生物必修2《遗传与进化》第4章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成备课课件ppt

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一、遗传信息的转录(一)RNA的组成及分类1.RNA的结构与功能
2.RNA与DNA的比较
(二)遗传信息的转录
【微思考】 (1)密码子具有简并性,这对生物体的生存发展有何意义?提示 ①增强容错性:当密码子中有一个碱基改变时,由于密码子的简并性,可能并不会改变此位置的氨基酸,有利于维持生物性状的相对稳定。②提高翻译速度:当某种氨基酸使用频率较高时,几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以提高翻译的速度。(2)人的基因导入大肠杆菌细胞内也能合成人的蛋白质,这说明什么?提示 生物界共用一套遗传密码。
三、中心法则1.提出者:克里克。2.中心法则体现了遗传信息传递的一般规律,包括哪些过程?答案 ①DNA复制:遗传信息从DNA流向DNA。②转录:遗传信息从DNA流向RNA。③翻译:遗传信息从RNA流向蛋白质。④RNA复制:遗传信息从RNA流向RNA。⑤逆转录:遗传信息从RNA流向DNA
3.写出中心法则的全过程。答案
自我检测1.判断下列有关RNA的组成和结构的叙述是否正确。(1)DNA和RNA中都含有脱氧核糖。(　　)(2)DNA和RNA共有的碱基是A、G、C,RNA特有的碱基是U,DNA特有的碱基是T。(　　)(3)RNA是由脱氧核苷酸脱水缩合形成的。(　　)(4)RNA一般为单链结构。(　　)
2.判断下列有关转录和翻译的叙述是否正确。(1)转录的产物只是mRNA。(　　)(2)一种基因只能以某条链为模板进行转录,而承载有多个基因的完整DNA的两条链都有可能成为转录的模板。(　　)(3)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。(　　)(4)在蛋白质合成过程中密码子都决定氨基酸。(　　)
3.判断下列有关中心法则的叙述是否正确。(1)线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。(　　)(2)DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法则。(　　)(3)中心法则表示的是遗传信息的流动过程。(　　)
4.对于下列图解,正确的说法有(　　)①表示DNA复制过程　②表示DNA转录过程　③共有5种碱基　④共有8种核苷酸　⑤共有5种核苷酸⑥A均代表同一种核苷酸A.①②③B.④⑤⑥C.②③④D.①③⑤答案 C解析 由图可知,此过程是遗传信息的转录过程,整个过程涉及5种碱基——A、T、G、C、U,但由于组成DNA链的是4种脱氧核苷酸,组成RNA链的是4种核糖核苷酸,因此图解中共有8种核苷酸。
5.下列关于密码子和反密码子的叙述,正确的是(　　)A.密码子位于mRNA上,反密码子位于rRNA上B.密码子和反密码子都可以发生碱基配对,所以它们的种类相同C.密码子和反密码子中都不含胸腺嘧啶D.密码子和反密码子都具有简并性答案 C解析 密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上,A项错误;密码子有64种,由于正常情况下终止密码子不编码氨基酸,因此对应的反密码子种类要少于密码子,B项错误;密码子和反密码子中都不含胸腺嘧啶,C项正确;密码子具有简并性,反密码子不具有简并性,D项错误。
6.下图为中心法则示意图,下列相关叙述正确的是(　　)A.①②③发生在细胞核和线粒体中B.①④的碱基配对方式完全相同C.细胞中的tRNA通过④过程复制D.⑤在逆转录酶的催化作用下完成答案 D解析 ③为翻译过程,发生在核糖体上,A项错误;①④的碱基配对方式不完全相同,前者含有A—T碱基对,后者含有A—U碱基对,B项错误;细胞中的tRNA通过②转录过程形成,④RNA复制发生在某些RNA病毒遗传信息流动过程中,C项错误;⑤为逆转录过程,在逆转录酶的催化作用下完成,D项正确。
【情境探究】1.[模式图分析] DNA的复制、转录和翻译结合下列有关图解,回答有关问题。
(1)甲、乙两过程有何相同之处?这对保证遗传信息的准确转录有什么意义?提示 甲表示DNA复制,乙表示转录。转录与DNA复制都需要模板,都遵循碱基互补配对原则,在真核细胞中主要发生在细胞核。碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。(2)甲、乙两过程有何不同之处?提示 ①DNA复制过程中A与T配对,转录过程中A与U配对。②DNA复制时一个DNA分子完整复制,形成两个DNA分子,转录是以基因为单位进行的,在DNA分子中,只有处于表达状态的片段(基因)才会被转录,转录形成一条单链RNA分子。
(3)图丙中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示什么?Ⅰ中只有三个碱基吗?Ⅰ中末端的三个碱基起什么作用?提示 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示tRNA、核糖体、mRNA、多肽链(蛋白质)。Ⅰ表示tRNA,由许多核糖核苷酸构成,因此包含多个碱基。Ⅰ中末端的三个碱基是反密码子,可以与mRNA上相应密码子互补配对。(4)能否根据所示信息,判断出图丙中核糖体沿着mRNA移动的方向?根据教材中的密码子表,写出图丙中翻译出的氨基酸序列(图中密码子对应部分)。提示 图丙中左侧一个tRNA刚从mRNA上脱落下来,说明核糖体是沿着mRNA从左向右移动的。图中对应的氨基酸序列是甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸。UAA是终止密码子,不编码氨基酸。
2.DNA复制、转录、翻译之间的联系
【归纳提升】1.DNA复制、转录、翻译的比较
2.遗传信息、密码子、反密码子的区别与联系
3.DNA、密码子、反密码子之间的对应关系
易错提醒 转录、翻译过程中的五个易错点
【探究应用】1.(多选)下图表示真核细胞中某基因表达的一部分过程,下列分析不正确的是(　　)A.图示mRNA中起始密码子位于RNA链上的左侧B.mRNA上决定甘氨酸的密码子都是GGUC.图中碱基的配对方式有A—U、C—G、A—TD.图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶
答案 BCD解析 根据核糖体上位点1和位点2判断,核糖体移动的方向是从左向右,A项正确;一种氨基酸可由一种或一种以上密码子决定,B项错误;题图表示翻译过程,碱基的配对方式有A—U、C—G,C项错误;RNA聚合酶在转录过程中起作用,D项错误。
2.下列关于下图所示生理过程的描述,最合理的是(　　)A.该生理过程可能发生于硝化细菌细胞内B.表示噬菌体体内的转录和翻译过程C.图中现象也可能出现在人体细胞核基因的表达过程中D.图中两核糖体合成的肽链不同答案 A解析 由图示可以看出,转录和翻译同时进行,一般出现于细菌细胞中。人体细胞核基因的表达过程为先转录后翻译,与图示不符。噬菌体是非细胞结构的生物,不能独立进行代谢过程。图中两核糖体以同一条mRNA为模板,合成的肽链相同。
3.生物体内的DNA常与蛋白质结合,以DNA—蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是(　　)A.真核细胞的染色体和染色质中都存在DNA—蛋白质复合物B.真核细胞的细胞核中有DNA—蛋白质复合物,而原核细胞的拟核中没有C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制,则该蛋白可能是DNA聚合酶D.若复合物中正在进行RNA的合成,则该复合物中含有RNA聚合酶
答案 B解析 在细胞中都会存在DNA和RNA与蛋白质结合成的复合物。染色体(染色质)主要是由蛋白质和DNA组成的,A项正确。在DNA复制过程中,DNA聚合酶与DNA结合成DNA—蛋白质复合物,真核细胞和原核细胞中都存在DNA的复制过程,所以在原核细胞中也会存在DNA—蛋白质复合物,B项错误。DNA的复制过程需要DNA聚合酶,C项正确。RNA是转录的产物,其模板是DNA的一条链,且需要RNA聚合酶的催化,故该复合物含有RNA聚合酶,D项正确。
4.下图表示某真核生物细胞内发生的一系列生理变化,Y表示具有某种功能的酶。请据图分析,下面有关叙述错误的是(　　)A.Y为RNA聚合酶B.该图中最多含5种碱基、8种核苷酸C.过程Ⅰ一定在细胞核内进行,过程Ⅱ在细胞质中进行D.b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C
答案 C解析 分析题图可知,过程Ⅰ和过程Ⅱ分别表示真核生物转录和翻译过程,故Y为RNA聚合酶,A项正确;图中有DNA和RNA分子,因此最多含有5种碱基和8种核苷酸,B项正确;过程Ⅰ为转录过程,主要在细胞核内进行,此外在线粒体和叶绿体内也可进行,Ⅱ为翻译过程,在细胞质中的核糖体上进行,C项错误;b部位正在进行转录,因此b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C,D项正确。
题后点拨转录和翻译的场所②原核细胞:细胞质(DNA复制、转录、翻译)。③病毒:寄主细胞内(遗传物质的复制、转录、翻译)。
【情境探究】1.[模式图分析] 基因、mRNA与蛋白质中氨基酸的数量关系据下图完成后面的问题。(1)转录时,组成基因的两条链中只有一条链能转录,另一条链不能转录。基因为　　链结构而RNA为　　链结构,因此转录形成的mRNA分子中碱基数目最多是基因中碱基数目的　　　　。 (2)mRNA中碱基数与氨基酸的关系:翻译过程中,mRNA 中每　　个相邻碱基决定一个氨基酸,每个氨基酸需要一个tRNA转运,所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目最多是mRNA中碱基数目的　　　　(不考虑终止密码子)。 (3)综上可知,基因中碱基数目∶mRNA中碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目=　　　　　　　　。(不考虑基因中的内含子及终止密码子) 
2.遗传信息转录、翻译过程中相关的数量关系
【归纳提升】碱基计算中“最多”和“最少”的分析(1)翻译时,mRNA上的终止密码子在正常情况下不决定氨基酸,因此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,但如果题目没有提示终止密码子问题,计算时一般无须考虑。(2)基因或DNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。(3)解题时应看清是DNA上(或基因中)的碱基对数还是个数;是mRNA上密码子的个数还是碱基的个数。
【探究应用】1.已知一个蛋白质分子由2条肽链组成,共含有198个肽键,翻译形成该蛋白质分子的mRNA中有A和G共200个,则转录形成该mRNA的基因中最少应含有C和T的个数是(　　)A.200B.400C.600D.800
2.下图所示为某生物的基因表达过程。下列相关叙述不正确的是(　　)A.该过程发生在真核细胞细胞核内,在RNA聚合酶的作用下DNA双螺旋解开B.若合成一条肽链时脱去了100个水分子,则该条肽链中至少含有102个氧原子C.RNA与DNA的杂交区域中既有A—T又有U—A之间的配对D.该基因翻译时所需tRNA与氨基酸的种类数不一定相等
答案 A解析 图中转录和翻译过程同时进行,发生在原核细胞中,A项错误;若合成一条肽链时脱去了100个水分子,则形成了100个肽键,每个肽键中含有1个氧原子,同时每条肽链至少含有1个游离的羧基,因此该条肽链中至少含有氧原子100+2=102(个),B项正确;RNA与DNA的杂交区域中碱基配对方式为A—T、U—A、C—G,C项正确;一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运,因此该基因翻译时所需tRNA与氨基酸的种类数不一定相等,D项正确。
3.某DNA分子共有1 200个碱基对,其中A+T占46%,其中一条链中G和T分别占22%和28%,则由该链转录的mRNA中G所占比例和其翻译产物中含氨基酸的数目最多分别是(　　)A.32%、400 B.32%、200 C.18%、200D.22%、400答案 A解析 已知DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的46%,根据碱基互补配对原则,A=T、C=G,所以A=T=23%,则C=G=27%。又已知其中一条链中G和T分别占22%和28%,即G1=22%,则在双链DNA分子中,G=(G1+G2)/2,则G2=32%,则由该链转录形成的mRNA中G的比例最多为32%。该DNA分子共有1 200个碱基对,则翻译产物中含氨基酸的数目最多为1 200÷3=400(个)。
4.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽,则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽最多需要的tRNA个数依次为(　　)A.33,11B.36,12C.12,36D.11,36答案 B解析 由题可知,该多肽有11个肽键,可推知此多肽应由12个氨基酸脱水缩合而成,对应mRNA上的碱基数目至少应为12×3=36 (个),对应DNA上的碱基数目至少为12×6=72 (个),而12个氨基酸最多需要12个tRNA来转运。
【情境探究】1.[模式图分析] 遗传信息的传递和表达下图是生物体内遗传信息的传递和表达过程,请分析并回答下列问题。(1)在人体健康细胞中发生的过程是　　　　　　。遵循碱基互补配对的过程是　　　　　　　　　　　。 提示 ①②③　①②③④⑤⑥
(2)①和②过程,碱基配对方式完全相同吗?任意一个人体细胞均能发生①和②过程吗?提示 不完全相同。①中是G—C,C—G,A—T,T—A;②中是G—C,C—G,A—U,T—A。高度分化的人体细胞不再进行细胞分裂,因此不能发生①过程(DNA复制)。(3)请写出HIV的遗传信息传递与表达的途径。提示
(4)为什么说生命是物质、能量和信息的统一体?提示 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,因此生命是物质、能量和信息的统一体。(5)为什么中心法则的遗传信息可以准确地流动?提示 因为有精确的模板并严格遵守碱基互补配对原则。
2.[建构模型]中心法则与基因表达的关系
【归纳提升】1.中心法则体现DNA的功能(1)对遗传信息的传递功能:通过DNA的复制完成,发生在亲代产生生殖细胞或细胞增殖的过程中。(2)对遗传信息的表达功能:通过转录和翻译完成,发生在个体生长发育过程中。
2.中心法则各过程的适用范围
【探究应用】1.(多选)下图中甲、乙、丙表示细胞内正在进行的新陈代谢过程。据图分析下列叙述合理的是(　　)
A.正常人体细胞内不会进行④⑥⑦过程B.①④⑥⑧⑩过程均需要核糖核苷酸作为原料C.①过程需要DNA聚合酶参与,③过程需要RNA聚合酶参与D.病毒体内不能单独进行图甲、乙或丙所代表的过程答案 AD解析 正常人体细胞内不会进行④⑥RNA复制以及⑦逆转录过程,A项正确;①和⑧均为转录,④和⑥均为RNA复制,⑩为DNA复制,转录与RNA复制的产物均为RNA,均需要核糖核苷酸作为原料,DNA复制的产物是DNA,需要脱氧核苷酸作为原料,B项错误;①转录过程需要RNA聚合酶参与,③DNA复制过程需要DNA聚合酶参与,C项错误;病毒营胞内寄生生活,不能独立进行新陈代谢,所以其体内不能单独进行图甲、乙或丙所代表的过程,D项正确。
2.下面是遗传信息流动的4种过程,对应的叙述正确的是(　　)
A.甲可表示成熟胰岛细胞内胰岛素合成过程中的遗传信息传递方向B.乙可表示RNA病毒在独立存在时遗传信息的传递方向C.丙可表示DNA病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向D.乙、丙、丁三幅图就已经涵盖了生物界信息传递的所有情况
答案 C解析 成熟胰岛细胞内胰岛素合成过程中的遗传信息传递包括转录和翻译,没有DNA复制过程,A项错误;病毒营寄生生活,其遗传信息的传递过程只能在宿主细胞内完成,B项错误;DNA病毒可在宿主细胞内繁殖,此时病毒的遗传信息传递包括其DNA复制、转录和翻译,C项正确;生物界除了遗传信息的传递外,还有其他信息的传递,如不同细胞间可以通过激素、神经递质等信息分子传递信息,还有生态系统的信息传递等,D项错误。
3.右图为模拟中心法则信息传递过程的实验研究装置,据图回答下列问题。(1)如果图示为模拟某种病毒的信息流动过程,装置加入的模板A为单链,其部分碱基序列为—GAACACGUC—,加入的原料B为脱氧核苷酸,则该过程所需的酶B为　　　　　　　　　,模拟的过程为　　　　　　　　　。 
(2)如果图示为模拟人体淋巴细胞的信息流动过程,装置加入的模板A为双链,其部分碱基序列为—GAACATGTT—,加入的原料B为　　　　　　　　　,若该过程所需的酶B为RNA聚合酶,模拟的过程为　　　　,该生理过程主要发生在该细胞的　　　　　　中。 
答案 (1)逆转录酶　逆转录　(2)(A、U、G、C)四种核糖核苷酸　转录　细胞核解析 (1)由模板的部分碱基序列“—GAACACGUC—”中含有U且为单链可知,该病毒为RNA病毒,题中模拟的是以RNA为模板,以脱氧核苷酸为原料合成DNA分子的过程,所以可确定该过程需要逆转录酶的参与,模拟的过程为逆转录。(2)由“模板A为双链”和“碱基序列为—GAACATGTT—”中含T等信息可知,模板A为双链DNA分子,在RNA聚合酶的催化作用下可以合成RNA,利用的原料为四种核糖核苷酸,模拟的过程为转录,主要发生在该细胞的细胞核中。