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【优化指导】高中生物总复习 第3单元 第3讲基因的表达课件 新人教版必修2


第三讲

基因的表达

一、基因指导蛋白质的合成

1.RNA 的结构与分类 (1)基本单位: ① 磷酸 ;② 核糖 ;③碱基: A、U、G、C 。 (2)结构:一般是 单链 ,比 DNA 短。有的存在局部

碱基配对现象,从而具有局部双链和局部环状结构。 (3)分布:在 细胞核 内合成,通过 核孔

进入细胞质。

(4)分类 ①mRNA→将遗传信息从 细胞核内 传递到细胞质中。

②tRNA→ 转运氨基酸 ,识别密码子。
③rRNA→ 核糖体 的组成成分。 2.转录 (1)概念:在细胞核中,以 RNA的过程。 (2)过程:DNA解旋 氢键 →原料与DNA碱基互补并通过 从DNA链上释 DNA的一条链 为模板合成

RNA 结合→RNA新链的延伸→合成的

放→DNA复旋。

3.翻译 (1)概念:游离在细胞质中的 各种氨基酸 ,以 mRNA为模 板合成具有一定氨基酸顺序的 蛋白质


(2)过程:mRNA进入细胞质与 核糖体 结合一氨基酸按 位点依次相连→读取到 终止密码子 ,肽链合成结束。 (3) 密 码 子 : 在 mRNA 上 决 定 1 个 氨 基 酸



3个相邻的碱基 。共有 64 种,2种起始密码子决定氨 基酸, 3种终止密码子 不决定氨基酸,所以共有61种决定氨
基酸的密码子。

(4)tRNA:三叶草形状,其一端是携带 氨基酸 的部位, 另一端有3个碱基可以与mRNA上的 密码子配对,称 为 反密码子 。共有61种。

1.DNA复制、转录和翻译的比较 (1)三者的比较
比较 项目 概念 DNA复制 以亲代DNA为模板,合 成子代DNA的过程 主要在细胞核中 有丝分裂间期、减数第 一次分裂间期 转录 以DNA双链中 的一条链为模 板,合成 mRNA的过程 主要在细胞核 中 生长发育的连 续过程中 翻译 以mRNA为模板 ,合成具有一定 氨基酸顺序的蛋 白质的过程 核糖体 生长发育的连续 过程中

场所 时间

比较项目
模板 原料

DNA复制
DNA的每一条链 4种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶 、DNA连接酶等

转录
DNA的一条链 4种核糖核苷酸 解旋酶、RNA聚 合酶等 均为ATP

翻译
mRNA 约20种氨基酸


能量

特定的酶

条件
碱基 互补 配对 原则

模板、原料、酶、能量、适宜的温度和 pH等

模板、原料、酶、 能量、适宜的温度 和pH、tRNA、核 糖体等

G→C,C→G A→T,T→A

G→C,C→G A→U,T→A

G→C,C→G A→U,U→A

比较项目
工具 产物 产物去向

DNA复制 —
子代DNA分子

转录 —
mRNA

翻译
tRNA 蛋白质(多肽)、水 留在细胞中,构 成细胞的结构蛋 白和功能蛋白 快速,一个 mRNA可以相继 结合多个核糖体 ,同时合成多条 肽链 DNA的遗传信息 由mRNA传递给 蛋白质

离开细胞核,进入 传递到子细胞中 细胞质,最终分解 成单个核苷酸 边解旋边复制, 边解旋边转录 半保留复制

特点

意义

将遗传信息由亲 代传递给子代, DNA把遗传信息传 从而保持了遗传 递给RNA 信息的连续性

(2)联系

【特别提醒】(1)对细胞结构生物而言,DNA复制发生于 细胞分裂过程中,而转录和翻译则发生于细胞分裂、分化等 过程。

(2)DNA中含有T而无U,而RNA中含有U无T,因此可通
过放射性同位素标记T或U研究DNA复制或转录过程。

2.遗传信息、密码子和反密码子的比较 (1)比较

比较 项目

遗传信息

密码子

反密码子 tRNA上的可 以与mRNA上 的密码子互补 配对的3个碱 基

mRNA上决定 DNA上碱基 一个氨基酸或 概念 对或脱氧核苷 提供转录终止 酸的排列顺序 信号的3个相 邻的碱基

比较 项目

遗传信息

密码子

反密码子 61种 识别并搬运由 mRNA决定的特 定的氨基酸 一种tRNA只能 识别和转运一种 氨基酸,而一种 氨基酸可以由一 种或几种相对应 的tRNA转运

4n种(n为碱基 64种,其中决定氨基 种类 对的数目) 酸的密码子有61种 间接决定蛋 白质中氨基 作用 酸的排列顺 序

直接控制蛋白质中氨 基酸的排列顺序

相关 具有多样性 特性 和特异性

一种密码子只能决定 一种氨基酸,而一种 氨基酸可能有一种或 几种相对应的密码子

(2)联系 ①遗传信息是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。

②mRNA的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列
顺序,反密码子则起到搬运氨基酸的作用。

(3)对应关系

【特别提醒】密码子、tRNA与氨基酸的数量对应关系为: 一种氨基酸可有多种密码子,可由多种tRNA来运输,而一种 密码子只决定一种氨基酸,一种tRNA只运输一种氨基酸。

1.如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA代表氨 基酸),下列叙述正确的是( )

A.能给该过程提供遗传信息的只能是DNA B.该过程合成的产物一定是酶或激素 C.有多少个密码子就有多少个反密码子与之对应

D.该过程中有水产生

解析:翻译的直接模板是mRNA而不是DNA,A项不对; 翻译的产物是多肽,经过加工后形成蛋白质,而酶与激素不 都是蛋白质,B项不对;终止密码子不与氨基酸对应,所以 没有与终止密码子对应的反密码子,C项也不对;氨基酸脱

水缩合形成多肽,D项正确。
答案:D

3.基因指导蛋白质合成有关计算 (1)转录时,以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对 原则,产生一条单链mRNA,则转录产生的mRNA分子中碱

基数目是DNA分子中碱基数目的一半,且模板链中A+T(或
C+G)与mRNA分子中U+A(或C+G)相等。

(2)翻译过程中,mRNA中每3个相邻碱基决定1个氨基酸, 所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基 数目的1/3,是双链DNA碱基数目的1/6。

(3)蛋白质的有关计算 ①蛋白质中氨基酸的数目=肽键数+肽链数。(肽键数= 失去的水分子数)

②蛋白质平均相对分子质量=氨基酸的平均相对分子质
量×氨基酸数-(肽键数×18)。

③若基因中有 n 个碱基, 氨基酸的平均相对分子质量为 n n a, 合成含 m 条多肽链的蛋白质的相对分子质量= · a-18( 6 6 n n -m),若改为 n 个碱基对,则公式为 · a-18( -m)。 3 3

【特别提醒】解题时应看清是DNA上(或基因中)的碱基 对数还是个数,是mRNA上的密码子的个数还是碱基个数, 是合成蛋白质中氨基酸的个数还是种类。

2.一段原核生物的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 段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基数至少 依次为( A.33 ) 11 66 B.36 12 72

C.12

36

72

D.11

36

66

解析:一条含有11个肽键的多肽,则含有12个氨基酸。 mRNA中三个碱基决定一个氨基酸;一个氨基酸至少有一种 转运RNA来转运。因此,mRNA中至少含有36个碱基,12个

转运RNA,DNA中至少72个碱基。
答案:B

二、基因与性状的关系

1.中心法则

①DNA的复制 ④ RNA的复制

② 转录

③翻译


⑤ RNA逆转录

2.基因控制性状 (1)基因通过 控制酶的合成 来控制代谢过程,进而控制生

物体的性状,如白化病。
(2)基因还能通过控制 蛋白质的结构 直接控制生物体的性 状,如囊性纤维病。

中心法则的理解与分析 1.内容图解

图解表示出遗传信息的传递有5个过程。 (1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递

(2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递

【特别提醒】(1)逆转录需要逆转录酶,该酶在基因工程 中常用以催化合成目的基因。 (2)中心法则的5个过程都遵循碱基互补配对原则。

2.中心法则与基因表达的关系

【特别提醒】(1)DNA复制、转录和翻译是所有细胞结构 的生物所遵循的法则。

(2)逆转录只发生在被某些RNA病毒寄生的细胞中。

3.如图所示的过程,下列说法错误的是(

)

A.正常情况下,③④⑥在动植物细胞中都不可能发生
B.①③过程的产物相同,催化的酶也相同

C.真核细胞中,①②进行的场所有细胞核、线粒体、
叶绿体;⑤进行的场所为核糖体 D.①②⑤所需的原料分别为脱氧核苷酸、核糖核苷酸、 氨基酸

解析:图中③是逆转录过程,除需DNA聚合酶外,还需 要特定的逆转录酶。 答案:B

3.基因与性状的对应关系 (1)一般而言,一个基因只决定一种性状。 (2)生物体的一个性状有时受多个基因的影响,如玉米叶 绿素的形成至少与50多个不同基因有关。

(3)有些基因则会影响多种性状,如决定豌豆开红花的基
因也决定结灰色的种子。

【特别提醒】(1)生物的大多数性状是受单基因控制的。 这里的“单基因”是指一对等位基因,并不是单个基因。(2) 基因控制生物体的性状,但性状的形成同时还受到环境的影

响。

4.下列关于基因与性状关系的叙述,错误的是(
A.一对相对性状可由多对基因控制 B.基因可通过控制酶的合成进而控制生物的性状 C.隐性基因控制的性状不一定得到表现 D.基因型相同,表现型就相同

)

解析:基因与性状的关系是基因型与环境条件共同决定 生物性状,因此基因型相同,环境不同时,表现型不一定相 同。

答案:D

对中心法则相关知识模糊不清
(1)高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径, 但具体到不同细胞情况不尽相同,如根尖分生区细胞等分裂 旺盛的组织细胞中三条途径都有;但叶肉细胞等高度分化的 细胞无DNA复制途径,只有转录和翻译两条途径;哺乳动物

成熟的红细胞无信息传递。

(2)RNA复制和逆转录只发生在少数RNA病毒中,是后来 发现的,是对中心法则的补充和完善。

(3)进行碱基互补配对的过程——上述五个都有;进行互补
配对的场所有四个,即细胞核、叶绿体、线粒体、核糖体。 (4)需要解旋酶的过程:DNA复制(两条链都作模板)。 结合图表分析,下列有关说法正确的是
抗菌药物
青霉素 环丙沙星

抗菌机理
抑制细菌细胞壁的合成 抑制细菌DNA解旋酶(可促进DNA螺旋化)的活性

红霉素
利福平

能与核糖体结合
抑制RNA聚合酶的活性

A.①~⑤可发生在人体健康细胞中 B.青霉素和利福平能抑制DNA的复制 C.结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中 D.环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③

【错因分析】本题易错之处有三:一是混淆原核细胞与 病毒遗传信息在增殖过程中的异同,误选C;二是不能将表 格中的抗菌机理与中心法则中的DNA复制、转录和翻译有机 联系起来,误选B;三是不清楚不同生物遗传信息传递与表 达的途径有所不同,误选A。 【正确解答】不同抗菌药物的抗菌机理不同,青霉素能 抑制细菌细胞壁的合成,红霉素能抑制翻译过程,中心法则 中的④和⑤发生在以RNA为遗传物质的病毒在宿主细胞内的

增殖过程中,人体的健康细胞中是不存在该过程的。
答案:D

1.1983年科学家证实,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( )

解析:逆转录病毒的遗传信息传递方式为RNA逆转录传 递至DNA,而没有RNA→RNA的RNA复制过程,故可排除A、 B、C三项。

答案:D

基因表达过程 尽管在基因表达中一般讲DNA∶mRNA∶氨基酸= 6∶3∶1 , 但 由 于 mRNA 中 存 在 终 止 密 码 子 等 原 因 , 故 在

mRNA上 碱基数应大于蛋白质中氨基酸数的 3倍,基因或
DNA上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。

2.某蛋白质由两条多肽链组成,氨基酸的平均相对分子
质量为120,该蛋白质的相对分子质量为12 276,则编码该蛋 白质合成的基因中脱氧核苷酸至少为( A.432个 C.360个 B.864个 D.720个 )

解析:运用数学中列方程解应用题的方法,有助于问题 的解决。假设氨基酸数为n,则该蛋白质脱去的水分子数为(n -2),则列方程为120n-18(n-2)=12 276,解得n=120。可 知编码该蛋白质合成的基因中脱氧核苷酸数至少为120×6=

720个(当题目中有“至少”字眼的时候,一般不考虑终止密
码子)。 答案:D

遗传信息传递与表达的相关机理 遗传信息的传递与表达、基因对性状的控制是遗传学的 重要基础知识,通过相关实验,探究基因对蛋白质合成过程 的控制机理或基因对性状的控制过程可有助于加强对转录、

翻译过程、基因与性状、环境因子对性状的影响等重点知识
的理解与掌握,因此在复习中,可有意尝试相关内容的实验 设计与探究训练,特别要关注“高起点、低落点”的基础性 较强的实验探究题型的训练。

【典型例题】

在克里克得出3个碱基可以排列成1个遗

传密码的实验结论后,科学家们开始探索一个特定的遗传密
码所对应的特定的氨基酸究竟是哪一个。尼伦伯格和马太采 用蛋白质的体外合成技术,在每一个试管中加入一种氨基酸, 再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液,以及人工合成的 多聚尿嘧啶核苷酸,结果在加入了苯丙氨酸的试管中出现了

多聚苯丙氨酸的肽链,如下图请回答。

(1)实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是____________。 (2)细胞提取液为该实验具体提供了____________。 (3)实验中所用的细胞提取液需除去DNA和mRNA的目的 是_________________________。

(4)要想知道更多氨基酸的密码子,你如何改变上述实验?
(简述)____________________________。

(5)本实验所用的细胞提取液可以用大肠杆菌制备。请简 述制备方法:

①对大肠杆菌进行振荡裂解;
②____________________________;

③____________________________。
经上述操作,得到了除去DNA和mRNA的细胞提取液。 (大肠杆菌中mRNA约在30~60分钟内自行分解,因此操作中 可不考虑)。

解析:多聚尿嘧啶的作用相当于mRNA,细胞提取液为

转录提供了能量、酶、核糖体、tRNA。实验中除去DNA和
mRNA的目的是排除DNA、mRNA对体外合成蛋白质的影响。 答案:(1)作为模板mRNA直接控制蛋白质(多肽)合成(2)

能量、酶、核糖体、tRNA(缺项不对)
(3)排除细胞中的DNA、mRNA对体外合成蛋白质的影响 (4)依次用不同种类的多聚核糖核苷酸替换上述实验中的 多聚尿嘧啶核苷酸 (5)②离心、过滤,获取匀浆 ③用DNA酶处理匀浆,除

去DNA


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