4.1基因指导蛋白质的合成课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

转基因抗虫棉花:Bt抗虫蛋白基因→Bt抗虫蛋白→抗虫 转基因鼠:绿色荧光蛋白基因→绿色荧光蛋白→发绿色荧光 转基因鲤鱼:外源生长激素基因→生长激素→生长快性状 (蛋白） 基因的表达 ↓ 基因控制蛋白质的合成 ↓ 性状 第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成 DNA(基因） 主要存在于细胞核中 蛋白质的合成 在细胞质中的核糖体上进行 ？ RNA在DNA和蛋白质合成中充当信使。 为什么RNA适于作DNA的信使呢? RNA可以储存遗传信息 A(腺嘌呤核糖核苷酸） U(尿嘧啶核糖核苷酸) C(胞嘧啶核糖核苷酸) G(鸟嘌呤核糖核苷酸) RNA由核糖核苷酸构成。 一、遗传信息的转录 （一）RNA适于作DNA的信使的原因 一、遗传信息的转录 RNA与DNA的主要区别与联系是什么？ （2）五碳糖不同 （3）碱基不完全相同 （1）RNA一般为单链 联系： 区别： 碱基可以互补配对 DNA：A T C G ∣ ∣ ∣ ∣ RNA：U A G C （一）RNA适于作DNA的信使的原因 RNA可以储存遗传信息 RNA一般为单链，比DNA短，能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中 （一）RNA适于作DNA的信使的原因 第二个和第三个原因 5 一、遗传信息的转录 RNA可以储存遗传信息 RNA一般为单链，比DNA短，能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中 遵循“碱基互补配对原则”，保证DNA的遗传信息准确地传递给RNA （一）RNA适于作DNA的信使的原因 【当堂训练1】下列关于DNA和RNA特点的比较，正确的是( ) A. 在细胞内存在的主要部位相同 B. 构成的五碳糖不同 C. 核苷酸之间的连接方式不同 D. 构成的碱基相同 B 一、遗传信息的转录 （局部双链） 单链 单链 RNA的种类 信使RNA（mRNA） 核糖体RNA（rRNA） 转运RNA（tRNA） 携带遗传信息，蛋白质合成的模板 识别并运载氨基酸 核糖体的组成成分 DNA携带的遗传信息是怎样传给mRNA的（转录的过程是怎样的）？ 一、遗传信息的转录 转录的场所在哪里？ 转录需要的原料是什么？模板是什么？ 碱基如何配对？ 转录的具体过程？ 转录的产物有哪些？ 遗传信息的流动方向？ 阅读课本65页转录过程，思考下列问题(3min) 一、遗传信息的转录 （1）定义： 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）场所： （3）条件： 真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 原核生物：拟核、细胞质 原料：4种游离的核糖核苷酸 模板：DNA的一条链 能量：ATP 酶： RNA聚合酶 一、遗传信息的转录 （4）过程 U A A G U C C C T T G G A A A RNA聚合酶 1 解旋 RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。 游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 4 释放 3 连接 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 2 配对 方向：5 '→3 ' （解旋、聚合：促使磷酸二酯键形成） 12 一、遗传信息的转录 （5）转录产物： mRNA、tRNA、rRNA等 （6）遗传信息流向： DNA→mRNA mRNA rRNA tRNA （7）特点：边解旋边转录 一、遗传信息的转录 请根据转录示意图回答问题： 转录时，DNA链完全解开吗？ 不是，只解旋有遗传效应的片段，即基因片段； 转录以基因为单位。 一个基因的两条链都能转录吗？不同基因的模版链是否相同？ 一个基因只以一条链为模板; 不同基因模板链不同 该DNA分子中基因A转录时，基因C是否一定也在进行转录？ 一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的，但tRNA和rRNA的种类一般没有差异 一、遗传信息的转录 分裂间期和分裂期可以进行转录吗？ 分裂间期可以蛋白质的合成 分裂期的染色体高度螺旋，DNA很难解旋，转录很难发生 高度分化的细胞可以转录吗？ 可以。不是所有的细胞都能进行DNA的复制，但是几乎所有的细胞可以进行转录。例如高度分化的细胞，会进行转录和翻译，但是不会进行DNA的复制。 DNA复制 转录 时间 细胞分裂前的间期 生长发育过程 场所 真核生物主要在细胞核，少部分在线粒体、叶绿体原核生物在拟核 模板 DNA的两条链均为模板 DNA的一条链上某片段 原料 四种游离脱氧核苷酸 四种游离核糖核苷酸 酶 解旋酶、 DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 配对方式 DNA A T C G DNA T A G C DNA A T C G RNA U A G C 特点 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录 方向 新链从5’端→3’端延伸 新链从5’端-3’端延伸 产物 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 一、遗传信息的转录 思考·讨论 遗传信息的转录过程 16 一、遗传信息的转录 思考·讨论 遗传信息的转录过程 1.转录与DNA复制有什么共同之处?这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？ 都需要模板,都遵循碱基互补配对原则; 碱基互补配对原则保证遗传信息转录的准确性; 2.与DNA复制相比，转录需要的原料和酶各有什么不同？ DNA转录：核糖核苷酸为原料，RNA聚合酶 DNA复制：脱氧核糖核苷酸为原料，解旋酶和DNA聚合酶 3.转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？ 与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？ 写出以b链为模板转录形成的mRNA碱基序列 写出b链对应的DNAa链的碱基序列 DNA双链片段 a链 b链 C G A A C C T C A C G C G A A C C T C A C G C mRNA 【思考】转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？ G C U U G G A G U G C G ①转录成的RNA的碱基序列与b链（DNA模板链）的碱基序列互补配对； ②转录成的RNA的碱基序列与a链（编码链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。 G C T T G G A G T G C G 一、遗传信息的转录 思考与讨论 【当堂训练2】 DNA的复制和转录是遗传信息传递的两个重要生理过程。下列相关叙述正确的是 A. 两个过程均只发生在细胞分裂前的间期 B. 两个过程均可发生在细胞核、线粒体和叶绿体中 C. 两个过程均以DNA分子的两条链为模板合成其产物 D. 两个过程所需要的原料相同 B 【当堂训练3】如图是基因转录过程中RNA聚合酶发挥作用时的局部放大图。下列说法正确的是 A. RNA聚合酶作用前需解旋酶将DNA双链打开 B. 据图判断转录方向是沿着DNA模板链的3'端5'分端 C. 转录时以DNA为模板并以脱氧核苷酸为原料 D. 图示的转录过程只能发生在真核生物的细胞核中 B （2023·广东）放射性心脏损伤是由电离辐射诱导的大量心肌细胞凋亡产生的心脏疾病。一项新的研究表明，circRNA可以通过miRNA调控P基因表达进而影响细胞凋亡，调控机制见图。miRNA是细胞内一种单链小分子RNA，可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种闭合环状RNA，可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合，从而提高mRNA的翻译水平。回答下列问题。 (2)前体mRNA是通过_____________酶以DNA的一条链为模板合成的，可被剪切成circRNA等多种RNA。circRNA和mRNA在细胞质中通过对______________的竞争性结合，调节基因表达。 【答案】(2)RNA聚合 miRNA 高考题 （2022·广东）拟南芥HPR1蛋白定位于细胞核孔结构，功能是协助mRNA转移。与野生型相比，推测该蛋白功能缺失的突变型细胞中，有更多mRNA分布于（       ） A．细胞核 B．细胞质 C．高尔基体 D．细胞膜 【答案】A 【详解】分析题意，野生型的拟南芥HPR1蛋白是位于核孔协助mRNA转移的，mRNA是转录的产物，翻译的模板，故可推测其转移方向是从细胞核内通过核孔到细胞核外，因此该蛋白功能缺失的突变型细胞，不能协助mRNA转移，mRNA会聚集在细胞核中，A正确。 （2024·河北）下列关于DNA复制和转录的叙述，正确的是（    ） A．DNA复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子链 B．复制时，解旋酶使DNA双链由5′端向3′端解旋 C．复制和转录时，在能量的驱动下解旋酶将DNA双链解开 D．DNA复制合成的子链和转录合成的RNA延伸方向均为由5′端向3′端 【答案】D 【分析】DNA分子复制的方式是半保留复制，且合成两条子链的方向是相反的；DNA在复制过程中，边解旋边进行半保留复制。由图可知，DNA解旋酶能使双链DNA解开，且需要消耗ATP； 【详解】A、DNA复制时，脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成子链，A错误； B、复制时，解旋酶使得DNA双链从复制起点开始，以双向进行的方式解旋，这并不是从5′端到3′端的单向解旋，B错误； C、转录时不需要解旋酶，RNA聚合酶即可完成解旋，C错误； D、DNA复制合成的子链和转录合成的RNA延伸方向均为由5′端向3′端，D正确； 药物名称 作用机理 羟基脲 阻止脱氧核糖核苷酸的合成 放线菌素D 抑制DNA的模板功能 阿糖胞苷 抑制DNA聚合酶活性 （2021 ·河北）许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。下表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述不正确的是（       ） A．羟基脲处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏 B．放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制 C．阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸 D．将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响 【答案】A 【详解】A、据分析可知，羟基脲阻止脱氧核糖核苷酸的合成，从而影响肿瘤细胞中DNA复制过程，而转录过程需要的原料是核糖核苷酸，不会受到羟基脲的影响，A错误； B、据分析可知，放线菌素D通过抑制DNA的模板功能，可以抑制DNA复制和转录，因为DNA复制和转录均需要DNA模板，B正确； C、阿糖胞苷抑制DNA聚合酶活性而影响DNA复制过程，DNA聚合酶活性受抑制后，会使肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸，C正确； D、将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可以抑制肿瘤细胞的增殖，由于三种药物是精准导入肿瘤细胞，因此，可以减弱它们对正常细胞的不利影响，D正确； （2025·江苏）真核细胞进化出精细的基因表达调控机制，图示部分调控过程。请回答下列问题： (1)细胞核中，DNA缠绕在组蛋白上形成 。由于核膜的出现，实现了基因的 和翻译在时空上的分隔。 (2)基因转录时， 酶结合到DNA链上催化合成RNA。 【答案】(1) 染色质 转录 (2) RNA聚合 （2023·全国乙）科学家研发了多种RNA药物用于疾病治疗和预防，图中①～④示意4种RNA药物的作用机制。请回答下列问题。 （1）细胞核内RNA转录合成以_______________为模板，需要___________催化。前体mRNA需加工为成熟的mRNA，才能转运到细胞质中发挥作用，说明___________对大分子物质的转运具有选择性。 【答案】（1）① DNA的一条链 ②RNA聚合酶 ③核孔 25 （2020·全国）大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽（短的肽链）。回答下列问题： （2）大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是____________，作为mRNA执行功能部位的是______________；作为RNA聚合酶合成部位的是______________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是______________。 【答案】 细胞核 细胞质 细胞质 细胞核 编号 M的转录产物 编号 N的转录产物 ① 5'-UCUACA-3' ③ 5'-AGCUGU-3' ② 5'-UGUAGA-3' ④ 5'-ACAGCU-3' （2025·河北）M和N是同一染色体上两个基因的部分序列，其转录方向如图所示。表中对M和N转录产物的碱基序列分析正确的是（    ） A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 【答案】C 【详解】基因转录是以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程，其中模板链的方向为3'--5'，分析题图基因的转录方向可知，M基因以上面的链为模板，N基因以下面的链为模板，故M基因转录产物为5'-UGUAGA-3'，N基因转录产物为5'-AGCUGU-3'，②③正确，C正确。 mRNA通过核孔进入细胞质，开始它的新历程 核DNA的遗传信息 mRNA的遗传信息 细胞质中的蛋白质 转录 翻译 二、遗传信息的翻译 2、条件 模板：mRNA 原料：21种氨基酸 场所：核糖体（细胞质中） 运载工具：tRNA 能量：ATP 酶：多种 二、遗传信息的翻译 1、概念：在细胞质中游离的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程 3、实质:将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列。 思考：组成生物体蛋白质的氨基酸有21种，mRNA的4种碱基怎么决定蛋白质的21种氨基酸的呢？ 二、遗传信息的翻译 如果mRNA上的1个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸 如果mRNA上的2个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸 如果mRNA上的3个碱基决定1种氨基酸：4种碱基→_______种氨基酸 能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。 推导 4 42（16） 43（64） C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 半 色 组 甲 精 谷 半 脯 丝 思考:组成生物体蛋白质的氨基酸有21种，mRNA的4种碱基决定了64种密码子，那氨基酸和密码子之间是怎样对应的？ 实质: 二、遗传信息的翻译 1961克里克实验 尼伦伯格、马太蛋白质的体外合成实验 实验材料 T4噬菌体 实验思路 研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响 实验技术：蛋白质的体外合成技术 实验过程 增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质 实验结果 增加或删除1个/2个碱基，无法正常产生蛋白质 增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质 加入苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链 实验结论 遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。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 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子） 科学家通过推测与实验，破解了遗传密码，制得密码子表。 mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基，叫做1个密码子。 密码子 缬氨酸 决定 密码子 组氨酸 决定 密码子 精氨酸 决定 二、遗传信息的翻译 密码子读法： 从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠 二、遗传信息的翻译 第一个 碱基 第二个碱基 第三个 碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 密码子 甲硫氨酸 决定 密码子 组氨酸 决定 密码子 精氨酸 决定 翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束 AUG编码氨基酸。注意：GUG可以作为原核生物的起始密码子，编码甲硫氨酸。 UAA、UAG 、 UGA不编码氨基酸，提供翻译终止的信号。注意：特殊情况下， UGA可编码硒代半胱氨酸。 起始密码子： 终止密码子： 二、遗传信息的翻译 第一个 碱基 第二个碱基 第三个 碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 绝大多数氨基酸都有几个密码子。 密码子的简并性 一种密码子决定一种氨基酸。 密码子的专一性 简并性意义 ①增强密码子的容错性。当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸； ②保证翻译速度。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。 地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。 密码子的通用性 说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 半 色 组 甲 精 谷 半 脯 丝 翻译官是谁呢?(既懂核苷酸“语言”,又懂氨基酸“语言”?) 氨基酸如何识别密码子并被转运到相应位置？ 二、遗传信息的翻译 担任“翻译”角色的中间物质是tRNA分子 思考:氨基酸与tRNA的对应关系是怎样的呢？ 运输氨基酸的工具 ——tRNA 结合氨基酸的部位 碱基配对 mRNA 5' 3' 密码子 反密码子 (1)形态： RNA链经过折叠，形成三叶草形 (2)功能： ①识别氨基酸 ②转运氨基酸 ①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 ②一种氨基酸可以由多种tRNA转运 (3)功能特点： (4)反密码子: 位于tRNA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，有61或62种。 (共61或62种) 二、遗传信息的翻译 mRNA在细胞核中转录形成后，通过核孔出来，到细胞质中。 翻译的过程 二、遗传信息的翻译 38 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A 甲 色 A C C 组 精 G A C （1）起始：① mRNA与核糖体结合，形成2个tRNA结合位点 G G U 翻译的过程 二、遗传信息的翻译 39 位点1 位点2 位点3 U C A 甲 色 A C C 组 精 G A C （1）起始：②携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1 U C A 甲 U C A G G U 翻译的过程 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 甲 U C A 二、遗传信息的翻译 40 位点1 位点2 位点3 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 色 A C C 组 精 G A C （2）运输：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2 甲 U C A G G U G G U 组 G G U 组 G G U 翻译的过程 二、遗传信息的翻译 41 位点1 位点2 位点3 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U 色 A C C 精 G A C （3）合成：甲硫氨酸与组氨酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 甲 U C A 组 G G U 甲 翻译的过程 二、遗传信息的翻译 42 位点1 位点2 位点3 位点1 位点2 位点3 色 A C C 精 G A C （4）延伸：①核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1。 U C A 组 G G U 甲 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A 翻译的过程 二、遗传信息的翻译 43 位点1 位点2 位点3 色 A C C 精 G A C （4）延伸：②一个新的携带氨基酸的RNA进入位点2，继续肽链的合成 G G U 组 甲 C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A A C C 色 A C C 色 A C C 组 甲 翻译的过程 二、遗传信息的翻译 44 位点1 位点2 位点3 翻译的过程 G A C （5）停止：随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。 G G U C U G A A U G A C U C G G C G U U G C U G U C C U G A U C C U A A G G C U U C A A C C A G G 半 色 组 甲 精 谷 半 脯 丝 U C U 终止密码 二、遗传信息的翻译 45 肽链合成后，就从核糖体与mRNA复合物上脱离，通常经过一系列步骤盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动各项职责。 翻译的过程 盘曲 折叠 盘绕 聚集 二、遗传信息的翻译 46 P69 正在合成的肽链 核糖体 mRNA ← 在细胞质中，翻译是一个快速的过程。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出大量的蛋白质。 意义：提高翻译效率 ①由该图能不能得出翻译的方向（核糖体移动的方向）呢？ 由肽链_____→肽链_____的方向进行 短 长 （从左到右） ②这样合成的多条肽链的氨基酸序列是否相同？ 相同。因为是以同一个mRNA为模板翻译出来的。 二、遗传信息的翻译 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 翻译的概念？ 1 翻译的场所？ 2 翻译的条件？ 3 翻译的碱基配对方式？ 4 翻译的产物？ 5 遗传信息传递的方向？ 6 细胞质中的核糖体上 DNA A U G C RNA U A C G 多肽，经加工后成为成熟的蛋白质 RNA 蛋白质 模板:mRNA 原料:21种氨基酸 能量:ATP 酶 tRNA 二、遗传信息的翻译 【资料】右图展示的为真核、原核生物基因表达示意图，请据图概括真核细胞和原核细胞转录、翻译的区别。 二、遗传信息的翻译 边转录边翻译：转录还没完成，就开始翻译。 先转录后翻译：核基因的转录和翻译不能同时进行，被核膜从时空上隔开了。 原核生物 真核生物 蛋白质 rRNA 三叶草型 RNA的种类和功能 →蛋白质合成的“三剑客” 遗传信息传递的媒介， 蛋白质合成的模板 转运氨基酸的工具 少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质 信使RNA（mRNA） 核糖体RNA（rRNA） 转运RNA（tRNA） 与蛋白质结合构成核糖体 二、遗传信息的翻译 【当堂训练4】如图为三种RNA的示意图，下列相关叙述错误的是（ ） A. 合成三种RNA都遵循碱基互补配对原则 B. 三种RNA都可通过转录形成 C. 丙中的嘌呤数等于嘧啶数 D. 甲可以传递遗传信息，但乙和丙不能 C 1.遗传信息、密码子、反密码子的比较 核心归纳 项目 存在位置 含义 生理作用 遗传信息 DNA 碱基的排列顺序 直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序 密码子 mRNA mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序 反密码子 tRNA tRNA上与密码子互补配对的三个碱基 识别密码子 核心归纳 DNA复制 转录 翻译 时间 场所 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 方向 信息传递 细胞分裂前的间期 生长发育全过程 主要是细胞核、线粒体、叶绿体 细胞质 DNA的两条链 基因特定的一条链 mRNA 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 21种氨基酸 解旋酶，DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶 ATP ATP ATP 子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 肽链（蛋白质） A-T,T-A,C-G,G-C A-U,T-A, C-G,G-C A-U,U-A,C-G,G-C 半保留复制、 边解旋边复制 边解旋边转录 一个mRNA可结合多个核糖体同时合成多条肽链 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质 从短肽链到长肽链 5’端→3’端延伸 5’端→3’端延伸 P69 1957年，克里克率先提出遗传信息传递的一般规律——中心法则。 ①遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制； 复制 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 随着研究的深入，科学家对中心法则进行补充： 资料：1.1965年，科学家在某种RNA病毒中发现了RNA复制酶，RNA复制酶 能催化RNA的复制。 2.1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现了逆转录酶，它能 以RNA为模板合成DNA。 逆转录 复制 在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。 ②也可从DNA流向RNA,进而流向蛋白质,即遗传信息的转录和翻译。 三、中心法则 三、中心法则 生物种类 遗传信息的传递过程 DNA生物 原核生物 真核生物 DNA病毒 以RNA作为遗传物质的生物 一般RNA病毒 逆转录病毒 (HIV) 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 复制 RNA 翻译 蛋白质 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 RNA 各种生物的遗传信息传递过程 基因的表达过程中碱基与氨基酸的数量关系 思考4：转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数:mRNA碱基数:多肽链氨基酸数=？ DNA（基因）碱基数 <m></m> 碱基数 <m></m> 多肽链氨基酸数 <m></m> 【当堂训练5】一条多肽链上有氨基酸300个，则作为合成该多肽链模板的mRNA分子和转录mRNA的DNA分子至少要有碱基多少个（ ） A.300；600 B.900；1800 C.900；900 D.600；900 B 练习与应用 P69 一、概念检测 1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。 （1）DNA转录形成的mRNA，与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。 （ ） （2）一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。 （ ） × × 2. 密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。 密码子是指 （ ） A. 基因上3个相邻的碱基 B. DNA上3个相邻的碱基 C. tRNA上3个相邻的碱基 D. mRNA上3个相邻的碱基 D 红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长,如下表所示。 抗菌药物 抗菌机制 红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸 环丙沙星 抑制细菌DNA的复制 利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性 问题1:请结合本节内容，思考这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。 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。 练习与应用 P69 问题探讨 美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰富而新奇的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、互相争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA还原而来的。 讨论：从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？ 一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。 【当堂训练6】核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时，多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体（如图所示）。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都从mRNA同一位置开始翻译，移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述正确的是（ ） A．图示翻译过程中，各核糖体从mRNA的3'端向5'端移动 B．该过程中，mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对 C．图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译，同时结束翻译 D．若将细菌的某基因截短，相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化 【变式训练】（2023.02合格考真题）新冠病毒是一种单链RNA（+RNA）病毒，其增殖过程如图8所示。该病毒的遗传信息在宿主细胞内的流向是（ ） ①RNA→DNA ②RNA→RNA ③RNA→蛋白质 ④DNA→RNA A．①② B．①④ C．②③ D．③④ C 【对点训练2】中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律，据图回答下列问题： （1）②表示 转录 过程，需要 RNA聚合 酶；④表示逆转录过程，需要 逆转录 酶的参与。 （2）正常情况下，在人体细胞内能进行的过程是 ①②③ 。 （3）图中遵循碱基互补配对原则的过程是 ①②③④⑤ 。 （4）任意一个人体细胞均能发生①②③过程吗？ 不，高度分化的细胞不能进行DNA复制。 【巩固训练】1、（2021合格考真题）胰岛素是由胰岛B细胞合成并分泌的蛋白质。下列叙述错误的是（ ） A.肌肉细胞的细胞核中不含胰岛素基因 B.胰岛素mRNA的转录发生在细胞核中 C.胰岛素mRNA与tRNA的结合场所为核糖体 D.胰岛素和血红蛋白的翻译使用同一套密码子 2、（2020合格考真题）人血红蛋白的2条ɑ、2条β多肽链，分别由ɑ、β珠蛋白基因编码。相关叙述正确的是（ ） A.tRNA上3个相邻的碱基组成一个密码子 B.ɑ珠蛋白基因的翻译发生在细胞质中 C.一种密码子对应几种不同的氨基酸 D.β珠蛋白基因的两条链均可作为mRNA转录模板 A B 3、遗传信息表达的过程中，mRNA的三个碱基是5′－UAC－3′，则DNA模板链上对应的三个碱基是(　　) A．5′－GTA－3′ B．5′－CAT－3′ C．5′－CUT－3′ D．5′－GUA－3′ A 4、如下左图表示蓝藻DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。请判断下列说法中正确的是（ ） A.分析题图可知①是β，完成此过程的场所是细胞核 B.除图中所示的两种RNA之外，RNA还包括tRNA C.图中翻译过程需要在核糖体上进行 D.能够转运氨基酸的③的种类有64种 C 5、下图为细胞中遗传信息的传递过程,下列有关叙述正确的是(　) A.图①过程为遗传信息的复制,在人体的所有细胞中都可能发生 B.图②过程为遗传信息的转录,需要四种脱氧核糖核苷酸作为原料 C.图③过程为遗传信息的翻译,最后得到的三条多肽链的结构相同 D.图④过程为染色体上基因的表达,需要多种RNA和多种酶的参与 C 6、下图表示发生在真核细胞内的两个生理过程，请据图回答问题： (1)写出过程Ⅰ、Ⅱ的名称：Ⅰ_转录_；Ⅱ_翻译__。 (2)过程Ⅰ发生的主要场所是_细胞核，该过程进行的方向：自右向左（填“从左到右”或“从右到左”）。 (3)若过程Ⅱ的多肽链中有一段氨基酸序列为“—丝氨酸—谷氨酸—”，携带丝氨酸和谷氨酸的tRNA上的反密码子分别为AGA、CUU，则物质①中模板链碱基序列为AGACTT。mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做密码子，图中的生理过程共同遵循的原则是碱基配对原则。(4)在进行过程Ⅱ时，物质②上往往会结合多个核糖体，其意义是少量mRNA就可以迅速合成大量的蛋白质。 7．（2025·江苏·高考真题）真核细胞进化出精细的基因表达调控机制，图示部分调控过程。请回答下列问题： (1)细胞核中，DNA缠绕在组蛋白上形成 。由于核膜的出现，实现了基因的转录和 在时空上的分隔。 (2)基因转录时， 酶结合到DNA链上催化合成RNA。加工后转运到细胞质中的RNA，直接参与蛋白质肽链合成的有rRNA、mRNA和 。分泌蛋白的肽链在 完成合成后，还需转运到高尔基体进行加工。 (3)转录后加工产生的lncRNA、miRNA参与基因的表达调控。据图分析，lncRNA调控基因表达的主要机制有 。miRNA与AGO等蛋白结合形成沉默复合蛋白，引导降解与其配对结合的RNA。据图可知，miRNA发挥的调控作用有 。 (4)外源RNA进入细胞后，经加工可形成siRNA引导的沉默复合蛋白，科研人员据此研究防治植物虫害的RNA生物农药。根据RNA的特性及其作用机理，分析RNA农药的优点有 。 【答案】(1) 染色质 翻译 (2) RNA聚合 tRNA 内质网的核糖体上 (3) 在细胞核中与DNA结合，调控基因的转录；在细胞质中与mRNA结合，阻止翻译 与mRNA结合，引导mRNA降解；与lncRNA结合，引导lncRNA降解 (4)具有特异性，对其他生物没有危害；容易降解，不会污染环境 【详解】（1）细胞核中，DNA缠绕在组蛋白上形成染色质（染色体）。转录在细胞核内进行，翻译在细胞质中的核糖体，故由于核膜的出现，实现了基因的转录和翻译在时空上的分隔。 （2）基因转录时，RNA聚合酶结合到DNA链上催化合成RNA。加工后转运到细胞质中的RNA，直接参与蛋白质肽链合成的有rRNA（组成核糖体）、mRNA（翻译的模板）和tRNA（运输氨基酸）。分泌蛋白的肽链在内质网的核糖体上完成合成后，还需转运到高尔基体进行加工。 （3）转录后加工产生的lncRNA、miRNA参与基因的表达调控。据图分析，lncRNA调控基因表达的主要机制有在细胞核中与DNA结合，调控基因的转录；在细胞质中与mRNA结合，阻止翻译。miRNA与AGO等蛋白结合形成沉默复合蛋白，引导降解与其配对结合的RNA。据图可知，miRNA发挥的调控作用有与mRNA结合，引导mRNA降解；与lncRNA结合，引导lncRNA降解。 （4）外源RNA进入细胞后，经加工可形成siRNA引导的沉默复合蛋白，科研人员据此研究防治植物虫害的RNA生物农药。根据RNA的特性及其作用机理，分析RNA农药的优点有‌：具有特异性，对其他生物没有危害；容易降解，不会污染环境。 氨基酸 密码子 色氨酸 UGG 谷氨酸 GAA GAG 酪氨酸 UAC UAU 组氨酸 CAU CAC 8.大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽（短的肽链）。回答下列问题： （1）在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与，它们是______________、______________。 （2）大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是____________，作为mRNA执行功能部位的是______________；作为RNA聚合酶合成部位的是______________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是______________。 （3）部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是______________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为______________。 【答案】 (1). rRNA (2). tRNA (3). 细胞核 (4). 细胞质 (5). 细胞质 (6). 细胞核 (7). 酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸 (8). UAUGAGCACUGG 9. 科学家研发了多种RNA药物用于疾病治疗和预防，图中①～④示意4种RNA药物的作用机制。请回答下列问题。 （1）细胞核内RNA转录合成以___________为模板，需要___________ 催化。前体mRNA需加工为成熟的mRNA，才能转运到细胞质中发挥作用，说明___________对大分子物质的转运具有选择性。 （2）机制①:有些杜兴氏肌营养不良症患者DMD蛋白基因的51外显子片段中发生________，提前产生终止密码子，从而不能合成DMD蛋白。为治疗该疾病，将反义RNA药物导入细胞核，使其与51外显子转录产物结合形成___________，DMD前体mRNA剪接时，异常区段被剔除，从而合成有功能的小DMD蛋白，减轻症状。 （3）机制②:有些高胆固醇血症患者的PCSK9蛋白可促进低密度脂蛋白的内吞受体降解，血液中胆固醇含量偏高。转入与PCSK9mRNA特异性结合的siRNA，导致PCSK9mRNA被剪断，从而抑制细胞内的___________合成，治疗高胆固醇血症。 （4）机制③:mRNA药物进入患者细胞内可表达正常的功能蛋白，替代变异蛋白发挥治疗作用。通常将mRNA药物包装成脂质体纳米颗粒，目的是___________。 （5）机制④:编码新冠病毒S蛋白的mRNA疫苗，进入人体细胞，在内质网上的核糖体中合成S蛋白，经过___________修饰加工后输送出细胞，可作为___________诱导人体产生特异性免疫反应。 （6）接种了两次新型冠状病毒灭活疫苗后，若第三次加强接种改为重组新型冠状病毒疫苗，根据人体特异性免疫反应机制分析，进一步提高免疫力的原因有:___________________。 【答案】（1） ①. DNA的一条链 ②. RNA聚合酶 ③. 核孔 （2） ①. 基因突变 ②. 双链RNA （3）PCSK9蛋白 （4）防止mRNA降解，协助mRNA跨膜进入细胞 （5） ①. 高尔基体 ②. 抗原 （6）重组新型冠状病毒疫苗上新的抗原决定簇，可激发机体产生体液免疫和细胞免疫，从而产生新的抗体和记忆细 胞；相同的抗原决定簇可激发机体的二次免疫过程，能产生更多的抗体和记忆细胞 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $