学年高中生物第章遗传信息的复制与表达遗传信息的表达Ⅰ教学案.docx
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学年高中生物第章遗传信息的复制与表达遗传信息的表达Ⅰ教学案
第9课时 遗传信息的表达（Ⅰ）
[目标导读] 1.阅读教材P36内容，概述基因表达的含义并说出RNA的作用。
2.结合教材图3－4，理解转录的过程及特点。
3.分析教材图3－5，了解转录后加工的过程。
[重难点击] 转录的过程及特点。
一 DNA的信使——RNA
1．基因表达的含义
阅读教材P36内容，结合材料，归纳基因表达的含义。
材料 DNA分子蕴藏了大量的遗传信息，DNA分子上碱基排列顺序的不同，决定了基因功能的差异，进而影响了蛋白质的结构和功能。
上述材料说明基因决定了蛋白质的生物合成，生物体的性状由蛋白质的生物活性体现出来，遗传学上把这一过程称为遗传信息的表达或基因表达。
2．DNA的信使——RNA
（1）根据所学知识完成DNA和RNA化学组成及空间结构的比较
比较项目
DNA
RNA
化
学
组
成
基本组
成单位
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
碱基
A、G、C、T
A、G、C、U
五碳糖
脱氧核糖
核糖
无机酸
磷酸
磷酸
空间结构
规则的双螺旋结构
通常呈单链结构
①构成人体内核酸（DNA和RNA都有）的碱基共有5种，核苷酸共有8种，病毒体内（只有DNA或RNA）的碱基共有4种，核苷酸共有4种。
②DNA中的脱氧核糖核苷酸的排列顺序贮存了大量的遗传信息，RNA中是否也贮存遗传信息？
答案 凡是具有细胞结构的生物，其遗传信息贮存在DNA分子中，RNA没有贮存遗传信息的功能。
HIV、SARS等部分病毒体内不含DNA，其遗传信息贮存在RNA中。
（2）阅读教材，结合材料，归纳信使RNA的知识。
图示表明，贮存在DNA分子上的遗传信息，可以像磁带转录那样转录到RNA分子上。
这时的RNA起到了一个接受遗传信息和传递遗传信息的作用，称为信使RNA（mRNA）。
在细胞核内转录好的mRNA从核孔中游离出来，到达细胞质的核糖体上，参与蛋白质的合成。
（3）通过上面的学习思考：
为什么RNA适于作DNA的信使呢？
答案 ①RNA中的核糖核苷酸具有多种多样的排列顺序，可以携带遗传信息。
②RNA与DNA一样，也遵循碱基互补配对原则。
③RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。
归纳提炼
DNA与RNA的判定方法
（1）根据五碳糖判断
（2）根据碱基判断
活学活用
1．经测定，甲、乙、丙3种生物的核酸中碱基之比如下表，这3种生物的核酸分别为：
________、________、________。
A
G
C
T
U
甲
60
40
60
40
乙
30
20
20
30
丙
41
23
44
28
问题导析
（1）甲乙中含有碱基T，因此为DNA；在甲中A与T不相等，G与C不相等，因此甲只能为单链DNA。
（2）丙中含有碱基U，因此为RNA。
答案 单链DNA 双链DNA RNA
解析 根据碱基种类判断，甲、乙是DNA，丙是RNA，再根据碱基比例判定甲是单链DNA，乙是双链DNA。
二 遗传信息的转录
阅读教材P37内容，根据下图，试分析遗传信息的转录过程。
1．概念：
遗传学上把由DNA合成RNA的过程称为遗传信息的转录。
2．场所：
主要在细胞核中，在线粒体、叶绿体中也能发生。
3．条件
（1）模板：
DNA的一条链。
（2）酶：
RNA聚合酶，催化核糖核苷酸聚合为RNA。
（3）原料：
游离的核糖核苷酸。
（4）能量：
ATP。
（5）产物：
RNA。
4．过程
（1）解旋：
RNA聚合酶结合在DNA模板区域的上游，即启动子部位，随着RNA聚合酶的移动，该部位的DNA双螺旋解开成为单链。
（2）合成：
以一条DNA链为模板，按照碱基互补配对原则，利用细胞核内游离的核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下合成一条RNA链。
作为模板的DNA链被称为非编码链；与模板链互补的DNA链被称为编码链。
（3）释放：
合成的RNA链逐渐被甩出，解旋的两条DNA单链很快又结合在一起，恢复为原来的双螺旋结构。
小贴士 启动子位于DNA片段基因的上游，其中的碱基序列虽然不编码蛋白质，但是对于遗传信息的表达具有调控作用。
如果RNA聚合酶无法与启动子结合，则转录不能进行。
转录不是以DNA的一整条链为模板进行的，实际上转录是以基因为单位进行的，准确地说是以DNA中的某一片段为单位进行转录的。
同一DNA分子上的不同基因转录时的模板链可能不同。
归纳提炼
DNA复制和转录的比较
复制
转录
时间
细胞分裂间期
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
四种脱氧核糖核苷酸
四种核糖核苷酸
模板
DNA的两条链
DNA中的一条链
条件
解旋酶、DNA聚合酶和ATP
RNA聚合酶和ATP
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RNA
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
活学活用
2．如图表示转录的过程，则此段中含有多少种核苷酸（ ）
A．5B．6C．8D．4
问题导析
（1）DNA链中含有4种脱氧核糖核苷酸，RNA中含有4种核糖核苷酸。
（2）DNA中的A、G、C与RNA中的A、G、C表示的核苷酸是不同（相同、不同）的。
答案 B
解析 DNA和RNA中所含有的核苷酸种类不同。
由图可知DNA链上含有3种脱氧核糖核苷酸，RNA链上含有3种核糖核苷酸，故此段图示中共含有6种核苷酸。
三 转录的终止及转录后加工
1．转录的终止
转录终止序列的类型：
（1）依赖于蛋白质的终止序列：
主要是利用蛋白质的水解释放的能量，把新生的RNA链释放出来。
（2）不依赖于蛋白质的终止序列：
是由合成的RNA链的结构决定的，这段RNA序列富含G—C，且可以形成发夹结构。
在发夹结构的下游，新生的RNA链末端有一连串的U，此处转录的模板与RNA之间形成很多A—U碱基对，由于A－U之间的氢键是最不稳定的，因此RNA链被释放出来。
2．转录后RNA的加工
（1）有关概念
①外显子：
是指DNA分子中编码氨基酸的序列。
②内含子：
是指DNA分子中不编码氨基酸的序列。
③新合成的RNA分子中既有内含子又有外显子。
通常这样的RNA称为前体信使RNA，它的序列与作为模板的DNA序列完全互补。
（2）加工过程
前体信使RNA的内含子在RNA自身的催化作用下被切除掉，外显子连接在一起，形成信使RNA。
小贴士 1前体信使RNA的长度大于mRNA，因为在形成mRNA时内含子部分被切除。
2只有外显子部分的碱基序列才能编码蛋白质。
3如果用加工后的mRNA与转录的模板链杂交，会形成一些没有配对的环状结构，这些就是转录模板中的内含子部分。
4只有真核细胞的DNA具有外显子和内含子，原核细胞DNA中无外显子和内含子之分。
归纳提纳
转录产物RNA的类型及比较
项目
信使RNA
（mRNA）
转运RNA
（tRNA）
核糖体RNA
（rRNA）
图像
特点
带有从DNA链上转录下来的遗传信息
一端能与氨基酸结合，另一端有三个碱基，与信使RNA的碱基互补配对
由核仁组织区的DNA转录而成，是核糖体的组成物质
功能
携带着特定碱基序列的信息，在蛋白质合成中起着模板作用
转运特定的氨基酸，识别信使RNA上的遗传密码，在蛋白质合成中作为转运氨基酸的载体
与核糖体蛋白质结合在一起，形成核糖体
结构
单链结构
类似于三叶草的叶形
单链结构
活学活用
3．信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序是由下列哪项决定的（ ）
A．转运RNA中核糖核苷酸的排列顺序
B．蛋白质分子中氨基酸的排列顺序
C．核糖体RNA中核糖核苷酸的排列顺序
D．DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序
答案 D
解析 信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序是由DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序决定的。
当堂检测
1．由DNA分子蕴藏的信息所支配合成的RNA在完全水解后，得到的化学物质是（ ）
A．氨基酸、葡萄糖、碱基B．氨基酸、核苷酸、葡萄糖
C．核糖、碱基、磷酸D．脱氧核糖、碱基、磷酸
答案 C
解析 DNA的基本结构单位脱氧核糖核苷酸是由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基组成的，RNA的基本结构单位核糖核苷酸是由核糖、磷酸和含氮碱基组成的，它们是核酸水解后形成的最小分子。
2．下列哪项是DNA复制和遗传信息的转录过程中完全相同的地方（ ）
A．解旋B．碱基配对的原则
C．模板链D．核苷酸
答案 A
解析 DNA的复制和转录过程中都有解旋现象。
3．下列有关DNA和RNA的叙述中，正确的是（ ）
A．DNA和RNA是同一物质在不同时期的两种形态
B．DNA和RNA的基本组成单位是一样的
C．AGCTGA既可能是DNA的碱基序列，也可能是RNA的碱基序列
D．mRNA上的碱基序列取决于DNA的碱基序列
答案 D
解析 DNA和RNA是不同的物质，两者的基本组成单位不同，分别是脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸，DNA特有的碱基是T（胸腺嘧啶），RNA中不含T。
mRNA是以DNA为模板转录来的，mRNA上的碱基序列取决于DNA的碱基序列。
4．有3个核酸分子，经分析有5种碱基，8种核苷酸，4条多核苷酸长链，它的组成是（ ）
A．1个RNA,2个DNA B．3个DNA
C．1个DNA,2个RNA D．3个RNA
答案 C
解析 因为DNA和RNA共含有5种碱基，8种核苷酸，且1个DNA分子含有2条多核苷酸链，而1个RNA分子只含1条多核苷酸链，满足条件的只有C项。
5.如图为真核细胞基因表达的第一阶段，请回答问题。
（1）该阶段叫做________。
可以在细胞的__________________中发生和完成。
（2）图中2和5的核苷酸的名称分别是__________________和________________________。
（3）若在a链上形成e链时，a链的碱基比例为A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则e链中碱基的比例是________________________________。
答案
（1）转录 细胞核、线粒体、叶绿体
（2）尿嘧啶核糖核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
（3）A∶U∶G∶C＝2∶1∶4∶3
解析 由图示可看出组成DNA分子的两条链局部解开螺旋，并以其中一条链为模板，合成另一条链，此过程为转录过程，e链为新合成的mRNA。
该过程发生在真核细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中。
转录过程中A与U配对，T与A配对，G与C、C与G配对。
课时作业
基础过关
知识点一 DNA的信使——RNA
1．关于RNA和DNA的区别，下列说法错误的是（ ）
A．DNA是规则的双螺旋结构，而RNA是单链
B．DNA中的五碳糖是核糖，RNA中的五碳糖是脱氧核糖
C．DNA特有的碱基是T，而RNA特有的碱基是U
D．DNA中的嘧啶和嘌呤相等，但RNA中不一定
答案 B
解析 DNA中的五碳糖是脱氧核糖，RNA中的五碳糖是核糖。
2．在人体中由A、T、C三种碱基参与构成的核苷酸共有（ ）
A．2种B．4种
C．5种D．8种
答案 C
解析 碱基A可形成核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两种，碱基C也可以形成两种核苷酸，T只能形成脱氧核糖核苷酸。
所以A、T、C共可参与构成5种核苷酸。
3．下列关于RNA的叙述，错误的是（ ）
A．有些生物中的RNA具有催化功能
B．转运RNA上的碱基只有三个
C．mRNA与tRNA在核糖体上发生配对
D．RNA也可以作为某些生物的遗传物质
答案 B
解析 tRNA是运载氨基酸的工具，是RNA中的一种，与其他种类RNA一样，是单链结构，属于生物大分子，并非只有三个碱基，tRNA在某些部分配对并扭曲成双螺旋状，它的平面形状如三叶草的叶形，其中有三个碱基与mRNA上的密码子配对，称为反密码子。
知识点二 遗传信息的转录
4．下图表示真核细胞某基因的转录过程。
有关叙述错误的是（ ）
A．转录结束后①和②重新形成双螺旋结构
B．③不一定是mRNA
C．④是游离的脱氧核糖核苷酸
D．该过程中存在T与A的碱基配对方式
答案 C
解析 转录结束后①和②重新形成双螺旋结构，故A正确；转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA等，故B正确；④是形成RNA的原料，是游离的核糖核苷酸，故C错误；该过程中DNA中的T可以与RNA中的A配对，故D正确。
5．如图为细胞核中某真核细胞基因进行转录过程的部分示意图，相关叙述正确的是（ ）
A．图中有5种碱基8种核苷酸
B．该过程需要DNA聚合酶催化
C．若图中转录的基因含300个碱基对，则其指导合成的RNA至少含150个核苷酸
D．图中②、③的化学本质相同
答案 A
解析 转录过程是以DNA为模板合成mRNA的过程，该过程需要RNA聚合酶的催化，无需DNA聚合酶；该图中共有4种脱氧核糖核苷酸和4种核糖核苷酸。
若转录的基因中含有300个碱基对，则mRNA中碱基数为300个。
图中②为脱氧核糖，③为核糖。
6．甲、乙图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，乙在细胞质基质中进行
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
答案 D
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，在一个细胞周期中，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，在一个细胞周期中，乙可起始多次；DNA复制和转录均需解旋酶。
7．分别标记U和T的培养基培养蚕豆根尖分生区细胞，观察其有丝分裂周期为20小时，根据这两种碱基被细胞利用的速率，绘制成的曲线如图所示。
下列对此结果的分析中，不正确的是（ ）
A．b点时刻，细胞正大量合成RNA
B．d点时刻，细胞中DNA含量达到最大值
C．处于a～c阶段的细胞数目较多
D．c～e阶段，细胞内正在进行DNA的复制
答案 B
解析 U是构成RNA的碱基，大量利用U的时候是大量合成RNA的过程；T是构成DNA的碱基，大量利用T的时候是大量合成DNA的过程，图中ce段利用T，正在合成DNA，d点合成DNA最多，但不是DNA含量最多的点。
知识点三 转录的终止及转录后加工
8．真核生物编码蛋白质的基因经转录产生有功能的成熟的信使RNA的过程是（ ）
A．转录后直接产生信使RNA
B．将内含子转录部分剪掉，外显子转录部分拼接而成
C．将外显子转录部分剪掉，内含子转录部分拼接而成
D．A、B、C三种情况都有
答案 B
能力提升
9．关于基因控制蛋白质合成的过程，下列叙述正确的是（ ）
A．一个含n个碱基的DNA分子，转录的mRNA分子的碱基数是n/2个
B．细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率
C．DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上
D．在细胞周期中，mRNA的种类和含量均不断发生变化
答案 D
解析 A项，一个DNA分子上有许多基因，这些基因不会同时转录，所以转录的mRNA分子的碱基数小于n/2个。
B项，转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。
C项，DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点都在DNA上。
D项，在细胞周期中，由于各个时期表达的基因不同，因此转录产生的mRNA的种类和含量均不断发生变化。
如分裂间期的G1期和G2期，mRNA的种类和含量有所不同，在分裂期mRNA的含量减少。
10．某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。
若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是（ ）
A．随后细胞中的DNA复制发生障碍
B．随后细胞中的RNA转录发生障碍
C．该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D．可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
答案 C
解析 某物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能打开，说明该物质会阻碍DNA分子的解旋，因此会阻碍DNA分子的复制、转录和抑制细胞增殖，A、B、D三项均正确；因DNA分子的复制发生在间期，所以该物质可将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。
11．在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的（ ）
A．24% 22%B．22% 28%
C．26% 24%D．23% 27%
答案 A
解析 由碱基互补配对原则及题干分析知，在DNA分子中，一条链上的鸟嘌呤G和胸腺嘧啶T分别占该核苷酸链碱基的22%和28%，那么，由该链转录出来的信使RNA中的鸟嘌呤G等于该链中的胞嘧啶，即（1－54%）－22%＝24%，胞嘧啶等于该链的鸟嘌呤，即22%。
12．下图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法不正确的是（ ）
A．该过程共涉及5种核苷酸
B．在不同组织细胞中该过程的产物有差异
C．该过程需要RNA聚合酶
D．该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗
答案 A
解析 图示过程是人体细胞核中发生的转录过程，DNA单链中涉及4种脱氧核糖核苷酸，转录产生的RNA中含4种核糖核苷酸，故该过程涉及8种核苷酸，不同组织细胞表达的基因具有选择性，故转录产生的mRNA有差异。
13．已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G共有12个，转录该段mRNA的DNA分子模板链中应有A和G的个数是（ ）
A．12B．24
C．18D．30
答案 C
解析 根据下图可解答：
由于DNA模板链与mRNA互补，所以DNA模板链上A和G的个数等于mRNA中C与U的个数。
14．如图表示真核生物体内DNA传递遗传信息的某过程，请据图回答：
（1）图示两种物质的组成元素有______________________________________________。
（2）该图所示的是遗传信息传递的________过程，该过程发生的主要场所是____________。
（3）物质③是以DNA的哪一条链为模板形成的？
____。
试写出③的碱基序列________________________________________________________________________。
（4）组成物质③的基本单位是____________________，它有________种。
（5）如果③中A占26%，U占28%，那么，相应的DNA片段中，T占________，C占________。
答案
（1）C、H、O、N、P
（2）转录 细胞核
（3）① CAUGCA （4）核糖核苷酸 4 （5）27% 23%
解析 在真核生物体内以DNA分子的一条链为模板控制合成mRNA的过程称为转录，主要在细胞核内进行。
③是以①为模板转录来的，若③中A＝26%，U＝28%，A＋U＝54%，则相应的DNA分子片段中A＋T＝54%，G＋C＝46%，故A＝T＝27%，G＝C＝23%。
15．如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：
（1）在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。
（2）b与c在结构组成上相同的化学基团为____________________，不同的基团为________________。
（3）a为启动上述过程必需的有机物，其名称为______________，化学本质是________。
（4）在根尖细胞中，上述过程发生在________和__________中，若在叶肉细胞中，还可出现在________中。
答案
（1）←
（2）磷酸基、碱基 五碳糖（b为脱氧核糖，c为核糖） （3）RNA聚合酶 蛋白质 （4）细胞核 线粒体 叶绿体
解析
（1）DNA转录时，已转录好的RNA片段与模板链迅速分离，从核孔进入细胞质中与核糖体结合，开始翻译，而细胞核中继续边解旋边转录，已转录过的模板链与编码链重新恢复双螺旋，所以从图中可知d是已与模板链分离的RNA片段，因此转录方向应向左；
（2）b是DNA上的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，c是RNA上的胞嘧啶核糖核苷酸，两者相同的成分是磷酸基、碱基；不同的成分是五碳糖，前者为脱氧核糖，后者为核糖；（3）转录的启动需要RNA聚合酶，其化学本质是蛋白质；（4）根尖细胞中只有细胞核与线粒体中发生转录，而叶肉细胞中还有叶绿体。
个性拓展
16．为了探究DNA的转录过程，有人在实验室中进行了如下模拟实验，请分析回答相关问题：
实验：
将从大肠杆菌中提取的RNA聚合酶加入含有足量的四种核糖核苷酸的试管中，并将试管放在适宜温度条件下培养，一段时间后，测定其中的RNA含量。
（1）该实验中能否检测出RNA？
__________________，原因是______________________
___________________________________________________________________________。
（2）人们通过研究发现，有些抗生素能阻断细菌细胞内蛋白质的合成，从而抑制细菌的繁殖。
现发现一种新型抗生素，请你根据上述模拟实验的方法，探究这种抗生素能否阻断细菌和人体DNA的转录过程。
实验步骤：
第一步：
取A、B、C、D4支试管，各加入足量的ATP、4种核糖核苷酸、相关的酶。
第二步：
____________________________________________________________________。
第三步：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
预期实验结果并得出实验结论：
该实验有可能会出现________________种实验结果，如果出现___________________
_________________________________________________________________________，
则说明该抗生素只阻断细菌DNA的转录，不阻断人体DNA的转录。
答案
（1）不能 缺乏DNA模板和ATP（能量）
（2）实验步骤：
第二步：
向A试管中滴加适量的一定浓度的抗生素水溶液，B试管中滴加等量的蒸馏水，同时向A、B试管中加入等量且相同的细菌DNA；向C试管中滴加适量的一定浓度的抗生素水溶液，D试管中滴加等量的蒸馏水，同时向C、D试管中加入等量且相同的人体DNA
第三步：
把A、B、C、D4支试管放在相同且适宜的条件下培养，一段时间后检测4支试管中有无RNA的生成
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