第3单元 第2章 第2节 基因的表达.docx

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第3单元第2章第2节基因的表达

第二节　基因的表达

1．描述遗传信息的转录和翻译过程。

（重难点）

2．理解遗传信息、密码子、反密码子的区别。

（重点）

3．说明中心法则的含义。

转录

1．基因的表达

基因表达是指基因通过转录和翻译而产生蛋白质，或转录后直接产生RNA的过程。

2．转录

在细胞核中，DNA分子首先解开双链，以其中的一条链为模板按照碱基互补配对原则合成RNA的过程称为转录。

3．场所：

主要在细胞核中进行。

其意义是使DNA中遗传信息传递到RNA中。

4．RNA的结构和种类

（1）RNA与DNA结构的比较

DNA

RNA

结构

双螺旋结构

通常呈单链

结构

基本单位

脱氧核糖核苷酸

核糖核苷酸

碱基

A、T、C、G

A、U、C、G

五碳糖

脱氧核糖

核糖

主要存在部位

细胞核

细胞质

（2）种类

5．转录的过程

[合作探讨]

探讨1：

现有一核酸片段，欲确定是DNA还是RNA，你能从哪些方面进行判断？

提示：

（1）根据五碳糖不同；

（2）根据含氮碱基不同。

探讨2：

下图是一小段DNA片段，①链是模板链，请写出其转录生成的RNA的碱基序列，并分析RNA的碱基序列与DNA两条链碱基序列的关系。

提示：

（1）

（2）生成的RNA的碱基序列与模板链互补，与非模板链碱基序列基本相同（除T和U外）。

探讨3：

转录的场所一定是细胞核吗？

产物一定是mRNA吗？

提示：

含有DNA的部分（细胞核、线粒体、叶绿体、拟核、质粒）均可转录，产物有mRNA、tRNA、rRNA等。

探讨4：

转录和复制都遵循碱基互补配对原则，碱基配对方式有何不同？

提示：

复制时A—T配对，转录时A—U配对。

[思维升华]

1．三种RNA的比较

类型

mRNA

tRNA

rRNA

空

间

结

构

三叶草形

功能

转录DNA上的遗传信息，是蛋白质合成的直接模板

一端以反密码子识别mRNA上的密码子，另一端携带一个特定的氨基酸进入核糖体

是核糖体的组成成分，参与蛋白质的合成

另外：

有的RNA还具有催化作用。

（2）病毒中RNA的功能：

是遗传物质，携带遗传信息，含有控制病毒蛋白质合成及性状表达的全套的基因，对宿主细胞具有感染能力。

2．转录的过程

（1）第1步（解旋）：

DNA的双螺旋结构打开，双链的碱基得以暴露。

（2）第2步（配对）：

以解开的DNA的一条链作为模板，按照碱基互补配对原则，将对应的核糖核苷酸与模板链上的碱基配对，两者以氢键连接。

（3）第3步（连接）：

在RNA聚合酶的作用下，将新结合的核糖核苷酸依次连接到正在合成的RNA分子上。

（4）第4步（释放）：

合成的RNA分子从模板链上释放，DNA恢复双螺旋结构。

3．DNA复制和转录的比较

项目

复制

转录

时间

细胞有丝分裂的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

解旋酶、DNA聚合酶和ATP

RNA聚合酶和ATP

特点

边解旋边复制，半保留复制

边解旋边转录，

转录后DNA仍恢

复原来的双链结构

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

1．关于DNA和RNA的叙述，正确的是（　　）

A．DNA有氢键，RNA没有氢键

B．一种病毒同时含有DNA和RNA

C．原核细胞中既有DNA，也有RNA

D．叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA

【解析】　本题主要考查DNA和RNA的相关知识。

DNA一般为双链结构，其碱基对间为氢键，RNA虽然一般为单链，但tRNA形成的“三叶草”结构中，也存在碱基配对现象，也存在氢键；DNA病毒只含DNA，RNA病毒只含RNA，一种病毒不可能同时含有DNA和RNA；原核细胞与真核细胞一样，既有DNA，也有RNA；叶绿体和线粒体均含有DNA和RNA，而核糖体只含有RNA。

【答案】　C

2．如图①②③是三种RNA的模式图，下列说法错误的是（　　）

【导学号：

73730061】

A．①可以携带遗传信息

B．②可与①发生碱基互补配对

C．终止密码子对应的②不携带氨基酸

D．翻译过程需要①②③的参与

【解析】　图中①②③依次为mRNA、tRNA、rRNA，mRNA可以密码子的形式携带DNA上的遗传信息，翻译过程中tRNA和mRNA上的碱基互补配对，终止密码子没有对应的tRNA。

翻译过程中mRNA为模板，tRNA为运载氨基酸的工具，rRNA参与构成核糖体。

【答案】　C

翻译

1．概念：

在细胞质中以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程称为翻译。

2．翻译场所：

细胞质中进行。

密码子：

mRNA上决定一个特定氨基酸的碱基三联体。

反密码子：

转运RNA上能与密码子配对的三个相邻的碱基叫做一个反密码子。

3．过程

起始：

mRNA与核糖体结合。

运输：

tRNA携带氨基酸置于特定位置。

延伸：

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

（一个mRNA可以结合多个核糖体）

　终止：

当核糖体到达mRNA上的终止密码子时，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空间结构和功能的蛋白质。

4．中心法则及其发展

（1）要点：

遗传信息只能由DNA传递到DNA，或由DNA传递到RNA，然后决定蛋白质的特异性。

（2）补充

①研究对象：

RNA病毒。

②内容：

RNA在宿主体内可以进行自我复制，也能以RNA为模板来合成DNA。

（3）完善后的中心法则示意图

[合作探讨]

探讨1：

所有的密码子和反密码子都是一一对应的关系吗？

提示：

不是。

密码子共有64种，其中3个终止密码子不决定氨基酸，没有反密码子与之相对应。

探讨2：

若指导蛋白质合成的基因中某一碱基发生改变，其控制合成的氨基酸是否一定发生改变？

为什么？

提示：

不一定。

因为一种氨基酸可对应一种或多种密码子。

探讨3：

根据每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，能否判定tRNA与氨基酸之间是一一对应关系？

并分析原因。

提示：

不能。

虽然一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，但一种氨基酸可能被多种tRNA转运。

探讨4：

一个mRNA可结合多个核糖体，每个核糖体只合成多肽链中的一段，还是独立合成一条完整的多肽链？

提示：

每个核糖体合成一条完整的多肽链。

探讨5：

烟草花叶病毒的遗传信息传递场所是什么？

提示：

病毒的遗传信息传递过程应在其寄主细胞中进行，故烟草花叶病毒的相关过程应在烟草细胞中进行。

[思维升华]

1．转录与翻译的不同点比较

比较项目

转录

翻译

场所

细胞核

细胞质

原料

核糖核苷酸

氨基酸

碱基配

对原则

DNAmRNA

A——U

T——A

C——G

G——C

mRNAtRNA

A——U

U——A

C——G

G——C

信息传递

DNA→mRNA

mRNA→蛋白质

时间

生物生长发育的过程中

产物

mRNA

有一定氨基酸排

列顺序的蛋白质

2.列表比较法理解遗传信息、密码子与反密码子

3.辨析氨基酸与密码子、反密码子的数量关系

（1）每种氨基酸对应一种或几种密码子（密码子简并性）可由一种或几种tRNA转运。

（2）一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。

（3）密码子有64种（3种终止密码子，61种决定氨基酸的密码子）；反密码子理论上有61种。

（4）在不考虑非编码区、内含子和终止密码子的条件下，转录、翻译过程中DNA（基因）碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数＝6∶3∶1，参考图解如下：

密码子的两大特性

（1）简并性：

a.当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。

b.当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可保证翻译的速度。

（2）通用性：

说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。

4．不同生物体内的遗传信息传递规律

（1）以DNA为遗传物质的生物的遗传信息传递

（2）以RNA为遗传物质的生物的遗传信息传递

①RNA复制病毒

②RNA逆转录病毒

三看法剖析“中心法则”

1．下列关于遗传密码子的叙述中，错误的是（　　）

A．一种氨基酸可能有几种与之相对应的遗传密码

B．GTA肯定不是遗传密码子

C．每种密码子都有与之对应的氨基酸

D．信使RNA上的GCA在人细胞中和小麦细胞中决定的是同一种氨基酸

【解析】　密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，RNA分子中不含有碱基T。

由于mRNA上的四种碱基组合成的遗传密码子有64种，氨基酸只有20种，所以一种氨基酸可能有多种遗传密码子，遗传密码子在生物体中都是一样的。

因为密码子有UAA终止密码，终止密码没有对应的氨基酸。

【答案】　C

2．引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒（HIV）是一种逆转录病毒。

下列正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”示意图是（　　）

A.

B.

C.

D.

【解析】　HIV是以RNA为遗传物质的病毒，能控制宿主细胞合成逆转录酶，以RNA为模板逆转录成DNA，该DNA又和人体细胞核内的DNA整合在一起，整合后的HIVDNA分子在人体细胞又可以复制，还可以转录出RNA，以RNA为模板翻译成病毒的蛋白质。

该DNA转录而来的RNA可作为HIV的遗传物质。

该病毒无法控制宿主细胞合成RNA复制酶，故HIV的RNA不能复制，所以A、B、C错误。

【答案】　D

1．下图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段（其中○代表磷酸基团），下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是（　　）

A．甲说：

该图没有什么物质和结构上的错误

B．乙说：

该图有一处错误，就是U应改为T

C．丙说：

该图中核糖应改为脱氧核糖

D．丁说：

如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的

【解析】　该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误：

五碳糖应为脱氧核糖；碱基不能含尿嘧啶（U）；磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。

【答案】　C

2．下图所示为真核细胞蛋白质合成过程中必需的两种物质（甲、乙），下列有关叙述中正确的是（　　）

【导学号：

73730062】

A．遗传信息储存甲上

B．乙由三个碱基组成

C．甲的合成需要RNA聚合酶的参与

D．乙可以转运多种氨基酸

【解析】　甲为mRNA，乙为tRNA，真核生物遗传信息存在于DNA中，A错。

乙由多个碱基构成，B错。

甲的合成称为转录，需RNA聚合酶的催化，C对。

一种tRNA只识别并转运一种氨基酸，D错。

【答案】　C

3．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

【解析】　在DNA分子的复制过程中，DNA分子需要先经过解旋，即DNA双链解开，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中DNA的复制会发生障碍，A项正确。

DNA分子转录产生RNA的过程中，DNA分子也需要在RNA聚合酶作用下先将双链解开，再以DNA的一条链为模板进行转录，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中的RNA转录会发生障碍，B项正确。

因DNA复制发生在细胞分裂间期，故该物质阻断的是分裂间期DNA分子的复制过程，从而将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。

癌细胞的增殖方式是有丝分裂，其分裂过程中可发生DNA复制和转录，加入该物质会阻碍这两个过程，从而抑制癌细胞的增殖，D项正确。

【答案】　C

4．下图为蛋白质合成的一个过程，据图分析并回答问题：

氨基酸

丙氨酸

苏氨酸

精氨酸

色氨酸

密码子

GCA

ACU

CGU

UGG

GCG

ACC

CGC

GCC

ACA

CGA

GCU

ACG

CGG

（1）图示属于蛋白质合成过程中的________步骤，该过程的模板是[　　]________。

（2）由图中信息可推知DNA模板链上对应的碱基序列为________。

（3）根据图并参考上表分析：

[1]________上携带的氨基酸是________，这个氨基酸与前接的氨基酸是通过________反应连接在一起的。

【解析】　图示过程为翻译，以mRNA链为模板，按碱基互补配对原则进行的。

【答案】　

（1）翻译　3　mRNA　

（2）ACCCGATTTGGC　（3）tRNA　丙氨酸　脱水缩合