人教版生物必修二同步导学基因的表达

人教版生物必修二同步导学基因的表达第1页/共73页第四章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成第2页/共73页学习目标课程标准1.简述DNA与RNA的主要区别。2．概述遗传信息的转录与翻译过程。(重、难点)3．说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。(重点)1.比较DNA与RNA在组成、结构、功能等方面的异同；2．概述遗传信息的转录和翻译的过程，比较异同；3．能进行蛋白质合成过程中的有关计算。第3页/共73页1自主学习2新知解读3指点迷津4核心素养5问题释疑6知识构建7训练巩固8课时作业第4页/共73页自主学习第5页/共73页一、遗传信息的转录1．RNA的组成、结构和种类：核糖核苷酸A鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶单链短mRNA、tRNA和rRNA第6页/共73页细胞核DNA的一条链核糖核苷酸RNA第7页/共73页(2)过程：第8页/共73页二、遗传信息的翻译1．概念(对翻译概念的解读连线)：(1)场所 a．20种氨基酸(2)模板 b．具有一定氨基酸顺序的蛋白质(3)原料 c．细胞质的核糖体上(4)产物 d．mRNA____________________________(1)—c(2)—d(3)—a(4)—b第9页/共73页2．密码子和反密码子的比较：mRNA项目位置实质种类密码子__________决定氨基酸的__________相邻的碱基共有_______种，决定氨基酸的有______种反密码子_________与__________上的密码子互补配对的__________相邻碱基共有________种3个6461tRNAmRNA3个61第10页/共73页3.翻译过程：起始：mRNA与__________结合

↓运输：__________携带氨基酸置于特定位置

↓延伸：核糖体沿__________移动，读取下一个密码子，由对应__________运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上

↓终止：当核糖体到达mRNA上的_____________时，合成停止

↓脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定__________和__________的蛋白质分子核糖体tRNAmRNAtRNA终止密码子空间结构功能第11页/共73页根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序？提示：前者可以，后者不能确定。因为一种密码子对应一种氨基酸(终止密码子除外)，但一种氨基酸可以有多个密码子。第12页/共73页1．转录的场所是细胞核。(

)提示：转录主要发生在细胞核中，线粒体和叶绿体中也能发生转录。2．转录时以DNA的两条链同时作模板，以4种核糖核苷酸为原料。(

)提示：转录的模板是DNA的一条链。3．密码子与氨基酸是一一对应关系。(

)提示：三个终止密码子不对应氨基酸。判断题×××第13页/共73页4．细胞中游离的核糖核苷酸在DNA聚合酶的作用下依次连接而成一个mRNA分子。(

)提示：转录的酶应为RNA聚合酶。5．已知氨基酸的序列，可确定mRNA中的碱基排列顺序。(

)提示：不能确定，因为一种氨基酸可对应多个密码子。6．蓝藻细胞的遗传信息的转录在细胞核中进行。(

)提示：主要在拟核中进行。×××第14页/共73页新知解读第15页/共73页1．DNA与RNA的比较知识点1遗传信息的转录第16页/共73页第17页/共73页2.RNA的分类(1)信使RNA(mRNA)：单链结构，由DNA转录而来，其碱基序列包含遗传信息，因将DNA中遗传信息转录下来故名。遗传密码位于mRNA上。(2)转运RNA(tRNA)：三叶草结构，头端特定的三个碱基叫反密码子，尾端连接特定的氨基酸，在蛋白质合成中运输氨基酸，所以叫做转运RNA。(3)核糖体RNA(rRNA)：是核糖体的重要组成部分。第18页/共73页3．转录(1)转录的概念：RNA是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，这一过程称为转录。①转录的场所：主要在细胞核中。②模板：以DNA分子的一条链为模板。③结果：产生mRNA。(2)转录的过程：①DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。第19页/共73页②游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。(3)转录与DNA分子复制的区别：复制转录时间有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期生长发育过程中场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸模板DNA的两条链DNA中的一条链条件特定的酶和ATP第20页/共73页复制转录过程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模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，DNA分子重新形成双螺旋结构特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留产物两个双链DNA分子一条单链mRNA意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代传递遗传信息，为翻译作准备第21页/共73页知识贴士1．转录区别于DNA分子自我复制的地方为原料是核糖核苷酸。遵循碱基互补配对原则，但DNA单链中的A(腺嘌呤)与U(尿嘧啶)配对。2．新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上，此处用到的酶为RNA聚合酶。3．合成的mRNA从DNA分子上释放，而后DNA双链恢复。4．DNA分子的两条链中，被转录的那条链叫模板链，也叫有意义链或信息链。第22页/共73页 (2017·潍坊模拟)对如图所示片段的分析不正确的是(

)A．该图所示的情况仅发生于转录过程中B．彻底水解该片段得到5种碱基、2种五碳糖、1种磷酸C．该片段中共含有8种核苷酸D．一般情况下，该图所示过程主要发生于细胞核或拟核中A第23页/共73页[解析]

由于一条链中含T碱基，另一条链中含U碱基，因此该片段是由DNA和RNA组成的。该图所示也可以是由RNA→DNA过程中的一个片段，A项错误；彻底水解该片段得到A、T、C、G、U这5种碱基、核糖和脱氧核糖2种五碳糖、1种磷酸，B项正确；该片段中共含有4种核糖核苷酸和4种脱氧核苷酸，C项正确；一般情况下，该图表示转录过程，主要发生于细胞核或拟核中，D项正确。第24页/共73页〔变式训练1〕右图是真核生物mRNA合成过程图，请据图判断下列说法中正确的是(

)A．R表示的节段①正处于解旋状态，形成这种状态需要解旋酶B．图中②是以4种脱氧核苷酸为原料合成的C．如果图中③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶D．图中的②合成后，在细胞核中与核糖体结合并控制蛋白质的合成A第25页/共73页[解析]

R所示的节段①正处于解旋状态，DNA解旋需要解旋酶参与，A项正确；合成②mRNA需要的原料为4种核糖核苷酸，B项错误；③是合成RNA的酶，名称为RNA聚合酶，C项错误；在真核细胞内②mRNA合成后，要通过核孔进入到细胞质中与核糖体结合并控制蛋白质的合成，D项错误。第26页/共73页1．翻译的概念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，这一过程叫翻译。(1)部位：细胞质。(2)原料：各种游离氨基酸。(3)模板：mRNA。(4)结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。(5)实质：将mRNA中的碱基序列(携带遗传信息)翻译为蛋白质的氨基酸序列(具体性状)。知识点2遗传信息的翻译第27页/共73页2．碱基与氨基酸之间的对应关系DNA、RNA各自只有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，4种碱基和20种氨基酸的对应关系是怎样的呢？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，这显然是不够的；若2个碱基编码1个氨基酸，最多能编码4×4＝16个氨基酸，这与20种氨基酸相比也是不够的。由以上分析可知，1个氨基酸的编码至少需要3个碱基，3个碱基有4×4×4＝64种组合，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。密码子：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫做密码子，共64个遗传密码子。第28页/共73页3．氨基酸的“搬运工”－tRNAtRNA的基本结构单位为核糖核苷酸，为RNA的一种。tRNA种类众多，但每一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA呈三叶草形，其一端为携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。第29页/共73页4．翻译过程(1)比较转录和翻译的不同点步骤场所模板条件原料产物其他转录细胞核基因一条链RNA聚合酶核糖核苷酸mRNAmRNA从核孔穿出，移到细胞质的核糖体上翻译细胞质的核糖体mRNA酶、tRNA为运载工具氨基酸多肽链一条或几条多肽链再进一步形成蛋白质的空间结构第30页/共73页(2)蛋白质合成过程中的重难点归纳与突破①转运RNA(tRNA)具有两个特异性端，一为氨基酸臂，是携带一定氨基酸的，一为反密码子环，其上裸露着三个碱基，称反密码子，不同的转运RNA其反密码子是不同的。②氨基酸的遗传密码是在信使RNA(mRNA)上而不是在氨基酸上，氨基酸上是没有碱基的。这一点容易误解，应注意。③若一个tRNA的反密码子是CGA，那么它运载的氨基酸一定是丙氨酸，因为丙氨酸的遗传密码(GCU)是与其反密码子(CGA)具有互补配对关系的。也就是说，tRNA所携带的氨基酸，其遗传密码一定是与该tRNA的反密码子互补配对。第31页/共73页④蛋白质的合成过程比较难理解，让我们打个比方来理解这个过程：许多大人各自领着自己的孩子，将他们安排到电影院的一排座位上看电影，就类似于蛋白质的合成过程。大人(转运RNA)有两个特异性端，即左手和右手，左手拿着电影票(反密码子)，右手领着自己的小孩(氨基酸)，来到电影院(核糖体)，找到座号(遗传密码)，将自己的小孩安排下，离开电影院。这样，许多小孩(氨基酸)，就通过大人(tRNA)领着(携带)，按照影院座号(mRNA上的遗传密码)，排成了一定顺序(多肽)。第32页/共73页知识贴士1．密码子是在mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基。tRNA上与其配对的三个碱基称为反密码子。从理论上讲，4种碱基可以组合成64个密码子(43＝64个)，决定20种氨基酸，所以有的氨基酸不只有一种密码子。2．一种密码子只能决定一种氨基酸(终止密码子除外)，一种氨基酸可以有几种密码子对应着。一种tRNA只能转运一种氨基酸，但一种氨基酸可由多种tRNA转运。3．UAA、UAG、UGA三种密码子不能决定氨基酸，称为蛋合质合成的终止密码。4．密码子在生物界是通用的，说明生物是由共同的原始祖先进化来的，彼此之间存在着或远或近的亲缘关系。第33页/共73页

右图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA代表氨基酸)，下列叙述正确的是(

)A．能给该过程提供遗传信息的只能是DNA

B．该过程合成的产物一定是酶或激素D第34页/共73页[解析]

翻译的直接模板是mRNA，而不是DNA，A项错误。翻译的产物是多肽，经加工后形成蛋白质，但并不是所有的蛋白质都是酶或激素，B项错误。终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子，C项错误。氨基酸脱水缩合形成多肽，D项正确。第35页/共73页〔变式训练2〕(2016·潍坊检测)正常出现肽链终止，是因为(

)A．一个与mRNA链终止密码子相应的tRNA不能携带氨基酸B．不具有与mRNA链终止密码子相应的反密码子C．mRNA在mRNA链终止密码子处停止合成 D．tRNA上出现终止密码子[解析]

终止密码子不对应反密码子；tRNA上没有终止密码子，终止密码子位于mRNA上。B第36页/共73页指点迷津第37页/共73页一、基因表达中有关的数量计算转录、翻译过程中DNA(基因)碱基个数∶mRNA碱基个数∶肽链(蛋白质)中氨基酸个数＝6∶3∶1，可参考下图理解。第38页/共73页1．翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。2．DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA；在基因片段中，有的片段起调控作用，也不转录。因此，基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。3．在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字。如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。第39页/共73页

一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个，由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链，则相应DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是(

)A．m、m/3－1

B．m、m/3－2C．2(m－n)、m/3－1 D．2(m－n)、m/3－2[解析]

DNA模板链的碱基与mRNA的碱基互补，mRNA中G＋C＝n，则A＋U＝m－n，所以相应DNA分子中A＋T＝2(m－n)。该mRNA分子有m个碱基，对应的氨基酸数最多为m/3，形成的蛋白质有两条肽链，所以合成蛋白质时最多脱去的水分子数是m/3－2。方法：基因表达过程中，蛋白质中氨基酸的数目＝参加转运氨基酸的tRNA数目＝1/3mRNA的碱基数目＝1/6基因中的碱基数目。D第40页/共73页二、真核生物DNA复制、转录和翻译的比较项目DNA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整个过程中场所主要在细胞核中，小部分在线粒体和叶绿体中主要在细胞核中，小部分在线粒体和叶绿体中细胞质中的核糖体上原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA条件特定的酶和ATP等第41页/共73页项目DNA复制转录翻译模板去向分别进入两个子代DNA分子中模板链与非模板链重新组成双螺旋结构分解成单个核糖核苷酸特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留一个mRNA上可相继结合多个核糖体，顺次合成多条肽链产物两个双链DNA分子RNA肽链意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状第42页/共73页

下图中甲、乙表示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是(

)A．甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子B．甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质中进行C．DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶D．一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次D第43页/共73页[解析]

甲过程表示多起点的DNA半保留复制，合成的产物是双链DNA分子，该过程主要发生在细胞核内，一个细胞周期中，DNA只复制一次；乙过程为转录，合成的产物为单链RNA分子，该过程主要发生在细胞核内，一个细胞周期中，转录可起始多次；DNA复制和转录均需要解旋，甲过程利用的是解旋酶，乙过程利用的是RNA聚合酶。第44页/共73页三、遗传信息、密码子、反密码子的比较第45页/共73页比较项目本质存在位置联系反密码子位于tRNA上，能与mRNA上对应的密码子配对的3个碱基tRNA①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，通过转录，遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上②密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子则起到翻译的作用第46页/共73页

根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是(

)A．TGU

B．UGAC．ACU

D．UCUCDNA双链TGmRNA(密码子)tRNA(反密码子)A氨基酸苏氨酸第47页/共73页[解析]

密码子为mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基，因此根据转录和翻译过程中的碱基配对关系，由tRNA上反密码子最后一个碱基A可推知mRNA上相应位置上的碱基为U；由DNA链上的碱基T、G可推知mRNA上相应位置上的碱基分别是A和C或U和G，再结合选项可知，苏氨酸的密码子为ACU。第48页/共73页四、翻译过程中多聚核糖体模式图解读1．信息解读(1)图甲表示真核细胞中的翻译过程，图中①是mRNA，⑥是核糖体，②③④⑤表示正在合成的4条肽链，翻译的方向是自右向左。(2)图乙表示原核细胞中的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4个mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。第49页/共73页2．解题技法(1)分析此类问题要正确分清mRNA和肽链的关系。DNA模板链在RNA聚合酶的作用下产生的是mRNA，而在同一个mRNA上结合的多个核糖体，同时合成的是若干条肽链。(2)解答此类问题还要明确真核细胞的转录和翻译一般不同时进行，而原核细胞能边转录边翻译。第50页/共73页 (2017·安阳二中高一期末)下图为细胞中合成蛋白质的示意图，相关说法不正确的是(

)A．该图说明少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质B．该过程的模板是mRNA，原料是氨基酸C．②③④⑤的最终结构各不相同D．合成①的场所主要在细胞核，⑥的合成与核仁有关C第51页/共73页[解析]

据图分析，一个mRNA分子可以结合多个核糖体同时进行翻译过程，可见少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质，A正确；图示表示翻译过程，该过程的模板是mRNA，原料是氨基酸，B正确；②③④⑤都是以同一个mRNA为模板翻译形成的，因此②③④⑤的最终结构相同，C错误；①为mRNA，主要是在细胞核中转录形成的，⑥是核糖体，其合成与核仁有关，D正确。第52页/共73页核心素养第53页/共73页

科学家已经证明密码子是mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基。以下是遗传密码破译过程的几个阶段。(1)根据理论推测，mRNA上的3个相邻的碱基可以构成__________种排列方式，实际上mRNA上决定氨基酸的密码子共有__________种。假说—验证的实验思路——密码子组成的探究6461第54页/共73页(2)1955年，尼伦伯格和马太成功建立了体外蛋白质合成系统，破译了第一个密码子：苯丙氨酸(UUU)。具体的做法是在代表“体外蛋白质合成系统”的20支试管中各加入作为模板(mRNA)的多聚尿嘧啶核苷酸(即只由U组成的mRNA)，再向20支试管中分别加入20种氨基酸中的一种，结果只有加入苯丙氨酸的试管中才出现了多聚苯丙氨酸肽链。体外蛋白质合成系统中除了加入全套必要的酶系统、tRNA、人工合成的mRNA和氨基酸外，还需提供______________。ATP和核糖体第55页/共73页(3)上述实验后，又有科学家用C、U两种碱基相间排列的mRNA为模板，检验1个密码子是否含有3个碱基，如果密码子是连续翻译的：①假如一个密码子中含有2个或4个碱基，则该mRNA指导合成的多肽链中应由__________种氨基酸组成。②假如一个密码子中含有3个碱基，则该mRNA指导合成的多肽链中应由__________种氨基酸组成。(4)1964年又有科学家用2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，最终破译了全部密码子，包括终止密码子。下表是部分实验：12第56页/共73页说明：表中(UC)n表示UCUCUCUCUCUC……这样的重复mRNA序列。请分析上表后推测下列氨基酸的密码子：亮氨酸_______________；丝氨酸__________；苯丙氨酸__________。实验序号重复的mRNA序列生成的多肽所含氨基酸种类1(UC)n丝氨酸、亮氨酸2(UUC)n苯丙氨酸、亮氨酸、丝氨酸3(UUAC)n亮氨酸、苏氨酸、酪氨酸CUU、CUCUCUUUC第57页/共73页[方法警示]

得分要点：(2)必须为“ATP和核糖体”(3)第二个空必须为“2”(4)第一个空必须为“CUU、CUC”[错因案例]

(2)答为“能量和核糖体”。(错因：没有审清题目中指的是“物质”)(3)②答为“1”。(错因：密码子的顺读并不是都得从第一个碱基读起)(4)第一个空答为“CUU”。(错因：没有考虑密码子具有简并性，通过2、3链推导出其中之一，而没做全面考虑)第58页/共73页[技法提炼]

(1)密码子是由3个相邻碱基组成的，理论推导：mRNA上的碱基共有4种，而氨基酸有20种，显然1种碱基对应1种氨基酸是不成立的，而2种碱基组成的密码子最多有42种，也不能满足20种氨基酸的对应，至少由3个相邻的碱基组成43＝64种，从而出现了1种氨基酸对应多种密码子的现象。第59页/共73页(2)密码子所含碱基个数的实验推导：由“CUCUCUCUCUCUCU……”组成的mRNA，理论上分析密码子不可能由2个相邻碱基组成；若是由4个相邻碱基组成，则密码子只可能是“CUCU”或“UCUC”，所以一条上述mRNA翻译后只会有1种氨基酸出现；若是密码子由3个相邻的碱基组成，经过顺读后则有“CUC”和“UCU”2种密码子，所以合成的肽链中有2种氨基酸组成(当然此时没有考虑到密码子的简并性，或者是CUC和UCU对应的2种不同的氨基酸)。第60页/共73页(3)密码子与氨基酸的真实对应关系的验证：已知3个相邻的碱基对应1个氨基酸，若是由实验中的3条链，1链为“UCUCUCUCUCUCUCUC……”它会有2种密码子即为“UCU”和“CUC”，2链为“UUCUUCUUCUUCUUCUUC……”它会有3种密码子“UUC、UCU、CUU”，3链为“UUACUUACUUACUUACUUAC……”它会有4种密码子“UUA、UAC、ACU、CUU”，由2、3两链中共有的CUU可知亮氨酸的密码子之一为CUU，由1、2链中共有的UCU可知丝氨酸的密码子为UCU，由于1链中除去有丝氨酸外还含有亮氨酸，所以亮氨酸的另一个密码子为CUC。此时通过2链可知苯丙氨酸的密码子为“UUC”。第61页/共73页问题释疑第62页/共73页(一)问题探讨提示：此节问