2.2 遗传信息 课件（共53张PPT）

(共53张PPT)
第二节　遗传信息
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.理解遗传信息的转录和翻译的基本原理和过程。
2.结合遗传信息从DNA到蛋白质的表达过程,阐明遗传信息在生物生长发育过程中的意义。
素养阐释
1.在理解遗传信息的表达过程基本原理的基础上,形成结构与功能相适应的生命观念,阐释遗传信息在生命活动中的重要作用。
2.能运用观察、比较和推理等科学思维方法,阐述遗传信息传递的基础和机制。
3.能通过阅读、实验等活动,阐明遗传信息的表达是生物完成生命活动的基础。
自主预习 新知导学
一、转录
1.mRNA的发现
(1)实验过程
(2)实验分析
a.新合成的RNA与噬菌体的DNA可以形成杂交分子,说明了新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的。
b.实验中选择14C-U作为标记物的原因是尿嘧啶是RNA特有的成分,选择14C-U作为标记物可以只标记新合成的RNA。
c.合成的RNA携带的遗传信息来自DNA,该RNA在蛋白质合成中起模板作用,称为信使RNA(mRNA)。
2.转录
(1)概念:以 DNA 为模板,合成 RNA 的过程。
(2)对转录概念的理解
①场所:主要在细胞核中。
②模板:DNA的一条链。
③原料:游离的核糖核苷酸。
④配对原则:A- U 、G-C、C-G、T- A 。
⑤产物: RNA 。
(3)过程
第1步:RNA聚合酶与其他蛋白质形成转录复合物结合在DNA分子上,随着转录复合物的移动,该部位的DNA双螺旋解开成为单链。
第2步:以一条DNA链为模板,按照碱基互补配对原则,利用细胞内游离的核糖核苷酸为原料,在RNA聚合酶的作用下合成一条RNA分子。
第3步:合成的RNA分子逐渐被甩出,解旋的两条DNA单链很快又结合在一起,恢复为原来的双链结构。
图Z2-2-1
(4)转录的结果:DNA序列上的遗传信息传递到 mRNA ,mRNA通过核孔进入细胞质,指导蛋白质的合成。遗传信息由细胞核传递到细胞质。
二、翻译
1.密码子决定氨基酸
(1)密码子:mRNA上编码1个氨基酸的3个相邻碱基,被称为1个密码子。
(2)种类:共64种,编码氨基酸的密码子共61种,3种终止密码子不编码氨基酸。
(3)密码子的特点:连续性和方向性、简并性、专一性、起始和终止密码子、通用性。
2.mRNA指导蛋白质合成
(1)tRNA
①结构
②功能:携带氨基酸向核糖体-mRNA复合物靠近。
③种类:61种。
④特点:一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
(2)反密码子:tRNA一端的3个碱基决定携带氨基酸的种类,这3个碱基能与mRNA上特定的3个碱基配对,称为反密码子。
图Z2-2-2
(3)翻译过程
图Z2-2-3
3.生物的性状主要通过蛋白质表现
DNA的碱基排列顺序决定了氨基酸的排列顺序,氨基酸的排列顺序决定了蛋白质结构与功能的特异性,从而使生物体表现出多样的遗传性状。因此说,生物的性状主要是通过蛋白质表现的。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)遗传信息的表达过程包括DNA复制、转录和翻译。(　　)
(2)转录是以DNA的两条链作为模板,只发生在细胞核中,以4种核糖核苷酸为原料。(　　)
(3)DNA是蛋白质合成的直接模板。(　　)　
(4)密码子位于mRNA上,ATC一定不是密码子。(　　)
×
×
×
√
(5)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。(　　)
(6)每种转运RNA能识别并转运一种或多种氨基酸。(　　)
(7)密码子共有64种,决定氨基酸的密码子只有61种。(　　)
(8)每种氨基酸仅由一种密码子编码。(　　)
(9)反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基。(　　)
(10)细胞中有多种tRNA,不同的tRNA上有不同的反密码子。(　　)
×
×
√
×
×
√
2.图Z2-2-4表示某细胞中的转录过程,下列相关叙述错误的是(　　)。
图Z2-2-4
A.①表示DNA B.②表示RNA
C.③表示解旋酶 D.图中有5种碱基
答案:C
3.图Z2-2-5表示人体细胞内某物质的合成过程。下列相关叙述正确的是
(　　)。
图Z2-2-5
A.图示过程为转录,方框A表示的结构为核糖体
B.图示过程需要解旋酶参与
C.合成图中①时,所利用的模板是②
D.图示过程所利用的原料是核糖核苷酸
答案:D
4.图Z2-2-6为生物体内转运氨基酸m的tRNA,
下列有关叙述正确的是(　　)。
A.该tRNA还能识别并转运其他氨基酸
B.氨基酸m只能由该tRNA转运
C.氨基酸m的密码子是UUA
D.tRNA是由许多个核糖核苷酸构成的
答案:D
图Z2-2-6
5.图Z2-2-7表示蜘蛛的丝腺细胞合成蛛丝蛋白的部分过程,请据图回答下列问题。
图Z2-2-7
(1)在蛋白质合成过程中,该图表示的过程称为　　　,图中②的结构名称是　　　　,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)根据图并参考下表分析:①　　　　上携带的氨基酸是　　　　　。
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
答案:(1)翻译　核糖体　③(或mRNA)
(2)5'-CGCTTTAGCCCA-3'
(3)tRNA　丙氨酸
合作探究 释疑解惑
知识点一
转录
问题引领
1.整个DNA分子都转录吗 有人说一个DNA分子能转录出多种mRNA,你是否赞成 请说明理由。
提示:并不是整个DNA分子都转录,只有DNA上需要表达的基因才转录;若一个DNA分子上有多个需要表达的基因,则可以转录出多种mRNA,因此,“一个DNA分子能转录出多种mRNA”的说法是正确的。
2.转录时遵循什么样的碱基互补配对原则
提示:RNA中有U无T,转录时遵循碱基互补配对原则:A-U、T-A、C-G、G-C。
3.转录完成后,模板链的去向是什么
提示:合成的RNA分子被甩出后,模板链与原来的互补链重新盘绕成双螺旋结构。
归纳提升
1.转录不是整个DNA分子都转录,是其中的基因转录。不同种类的细胞,由于表达的基因不同,mRNA的种类和数量不同,但tRNA和rRNA的种类没有差异。
2.细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质,穿过0层膜,需要能量。
3.转录的特点:(1)边解旋边转录;(2)单链转录,即只以其中的一条链为模板,且不同基因转录时的模板链可能不同;(3)遵循碱基互补配对原则(A-U、T-A、C-G、G-C)。
4.转录时遗传信息的传递:DNA→RNA,细胞核→细胞质(真核细胞)。
典型例题
图Z2-2-8为真核生物细胞核内转录过程的示意图,下列说法正确的是
(　　)。
A.①链中的碱基A与②链中的碱基T互补配对
B.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C.若③表示酶分子,则它的名称是DNA聚合酶
D.转录完成后,②需穿过两层生物膜才能与核糖体结合
答案:B
图Z2-2-8
解析:①链为模板链,②链为RNA,①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对,A项错误。③表示RNA聚合酶,C项错误。转录完成后,②通过核孔进入细胞质,穿过0层生物膜,D项错误。
【变式训练】
1.下列关于真核细胞中转录的叙述,错误的是(　　)。
A.tRNA、rRNA和mRNA都以DNA为模板转录而来
B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D.转录出的RNA链与模板链的相应区域的碱基互补
答案:C
解析:转录是以DNA的一条链为模板,以核糖核苷酸为原料合成RNA的过程,产物包括tRNA、rRNA和mRNA三种,A项正确。不同的RNA由不同的基因转录而来,所以同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生,B项正确。细胞中的RNA合成过程主要在细胞核内发生,但在线粒体和叶绿体中也能进行转录合成RNA,C项错误。转录时遵循碱基互补配对原则,所以转录出的RNA链与模板链的相应区域的碱基互补,D项正确。
2.图Z2-2-9表示在人体细胞核中进行的某一生理过程。据图分析,下列说法正确的是(　　)。　
A.该过程共涉及5种核苷酸
B.该过程需要脱氧核糖核苷酸和DNA模板
C.在不同组织细胞中该过程的产物相同
D.该过程涉及碱基互补配对和能量消耗
答案:D
解析:由题图可知,此为人体细胞核中发生的转录过程,DNA含4种脱氧核糖核苷酸,转录产生的RNA中含4种核糖核苷酸,故该过程共涉及8种核苷酸,A项错误。转录需要核糖核苷酸作原料,而不是脱氧核糖核苷酸,B项错误。基因的表达具有选择性,故不同组织细胞转录产生的mRNA有差异,C项错误。
图Z2-2-9
知识点二
培养液中酵母菌种群数量的变化
问题引领
1.氨基酸如何进入核糖体
提示:转运RNA运载着一个氨基酸进入核糖体,以信使RNA为模板,按照碱基互补配对原则,把转运来的氨基酸放在P位点上,第二个转运RNA携带相应的氨基酸以同样的方式进入A位点。
2.核糖体上的P位点、A位点、E位点各有什么作用
提示:P位点与信使RNA上的起始密码子结合,接受运载氨基酸的转运RNA、接受连有多肽的转运RNA;A位点接受运载氨基酸的转运RNA;E位点接受空的转运RNA。
3.核糖体移动的方向是怎样的
提示:沿着mRNA从5'→3'移动,读取密码子,直至读到终止密码子。
4.翻译过程如何进行碱基互补配对
提示:信使RNA上的密码子与转运RNA上的反密码子互补配对,原则:A-U、G-C。
5.在蛋白质合成过程中,同一条mRNA分子可与多个核糖体紧密结合形成多聚核糖体。多聚核糖体的形成有何意义
提示:少量mRNA就可以迅速合成大量蛋白质,加快翻译的速度。
归纳提升
1.翻译能高效进行的原因:1个mRNA可以相继结合多个核糖体形成多聚核糖体,同时进行多条肽链的合成。
2.密码子、反密码子、氨基酸
的数量对应关系
(1)每种氨基酸对应一种或几种密
码子,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(终止密码子无对应的氨基
酸),且一种tRNA只能转运一种
氨基酸。
典型例题
图Z2-2-10表示真核细胞中某基因表达过程的一部分,下列分析正确的是
(　　)。
A.图示mRNA中起始密码子位于左侧
B.mRNA上决定甘氨酸的密码子都是GGU
C.图中碱基的配对方式有A-U、C-G、A-T
D.图示过程的正常进行需要RNA聚合酶
答案:A
图Z2-2-10
解析:由题图可知,核糖体移动的方向是从左向右,A项正确。密码子具有简并性,甘氨酸对应的密码子除了题图中的GGU外,还有GGC、GGA、GGG,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。
【变式训练】
1.图Z2-2-11是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽链的示意图,下列叙述正确的是(　　)。
图Z2-2-11
A.图中结构含有rRNA　
B.甲硫氨酸处于图中a的位置
C.密码子位于tRNA的环状结构上
D.mRNA上的碱基发生改变即可改变肽链中氨基酸的种类
答案:A
解析:核糖体是氨基酸形成肽链的场所,核糖体由rRNA和蛋白质构成,A项正确。甲硫氨酸是第一个氨基酸,位于a的左边,B项错误。密码子位于mRNA上,tRNA的环状结构上有反密码子,C项错误。由于密码子的简并性,mRNA上碱基的改变不一定改变肽链中氨基酸的种类,D项错误。
2.图Z2-2-12为细胞中合成蛋白质的过程,下列说法正确的是(　　)。
图Z2-2-12
A.该过程最终合成的b、c、d、e在结构上各不相同
B.f在a上的移动方向是从左向右
C.a的合成与核仁有关,且图中4个核糖体在a上的结合位点相同
D.该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质
答案:D
解析:由于b、c、d、e以同一个mRNA为模板翻译形成,所以结构相同,A项错误。根据肽链的长度可判断核糖体在mRNA上移动的方向是从右向左,B项错误。核糖体的形成与核仁有关,mRNA的合成与核仁无关,C项错误。多聚核糖体是在一条肽链没有合成完之前就开始合成下一条肽链,所以少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质,D项正确。
知识点三
遗传信息表达过程的有关计算
问题引领
1.DNA控制蛋白质合成的过程中,基因碱基数、mRNA碱基数、氨基酸数之间有什么样的对应关系 (只考虑编码氨基酸的序列)
提示:基因碱基数∶mRNA碱基数∶编码的氨基酸数=6∶3∶1。
2.DNA模板链上(A+T)所占的比例与mRNA上(A+U)所占的比例有什么关系
提示:相等。
归纳提升
1.由于有的基因中有非编码序列,并且翻译时,终止密码子不编码氨基酸,所以基因碱基数∶mRNA碱基数∶编码的氨基酸数不等于6∶3∶1。
2.碱基数量规律
规律1:DNA模板链上(A+T)所占比例=DNA双链中(A+T)所占比例=mRNA中(A+U)所占比例;同理,(C+G)也符合此规律。
规律2:DNA一条链中的(A+T)/(G+C)=另一条互补链中的(A+T)/(G+C)=DNA双链中的(A+T)/(G+C)=转录生成的mRNA中的(A+U)/(G+C)。
规律3:若DNA一条链(模板链)中的(A+G)/(T+C)=a,则DNA另一条链中的(A+G)/(T+C)=1/a,由该模板链转录形成的mRNA中的(A+G)/(U+C)=1/a。
典型例题
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的数量是(　　)。
A.200个　　B.400个 C.600个 D.800个
答案:C
解析:如图D-5所示:
图D-5
【变式训练】
1.一个mRNA分子中有m个碱基,其中G+C有n个;由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子中A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是(　　)。
A.m、m/3-1 B.m、m/3-2
C.2(m-n)、m/3-1 D.2(m-n)、m/3-2
答案:D
解析:mRNA分子中有m个碱基,其中G+C为n个,推出A+U为(m-n)个,故DNA中A+T的数目为2(m-n)。根据mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目=3∶1可知,氨基酸数目为m/3,则脱去水分子数=氨基酸数-肽链数=m/3-2。
2.某双链DNA分子有7 200个碱基,由此DNA控制合成的蛋白质最多有氨基酸(　　)。　
A.7 200个 B.3 600个
C.2 400个 D.1 200个
答案:D
解析:转录只以DNA的一条链为模板,因此,转录形成的mRNA的碱基数目是双链DNA分子中碱基数目的1/2,即7 200×(1/2)=3 600(个)。翻译时,mRNA中每3个碱基决定一个氨基酸,所以蛋白质分子中的氨基酸数目最多为mRNA碱基数目的1/3,即3 600×(1/3)=1 200(个)。
[素养提升]
翻译过程的三种模型的构建及相关问题的解读
(1)图Z2-2-13模型分析
①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、
mRNA、肽链。
②翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸
或甲酰甲硫氨酸。
③翻译终点:识别到终止密码子时翻译停止。
④翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。
图Z2-2-13
(2)图Z2-2-14表示真核细胞的翻译过程,其中①是mRNA,⑥是核糖体,②③④⑤表示正在合成的4条肽链,具体分析如下。
①数量关系:一个mRNA可同时结合
多个核糖体,形成多聚核糖体。
②意义:少量的mRNA分子可以迅速
合成出大量的蛋白质。
③方向:核糖体的移动方向为从右向
左,判断依据是肽链的长短,长的先翻译。
④结果:合成的仅是肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
⑤形成的多条肽链的氨基酸序列相同的原因:有相同的模板mRNA。
图Z2-2-14
(3)图Z2-2-15表示原核细胞中的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4条mRNA,在核糖体上同时进行着翻译过程。
图Z2-2-15
图Z2-2-16中,甲、乙分别表示蛋白质合成过程的两个步骤。下列有关叙述正确的是(　　)。
图Z2-2-16
A.甲所示的过程叫作翻译,翻译结束后甲所示的3条肽链是相同的
B.甲所示的过程仅需两种RNA参与,且核糖体的移动方向是从左向右
C.乙所示的过程叫作转录,转录时需要RNA酶的参与
D.乙所示过程所需的含U的原料是尿嘧啶脱氧核糖核苷酸
答案:A
解析:甲所示的过程中,同一mRNA上结合3个核糖体,以同一mRNA为模板合成的3条肽链的氨基酸序列是相同的,A项正确。甲所示的过程以mRNA为模板,tRNA识别并转运氨基酸,rRNA参与核糖体组成,所以有3种RNA参与,B项错误。RNA酶的作用是水解RNA,转录时需要RNA聚合酶参与,C项错误。转录需要的含U的原料是尿嘧啶核糖核苷酸,D项错误。
课堂小结
本 课 结 束