高中生物 第3章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第4節(jié) 遺傳信息的表達(dá)——RNA和蛋白質(zhì)的合成（Ⅰ）學(xué)案 浙科版必修2

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第四節(jié)　遺傳信息的表達(dá)——RNA和蛋白質(zhì)的合成(Ⅰ) 1．列舉DNA的功能。 2．比較DNA和RNA的異同。 3．概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。(重難點(diǎn)) 4．用遺傳密碼解釋蛋白質(zhì)的多樣性。 DNA 的 功 能 與 轉(zhuǎn) 錄 1．DNA的功能 (1)攜帶遺傳信息：即以自身為模板，半保留地進(jìn)行復(fù)制，保持遺傳信息的穩(wěn)定性。 (2)表達(dá)遺傳信息：即根據(jù)DNA所貯存的遺傳信息決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 2．轉(zhuǎn)錄 (1)含義：指遺傳信息由DNA傳遞到RNA上的過程。 (2)結(jié)果：形成RNA，通常為單鏈，其核苷酸中的糖為核糖，含有四種堿基為腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)。 (3)轉(zhuǎn)錄的過程： ①RNA聚合酶與DNA分子的某一啟動(dòng)部位結(jié)合。 ②DNA片段的雙螺旋解開。 ③以DNA的一條鏈為模板，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，游離的核糖核苷酸通過磷酸二酯鍵聚合成與該片段DNA相對(duì)應(yīng)的RNA分子。 (4)產(chǎn)物：mRNA、tRNA、rRNA。 探討：轉(zhuǎn)錄和復(fù)制都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，堿基配對(duì)方式有何不同？ 提示：復(fù)制時(shí)A—T配對(duì)，轉(zhuǎn)錄時(shí)A—U配對(duì)。 探討：現(xiàn)有一核酸片段，欲確定其是DNA還是RNA，你能從哪些方面進(jìn)行判斷？ 提示：①根據(jù)五碳糖不同；②根據(jù)含氮堿基不同； ③利用甲基綠—吡羅紅染液進(jìn)行染色。 探討：下圖是一小段DNA片段，①鏈?zhǔn)悄０彐湥?qǐng)寫出其轉(zhuǎn)錄生成的RNA的堿基序列，并分析RNA的堿基序列與DNA兩條鏈堿基序列的關(guān)系？ 提示：(1) (2)生成的RNA的堿基序列與模板鏈互補(bǔ)，與非模板鏈堿基序列基本相同(除T和U外)。 1．DNA與RNA的判定 2．DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較 模板 原料 能量 酶 產(chǎn)物 DNA復(fù)制 DNA的兩條鏈 脫氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶 DNA 轉(zhuǎn)錄 DNA的一條鏈 核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 RNA 1．已知病毒的核酸有雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA和單鏈RNA四種類型。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了一種新病毒，要確定其核酸屬于上述哪一種類型，應(yīng)該(　　) A．分析堿基類型，確定堿基比率 B．分析堿基類型，分析核糖類型 C．分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成，分析堿基類型 D．分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成，分析核糖類型 【解析】　確定DNA或RNA，可分析堿基和五碳糖(有U或核糖為RNA；有T或脫氧核糖為DNA)；確定單鏈或雙鏈可分析其中各種堿基所占的比率：若A與T或U相等，C與G相等，則為雙鏈(當(dāng)然也有可能是單鏈)；若不相等則為單鏈。如果分析氨基酸組成，則不能區(qū)分核酸類型。 【答案】　A 2．對(duì)于下列圖解，正確的說法有(　　) ①表示DNA復(fù)制過程 　②表示DNA轉(zhuǎn)錄過程?、酃灿?種堿基?、芄灿?種核苷酸　⑤共有5種核苷酸?、轆均代表同一種核苷酸 A．①②③ B．④⑤⑥ C．②③④ D．①③⑤ 【解析】　由題干信息可知，圖示DNA轉(zhuǎn)錄過程。因?yàn)镈NA與RNA的基本單位不同，故相同堿基代表不同核苷酸，所以圖示核苷酸種類為8，堿基種類數(shù)為5。 【答案】　C 遺 傳 信 息 的 翻 譯 與 遺 傳 密 碼 1．遺傳信息的翻譯 (1)場(chǎng)所：核糖體。 (2)翻譯的過程 ①核糖體沿mRNA運(yùn)行。 ②核糖體認(rèn)讀mRNA上決定氨基酸種類的遺傳密碼。 ③tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)相應(yīng)的氨基酸加到延伸中的肽鏈上。 ④核糖體遇到mRNA的終止密碼子，多肽合成結(jié)束。 ⑤核糖體脫離mRNA并進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 2．遺傳密碼 (1)含義：mRNA上決定1種氨基酸的3個(gè)相鄰的核苷酸排列而成的三聯(lián)體。 (2)種類：64種，其中決定氨基酸的密碼子61種，終止密碼子3種。 (3)特點(diǎn)： ①一個(gè)遺傳密碼對(duì)應(yīng)一種氨基酸。 ②一種氨基酸可以對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)遺傳密碼。 ③所有生物共用一套遺傳密碼。 探討：若某一多肽鏈片段為“—苯丙氨酸—色氨酸—谷氨酸—”，請(qǐng)寫出指導(dǎo)該多肽合成的mRNA中相應(yīng)堿基組成；若某一 mRNA片段為“—AUG GAA GCA—”，請(qǐng)寫出其編碼的氨基酸序列。 提示：①—UUUUGGGAA—或—UUCUGGGAA—或—UUUUGGGAG—或—UUCUGGGAG—。②—甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—。 探討：密碼子、tRNA和氨基酸的種類及它們之間的數(shù)量關(guān)系如何？ 提示：(1)密碼子有64種，其中包括3種終止密碼子，能編碼蛋白質(zhì)的密碼子有61種；tRNA有61種；氨基酸有20種。(2)一種氨基酸可以由一種或幾種密碼子來決定；一種密碼子(終止密碼子除外)和一種tRNA只能決定一種氨基酸。 探討：若指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的基因中某一堿基發(fā)生改變，其控制合成的氨基酸是否一定發(fā)生改變？為什么？ 提示：不一定。因?yàn)橐环N氨基酸可對(duì)應(yīng)一種或多種密碼子。 探討：一個(gè)mRNA可結(jié)合多個(gè)核糖體，每個(gè)核糖體只合成多肽鏈中的一段，還是獨(dú)立合成一條完整的多肽鏈？ 提示：每個(gè)核糖體合成一條完整的多肽鏈。 1．DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的聯(lián)系 2．密碼子和反密碼子 密碼子 反密碼子 位置 mRNA上 tRNA上 種類 64種 61種 實(shí)質(zhì) 決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基(終止密碼除外) 與密碼子發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)的3個(gè)相鄰的堿基 3.遺傳信息、密碼子、反密碼子與氨基酸之間的關(guān)系 4．轉(zhuǎn)錄、翻譯中的有關(guān)計(jì)算 (1)基因中堿基、RNA中堿基和氨基酸的數(shù)量關(guān)系 ①轉(zhuǎn)錄時(shí)只以DNA的一條鏈為模板，因此轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子中的堿基數(shù)目是基因中堿基的1/2。 ②翻譯過程中，mRNA中每3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，所以經(jīng)翻譯合成的蛋白質(zhì)分子中氨基酸數(shù)目是mRNA中堿基的1/3。 (2)基因控制蛋白質(zhì)合成過程中的幾種數(shù)量關(guān)系：基因中的堿基數(shù)目∶mRNA中的堿基數(shù)目∶蛋白質(zhì)中的氨基酸數(shù)目＝6∶3∶1。 1.(2015江蘇高考)如圖是起始甲硫氨酸和相鄰氨基酸形成肽鍵的示意圖，下列敘述正確的是(　　) A．圖中結(jié)構(gòu)含有核糖體RNA B．甲硫氨酸處于圖中?的位置 C．密碼子位于tRNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)上 D．mRNA上堿基改變即可改變肽鏈中氨基酸的種類 【解析】　分析題干中關(guān)鍵信息“形成肽鍵”可知，圖中正在進(jìn)行脫水縮合反應(yīng)，進(jìn)而推知這是發(fā)生在核糖體中的翻譯過程，圖中的長(zhǎng)鏈為mRNA，三葉草結(jié)構(gòu)為tRNA，核糖體中含有核糖體RNA(rRNA)，A項(xiàng)正確。甲硫氨酸是起始氨基酸，圖中?位置對(duì)應(yīng)的氨基酸明顯位于第2位，B項(xiàng)錯(cuò)誤。密碼子位于mRNA上，而不是tRNA上，C項(xiàng)錯(cuò)誤。由于密碼子的簡(jiǎn)并性，mRNA上堿基改變時(shí)，肽鏈中的氨基酸不一定發(fā)生變化，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】　A 2．根據(jù)下表中的已知條件，判斷蘇氨酸的密碼子是(　　) DNA雙鏈 T G mRNA(密碼子) tRNA(反密碼子) A 氨基酸 蘇氨酸 A.TGU B．UGA C．ACU D．UCU 【解析】　本題考查轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的堿基配對(duì)關(guān)系。密碼子為mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰堿基，因此根據(jù)轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的堿基配對(duì)關(guān)系，由tRNA上反密碼子最后一個(gè)堿基A可推知mRNA上相應(yīng)位置上的堿基為U；由DNA鏈上的T、G堿基可推知mRNA上相應(yīng)位置上的堿基分別是A和C或U和G，再結(jié)合選項(xiàng)可知蘇氨酸的密碼子為ACU。 【答案】　C 3．某八十肽在形成過程中指導(dǎo)其合成的mRNA中密碼子的個(gè)數(shù)以及模板基因中堿基的個(gè)數(shù)最少為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：35930026】 A．80、480 B．80、240 C．240、240 D．240、480 【解析】　八十肽中含有80個(gè)氨基酸，所以在合成時(shí)，mRNA中至少要有80個(gè)密碼子與之相對(duì)應(yīng)(每個(gè)氨基酸對(duì)應(yīng)一個(gè)密碼子)；而控制其合成的模板基因有兩條鏈，堿基總數(shù)是氨基酸數(shù)目的6倍。 【答案】　A 1．下列有關(guān)DNA和RNA的敘述中，正確的是(　　) A．DNA和RNA是同一物質(zhì)在不同時(shí)期的兩種形態(tài) B．DNA和RNA的基本組成單位是一樣的 C．—AGCTGA—既可能是DNA的堿基序列，也可能是RNA的堿基序列 D．mRNA的堿基序列，取決于DNA的堿基序列，同時(shí)又決定蛋白質(zhì)中氨基酸的序列 【解析】　DNA和RNA是兩類不同的核酸，A錯(cuò)誤；DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，RNA的基本組成單位是核糖核苷酸，B錯(cuò)誤；T為DNA的特有堿基，所以含有T的核苷酸序列只能是DNA，不可能是RNA，C錯(cuò)誤；DNA上的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)移到mRNA上，mRNA通過翻譯指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，D正確。 【答案】　D 2．下列關(guān)于轉(zhuǎn)錄的敘述，不正確的是(　　) A．多數(shù)發(fā)生在細(xì)胞核中 B．以核糖核苷酸為原料 C．DNA的兩條鏈都可作模板 D．邊解旋邊轉(zhuǎn)錄 【解析】　DNA的兩條鏈中只有其中一條鏈可作為模板。 【答案】　C 3．下列關(guān)于圖中①、②兩種分子的說法中，正確的是(　　) A．①為DNA，在正常情況下復(fù)制后形成兩個(gè)相同的DNA B．②為tRNA，一種tRNA可攜帶不同的氨基酸 C．遺傳信息位于①上，密碼子位于②上 D．①和②共有的堿基是A、U、G 【解析】?、贋镈NA，在正常情況下復(fù)制后形成兩個(gè)相同的DNA分子；②為tRNA，一種tRNA只能攜帶一種氨基酸；遺傳信息位于①上，密碼子位于mRNA上，②上具有反密碼子；①和②共有的堿基是A、G、C，DNA中無U。 【答案】　A 4．下圖表示某DNA片段遺傳信息的傳遞過程，①～⑤表示物質(zhì)或結(jié)構(gòu)，a、b、c表示生理過程。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：(可能用到的密碼子：AUG－甲硫氨酸、GCU－丙氨酸、AAG－賴氨酸、UUC－苯丙氨酸、UCU－絲氨酸、UAC－酪氨酸) (1)完成遺傳信息表達(dá)的是 (填字母)過程，a過程所需的酶有 。 (2)圖中含有核糖的是 (填數(shù)字)；由②指導(dǎo)合成的多肽鏈中氨基酸序列是 。 (3)若在AUG后插入三個(gè)核苷酸，合成的多肽鏈中除在甲硫氨酸后多一個(gè)氨基酸外，其余氨基酸序列沒有變化。由此證明 。 【解析】　分析圖示過程可知：a為DNA的復(fù)制、b為轉(zhuǎn)錄、c為翻譯。 (1)完成遺傳信息表達(dá)的是轉(zhuǎn)錄和翻譯，為b和c，DNA的復(fù)制需要在解旋酶的作用下解開雙鏈，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子鏈。 (2)RNA中含有核糖，圖中含有核糖的結(jié)構(gòu)包括mRNA、tRNA、rRNA。根據(jù)②mRNA上的堿基順序組成的密碼子，指導(dǎo)合成的多肽鏈中氨基酸序列是甲硫氨酸—丙氨酸—絲氨酸—苯丙氨酸。 (3)三個(gè)核苷酸對(duì)應(yīng)一個(gè)氨基酸，由此證明一個(gè)密碼子由三個(gè)相鄰的堿基(核糖核苷酸)組成。 【答案】　(1)b、c　解旋酶和DNA聚合酶 (2)②③⑤　甲硫氨酸—丙氨酸—絲氨酸—苯丙氨酸 (3)一個(gè)密碼子由三個(gè)相鄰的堿基(核糖核苷酸)組成 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.RNA有三種：信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)和核糖體RNA(rRNA)。 2.轉(zhuǎn)錄的主要場(chǎng)所是細(xì)胞核，條件是模板(DNA的一條鏈)、原料(4種核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。 3.翻譯的場(chǎng)所是核糖體，條件是模板(mRNA)、“搬運(yùn)工”(tRNA)、原料(20種氨基酸)、酶和能量。 4.密碼子共有64種，其中決定氨基酸的密碼子有61種，3種終止密碼子不決定氨基酸。 5.一種氨基酸對(duì)應(yīng)一種或多種密碼子，一種密碼子最多只決定一種氨基酸。 6.每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，一種氨基酸可由一種或多種tRNA識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)。