4.1基因指导蛋白质的合成课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

第1节　基因指导蛋白质的合成 第4章　基因的表达 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。 「学习目标」 预习案·自主学习 一、RNA的结构与种类 1.RNA的结构 磷酸 碱基:A、 U、G、C 核糖 单链 2.RNA的种类及其作用 DNA 信使RNA 核糖体RNA 转运RNA 识别并转运氨基酸 3.RNA与DNA的比较 脱氧核苷酸 比较项目 DNA RNA 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    核糖核苷酸 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) 单链 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。 RNA聚合酶 DNA的一条链 2.过程 RNA 游离的核糖核苷酸 RNA RNA 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)。 氨基酸 反密码子 (2)功能特点:每种tRNA只能识别并转运一种 。 氨基酸 4.过程 核糖体 AUG 肽键 核糖体 mRNA mRNA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 (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。 [正误判断] (3)转录主要发生在细胞核中,DNA的两条链同时作为模板。(　　) × 提示:转录主要发生在细胞核中,转录过程中只有DNA的一条链可以作为模板。 (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)线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。(　 　) √ 探究案·互动探究 探究一　遗传信息的转录 「问题情境」 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。 (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)转录过程中发生的碱基互补配对方式是什么? 提示:A—U、T—A、G—C、C—G。 归纳总结 1.遗传信息的转录 场所 真核细胞 主要在细胞核,此外还有叶绿体、线粒体 原核细胞 主要是拟核 病毒 在宿主细胞内 模板 DNA分子中某基因的一条链,对于同一个DNA分子上不同的基因来说,模板链可能不同 原料 四种核糖核苷酸 条件 能量、RNA聚合酶 方向 由5′端到3′端延伸RNA 特点 边解旋边转录 产物 RNA 2.遗传信息转录的5点总结 (1)转录不是转录整个DNA,而是以基因为单位进行。 (2)转录时不需要解旋酶。 (3)线粒体、叶绿体中也可进行转录。 (4)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。 (5)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.转录时需要专门的解旋酶参与 「即时应用」 B 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,而不是与RNA分子;RNA聚合酶具有解旋的功能,不需要专门的解旋酶参与。 2.如图表示真核细胞核内某种遗传信息流动过程。下列相关叙述正确的是(　 　) A.图示中核酸彻底水解产物最多有8种 B.在组成成分上,图中的1和2仅仅碱基不同 C.图中的4可断开氢键,也可形成氢键 D.哺乳动物成熟的红细胞可发生该过程 A 解析:图示过程为转录过程,即由DNA指导合成RNA的过程,因此图中核酸彻底水解产物最多有8种,分别为脱氧核糖、核糖、磷酸和5种碱基;题图中的1表示DNA,2表示RNA,在组成成分上,二者的不同除了碱基不完全相同外,还有五碳糖的种类不同;题图中的4为RNA聚合酶,不仅可断开氢键,还能催化核糖核苷酸之间化学键的形成,但不能催化氢键的形成;哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和细胞器结构,因而不能发生图示的过程。 长句应答 对比DNA复制过程,真核生物转录与DNA复制的共同之处是　   　   (至少答出三点)。 都以DNA为模板,都需要能量,都有酶的参与,都严格按照碱基互补配对原则进行,都主要发生在细胞核中 探究二　遗传信息的翻译 「问题情境」 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。 (1)图甲过程发生的碱基互补配对与转录相比完全一样吗? 提示:不完全一样;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)图乙中最终合成的多肽链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,概括真核细胞核基因和原核细胞基因转录、翻译的区别。 提示:真核细胞核基因为先转录,后翻译;原核细胞基因为边转录边翻译。 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。 归纳总结 (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) 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—C A—U、T—A、C—G、G—C A—U、U—A、C—G、G—C 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。 37 3.下列关于密码子和反密码子的叙述,错误的是(　 　) A.密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上 B.一个密码子和一个反密码子均由3个碱基组成 C.ATT不可能是一个密码子,因为RNA中不含T D.密码子和反密码子在细胞核中发生碱基互补配对 「即时应用」 D 解析:密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上,二者能进行碱基互补配对;密码子是mRNA上相邻的3个碱基,反密码子是指tRNA的一端的3个相邻的碱基;密码子是mRNA上相邻的3个碱基,ATT不可能是一个密码子,因为RNA中不含T;密码子和反密码子碱基互补配对发生在翻译过程中,该过程发生在细胞质的核糖体中。 4.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过程的产物都是蛋白质 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 D 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;①过程的产物是DNA,②过程的产物是RNA,③过程的产物是蛋白质;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。 探究三　对比分析中心法则的相关过程 「问题情境」 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。 (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。 归纳总结 (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4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 「即时应用」 A 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.不同抗菌药物的抗菌机理有所不同,如环丙沙星能抑制细菌DNA解旋酶的活性、利福平能抑制细菌RNA聚合酶的活性、红霉素能与核糖体结合抑制其功能。下图表示细胞中遗传信息传递的规律,下列叙述正确的是(　 　) A.利福平和红霉素能通过抑制③⑤过程来抑制细菌繁殖 B.完成图中②④两个过程所需的原料、模板和酶都相同 C.环丙沙星能够显著抑制细菌体内的①④两个生理过程 D.图中③⑤所代表的生理过程中都有氢键的断裂和生成 D 解析:利福平能抑制细菌RNA聚合酶的活性,可抑制②转录的过程;红霉素能与核糖体结合抑制其功能,可抑制③翻译过程从而抑制细菌繁殖。②过程是转录过程,④过程是RNA复制过程,需要的原料相同,需要的酶和模板不同,②过程的模板是DNA,④过程的模板是RNA。环丙沙星能抑制细菌DNA解旋酶的活性,显著抑制的是①DNA复制过程,④过程是RNA的复制不需要解旋。③表示翻译过程,mRNA和tRNA间有氢键的断裂和形成过程,⑤过程是逆转录过程,DNA和RNA之间有氢键的断裂和生成。 课堂小结 思维导图 金句必备 1.RNA是在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫作转录。 2.转录的主要场所是细胞核,条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)酶(RNA聚合酶)和 能量。 3.游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质称为翻译。 4.生命是物质、能量和信息的统一体。 随堂检测 1.下列关于RNA的结构和功能的叙述,不正确的是(　 　) A.细胞中的RNA分子一般为单链 B.RNA比DNA短,能在细胞内传递遗传信息 C.RNA是某些原核生物的遗传物质 D.某些RNA能在细胞内催化化学反应 C 1 2 3 4 解析:原核生物的遗传物质是DNA;少数酶的化学本质是RNA,因此某些RNA具有催化作用。 2.决定氨基酸的60多种密码子已全部被破译,这些密码子组成了一部“遗传密码字典”。下列叙述正确的是(　 　) A.原核生物与真核生物几乎共用一套密码子,体现了生物界的统 一性 B.密码子发生改变后,其对应的氨基酸一定发生改变 C.UGA既可以作为终止密码子,也可以编码氨基酸,体现了密码子的简并 D.基因模板链上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为1个密码子 2 3 4 1 A 解析:密码子具有通用性,原核生物与真核生物几乎共用一套密码子,体现了生物界的统一性;由于密码子的简并,密码子发生改变后,其对应的氨基酸不一定发生改变;密码子的简并是指一种氨基酸有两种以上密码子的情况,而UGA只可以编码硒代半胱氨酸; mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基称为1个密码子。 2 3 4 1 3.中心法则概括了自然界生物的遗传信息的流动途径,如图所示。下列说法正确的是(　 　) A.图中④可发生在T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中 B.1957年,克里克提出的中心法则内容包括图中的①②③④⑤ C.图中⑤过程碱基互补配对时,遵循A—T、T—A、G—C、C—G的原则 D.人体造血干细胞和植物根尖分生区细胞中均存在图中①②③过程 D 3 4 1 2 3 4 1 2 解析:④是RNA自我复制过程,而T2噬菌体是DNA病毒,不能发生该过程,可以发生DNA复制、转录和翻译;1957年,克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③,④⑤两个过程是后来对中心法则的补充;图中⑤过程是逆转录,因此遵循的碱基互补配对原则是U—A、A—T、G—C、C—G;图中过程①表示DNA的自我复制,过程②表示转录,过程③表示翻译,人体造血干细胞和植物根尖分生区细胞都能进行分裂,因此均存在图中①②③过程。 4.(多选)下列关于图示的相关说法正确的是(　 　)  A.图甲表示翻译过程,图乙表示基因转录过程 B.图甲所示核糖体运动方向向右,图乙中转录方向向左 C.图中所示的转录和翻译过程中碱基互补配对方式完全相同 D.由图甲可知少量mRNA可迅速合成大量的蛋白质 1 2 3 4 BD 解析:图甲表示翻译过程,图乙表示基因转录和翻译过程;图甲所示核糖体合成的肽链左侧短右侧长,可知其运动方向向右,图乙中mRNA左侧长右侧短,可知其转录方向向左;转录过程中碱基互补配对方式为A—U、T—A、G—C、C—G,翻译过程中碱基互补配对方式为A—U、U—A、G—C、C—G,两者不完全相同;图甲中一条mRNA上相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成,因此,少量mRNA可迅速合成大量的蛋白质。 1 2 3 4 联系实际·迁移应用 为了探究遗传信息的传递途径,科学家做了变形虫放射性标记相关实验(如图)。 探究:(1)细胞核交换后,B组变形虫的细胞质为什么会出现有标记的RNA分子? 提示:原A组细胞的细胞核合成的RNA分子通过核孔进入细胞质。 (2)该实验的设计有何巧妙之处? 提示:在适当的时间交换了细胞核,形成了相互对照。 谢 谢 观 看 ① ② ③ $$