第4章-基因的表达-第1节-基因指导蛋白质的合成-第2课时-遗传信息的翻译和中心法则

第1节基因指导蛋白质的合成学习目标素养目标

1.概述遗传信息的翻译过程。

2.计算DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。

3.阐明中心法则的具体内容,认同科学是不断发展的。

1.基于遗传信息的翻译过程,形成生命的物质观和信息观。

2.了解中心法则的发展,认同科学是不断发展的。

3.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实,认同当今生物可能有着共同的起源。

第2课时

遗传信息的翻译和中心法则预习梳理

预习检测任务活动任务一遗传信息的翻译任务二转录和翻译过程的相关计算任务三中心法则备用习题一、遗传信息的翻译预习梳理氨基酸mRNA3个相邻的碱基密码子1.概念:游离在细胞质中的各种

,以

为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

2.密码子与反密码子(1)密码子:mRNA上决定1个氨基酸的

称为1个密码子。

(2)反密码子:每个tRNA一端的3个相邻碱基可以与mRNA上的

互补配对,称为反密码子。

预习梳理3.过程mRNA2肽键tRNA终止密码子核糖体沿着

移动,核糖体与mRNA的结合部位会形成

个tRNA的结合位点,

携带着氨基酸到相应的结合位点后,两个氨基酸之间形成

,随着核糖体移动,肽链延伸,直到遇到

为止。

肽链合成后,就从

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。

核糖体与mRNA的复合物上二、中心法则预习梳理1.提出者:

。

2.内容:遗传信息可以从DNA流向

,即DNA的复制;也可以从DNA流向

,进而流向

,即遗传信息的转录和翻译。

3.对中心法则的补充少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向

以及从RNA流向

。

克里克DNA蛋白质RNARNADNA预习检测(1)在翻译过程中,tRNA分子的—OH端与相应的氨基酸结合。 (

)(2)tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息。(

)(3)细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸。

(

)(4)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。 (

)(5)线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。(

)(6)遗传信息只能从DNA流向RNA,进而流向蛋白质。 (

)√×√[解析]

mRNA的密码子携带了氨基酸序列的遗传信息。[解析]

翻译过程中,核糖体在mRNA上移动。[解析]

遗传信息也可由RNA流向DNA。×√×任务活动任务一遗传信息的翻译【情境】

图中甲、乙分别为mRNA和tRNA结构示意图。[分析](1)图甲中①为

,其实质是决定一个氨基酸的

个相邻的碱基。

密码子3任务活动(2)密码子有

种,正常情况下,

密码子不编码氨基酸,仅作为翻译终止的信号。但在特殊情况下,终止密码子UGA可以编码

。正常情况下,能编码氨基酸的密码子有

种,其中包含起始密码子

种,即AUG、GUG。

(3)在

中,GUG也可以作起始密码子,此时它可以编码甲硫氨酸。

64终止61硒代半胱氨酸2原核生物任务活动(4)图乙中②为由

连接的部位;③为

,④为结合

的部位,每种tRNA只能识别并转运

种氨基酸。

(5)每种氨基酸对应

种密码子(密码子的简并性),可由

种tRNA转运;一种密码子只能决定

种氨基酸,一种tRNA只能转运

种氨基酸。

氢键反密码子一氨基酸一种或几一种或几一一任务活动(6)地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。根据这一事实,你能想到什么?

提示:通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言,所有生物可能有共同的起源,或生命在本质上是统一的等。任务活动遗传信息、密码子和反密码子的比较项目遗传信息密码子反密码子区别存在位置DNAmRNAtRNA概念基因中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻碱基tRNA中与mRNA上密码子互补配对的三个碱基作用控制生物的遗传性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子,转运相应氨基酸任务活动项目遗传信息密码子反密码子联系(1)遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上(2)mRNA上的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子则起到转运氨基酸的作用【资料】

阅读分析教材P68图蛋白质合成示意图。[分析](1)填写以下空白内容,并理解翻译的过程。任务活动mRNAtRNAmRNA终止密码子脱离tRNA任务活动(2)翻译过程所需场所、条件、产物、方向分析游离的氨基酸tRNAmRNA核糖体肽链由左向右任务活动【情境】

多聚核糖体是指一个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。图所示为多聚核糖体的模式图。[分析](1)①⑥分别是指

;核糖体移动的方向是

。

mRNA、核糖体由右向左(从短肽链到长肽链)任务活动(2)最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗?为什么?

(3)一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,有什么意义?

相同;因为它们的模板是同一条mRNA。利用少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质,使翻译快速高效地进行。任务活动1.真核生物DNA复制、转录、翻译的比较过程DNA复制转录翻译场所主要是细胞核主要是细胞核核糖体原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸21种氨基酸条件解旋酶、DNA聚合酶、ATPRNA聚合酶、ATP与蛋白质合成有关的酶、ATP模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA任务活动过程DNA复制转录翻译产物2个双链DNA1个单链RNA蛋白质(多肽链)信息传递方向DNA→DNADNA→RNAmRNA→蛋白质特点半保留复制;边解旋边复制边解旋边转录1条mRNA可同时指导合成多条肽链任务活动2.原核生物的转录和翻译:原核生物无核膜结构,转录和翻译可以同时进行,即边转录边翻译(如图所示);而真核生物必须先转录得到mRNA后,mRNA通过核孔到达细胞质基质之后再进行翻译。任务活动例1[2023·四川眉山仁寿一中月考]下列关于遗传密码的叙述,正确的是 (

)A.UGA、UAG既可以作为终止密码子又能编码氨基酸,体现了密码子的简并性B.当RNA聚合酶与DNA分子的起始密码子部位结合时,mRNA转录开始C.mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基称为一个密码子D.一种氨基酸只有1种密码子C任务活动[解析]密码子的简并性是指一种氨基酸有两种及以上的密码子的情况,而UGA可以作为终止密码子,只在特殊情况下编码硒代半胱氨酸,UAG只能作为终止密码子,A错误;起始密码子是翻译的起点,位于mRNA上,B错误;密码子是指mRNA上决定某种氨基酸的三个相邻的碱基,C正确;一种氨基酸可以有一种或几种密码子,D错误。任务活动例2如图为基因表达过程的示意图,下列叙述正确的是

(

)A.①是DNA,其一条链可进入细胞质作为转录的模板B.该图可以表示原核生物基因表达过程C.③是核糖体,翻译过程中③将由3'端向5'端方向移动D.④是tRNA,一端能结合氨基酸,另一端的反密码子能识别mRNA上的密码子D任务活动[解析]据图可判断①②③④依次代表DNA、mRNA、核糖体、tRNA,图中②mRNA是以①DNA的一条链为模板合成的,场所是细胞核,A错误;原核生物无细胞核,基因表达过程是在细胞质中边转录边翻译,与图示过程不符,B错误;翻译过程中③核糖体沿着mRNA由5'端向3'端方向移动,C错误;④是tRNA,一端能结合氨基酸,另一端的反密码子能识别mRNA上的密码子,D正确。任务活动例3[2023·江苏连云港期末]下列关于DNA复制、转录和翻译的说法,错误的是 (

)A.三个过程的模板各不相同B.三个过程都有4种碱基互补配对方式C.三个过程在细胞分裂前的间期都能发生D.三个过程在细胞分裂期都不能发生D任务活动[解析]DNA复制时以DNA分子两条链为模板,转录时以DNA一条链为模板,翻译时以信使RNA为模板,故三个过程的模板各不相同,A正确;DNA复制时,发生的碱基互补配对方式为A—T、G—C、T—A、C—G,转录时发生的碱基互补配对方式为A—U、G—C、T—A、C—G,翻译时发生的碱基互补配对方式为A—U、G—C、U—A、C—G,故三个过程都有4种碱基互补配对方式,B正确;细胞分裂前的间期可以进行DNA复制和蛋白质的合成,故三个过程在细胞分裂前的间期都能发生,C正确;转录和翻译在细胞分裂期可以发生,D错误。任务活动任务二转录和翻译过程的相关计算【情境】

一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽(不考虑终止密码子)。[分析](1)此mRNA分子含有的碱基个数为

。

(2)合成这段多肽需要的tRNA个数最多为

。

(3)转录出此mRNA的基因中碱基个数至少为

。

361272任务活动转录和翻译过程中相关的数量关系任务活动注意:由于在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的序列(如终止密码子),在其对应的DNA中,还含有一些不能转录为mRNA的DNA片段。因此,如果蛋白质中的氨基酸数为n,则对应的mRNA分子中的碱基数最少为3n,DNA(基因)中的碱基数最少为6n。比较项目(不考虑终止密码子)数目/个基因中的碱基数(脱氧核苷酸数)6nmRNA中的碱基数(核糖核苷酸数)3n蛋白质中的氨基酸数n蛋白质中的肽链数m蛋白质中的肽键数(脱水数)n-m任务活动例4胰岛素的A、B两条肽链是由一个基因编码的,其中A链中的氨基酸有m个,B链中的氨基酸有n个(不考虑终止密码子)。下列有关叙述中不正确的是

(

)A.胰岛素基因中至少含有的碱基数是6(m+n)B.胰岛素mRNA中至少含有的密码子为(m+n)个C.胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链D.A、B两条肽链可能是经蛋白酶的作用后形成的C任务活动[解析]DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1,胰岛素中有(m+n)个氨基酸,则胰岛素基因中至少含有的碱基数是6(m+n),A正确;胰岛素中有(m+n)个氨基酸,则胰岛素mRNA中至少含有的密码子为(m+n)个,B正确;胰岛素基因的两条DNA单链中只有一条能作为模板转录形成mRNA,再以该mRNA为模板翻译形成蛋白质,A、B两条肽链是由胰岛素基因的不同区段来编码的,而不是两条DNA单链分别编码A、B两条肽链,C错误;A、B两条肽链可能是经蛋白酶的作用后形成的,D正确。任务活动例5[2023·黑龙江哈师大青冈实验中学期末]已知一个由4条肽链组成的蛋白质分子,共有肽键396个,控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25%,若不考虑终止密码子,则控制转录该mRNA的DNA分子中,C和G至少共有 (

)A.1800个 B.1350个C.900个

D.800个A[解析]若一个由4条肽链组成的蛋白质分子,共有肽键396个,则该蛋白质分子含有的氨基酸的数目为396+4=400(个),mRNA中的碱基数目为1200个,转录该mRNA的DNA中的碱基数目为1200×2=2400(个);由于控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25%,则C和G共占75%,对应的DNA中G+C所占的比例为75%,则双链DNA中C和G的总数至少为2400×75%=1800(个),A正确。任务活动例6如图为细胞内某生理过程的示意图,图中④代表核糖体,⑤代表多肽链,下列相关叙述,不正确的是 (

)A.图中所示的生理过程有转录和翻译B.①链与③链相应区段中(A+T或U)/(G+C)的值相同C.一种细菌的③由480个核苷酸组成,它所编码的蛋白质的长度一定是160个氨基酸D.遗传信息由③传递到⑤需要RNA作工具C任务活动[解析]图中显示,③是以DNA的一条链(②)为模板合成的,且③中含有碱基U,故③为mRNA,合成mRNA的过程为转录,在核糖体上以mRNA为模板合成多肽链的过程为翻译,故图中所示的生理过程有转录和翻译,A正确;①链和②链互补,②链又和③链互补,因此①链与③链相应区段中(A+T或U)/(G+C)的值相同,B正确;③为mRNA,含有480个核苷酸的mRNA共有160个密码子,由于其中有不决定氨基酸的终止密码子,故编码的蛋白质中氨基酸数少于160个,C错误;在翻译过程中,遗传信息由③(mRNA)传递到⑤(多肽链)需要tRNA作为氨基酸的运输工具,D正确。任务活动任务三中心法则【情境】

图是生物体内遗传信息的流向图解。[分析](1)图中属于中心法则内容的是过程

,属于对中心法则补充内容的是

。

①②③④⑤任务活动(2)正常细胞生命活动中能发生的过程是

;④过程需要的酶是

。

(3)请参照图中模式,写出胰岛素基因控制胰岛素合成过程中遗传信息的流动过程:

。

(4)在遗传信息的流动过程中,DNA、RNA是信息的

,蛋白质是信息的

,而

为信息的流动提供能量,可见,生命是

、能量和

的统一体。

①②③逆转录酶载体表达产物胰岛素基因

mRNA胰岛素ATP物质信息任务活动不同生物的遗传信息传递过程生物种类遗传信息的传递过程举例原核生物大肠杆菌等细菌真核生物进行分裂的细胞,如根尖分生区细胞DNA病毒T2噬菌体任务活动生物种类遗传信息的传递过程举例RNA复制病毒烟草花叶病毒、流感病毒逆转录病毒HIV任务活动例7下列关于中心法则的叙述,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DNA为模板,以核糖核苷酸为原料D.DNA的合成一定以DNA为模板,以脱氧核苷酸为原料A任务活动[解析]肽链是以mRNA为模板、以氨基酸为原料,经过翻译过程形成的,A正确;大多数酶的化学本质是蛋白质,蛋白质是以mRNA为模板、以氨基酸为原料合成的,少数酶的化学本质是RNA,通常是以DNA为模板、以核糖核苷酸为原料合成的,B错误;合成RNA所需的原料一定是核糖核苷酸,而所需的模板可以是DNA也可以是RNA,C错误;DNA合成所需的原料一定是脱氧核苷酸,而所需的模板可以是DNA也可以是RNA,D错误。任务活动[方法技巧]“三看法”判断中心法则各过程都遵循碱基互补配对的原则任务活动例8[2023·黑龙江哈尔滨三中月考]如图所示为中心法则,下列相关叙述错误的是 (

)A.虚线表示少数生物的遗传信息流动方向B.遗传信息流动过程中,DNA和RNA是信息的载体C.a过程和b过程遵循的碱基互补配对方式不相同D.c过程产生的蛋白质中的氨基酸排列顺序由rRNA决定D任务活动[解析]虚线表示少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息的流向,A正确;遗传信息流动过程中,DNA、RNA是信息的载体,蛋白质是信息的表达产物,B正确;DNA复制过程(a过程)中碱基互补配对方式有A—T、T—A、G—C、C—G,而转录过程(b过程)中碱基互补配对方式有A—U、T—A、G—C、C—G,C正确;c过程产生的蛋白质中氨基酸的排列顺序是由mRNA中的核糖核苷酸序列来决定的,D错误。任务活动例9[2023·山东滨州阶段练习]呼吸道合胞病毒是一种反义单链RNA(-RNA)病毒,其增殖过程如图所示。下列有关说法正确的是

(

)A.呼吸道合胞病毒的基因可以整合到宿主的基因组中B.呼吸道合胞病毒通过过程③完成遗传物质的复制C.科学家通过培养基培养合胞病毒研究其致病机理D.②过程需要的嘌呤碱基与③过程需要的嘧啶碱基数目相同D任务活动[解析]呼吸道合胞病毒的遗传物质是RNA,宿主细胞的遗传物质是DNA,因此呼吸道合胞病毒的基因不能整合到宿主的基因组中,A错误;由图可知,呼吸道合胞病毒的遗传物质是-RNA,通过②③过程合成-RNA,因此呼吸道合胞病毒遗传物质的复制是通过②③过程完成的,B错误;病毒没有细胞结构,必须寄生在活细胞中才能繁殖,因此不能用培养基培养病毒,C错误;②过程合成+RNA,③过程合成-RNA,其中+RNA与-RNA互补配对,根据碱基互补配对原则,②过程需要的嘌呤碱基与③过程需要的嘧啶碱基数目相同,D正确。

当堂小结

备用习题1.如图表示细胞中某些生理过程,下列说法正确的是 (

)A.图甲中核糖核苷酸之间通过氢键连接B.图中①与②的移动方向相同C.图示过程中均存在碱基互补配对,但配对方式不完全相同D.图乙中多聚核糖体的形成可以大大缩短每条肽链的合成时间C

备用习题[解析]图甲中核糖核苷酸之间通过磷酸二酯键连接,A错误;①的移动方向是从左向右,②的移动方向是从右向左,B错误;图示过程中均存在碱基互补配对,但配对方式不完全相同,图甲中配对方式为A—U、A—T、

T—A、C—G、G—C,图乙中配对方式为A—U、U—A、C—G、G—C,C正确;图乙中多聚核糖体可以同时进行多条肽链的合成,但是每条肽链合成的时间并没有缩短,D错误。

备用习题2.新型冠状病毒是目前已知的第7种可以感染人的冠状病毒。如图为新型冠状病毒增殖方式,下列有关说法不合理的是 (

)A.过程①至少需要3种RNA的参与才能完成B.过程②所得的产物含有的嘌呤数与过程③产物所含的嘌呤数不一定相等C.完成过程①②③所需的原料和场所都由人体细胞提供D.过程①②所需原料一致D

备用习题[解析]过程①翻译需要mRNA、tRNA、rRNA参与,A正确;过程②产物为-RNA,过程③产物为RNA,二者含有的嘌呤数不一定相等,B正确;病毒在宿主细胞内增殖,原料和场所都由宿主细胞提供,C正确;过程①翻译所需原料为氨基酸,过程②复制所需原料为四种核糖核苷酸,D错误。

备用习题3.如图表示某真核生物基因表达的部分过程,已知赖氨酸的密码子为AAA,苯丙氨酸的密码子为UUU,请回答下列问题:(1