第六单元课时3基因与性状的关系

1、课时3基因与性状的关系见自学听讲P130学科素养课程标准学习指导1.生命观念:DNA、RNA与基因表达的关系。2.科学思维:转录、翻译与蛋白质的关系。3.科学探究:中心法则的提出及其发展。4.社会责任:生物性状与后天营养和锻炼的关系。1.概述遗传信息的转录和翻译过程。2.比较DNA与RNA的区别,RNA的种类和功能。3.理解中心法则的含义。4.理解基因、蛋白质和性状的关系。在复习中要以教材为基础,掌握和理解教材中的基本概念;结合图解理解转录和翻译的过程、中心法则的内容;通过比较理解DNA和RNA在结构上的联系和区别。备考中应加强理解能力、获取信息能力和综合运用能力的训练。基因指导蛋白质的合成1

2、.基因指导蛋白质的合成包括转录和翻译两大阶段。 2.转录转录是以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA的过程。 模板及去向:以DNA一条链的某一段(即基因的一条链)作模板,转录完成后DNA分子结构复原。所需原料:4种游离的核糖核苷酸。 场所:真核细胞主要在细胞核。 碱基配对原则:A-U,T-A,C-G,G-C。产物:mRNA。3.翻译翻译是指以mRNA为模板,按照碱基互补配对原则,通过tRNA将氨基酸转运到核糖体上合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 模板及去向:以mRNA作模板,mRNA有一定的功能寿命,寿命终结后即被降解。

3、所需原料:20种游离的氨基酸。 场所:细胞质。 碱基配对原则:A-U,U-A,C-G,G-C。 产物:蛋白质。 基因对性状的控制1.中心法则及其发展中心法则是指遗传信息在DNA、RNA与蛋白质之间传递的一般规律,信息流图解如下。最早由科学家克里克于1957年提出。蛋白质合成过程的揭示使中心法则得到公认。RNA病毒及致癌的RNA病毒的发现使中心法则得到完善和发展。 DNA的复制、转录和翻译几乎发生在所有真核细胞和原核细胞中;RNA的复制、逆转录一般发生在被RNA病毒寄生的细胞中。2.基因控制性状的途径(1)直接途径:基因通过控制蛋白质的结构直接控

4、制生物性状,如镰刀型细胞贫血症:血红蛋白基因突变血红蛋白结构异常红细胞呈镰刀状。 (2)间接途径:基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物性状,如白化病:酪氨酸酶基因异常缺少酪氨酸酶制约酪氨酸转化为黑色素白化病。 1.转录和翻译过程易错点分析(1)转录的产物RNA:信使RNA(mRNA),还有转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA),但只有mRNA携带遗传信息,它们都参与翻译过程,但作用不同。(2)翻译过程中mRNA并不移动,而是核糖体沿着mRNA移动,进而读取下一个密码子。核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。(3)并不是所有密码子都决定

5、氨基酸,2个起始密码子决定氨基酸,3个终止密码子不决定氨基酸。(4)tRNA不是只含3个碱基,而是由多个碱基组成,一个tRNA上只有一个反密码子,tRNA有61种,局部双链含有氢键。(5)复制需要解旋酶和DNA聚合酶,转录只需要RNA聚合酶,不需要解旋酶。2.基因与性状并不都是一对一的关系(1)一般而言,一个基因决定一种性状。(2)生物体的一种性状有时受多个基因的影响。(3)有些单个的基因可影响多种性状。(4)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同,表现型可能不同;基因型不同,表现型可能相同。 3.中心法则的理解误区(1)RNA病毒产生RNA的过程,并不是都经过RNA复制。逆转录病毒

6、(一种RNA病毒)产生RNA的途径为:先经过逆转录过程产生DNA,DNA再经过转录产生RNA。(2)不能误认为逆转录过程和转录过程的碱基互补配对原则相同。逆转录过程碱基互补配对原则存在UA,转录过程则是TA。 (3)DNA复制只发生在分裂的细胞中,分化的细胞中不进行DNA复制。死细胞(如导管)、哺乳动物成熟的红细胞中没有DNA复制、转录和翻译过程,哺乳动物红细胞成熟前以及其他分化的细胞都能进行转录和翻译。见自学听讲P131 基因指导蛋白质的合成1.RNA的结构和种类(1)RNA的结构(2)种类及功能mRNA:蛋白质合成的模板tRNA:氨基酸的运载体rRNA:核糖体的组成成分2.复制、转录和翻译

7、的比较项目复制转录翻译时间有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期生长发育的连续过程中场所主要在细胞核主要在细胞核核糖体原料4种脱氧核苷酸(A、T、C、G)4种核糖核苷酸(A、U、C、G)约20种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件特定的酶,ATP,适宜的温度、pH过程DNA解旋,以两条链为模板,按碱基互补配对原则,合成两条子链,子链与对应母链螺旋化DNA解旋,以一条链为模板,按碱基互补配对原则,形成mRNA(单链),进入细胞质与核糖体结合tRNA一端的碱基与mRNA上的密码子配对,另一端携带相应氨基酸,合成有一定氨基酸序列的蛋白质碱基配对AT,GC,TA,CGAU,TA,GC,C

8、GAU,GC,UA,CG信息传递DNADNADNAmRNARNA蛋白质特点边解旋边复制,半保留复制边解旋边转录,单链转录一个mRNA上多个核糖体同时合成多条肽链产物两个双链DNA分子核糖核酸蛋白质(多肽)意义使遗传信息由亲代传递给子代表达遗传信息,使生物体表现出各种遗传性状3.密码子和反密码子的比较项目密码子反密码子位置在mRNA上在tRNA上作用直接决定蛋白质中氨基酸的序列识别密码子,转运氨基酸特点与tRNA上的碱基互补与mRNA上的碱基互补种类64种61种能决定氨基酸3种不决定氨基酸61种1.转录和翻译剖析(1)转录的产物不只是mRNA,还有tRNA、rRNA,但只有mRNA上携带遗传密码

9、。(2)转录过程中存在TA、AU、GC、CG碱基配对,翻译过程中存在UA、AU、GC、CG碱基配对。(3)参与蛋白质合成的RNA有三种:mRNA、tRNA和rRNA。(4)翻译过程中mRNA不移动,而是核糖体沿着mRNA移动。一个mRNA上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成,从而大大提高蛋白质合成的效率。2.氨基酸与密码子、反密码子的关系(1)每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性),可由一种或几种tRNA转运。(2)一种密码子只能决定一种氨基酸(除终止密码子),一种tRNA只能转运一种氨基酸。(3)密码子有64种(其中3种终止密码子;61种决定氨基酸的密码子);反密码子理

10、论上有61种。(4)DNA(基因)中碱基数RNA中碱基蛋白质中氨基酸数631。图解如下: 实际上,基因中碱基数要大于氨基酸数的6倍,因为基因是由编码区和非编码区组成的,而非编码区是不转录的。3.原核细胞基因的转录和翻译可“同时”进行,即边转录产生mRNA,边有核糖体与mRNA结合开始翻译。例1下图为某细菌mRNA与对应的翻译产物的示意图,下列相关叙述错误的是()。A.一分子mRNA有一个游离的磷酸基团,其他磷酸基团均与两个核糖相连B.mRNA上的AUG是翻译的起始密码子,它是由基因中的启动子转录形成的C.一个mRNA有多个起始密码,所以一个mRNA可翻译成多种蛋白质D.在该mRNA合成的过程中

11、,核糖体就可以与之结合并开始翻译过程解析核酸单链均有一个游离的磷酸基团,其他磷酸基团均与两个核糖相连,A项正确;基因中的启动子启动转录,与mRNA上的起始密码子AUG不对应,B项错误;一个mRNA有多个起始密码子,所以一个mRNA可翻译成多种蛋白质,C项正确;细菌为原核生物,没有细胞核,在该mRNA合成的过程中,核糖体就可以与之结合并开始翻译过程,D项正确。答案B例2下图是肺炎双球菌的基因表达过程示意图,下列相关叙述正确的是()。A.R型细菌转化为S型细菌后,就会在细胞核中转录出毒性蛋白的mRNAB.图中翻译过程的方向是从上到下C.图中包括转录和翻译两个过程,有解旋酶和RNA聚合酶参与转录D.

12、DNA上的终止密码子不代表任何氨基酸解析肺炎双球菌是原核细胞,没有细胞核,A项错误;根据肽链的长短可分析出图中翻译过程的方向是从上到下,B项正确;图中包括转录和翻译两个过程,有RNA聚合酶参与转录过程,没有解旋酶参与转录过程,C项错误;密码子位于mRNA上,遗传信息位于DNA上,DNA上没有终止密码子,D项错误。答案B基因对性状的控制1.中心法则及其发展(1)中心法则的提出者:克里克。(2)中心法则及其补充2.基因控制性状的途径(1)直接控制途径基因蛋白质的结构生物体的性状(2)间接控制途径基因酶的合成代谢过程生物体的性状1.五种生理过程的比较模板原料碱基互补配对产物实例DNA复制:(DNAD

13、NA)DNA两条链含A、T、G、C的4种脱氧核苷酸TAATGCCGDNA绝大多数生物DNA转录:(DNARNA)DNA一条链含A、U、G、C的4种核糖核苷酸AUTAGCCGRNA绝大多数生物RNA复制:(RNARNA)RNA含A、U、G、C的4种核糖核苷酸UAAUGCCGRNA以RNA为遗传物质的生物,如烟草花叶病毒RNA逆转录:(RNADNA)RNA含A、T、G、C的4种脱氧核苷酸ATUAGCCGDNA某些致癌病毒、艾滋病病毒等翻译:(RNA多肽)信使RNA约20种氨基酸AUUAGCCG多肽所有生物2.“三看法”判断中心法则各过程“一看”模板“二看”原料“三看”产物生理过程DNA脱氧核苷酸D

14、NADNA复制核糖核苷酸RNA转录RNA脱氧核苷酸DNA逆转录核糖核苷酸RNARNA复制氨基酸蛋白质(或多肽)翻译例3引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一种逆转录病毒。下列能正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”示意图是()。解析HIV是以RNA为遗传物质的病毒,能控制宿主细胞合成逆转录酶,以RNA为模板逆转录成DNA,该DNA又和人体细胞核内的DNA整合在一起,整合后的HIV-DNA分子在人体细胞又可以复制,还可以转录出RNA,并以RNA为模板翻译出病毒所需的蛋白质。该DNA转录而来的RNA可作为HIV的遗传物质,但该病毒无法控制宿主细胞合成RNA复制酶,故HIV的RNA不能自我复

15、制,所以A、B、C项错误。答案D例4请回答下列有关遗传信息传递的问题:(1)为研究某病毒的致病过程,某实验小组在实验室做了如下图所示的模拟实验。病毒中分离得到物质A。已知物质A是单链的生物大分子,其部分碱基序列为GAACAUGUU。将物质A加入试管甲中,反应后得到产物X。经测定,产物X的部分碱基序列是CTTGTACAA,则试管甲中模拟的是过程。 将提纯的产物X加入试管乙,反应后得到产物Y。产物Y是能与核糖体结合的单链大分子,则产物Y是,试管乙中模拟的是过程。 (2)若该病毒感染了小鼠上皮细胞,则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自,而决定该化合物合成的遗传信息来自。 

16、;解析(1)A是单链的生物大分子,且含有碱基U,应为RNA分子;产物X含有碱基T,应为DNA分子。因此,试管甲中模拟的是以RNA为模板合成DNA的逆转录过程。产物X为DNA分子;产物Y能与核糖体结合,为mRNA分子。因此试管乙模拟的是以DNA为模板合成mRNA的转录过程。(2)病毒侵染小鼠上皮细胞后,以自身的RNA(物质A)为模板控制子代病毒的合成,而合成子代病毒所需的原料均由小鼠上皮细胞提供。答案(1)逆转录mRNA转录(2)小鼠上皮细胞病毒RNA(物质A)1.(2018年海南高考)关于复制、转录和逆转录的叙述,下列说法错误的是()。A.逆转录和DNA复制的产物都是DNAB.转录需要RNA聚

17、合酶,逆转录需要逆转录酶C.转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸D.细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板解析逆转录是以RNA为模板合成DNA,DNA复制是合成DNA,二者的产物都是DNA,A项正确;转录是合成RNA,需要RNA聚合酶,逆转录需要逆转录酶,B项正确;转录需要的反应物是核糖核苷酸,逆转录所需要的反应物是脱氧核苷酸,C项错误;细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板,D项正确。答案C2.(2018年江苏高考)下列关于DNA和RNA的叙述,正确的是()。A.原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物B.真核细胞内DNA和RNA的合成都在细胞核内完成C.肺炎双球菌转化实验

18、证实了细胞内的DNA和RNA都是遗传物质D.原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要DNA和RNA的参与解析原核细胞内DNA的合成都需要RNA片段作为引物,A项错误;真核细胞内DNA复制和转录合成RNA主要在细胞核内完成,线粒体和叶绿体中也可进行DNA复制和转录,B项错误;肺炎双球菌转化实验证实了细胞内的DNA是遗传物质,C项错误;原核细胞和真核细胞中基因表达都要经过转录和翻译两个过程,都需要DNA和RNA的参与,D项正确。答案D3.(2017年全国高考)下列关于真核细胞中转录的叙述,错误的是()。A.tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生

19、C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补解析根据中心法则,RNA都是以DNA的一条链为模板转录而来的,A项正确;根据转录过程中的碱基配对原则,不同RNA形成过程中所用的模板DNA是不同的,所以两种RNA的合成可以同时进行,互不干扰,B项正确;真核细胞的线粒体和叶绿体为半自主细胞器,其中也会发生RNA的合成,C项错误;转录产生RNA的过程遵循碱基互补配对原则,因此产生的RNA链可以与相应的模板链互补,D项正确。答案C见高效训练P491.(2018年运城调研)下列关于RNA的叙述,正确的是()。A.75个碱基组成的tRNA,其上含有25个反密码子B

20、.900个碱基组成的mRNA,其上含有的密码子均决定氨基酸C.结核杆菌的rRNA的形成与核仁密切相关D.人体的不同细胞中,mRNA的种类不一定相同解析一个tRNA上只有1个反密码子,A项错误;mRNA上终止密码子不对应氨基酸,B项错误;结核杆菌是原核细胞,没有细胞核,没有核仁,C项错误;人体的不同细胞中,不同的基因选择性表达,也有部分相同基因表达,所以mRNA的种类不一定相同,D项正确。答案D2.(2018年济南一模)下图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程。下列相关叙述错误的是()。A.过程均遵循碱基互补配对原则B.艾滋病病毒侵染宿主细胞后会进行过程C.在硝化细菌体内和过程可同时进行D.在菠

21、菜叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均可进行过程解析图中所有过程都遵循碱基互补配对原则,但碱基配对的方式不同,A项正确;艾滋病病毒是逆转录病毒,侵染宿主细胞后会进行逆转录、DNA复制、转录、翻译过程,B项正确;硝化细菌没有成形的细胞核,体内转录和翻译过程可同时进行,C项正确;线粒体和叶绿体中都含有DNA和核糖体,都能进行过程,由于叶肉细胞是高度分化的细胞,其细胞核不能进行翻译过程,细胞核内也不能进行复制过程,D项错误。答案D3.下图所示的中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程,下列相关叙述不正确的是()。A.a、b、c、d、e过程都遵循碱基互补配对原则B.b、e过程所需要的

22、酶分别是RNA聚合酶和逆转录酶C.噬菌体在大肠杆菌细胞内可以发生a、b、d过程D.若进行a过程时某基因发生突变,则生物的性状也一定会改变解析图中a、b、c、d、e五个过程分别表示DNA的复制、转录、RNA的复制、翻译和逆转录,这些过程都遵循碱基互补配对原则,A项正确;b和e分别表示转录和逆转录,分别需要RNA聚合酶和逆转录酶的催化,B项正确;噬菌体是专门寄生在大肠杆菌等细菌体内的病毒,其遗传物质是DNA,可以发生DNA的复制、转录和翻译过程,C项正确;基因发生突变不一定会引起生物性状的改变,如突变形成新基因,转录形成的mRNA上遗传密码虽然发生改变,但翻译出的氨基酸是相同的,性状不改变,D项错

23、误。答案D4.下图表示某细胞中遗传信息的传递,据图分析,下列相关叙述正确的是()。A.DNA双链在细胞核中合成,多肽链在细胞质中合成B.图中酶a代表DNA聚合酶,酶b代表RNA聚合酶C.转录形成mRNA时,游离的核糖核苷酸有序地与DNA链上的碱基相撞D.结构e与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点解析由题图可知,转录和翻译同时进行,则该细胞属于原核细胞,原核细胞没有细胞核,A项错误;图中酶a代表解旋酶,酶b代表RNA聚合酶,B项错误;转录形成mRNA时,游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞,C项错误;结构e与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点,D项正确。答案D5.

24、(2018年盐城检测)下图为基因的作用与性状表现的流程示意图。请据图分析,下列说法错误的是()。A.过程以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成RNAB.某段DNA上发生了基因突变,但形成的蛋白质不一定会改变C.过程中需要多种tRNA,tRNA不同,所搬运的氨基酸也不相同D.人的镰刀型细胞贫血症是基因对性状的直接控制,是结构蛋白发生变化所致解析为转录过程,该过程以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成RNA,A项正确;由于密码子的简并性等,基因突变不一定会导致其控制合成的蛋白质改变,B项正确;tRNA具有专一性,一种tRNA只能转运一种氨基酸,但一种氨基酸可能由几种tRNA来转

25、运,因此tRNA不同,其所搬运的氨基酸可能会相同,C项错误;基因可通过控制蛋白质分子的结构来直接控制性状,如镰刀型细胞贫血症,D项正确。答案C6.在人体细胞内某基因表达过程中,细胞内伴随发生的物质变化情况,最可能是下图中的()。解析基因的表达是基因控制蛋白质合成的过程,包括转录和翻译两个步骤。转录是产生RNA的过程,翻译时以氨基酸为原料,因而氨基酸的量应减少,这个过程消耗ATP,但ATP的量不会为0,总体上保持相对稳定;在基因表达过程中,DNA的量不会发生改变。答案B7.图甲为细胞内某些重要化合物的合成过程,图乙为中心法则。请据图回答下列有关问题:(1)图甲所示过程为图乙中的(填数字)过程,发

26、生在(填“真核”或“原核”)生物中。 (2)图乙中过程的发生需要的酶是,此时DNARNA杂交区域中与碱基A配对的碱基为。 (3)人的神经细胞中能发生图乙中的(填数字)过程。 (4)人类某基因经图乙中的过程产生的RNA全长有4500个碱基,而翻译成的蛋白质是由107个氨基酸组成的,这是因为。 解析(1)图甲所示过程为转录(对应图乙中的过程)和翻译(对应图乙中的过程)同时进行,发生在原核生物中。(2)过程为转录,需RNA聚合酶参与,在DNARNA杂交区域内碱基A在DNA或RNA上,所以与碱基A配对的应该是碱基U或T。(3)人的神经细胞是高度分化的细胞,可发生

27、基因表达,不会发生DNA复制。(4)真核细胞转录的初始RNA要在细胞核内经过加工、剪切成为成熟的RNA,才会被运输到细胞质中进行翻译。答案(1)原核(2)RNA聚合酶U、T(3)(4)人转录产生的RNA要经过加工才能进行翻译8.下图是真核细胞中正在进行的两种生理过程,请结合图中信息,分析回答下列问题:(1)DNA分子复制的场所,除细胞核外还有;从图中可看出DNA分子复制的特点有。 (2)DNA分子的两条单链都可以作为转录的模板。对于一个特定的基因来说,两次转录时的模板是(填“固定不变”或“可以不同”)的。转录的产物是,请列举它与模板在化学组成上的一个显著区别:。 (3)酶1

28、、酶2只能各自催化甲、乙两种生理过程而不能被替换,这是因为酶具有的特点。酶的这一特点与其结构直接相关,酶1、酶2结构上的区别是。酶的催化作用实质是。 (4)基因控制生物性状的方式:一种是通过控制酶的合成来控制过程,进而控制生物体的性状;另一种是通过控制直接控制生物的性状。 答案(1)线粒体和叶绿体多起点、半保留、不连续(2)固定不变mRNAmRNA的五碳糖是核糖,而模板DNA单链的五碳糖是脱氧核糖,mRNA的含氮碱基中有尿嘧啶,而模板DNA单链的含氮碱基中有胸腺嘧啶(3)专一性氨基酸的种类、数目、排列顺序以及多肽链的空间结构各不相同显著降低化学反应的活化能(4)代谢蛋白质的

29、结构9.某研究小组发现染色体上抑癌基因邻近的基因能指导合成反义RNA,反义RNA可以与抑癌基因转录形成的mRNA形成杂交分子,从而阻断抑癌基因的表达,使细胞易于癌变。据图分析,下列叙述不正确的是()。A.过程称为转录,在细胞核中进行B.与完成过程直接有关的核酸只有mRNAC.与邻近基因或抑癌基因相比,杂交分子中特有的碱基对是AUD.细胞中若出现了杂交分子,则抑癌基因沉默,此时过程被抑制解析过程为转录,在细胞核中进行,A项正确;与完成过程直接有关的核酸有mRNA、tRNA和rRNA,B项错误;与基因不同,反义RNA与抑癌基因形成的mRNA形成的杂交分子特有的碱基对是AU,C项正确;杂交分子的形成使得mRNA翻译过程被抑制,致使抑制癌基因沉默,D项正确。答案B10.某病毒的遗传物质是单链RNA(-RNA),宿主细胞内病毒的增殖过程如下图所示,-RNA和+RNA的碱基序列是互补的。下列叙述错误的是()。A.过程所需的嘌呤数和过程所需的嘧啶数相同B.-RNA和+RNA均有RNA聚合酶的结合位点C.过程需要的tRNA、原料及场所都由宿主细胞提供D.-RNA和+RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板解析由于-RNA和+RNA的碱基序列