(新教材)2020-2021学年高中人教版生物必修第二册课件：4.1-基因指导蛋白质的合成

第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成一、遗传信息的转录1.RNA的结构和种类：选一选：下列关于RNA的结构和种类说法正确的有：_______。①RNA初步水解产物是4种核糖核苷酸②RNA彻底水解产物有6种，分别是磷酸、核糖、A、G、C、T③RNA有三种，分别是信使RNA、转运RNA、核糖体RNA④RNA一般是单链，可以通过核孔从细胞核转移到细胞质必备知识·自主学习①③④2.过程：填一填：根据遗传信息的转录过程图解进行填空。3.遗传信息的传递方向：DNA→____。RNA2.判一判：基于对密码子和反密码子的理解，判断下列说法的正误。(1)密码子是指mRNA上决定氨基酸的3个相邻碱基。()(2)密码子的种类有64种，所以对应64种氨基酸。()提示：密码子有64种，但组成蛋白质的氨基酸约21种。(3)反密码子有64种，位于mRNA上。()提示：反密码子有61种或62种，位于tRNA上。(4)一种密码子对应一种氨基酸。()(5)一种氨基酸对应多种密码子。()提示：一种氨基酸对应一种或多种密码子。√××√×3.条件：基于对翻译过程的理解，对翻译所需的条件进行填空：(1)模板：mRNA。(2)原料：_______。(3)能量：ATP。(4)酶：多种酶。(5)搬运工具：_____。4.产物：多肽蛋白质。氨基酸tRNA三、中心法则1.提出者：_______。2.中心法则的提出及发展：(1)图示：克里克(2)根据上面图示，完成下表：项目序号生理过程遗传信息传递过程最初提出①____________流向____②_________流向____③_________流向_______发展补充④____________流向____⑤___________流向____DNA复制DNADNA转录DNARNA翻译RNA蛋白质RNA复制RNARNA逆转录RNADNA【问·答】在一种生物的细胞中，是否能发生上述中心法则的5个过程？举例说明。提示：不能。人体细胞中的RNA就不能进行复制。关键能力·合作学习知识点一遗传信息的转录和翻译

1.相关图解及分析：(1)图解：(2)分析：2.DNA复制、转录和翻译的比较：

DNA复制转录翻译场所主要在细胞核主要在细胞核核糖体模板DNA每一条母链DNA的一条链mRNA原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸21种氨基酸条件酶(解旋酶、DNA聚合酶)、ATP酶(RNA聚合酶)、ATP酶、ATP产物DNARNA多肽链特点边解旋边复制、半保留复制边解旋边转录一个mRNA上可结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链

DNA复制转录翻译碱基配对A-T，T-A，G-C，C-GA-U，T-A，G-C，C-GA-U，U-A，G-C，C-G遗传信息传递DNA→DNADNA→RNARNA→蛋白质意义将遗传信息从亲代细胞传给子代细胞，从而保持遗传信息的连续性表达遗传信息，使生物表现出各种性状特别提醒：①转录时，解开DNA双链的不是解旋酶，而是RNA聚合酶。②转录并不是转录整个DNA，只是转录DNA中有遗传效应的片段即基因。③tRNA为单链RNA，形态如三叶草，在局部会进行碱基互补配对。④一个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条相同肽链的合成。【思考探究】

1.情境探究：如图表示遗传信息表达的某一环节，据图回答下列问题：(生命观念、科学思维)(1)图中a、b、c依次为何种物质或结构？图中显示a、b间存在何种的数量关系？其意义何在？提示：a为mRNA，b为核糖体，c为肽链。图示表明一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，其意义在于可同时进行多条肽链的合成，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。(2)图示翻译方向是A→B还是B→A，判断依据是什么？提示：由c中三条链越往B侧越延长，可确认翻译方向是A→B。(3)图中c所指的3条链其序列是否相同？为什么？提示：图中c所指的三条链的模板相同(均为a)，故其氨基酸序列均相同。2.教材二次开发：教材【思考·讨论】拓展：科学家已经发现密码子有64种，反密码子有61种，而组成蛋白质的氨基酸约有21种，那么三者之间有什么样的对应关系？(科学思维)提示：除3种终止密码子外，密码子和反密码子之间是一一对应的关系；除3种终止密码子外，一种密码子对应一种氨基酸，一种氨基酸对应一种或多种密码子；一种反密码子对应一种氨基酸，一种氨基酸对应一种或多种反密码子。【知识拓展】真核生物的前体mRNA加工过程真核生物RNA前体一般无生物学特性，需要进行加工修饰，RNA加工修饰主要的加工方式是切断和碱基修饰，包括下面几步：①加帽：发生在细胞核内，在转录的早期或转录终止前已经形成。②加尾：也是在细胞核内完成。③剪接：一般需snRNA(一种小核RNA)通过形成套索结构而将内含子切除掉。④内部甲基化：对某些碱基进行甲基化处理。【典例示范】DNA携带的遗传信息通过转录和翻译传递到细胞质中指导蛋白质的合成。下列关于DNA复制、转录、翻译的叙述，正确的是 (

)A.RNA聚合酶与DNA分子结合只能使一个基因的双螺旋解开B.DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板，转录以一条核糖核苷酸链为模板C.多个核糖体串联在一个mRNA上，共同完成一条多肽链的合成，提高了翻译效率D.转录时，会形成RNA-DNA杂交区域【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点：【解析】选D。RNA聚合酶与DNA分子结合可以使DNA分子上多个基因的双螺旋解开，A错误；DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板，转录以一条脱氧核苷酸链为模板，B错误；同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，从而提高了翻译效率，C错误；转录时，以一条脱氧核苷酸链为模板，会形成RNA-DNA杂交区域，D正确。【审答误区】混淆DNA复制、转录和翻译的模板(1)DNA复制：模板为DNA的两条链。(2)DNA转录：模板为DNA的一条链。(3)翻译：模板为mRNA。【母题追问】(1)RNA聚合酶有什么作用？提示：催化DNA双链解旋，同时催化游离的核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键。(2)人体细胞中的核糖体可以分布在哪些场所？提示：游离在细胞质基质中；附着在内质网上；分布于线粒体中。【类题精练】蛋白质是生命活动的主要承担者，关于蛋白质生物合成的叙述，正确的是 (

)A.一种tRNA可以携带多种氨基酸B.DNA聚合酶是在细胞核中合成的C.反密码子是位于mRNA上相邻的三个碱基D.线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成【解析】选D。一种tRNA只能携带一种氨基酸，但一种氨基酸可能被多种tRNA携带，A项错误；DNA聚合酶是蛋白质，蛋白质是在核糖体上合成的，核糖体分布在细胞质中，B项错误；反密码子位于tRNA上，C项错误；线粒体为半自主性细胞器，其中的DNA可控制线粒体中某些蛋白质的合成。【补偿训练】如图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。下列说法中正确的是 (

)

A.由图分析可知①链应为DNA的α链B.DNA形成②的过程发生的场所是细胞核C.酪氨酸和天冬氨酸的密码子分别是AUG、CUAD.图中②与③配对的过程需要在核糖体上进行【解析】选D。据碱基互补配对原则，可知①链是DNA的β链，A错误；蓝细菌属于原核生物，没有由核膜包被的细胞核，B错误；tRNA的一端的三个相邻的碱基是反密码子，密码子在mRNA上，C错误；图中②与③配对的过程是翻译，需要在核糖体上进行，D正确。知识点二转录、翻译过程中概念比较和碱基计算

1.遗传信息、密码子、反密码子的比较：项目遗传信息密码子反密码子作用控制生物的性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子，转运氨基酸图解2.基因表达过程中的相关计算：(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系。①图示：②规律：蛋白质中氨基酸数目=1/3mRNA中碱基数目=1/6DNA(或基因)中碱基数目。③计算公式：蛋白质中肽链数+肽键数=氨基酸数=1/3mRNA中碱基数=1/6基因中碱基数。(2)计算中“最多”和“最少”的分析。①翻译时，mRNA上的终止密码子有的不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍或多于3倍。②基因或DNA中存在不编码氨基酸的碱基序列，因此其中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最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。特别提醒：①由于终止密码子的参与，翻译并不是mRNA上所有碱基都对应氨基酸。②蛋白质的相对分子质量=氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸数-18×肽键数。【思考探究】——情境探究：已知某一DNA双链分子中A占全部碱基的28%，而C2占该链的24%，那么由2链转录成的mRNA中胞嘧啶占全部碱基的多少？(科学思维)提示：由于DNA分子中A=T=28%，G=C=22%，G+C=44%，G2+C2=44%，由于C2=24%，所以2链转录成的mRNA中胞嘧啶=G2=44%-24%=20%。【典例示范】某条多肽的相对分子质量为3318，若氨基酸的平均相对分子质量为128，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是 (

)A.75对碱基 B.78对碱基C.90对碱基 D.93对碱基【解题思维】解答本题需要突破两个关键点：【解析】选D。蛋白质相对分子质量=氨基酸平均相对分子质量×氨基酸个数-水的个数×18=128×氨基酸个数-(氨基酸个数-1)×18=3318，计算可得氨基酸数目为30个。DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1，该多肽含有30个氨基酸，若考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是(30+1)×6÷2=93对。【类题精练】如图所示为M基因控制物质C的合成以及物质C形成特定空间结构的物质D的流程图解。下列相关叙述，正确的是 (

)A.图中①④过程参与碱基配对的碱基种类较多的是①过程B.基因转录得到的产物均可直接作为蛋白质合成的控制模板C.组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值大于1/6D.图中经过⑤过程形成物质D时需依次经过高尔基体和内质网的加工与修饰【解析】选A。分析图中信息可知，①过程表示转录，该过程参与配对的碱基有A、T、C、G、U5种，而④过程表示翻译，该过程参与配对的碱基有A、U、C、G4种，A正确；从图中信息可知，控制该分泌蛋白合成的直接模板是物质B，而转录的产物是物质A，B错误；由于M基因转录形成的物质A还要剪切掉一部分片段才形成翻译的模板，所以组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值小于1/6，C错误；核糖体合成的肽链应先经内质网初加工，再由高尔基体进一步修饰和加工，D错误。【补偿训练】由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为(

)A.

B.-18(-1)C.na-18(n-1) D.-18(-1)【解析】选D。已知该基因中有n个碱基，则对应的氨基酸数最多为n/6，氨基酸经脱水缩合形成蛋白质，形成蛋白质的过程中，脱去的水分子数为氨基酸总数-1，水的相对分子质量为18，形成该蛋白质脱去的水分子的量为18(n/6-1)，又知氨基酸的平均相对分子质量为a，所以该蛋白质的相对分子质量最大为

-18(-1)。知识点三中心法则

1.不同生物中心法则的体现：2.中心法则与基因表达的关系：3.中心法则五个过程的比较：过程模板原料酶碱基配对方式产物实例DNA的复制DNA的每一条母链脱氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶A-T、T-A、G-C、C-GDNA以DNA作遗传物质的生物转录DNA的一条链核糖核苷酸RNA聚合酶A-U、T-A、G-C、C-GRNA除病毒外几乎所有生物翻译信使RNA21种氨基酸A-U、U-A、G-C、C-G多肽除病毒外的细胞生物RNA的复制RNA核糖核苷酸RNA复制酶A-U、U-A、G-C、C-GRNA以RNA作遗传物质的生物RNA的逆转录RNA脱氧核苷酸逆转录酶A-T、U-A、G-C、C-GDNA某些RNA病毒等特别提醒：①在一种生物或细胞内不能发生中心法则的所有过程。②DNA复制只发生在细胞分裂前的间期，而转录和翻译则可以发生在任何时期。③在病毒体内不会发生RNA复制和逆转录过程，该过程是在被病毒寄生的宿主细胞内进行的。【思考探究】

情境探究：1965年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。(科学思维)(1)上述两种RNA病毒遗传信息的传递方向是否相同？分别写出两种病毒遗传信息的传递方向。提示：不同。1965年发现的RNA病毒遗传信息的传递方向是：，而1970年发现的RNA病毒遗传信息的传递方向是：。(2)在逆转录过程中的碱基互补配对原则是怎样的？提示：A-T；U-A；G-C；C-G。【典例示范】如图是4种遗传信息的流动过程，对应的叙述不正确的是(

)A.甲可表示胰岛细胞中胰岛素合成过程中的遗传信息的传递方向B.乙可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向C.丙可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向D.丁可表示RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点：【解析】选A。甲表示胰岛B细胞合成胰岛素，但胰岛B细胞高度分化，不能进行DNA自我复制，A错误；乙能进行逆转录过程，可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向，B正确；丙包括DNA的复制、转录和翻译，可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向，C正确；丁包括RNA的自我复制和翻译，可表示RNA病毒，如烟草花叶病毒在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向，D正确。【审答误区】常见以下两种错误：(1)DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则，但不一定是某一种细胞中都具有这三个途径。(2)不能判断什么样的细胞可以发生DNA复制。只有进行分裂的细胞才发生DNA复制。【方法规律】中心法则各生理过程快速确定的三大依据【补偿训练】如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是(

)A.若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸B.若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶C.若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸D.若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶【解析】选A。X是mRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此管内必须加入氨基酸；若X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管内发生的是转录过程，因此不需要加入逆转录酶，而需要加入RNA聚合酶等；若X是tRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此不需要加入脱氧核苷酸；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内发生的是逆转录过程，因此需要加入逆转录酶。1.【生活情境】随着抗生素的广泛使用甚至滥用，目前细菌对抗生素的耐药性问题已十分严重，抗生素耐药性正在对全球健康构成威胁。因此，发展新型抗生素势在必行，基于不同机制的新型抗生素正处于研发的不同阶段。红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能抑制细菌的生长，抗菌机制如下表：核心素养·情境探究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聚合酶的活性青霉素抑制细菌细胞壁的合成探究：(1)结合遗传信息传递途径和上表，分析这几种药物在遗传信息传递途径中的作用。(生命观念)提示：红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸，故抑制细菌的翻译过程。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，故抑制细菌的转录过程。青霉素抑制细菌细胞壁的合成，影响遗传信息的传递和表达。(2)根据生活常识和题干，如何使用抗生素？(社会责任)提示：轻微感冒不必使用抗生素治疗，可选用一般感冒药即可，用抗生素治疗，不仅“大材小用”，还会干扰体内正常菌群，或造成耐药菌株增多。许多人误认为最新的药就是最好的药，如果一开始就用最新的抗生素药物，会加快病菌出现对新药的抗药性，使得病菌在与人类研制新药的斗争中处于领先位置。针对病症选用合理的抗生素。2.【科技情境】2020年新型冠状病毒肺炎疫情在全球迅速蔓延，研究发现新型冠状病毒是一种单链+RNA病毒，其遗传信息的传递途径如图所示：探究：(1)根据图示推测新型冠状病毒遗传信息的传递方向。(科学思维)提示：(2)根据图示推测新型冠状病毒是如何形成子代病毒的？(科学思维)提示：新型冠状病毒的遗传物质+RNA侵入宿主细胞后，在宿主细胞内以+RNA为模板在RNA聚合酶的作用下生成-RNA，然后以-RNA为模板生成+RNA即遗传物质，同时以+RNA为模板在宿主细胞的核糖体上合成病毒蛋白质，然后病毒蛋白质和合成的子代+RNA组装，即形成子代病毒。课堂检测·素养达标1.中心法则概括了整个生物界遗传信息传递、表达的过程，下列说法正确的是____。

①一个tRNA分子中只有三个碱基②一种tRNA可以携带多种氨基酸③转录和翻译都可在细胞核中发生④每种氨基酸可由一种或多种密码子编码⑤烟草花叶病毒侵染烟草细胞时存在逆转录过程⑥转录和翻译过程都存在T-A、A-U、G-C的碱基配对方式【解析】选④。一个tRNA分子中含有几十个到上百个碱基，①错误；一种tRNA只能携带一种氨基酸，②错误；翻译发生在核糖体上，③错误；每种氨基酸可由一种或多种密码子编码，④正确；烟草花叶病毒为RNA病毒，侵染烟草细胞时存在RNA复制过程，但不存在逆转录过程，⑤错误；翻译过程中不存在T-A，⑥错误。2.(2019·山东合格考)与DNA相比，RNA特有的化学组成是 (

)A.核糖和尿嘧啶B.脱氧核糖和尿嘧啶C.核糖和胸腺嘧啶D.脱氧核糖和胸腺嘧啶【解析】选A。RNA的糖是核糖不是脱氧核糖，碱基是尿嘧啶不是胸腺嘧啶。3.（2020·天津等级考）对于基因如何指导蛋白质合成，克里克认为要实现碱基序列向氨基酸序列的转换，一定存在一种既能识别碱基序列，又能运载特定氨基酸的分子。该种分子后来被发现是（）A.DNA B.mRNA C.tRNA D.rRNA【解析】选C。本题考查遗传信息的表达。DNA分子中特定的碱基排列顺序代表遗传信息，可通过转录形成RNA，但不能运载特定的氨基酸，A项不符合题意；mRNA中三个相邻的碱基决定一个氨基酸，是翻译的模板，也不能运载特定的氨基酸，B项不符合题意；tRNA中的反密码子可识别mRNA中的密码子，一种tRNA可运载特定的氨基酸，C项符合题意；rRNA参与核糖体的合成，与碱基序列的识别和氨基酸的转运没有直接关系，D项不符合题意。4.如图为细胞内蛋白质合成过程的部分示意图，下列叙述错误的是(

)A.图中结构含有核糖体RNAB.需要RNA聚合酶催化C.mRNA上碱基改变有可能改变肽链中氨基酸的种类D.会发生A与U的互补配对【解析】选B。图中核糖体由核糖体RNA和蛋白质组成，A正确；RNA聚合酶催化的是转录过程，而图示为翻译过程，B错误；mRNA上碱基改变会导致密码子发生改变，而密码子决定氨基酸，因此有可能改变肽链中氨基酸的种类，C正确；图示为翻译过程，其中mRNA与tRNA配对，由于RNA分子中含有的碱基是A、U、G、C，所以mRNA与tRNA之间会发生A与U的互补配对，D正确。5.mRNA上决定氨基酸的某个密码子的一个碱基发生替换，则识别该密码子的tRNA

及转运的氨基酸发生的变化是 (

)A.tRNA一定改变，氨基酸一定改变B.tRNA不一定改变，氨基酸不一定改变C.tRNA一定改变，氨基酸不一定改变D.tRNA不一定改变，氨基酸一定改变【解析】选C。若mRNA上决定氨基酸的某个密码子的一个碱基发生替换，根据密码子与反密码子遵循碱基互补配对原则，该密码子所对应的反密码子发生改变，即tRNA一定改变；一种氨基酸可对应多个密码子，故密码子改变，氨基酸不一定改变，例如GAA和GAG都编码谷氨酸，C正确。6.合成一条含1000个氨基酸的多肽链，需要转运RNA的个数、信使RNA上的碱基个数和双链DNA上的碱基对对数至少依次是 (

)A.1000个、3000个和3000对B.1000个、3000个和6000对C.300个、300个和3000对D.1000个、3000个和1000对【解析】选A。DNA分子控制蛋白质合成时，氨基酸的数目∶tRNA的个数∶信使RNA的碱基个数∶DNA的碱基对对数=1∶1∶3∶3，本题中即为1000∶1000∶3000∶3000。7.下列关于中心法则的叙述，一定正确的是 (

)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DN