4.1.2 遗传信息的翻译-【正禾一本通】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第2课时　遗传信息的翻译 【学习目标】1.生命观念：通过分析中心法则的有关内容，形成生命的物质观、能量观和信息观。 2.科学思维：应用模型与建模、比较与分类的方法分析转录和翻译的异同，通过资料分析归纳中心法则的提出及发展过程。 3.科学探究：通过遗传密码的破译，提高科学探究能力。 任务一　遗传信息的翻译 1.翻译的概念 2.碱基与氨基酸之间的对应关系 (1)推测 ①若1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定4种氨基酸。 ②若2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定16种氨基酸。 ③若3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基能决定64种氨基酸，这种方式能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。 (2)实验：克里克以T4噬菌体为实验材料，证明遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。 3.密码子与反密码子 (1)在图中横线上填写对应名称。密码子位于mRNA(填名称)上，其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，图中密码子决定丝氨酸。 (2)反密码子位于tRNA(填名称)上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。 (3)密码子有64种，正常情况下在真核生物中，反密码子有61种。 4.过程 【深挖教材·P67～68】(1)密码子的简并，可以增强密码子容错性，增加翻译的速度。 (2)tRNA具有稳定的三叶草叶形结构，碱基配对部分形成双链结构，环状部分为单链结构；tRNA的主要区别为反密码子的序列。 (3)tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子碱基互补配对，两条RNA链方向是反向的。 【点拨】　tRNA的三叶草叶形结构是一条RNA单链经过盘曲折叠形成的，折叠后的RNA链内部存在部分碱基互补配对形成氢键的情况。 下图是翻译过程的示意图。 (1)判断图甲中核糖体沿着mRNA移动的方向，并根据教材中的密码子表，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。 (2)图乙中①和⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？ 提示：①和⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。 (3)最终合成的多肽链②③④⑤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。 (4)几乎所有生物都共用一套密码子，根据这一事实，你能想到什么？ 提示：当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。 (5)图乙所示的翻译特点，其意义是什么？ 提示：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。 (6)基因表达发生在什么时期？ 提示：基因表达是合成蛋白质的过程，细胞发育的任何时期都需要蛋白质，因此基因表达发生在细胞生命活动的各个时期。 (7)每连接1个氨基酸需要mRNA中的3个碱基决定，基因中由6个碱基决定；基因表达过程中，蛋白质中的氨基酸数量、RNA及DNA中碱基数量的比例一定为1∶3∶6吗？ 提示：不一定。原因是DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA；②转录出的mRNA中有终止密码子，正常情况下终止密码子不对应氨基酸。 【归纳总结】　DNA复制、转录与翻译的比较 项目 复制 转录 翻译 时间 分裂前的间期 个体发育的整个过程 场所 主要是细胞核 主要是细胞核 细胞质 模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种氨基酸 产物 DNA RNA 肽链 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 1.(2024·海口高一检测)下图表示蛋白质合成过程中的两个重要步骤。下列叙述正确的是(　　) A.图1表示转录，一条DNA上所有基因的转录都以同一条链作为模板 B.图2表示翻译，其中RNA沿着核糖体从左往右移动 C.每个基因都要经过图1和图2过程才能发挥遗传效应 D.在原核细胞中，一个基因的图1和图2两个过程可同时发生 解析：选D。图1表示转录，每条DNA上的基因数目数以千计，各个基因转录时所用到的模板链可能不是同一条DNA链，A错误；图2 表示翻译，其中核糖体沿着RNA从左往右移动，B错误；有些基因转录形成RNA发挥遗传效应，不需要表达出蛋白质，如化学本质为RNA的酶，C错误；在原核细胞中，一个基因可以边转录边翻译，即转录翻译能同时发生，D正确。 【方法技巧】　“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图 2.(2024·烟台高一检测)如图表示真核细胞中遗传信息的表达过程，其中①～④表示物质，Ⅰ、Ⅱ表示过程。下列有关叙述错误的是(　　) A.一个⑤可以结合多种③ B.进行过程Ⅰ的原料不包括胸腺嘧啶脱氧核苷酸 C.②可以结合多个核糖体，以提高过程Ⅱ的效率 D.①上的遗传信息经过程Ⅰ、Ⅱ体现为④的氨基酸序列 解析：选A。一般情况下，mRNA上一个密码子只对应一种tRNA，如果为终止密码子，则不对应tRNA，A错误；过程Ⅰ表示以DNA一条链为模板合成RNA的过程，原料为4种核糖核苷酸，B正确；②是mRNA，翻译时可以结合多个核糖体，以提高过程Ⅱ的效率，C正确；在转录和翻译完成后，由碱基对序列所体现的遗传信息表达为蛋白质中的氨基酸序列，即①上的遗传信息经过程Ⅰ、Ⅱ体现为④的氨基酸序列，D正确。 3.(2023·海南高考)噬菌体ΦX174的遗传物质为单链环状DNA分子，部分序列如图。 下列有关叙述正确的是(　　) A.D基因包含456个碱基，编码152个氨基酸 B.E基因中编码第2个和第3个氨基酸的碱基序列，其互补DNA序列是5′－GCGTAC－3′ C.噬菌体ΦX174的DNA复制需要DNA聚合酶和4种核糖核苷酸 D.E基因和D基因的编码区序列存在部分重叠，且重叠序列编码的氨基酸序列相同 解析：选B。根据图示信息，D基因编码152个氨基酸，但D基因上包含终止密码子对应序列，故应包含459个碱基，A错误；分析图示信息，E基因中编码第2个和第3个氨基酸的碱基序列5′－GTACGC－3′，根据DNA分子两条链反向平行，其互补DNA序列是5′－GCGTAC－3′，B正确；DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸，噬菌体ΦX174的DNA复制需要DNA聚合酶和4种脱氧核糖核苷酸，C错误；E基因和D基因的编码区序列存在部分重叠，但重叠序列密码子的读取起点不一样，故编码的氨基酸序列不相同，D错误。 【方法技巧】　基因表达的计算 任务二　中心法则 1.提出者：克里克。 2.中心法则的内容 (1)基本内容 ①DNA的复制：遗传信息从DNA流向DNA。 ②转录：遗传信息从DNA流向RNA。 ③翻译：遗传信息从RNA流向蛋白质。 (2)补充内容 ④RNA的复制：遗传信息从RNA流向RNA。 ⑤逆转录：遗传信息从RNA流向DNA。 3.生命是物质、能量和信息的统一体 (1)DNA、RNA是信息的载体。 (2)蛋白质是信息的表达产物。 (3)ATP为信息的流动提供能量。 中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律，下图为中心法则的内容。 (1)图中②④分别表示什么过程？ 提示：②表示转录过程，④表示逆转录过程。 (2)正常情况下，在人体细胞内能进行的过程有哪些？ 提示：①②③。 (3)图中遵循碱基互补配对原则的过程有哪些？ 提示：①②③④⑤。 (4)任意一个人体细胞均能发生①②③过程吗？ 提示：高度分化的细胞不再进行细胞分裂，因而不能发生①过程。 (5)请写出流感病毒(一种RNA病毒)遗传信息传递的过程。 提示： 【归纳总结】　不同生物中的中心法则 1.(2024·咸阳高一检测)遗传学上把遗传信息沿一定方向的流动叫信息流，如下图所示，中心法则概括了自然界生物遗传信息的流动途径，下列说法正确的是(　　) A.虚线表示原核生物遗传信息的流向 B.在遗传信息的流动过程中，DNA和RNA是信息的载体 C.图中③④过程均有碱基互补配对，且配对方式不完全相同 D.在人体胚胎干细胞和心肌细胞中均存在图中①②③过程 解析：选B。虚线(逆转录和RNA的复制)表示少数生物(如RNA病毒)的遗传信息的流向，A错误；DNA和RNA是遗传信息的载体，B正确；③(翻译)和④(RNA的复制)都是RNA和RNA配对，配对方式相同，C错误；心肌细胞高度分化，不能分裂，所以不能进行①(DNA复制)过程，D错误。 2.下图为细胞内某生理过程中发生的部分碱基互补配对情况，下列叙述错误的是(　　) A.若表示DNA复制，原料为四种脱氧核糖核苷酸，场所一定在细胞核 B.若表示翻译，①为模板，则核糖体从右向左读取其上的密码子 C.若表示转录，图示片段共含有4种核苷酸、9个氢键 D.若表示病毒RNA复制，原料为四种核糖核苷酸，场所在细胞内 解析：选A。若表示DNA复制，原料为四种脱氧核糖核苷酸，场所可能是细胞核、线粒体、叶绿体等，A错误。若表示翻译，①为模板，则核糖体从右向左读取其上的密码子，B正确。若表示转录，则图中共有2种脱氧核苷酸和2种核糖核苷酸，共4种核苷酸；G和C之间有3个氢键，共9个氢键，C正确。病毒需要寄生在活细胞内才能增殖，若表示病毒RNA复制，原料为四种核糖核苷酸，场所在细胞内，D正确。 【方法规律】　根据模板和产物判断中心法则 ①模板DNA，产物RNA→转录； ②模板RNA，产物RNA→RNA的复制； ③模板RNA，产物DNA→逆转录； ④模板RNA，产物蛋白质→翻译； ⑤模板DNA，产物DNA→DNA的复制。 3.(2024·泰安高一期末)脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA病毒，下图是该病毒在细胞内增殖示意图。下列有关叙述正确的是(　　) A.过程①中的＋RNA上三个相邻的碱基都能决定一个氨基酸 B.过程②与过程③发生碱基互补配对的方式有差异 C.酶X是RNA聚合酶，其合成和发挥作用的场所是细胞核 D.＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数 解析：选D。若过程①中的＋RNA上三个相邻的碱基是终止密码子，则不能决定一个氨基酸，因为终止密码子不编码氨基酸，A错误；过程②③均为RNA的复制，发生碱基互补配对的方式一致，B错误；RNA聚合酶催化RNA的形成，酶X是RNA聚合酶，其化学本质为蛋白质，其合成场所是核糖体，C错误；＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，必须先复制为－RNA，然后再复制为＋RNA，所以消耗的原料为合成互补的两条RNA链的核糖核苷酸，因此消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数，D正确。 新情境命题 基因表达的调控——RNA干扰（科学思维） 　　近几年来RNA干扰(简称RNAi)研究取得了突破性进展。RNA干扰的机制：双链RNA进入细胞内被一个称为Dicer的特定的酶切割成21～23个核苷酸长的小分子RNA的片段(简称SiRNA)。Dicer能特异性识别双链RNA，切割产生的SiRNA片断解开变成单链，并和某些蛋白质形成复合物(简称RISC)。RISC能结合到细胞内与SiRNA互补的mRNA上，并切割该mRNA，使其被降解，造成蛋白质无法合成，产生基因“沉默”现象。 【命题设计】 1.考查知识迁移能力 (1)RNA干扰的作用机理是导致基因表达的__________过程受阻，进而导致相关基因沉默。 2.考查科学思维 (2)双链RNA分子中嘧啶和嘌呤的数量关系是________的(填“不相等”“相等”或“不一定相等”)，图中具有这一数量关系的分子还有__________。 (3)RISC能够识别靶序列，这一识别过程的实质是________中的一条链与特定基因表达的________片段结合，这种结合的前提是________________________________________________________________________。 (4)Dicer和RISC断裂的化学键______(填“相同”或“不相同”)。RISC能够将mRNA剪切，最可能依赖于RISC中的________。 解析：(1)RNA干扰使mRNA被降解，而mRNA是翻译过程的模板，故RNA干扰是在翻译水平上对特定基因表达的抑制。(2)由于双链RNA的两条链通过碱基互补配对方式形成双链RNA分子，配对方式为A—U、U—A、C—G、G—C，所以双链RNA分子中嘧啶和嘌呤的数量关系是相等的。由题可知，SiRNA是双链RNA分子被Dicer切割断开磷酸二酯键产生的，故SiRNA中嘧啶和嘌呤的数量关系也是相等的。(3)RISC是由SiRNA与一种蛋白质结合而成，图中RISC识别靶序列时SiRNA的两条链分开，其中一条链与特定基因表达的mRNA片段结合，二者之所以能结合是因为发生了碱基互补配对，即SiRNA中一条链上的碱基序列与mRNA的某一片段的碱基序列互补。(4)Dicer将双链RNA分子的磷酸二酯键断开，形成多个SiRNA，而RISC是识别mRNA序列后将其降解成多个片段，故RISC也是将磷酸二酯键断开，Dicer和RISC断裂的化学键相同。RISC是由SiRNA与一种蛋白质结合而成，其能够将mRNA剪切，最可能依赖于RISC中的蛋白质。 答案：(1)翻译　(2)相等　SiRNA　(3)SiRNA　mRNA　SiRNA中一条链上的碱基序列与mRNA的某一片段的碱基序列互补　(4)相同　蛋白质 课堂小结　巩固提升 【教材答疑】 思考·讨论 P671.①从增强密码子容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并，可能并不会改变其对应的氨基酸。②当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。 2.地球上几乎所有的生物体都共用一套遗传密码，说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。 [练习与应用·P69] 一、概念检测 1.(1)×　(2)×　2.D 二、拓展应用 三种抗菌药物都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌生长的。红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。 【体系构建】 【核心语句】 1.mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子。 2.每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基。每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。 3.在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。 4.核糖体是沿着mRNA移动的。核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。 5.通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 6.科学家克里克于1957年提出了中心法则： 学科网（北京）股份有限公司 $$