产物两个子代DNA分子一个RNA分子合成多肽链，形成蛋白质产物去向传递到子细胞离开细胞核进入细胞质组成细胞结构蛋白和功能蛋白特点边解旋边复制边解旋边转录逐渐翻译1．如图为病毒X侵染宿主细胞过程的示意图。A～F表示物质，a~h表示过程。（1）过程a、b分别是__________、__________；（2）物质D是_________，过程e称为____________。物质F是_______。（3）请据图写出中心法则的有关部分，过程名称用图中的编号表示。___________________。（4）病毒X能否侵染噬菌体？为什么？_____________________。【答案】（1）逆转录（逆转录的）DNA双链整合到宿主染色体中（2）病毒X的mRNA组装宿主的mRNA（3）（4）不能，因为病毒没有细胞结构，其增殖所需原料、酶、能量、场所（结构）均来自具有细胞结构的宿主细胞。2.下图为基因控制蛋白质合成过程的示意图，有关该图的叙述不正确的是（）转转移RNAA．该图表示的是真核细胞内基因控制蛋白质合成的过程B．图中的信使RNA是以DNA分子中的①链为模板转录而来C．图中参与蛋白质合成的RNA只有信使RNA和转移RNAD．图中蛋白质多肽链中肽键的形成部位是在核糖体【答案】C3.回答下列基因工程的问题。100多年前，“疫苗之父”巴斯德开创了第一次疫苗革命，其特点是接种灭活或减毒的病原微生物。20世纪70年代开始，现代生物技术的迅猛发展开创了第二次疫苗革命，使疫苗的研制进入分子水平。图26是1986年通过基因工程制备乙型肝炎表面抗原（HbsAg）从而获得乙肝疫苗的过程。乙肝病毒乙肝病毒乙肝表面抗原基因①②③大肠杆菌④⑤大肠杆菌乙肝表面抗原乙肝表面抗原⑥⑦图26在图26步骤①和③的过程中，需要用合适的限制酶切割乙肝表面抗原基因和质粒。现将乙肝表面抗原基因及质粒的部分限制酶的识别序列及位置表示为图27。质粒中的启动子是质粒中基因得以正常表达所必需的部分。lacZ基因合成某种酶，该酶能将无色染料X-gal变成蓝色，最终能在无色染料X-gal的培养基上将含该基因的菌落染成蓝色。限制酶EcoRBclⅠBamHⅠHindⅢ识别序列及切割位点G↓AATTCT↓GATCAG↓GATCCA↓AGCTT图图27乙肝表面抗原基因BclⅠHindⅢEcoREcoRpuc18LacZ基因BamHⅠBclⅠHindⅢEcoR启动子氨苄青霉素