(共62张PPT)
第2节 基因表达与性状的关系
目 标 素 养
1.通过分析实例,明确基因控制性状的两种方式,归纳基因表达产物与性状的关系。
2.通过比较同一生物体不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果,运用结构与功能观,认识细胞分化是基因选择性表达的结果。
3.通过分析柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传现象,概述表观遗传现象。
4.阐明基因、环境与性状之间的复杂关系,认同生命的复杂性。
知 识 概 览
一、基因表达产物与性状的关系
1.基因对生物性状的间接控制
(1)实质: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。
(2)实例
2.基因对生物性状的直接控制
(1)实质:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)实例
微判断1下图为人体内基因对性状的控制过程,判断下列相关表述是否正确。
(1)图中过程①需要RNA聚合酶的催化,过程②需要tRNA的协助。( )
√
(2)过程④⑤的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同。( )
(3)图中过程①②发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体。( )
(4)人体衰老引起白发的原因是图中酪氨酸酶不能合成。
( )
(5)基因控制囊性纤维化与基因2控制性状的方式相同。
( )
√
√
×
√
(6)基因1的表达过程说明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。( )
√
二、基因的选择性表达与细胞分化
1.生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞,基因都是相同的,而形态、结构和功能却各不相同。
2.表达基因的分类[连线]
3.细胞分化的本质是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
微思考一个人的不同种类的体细胞细胞核中所含的基因一样吗 所表达的基因一样吗
提示:所含基因一样,但所表达的基因有差别。
微判断2基于基因的选择性表达与细胞分化相关知识,判断下列叙述是否正确。
(1)肌细胞与肝细胞中的基因、mRNA、蛋白质均不同。
( )
(2)胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因,故可以产生胰岛素而不能产生抗体。( )
(3)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同。
( )
×
×
×
(4)断尾壁虎长出新尾巴的过程中发生了细胞分化。( )
√
三、表观遗传
1.概念:生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象,叫作表观遗传。其实例如下所示。
(1)柳穿鱼花的形态结构
(2)小鼠的毛色
2.表观遗传现象:普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。
3.表观遗传类型:除了DNA甲基化,构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。
4.吸烟与人体健康的关系
吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高,对染色体上的组蛋白也会产生影响。
四、基因与性状的关系
1.基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状,细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。
2.在大多数情况下,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。
(1)一个性状可以受到多个基因的影响。例如,人的身高是由多个基因决定的,其中每个基因对身高都有一定的作用。
(2)一个基因也可以影响多个性状。例如,我国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控,而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。
(3)生物体的性状不完全是由基因决定的,环境对性状也有着重要影响。
微判断3个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。
(1)细胞分化是基因选择性表达的结果。( )
(2)生物体的基因型相同,表型就一定相同。( )
(3)基因的选择性表达与基因表达的调控有关。( )
(4)吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高。( )
(5)表观遗传现象比较少见,并非普遍存在于生物体的整个生命活动过程中。( )
(6)基因与性状是一一对应的关系。( )
√
×
√
√
×
×
(7)细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态,不可逆转。( )
(8)生物体内所有的细胞都要发生细胞分化。( )
(9)表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变,因此不会遗传给下一代。( )
√
×
×
一 基因表达产物与性状的关系
问题探究
牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图,请回答下列问题。
1.图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径 除此之外,另一条途径是什么
提示:图中反映的途径是基因可以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。另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2.牵牛花的颜色只由一对基因控制吗
提示:不是。牵牛花的颜色由多对基因共同控制。
3.牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关,这说明什么
提示:生物体的性状也受环境影响。
归纳总结
基因控制性状的方式
典例剖析
【例1】 下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制。据图判断,下列叙述错误的是( )
A.图中显示了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
B.当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,细胞内淀粉的含量会上升
C.皱粒种子中蔗糖含量相对较高,味道更甜美
D.图中①②过程中碱基互补配对的方式有差异
答案:B
解析:题图显示了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,A项正确。当编码淀粉分支酶的基因被打乱时,会导致淀粉分支酶异常,活性大大降低,从而使淀粉的含量下降,B项错误。皱粒种子中淀粉含量相对较低,而蔗糖含量相对较高,种子的甜度增加,C项正确。题图中①②过程分别为转录和翻译,都会发生碱基互补配对,其中转录过程中有T和A配对,而翻译过程中没有,D项正确。
学以致用
1.人类白化病和苯丙酮尿症是由代谢异常引起的疾病,下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图不能得出的结论是( )
A.基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物体的性状
B.基因可以通过控制酶的合成来控制生物体的性状
C.一个基因可以控制多个性状
D.一个性状可以由多个基因控制
答案:A
解析:由题图可知,苯丙酮酸、多巴胺和黑色素等物质的代谢异常与酶的合成有密切的关系,而酶的合成是由基因控制的;若基因1发生变化,则多巴胺和黑色素的合成都受影响,多巴胺和黑色素的合成也都受多个基因的控制。
二 基因的选择性表达与细胞分化
问题探究
科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞,对这3种细胞的DNA和mRNA进行了检测,结果如下表所示。
检测的
3种细胞 卵清蛋
白基因 珠蛋白
基因 胰岛素
基因 卵清蛋白
mRNA 珠蛋白
mRNA 胰岛素
mRNA
输卵管细胞 + + + + - -
红细胞 + + + - + -
胰岛细胞 + + + - - +
注“+”表示检测发现相应的分子,“-”表示检测未发现相应的分子。
1.这3种细胞中的基因组成是否相同 它们合成的蛋白质种类是否相同
提示:这3种细胞都属于鸡的体细胞,经有丝分裂而来,因此基因组成相同,但是它们合成的蛋白质种类不完全相同。
2.3种细胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因,但是在每种细胞中只检测到了1种基因的mRNA,由此说明什么问题
提示:细胞中并不是所有的基因都会表达,基因的表达具有选择性。
3.鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞的形态、结构和功能明显不同,请从分子水平解释其成因。
提示:基因的选择性表达→转录出不同类型的mRNA→翻译出不同类型的蛋白质→分化出形态、结构和功能不同的细胞。
二 基因的选择性表达与细胞分化
归纳总结
1.细胞分化的实质
基因的选择性表达,即在个体发育过程中,不同的细胞中遗传信息的执行情况不同,转录出不同的mRNA,控制合成出不同的蛋白质,如下图所示。
2.细胞分化的标志
(1)分子水平:合成了某种细胞特有的蛋白质,如唾液淀粉酶、胰岛素等。
(2)细胞水平:形成不同种类的细胞,尤其是细胞器种类和数量有较大差异。
3.细胞分化的“变”与“不变”
(1)变:mRNA、蛋白质的种类,细胞的形态、结构和功能。
(2)不变:DNA、tRNA、rRNA的种类,细胞的数目。
典例剖析
【例2】 下表表示同一个体内三种不同细胞中的基因存在及表达情况,下列有关说法错误的是( )
细胞种类 基因存在情况 基因表达情况
甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁
胰岛A细胞 √ √ √ √ √ √
眼晶状体细胞(胚胎中) √ √ √ √ √ √
神经细胞 √ √ √ √ √ √
A.甲基因不可能是控制卵清蛋白合成的基因
B.丁基因可能是ATP合成酶基因
C.三种细胞不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同
D.三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是这些细胞都来源于同一个受精卵
答案:C
解析:甲基因在胰岛A细胞中表达,所以甲基因不可能是控制卵清蛋白合成的基因,A项正确。ATP合成酶基因在所有细胞中都表达,所以丁基因可能是ATP合成酶基因,B项正确。三种细胞不同的根本原因是基因的选择性表达,C项错误。三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是这些细胞都来源于同一个受精卵,D项正确。
学以致用
2.同一生物体内的不同组织细胞之间,不同的是( )
A.染色体上的基因 B.细胞质中的tRNA
C.遗传密码的种类 D.细胞质中的mRNA
答案:D
解析:同一生物体内的不同组织细胞中选择性表达的基因不同,因此细胞质中的mRNA不同。
三 表观遗传、基因表达与性状的关系
问题探究
资料1 柳穿鱼花的形态有左右对称和中心对称两种。柳穿鱼细胞内控制该性状的DNA序列完全相同,不同的是Lcyc基因的甲基化程度。即
科学家进行了如下实验:
资料2 某种实验小鼠不同毛色的遗传分析。
该种小鼠的毛色除了受Avy基因控制,还受到Avy基因上游的一段DNA序列(a序列)控制。a序列既可以使Avy基因正常表达(小鼠毛色全部为黄色),也可以使Avy基因的表达处于完全被抑制的状态(小鼠毛色全部为黑色)。另外,a序列还能够调控Avy基因的表达水平,使小鼠毛色呈现介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。
1.柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是否相同 为什么植株A和植株B的花形态结构出现差异
提示:是。柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。这两株柳穿鱼体内的Lcyc基因的序列相同,只是植株A的Lcyc基因在开花时表达,而植株B的Lcyc基因在开花时不表达。
2.分析资料1,F1的花为什么与植株A的相似 在F2中,为什么有些植株的花与植株B的相似
提示:F1获得了一个没有甲基化的Lcyc基因和一个甲基化的Lcyc基因,因此在F1中有可表达的Lcyc基因,能表现植株A的性状。F1自交,将产生含有非甲基化的Lcyc基因的配子和含有甲基化的Lcyc基因的配子,两个含有甲基化的Lcyc基因的配子结合,产生的后代植株的花就表现出植株B的性状。
3.资料2中,纯种黄毛鼠(AvyAvy)和纯种黑毛鼠(aa)杂交,F1小鼠的基因型是Avya,为什么小鼠毛色不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型
提示:小鼠的Avy基因上游的a序列有多个可发生DNA甲基化的位点,当这些位点甲基化后,Avy基因的表达会受到抑制,并且这段碱基序列甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显,小鼠体色越深。
4.资料1和资料2展示的遗传现象有什么共性 你对基因和性状的关系有什么新的认识
提示:控制柳穿鱼花的形态和小鼠毛色的基因,其碱基序列没有发生变化,但部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。这种DNA的甲基化修饰可以遗传给后代,使后代出现同样的表型。基因的表达情况不同,性状表现可能也不同。
归纳总结
1.表观遗传
(1)表观遗传的特点
①不变性:基因的碱基序列保持不变。
②可遗传性:基因表达和表型可以遗传给后代。
③可逆性:DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化,即被修饰的DNA可以发生去甲基化。
(2)表观遗传对基因表达的调控
①生物遗传信息的表达正确与否,既受控于DNA序列又受制于表观遗传,表观遗传主要通过DNA修饰、蛋白质修饰与非编码RNA的调控三个层面调控基因表达。
②DNA甲基化:DNA甲基化是最早被发现,也是研究最深入的表观遗传调控机制之一。甲基化是指生物分子在特定的酶系统催化下加上甲基(—CH3)的生物化学反应,是普遍存在于原核生物和真核生物中的DNA修饰作用。甲基化没有改变基因的序列,但对基因表达起调控作用。在哺乳动物DNA分子中,甲基化一般发生在胞嘧啶(C)上。
2.基因与性状的关系
(1)基因与性状的关系图解
(2)生物的性状还受环境条件的影响,生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果。
典例剖析
【例3】 许多基因的启动子(转录起始位点)内富含CG重复序列,若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述,正确的是( )
A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接
B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变
C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合
D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
答案:C
解析:在一条脱氧核苷酸单链上相邻的C和G之间不是通过氢键连接的,而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的,A项错误。胞嘧啶甲基化导致表达过程中基因转录被抑制,对已经表达的蛋白质结构没有影响,B项错误。根据题意,胞嘧啶甲基化会抑制基因的转录,可推知抑制的实质就是阻碍RNA聚合酶与启动子结合,C项正确。由于基因的表达水平与基因的转录有关,所以也与基因的甲基化程度有关,D项错误。
学以致用
3.在甲基转移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基,导致DNA甲基化,进而使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性。下列相关叙述错误的是( )
A.DNA甲基化会导致基因碱基序列的改变
B.DNA甲基化会导致mRNA合成受阻
C.DNA甲基化可能会影响生物的性状
D.DNA甲基化可能会影响细胞分化
答案:A
解析:DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基,这不会导致基因碱基序列的改变。
1.下列关于基因、蛋白质、性状之间的关系的叙述,错误的是( )
A.生物体的一切性状完全由基因控制,与环境因素无关
B.基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
C.基因与性状之间不是简单的一一对应关系
D.基因的遗传信息可通过转录和翻译传递到蛋白质
答案:A
解析:表型是基因型与环境共同作用的结果。
2.ACC合成酶是植物体内乙烯合成的关键酶。下表是科学家以番茄ACC合成酶基因为探针,研究番茄果实不同成熟阶段及不同组织中该基因的表达情况。下列分析正确的是( )
果实成熟的不同阶段 叶片 雌蕊 雄蕊 根
绿果 变红 桃红 橙红 亮红 红透
- + ++ ++
++ ++
++ ++
+ - - + -
注“-”表示该基因不表达,“+”表示该基因表达,“+”的数目越多表示表达水平越高。
A.该基因的表达水平在不同的组织和果实成熟的不同阶段无差异
B.橙红和亮红的果实细胞中该基因转录产物可能相对较多
C.绿果、雌蕊、叶片和根中无该基因及其转录产物,体现了细胞中基因的选择性表达
D.果实中该基因表达水平高于叶片,说明前者的分化程度高于后者
答案:B
解析:根据表中信息可知,该基因的表达水平在不同的组织和果实成熟的不同阶段存在显著差异,A项错误。绿果、雌蕊、叶片和根中含有该基因,只是未表达,C项错误。该基因的表达水平高低不能用于果实与叶片分化程度高低的比较,D项错误。
3.DNA甲基化发生于DNA的CG序列密集区。发生甲基化后,那段DNA就可以与甲基化DNA结合蛋白相结合。结合后DNA链发生高度紧密排列,其他转录因子、RNA聚合酶都无法再结合了,所以这段DNA的基因就无法得到表达。下列相关说法错误的是( )
A.DNA甲基化过程可能需要酶的催化作用
B.柳穿鱼的Lcyc基因高度甲基化导致Lcyc基因不表达
C.基因碱基序列的甲基化程度越高,基因的表达受到的抑制越明显
D.吸烟会降低细胞内DNA的甲基化水平
答案:D
解析:由题意可知,DNA甲基化过程需要DNA甲基化酶的催化作用,A项正确。基因甲基化导致基因无法表达,所以柳穿鱼的Lcyc基因甲基化可导致Lcyc基因不表达,B项正确。基因甲基化抑制基因的表达,甲基化程度越高,基因的表达受到的抑制越明显,C项正确。根据题干信息无法得出吸烟产生的烟雾中的有害物质对细胞内DNA的甲基化水平的影响,且有研究表明,吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高,D项错误。(共66张PPT)
第1节 基因指导蛋白质的合成
目 标 素 养
1.比较、分析、归纳DNA与RNA的主要区别;构建遗传信息通过转录和翻译的传递过程模型,从存在位置、作用等方面探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系,促进结构与功能观、模型构建等素养的形成。
2.通过分析、归纳中心法则的提出与修正过程,概括中心法则的内容,认同生命活动不仅需要物质和能量,还需要信息,认同生命是物质、能量和信息的统一体,认同科学是不断发展的。
3.运用数学方法,分析基因中碱基、RNA中碱基与氨基酸之间的对应关系。
4.基于地球上几乎所有的生物体都共用一套遗传密码的事实,认同当今生物可能有着共同的起源。
知 识 概 览
一、遗传信息的转录
1.RNA的组成及分类
(1)基本单位:核糖核苷酸。
(2)组成成分
(3)结构:一般是单链,而且比DNA短。
2.遗传信息的转录
(1)概念
RNA是在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫作转录。
(2)过程
(3)结果:产生了mRNA、tRNA、rRNA等。
微判断1基于遗传信息的转录过程以及对RNA的有关认识,判断下列表述是否正确。
(1)DNA和RNA都含有核糖。( )
(2)RNA主要有3种,主要分布于细胞质中。( )
(3)遗传信息转录的产物只有mRNA。( )
(4)转录以DNA的2条链作为模板,以4种核糖核苷酸为原料。
( )
(5)细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生。( )
×
√
×
×
×
(6)DNA和RNA成分的区别是五碳糖的种类不同,碱基和磷酸的种类均相同。( )
(7)DNA转录形成的mRNA,与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。( )
×
×
二、遗传信息的翻译
1.翻译的概念理解
2.密码子与反密码子
(1)密码子概念:mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。
(3)反密码子:tRNA形状像三叶草的叶形,其一端是携带
氨基酸的部位;另一端有3个相邻的碱基,可以与mRNA上的密码子互补配对,叫作反密码子。
3.翻译的过程
微判断2基于遗传信息的翻译过程,判断下列表述是否正确。
(1)密码子位于mRNA上,ATC一定不是密码子。( )
(2)DNA是蛋白质合成的直接模板。( )
(3)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。( )
(4)翻译过程发生在核糖体上。( )
(5)在人体细胞中,能进行DNA的复制、转录和翻译。( )
(6)一个密码子只能对应一种氨基酸,一种氨基酸必然有多个密码子。( )
√
×
×
√
√
×
三、中心法则
1.提出者:克里克。
2.中心法则的提出及其发展
(1)图示
(2)图示解读
项目 序号 生理过程 遗传信息传递过程
最初提出 ① DNA复制 DNA流向DNA
② 转录 DNA流向RNA
③ 翻译 RNA流向蛋白质
发展补充 ④ RNA复制 RNA流向RNA
⑤ 逆转录 RNA流向DNA
3.生命是物质、能量和信息的统一体
(1)DNA、RNA是信息的载体。
(2)蛋白质是信息的表达产物。
(3)ATP为信息的流动提供能量,即生命是物质、能量和信息的统一体。
微判断3生命是物质、能量和信息的统一体,判断下列关于中心法则的表述是否正确。
(1)中心法则表示的是遗传信息的流动过程。( )
(2)RNA病毒都能进行逆转录。( )
(3)DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法则。( )
√
×
×
一 遗传信息的转录
问题探究
如下所示为一段DNA分子,如果以β链为模板进行转录,试回答下列问题。
DNA α链:……ATGATAGGGAAAC……
β链:……TACTATCCCTTTG……
1.写出对应的mRNA的碱基序列。
提示:……AUGAUAGGGAAAC……。
2.转录成的RNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系 与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同
提示:①转录成的RNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。
②相同点:碱基数目相等;都含A、G、C 3种碱基。
不同点:RNA中含有U,DNA中含有T。
3.RNA为什么能作为DNA的信使
提示:①RNA的基本组成单位是核苷酸,含有4种碱基,可以储存遗传信息。②RNA一般是单链,比DNA短,能通过核孔,从细胞核进入细胞质。③组成RNA的碱基与模板DNA之间也严格遵循碱基互补配对原则。
4.转录时mRNA延伸的方向是怎样的
提示:转录时mRNA由5'-端向3'-端延伸。
5.转录过程中的模板链与mRNA链暂时以氢键结合,最终这两条核苷酸链的去向如何
提示:mRNA释放出去,而后模板链又与DNA的另一条脱氧核苷酸链恢复成双链。
归纳总结
1.转录
(1)场所:主要是细胞核,在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
(2)条件
(3)过程:解旋→配对→连接→释放。
(4)产物:mRNA、rRNA、tRNA。
2.三种RNA的比较
比较项目 mRNA tRNA rRNA
分布 常与核糖体结合 细胞质中 与蛋白质结合形成核糖体
结构示意图
功能 翻译时作为模板 翻译时作为搬运氨基酸的工具 参与核糖体的组成
联系 ①组成相同:都含有4种核糖核苷酸
②来源相同:都由转录产生
③功能协同:都与翻译有关
典例剖析
【例1】 下图是真核生物mRNA合成过程示意图。据图分析,下列说法正确的是( )
A.R表示的节段①正处于解旋状态,
形成这种状态需要解旋酶
B.图中②是以4种脱氧核苷酸为原料合成的
C.如果图中③表示酶,则它的名称是RNA聚合酶
D.图中②合成后,在细胞核中与核糖体结合并控制蛋白质的合成
答案:C
解析:R表示的节段①正处于解旋状态,形成这种状态不需要解旋酶,需要③RNA聚合酶,A项错误,C项正确。题图中②是mRNA,是以4种核糖核苷酸为原料合成的,合成后从细胞核释放出来,与核糖体结合并控制蛋白质的合成,B、D两项错误。
学以致用
1.下图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.在不同组织细胞中,该过程的
产物相同
C.该过程需要脱氧核苷酸作原料
和DNA作模板
D.该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗
答案:D
解析:由题图可知,此过程为人体细胞核中发生的转录过程,涉及碱基互补配对和ATP的消耗;DNA含4种脱氧核苷酸,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;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;转录需要核糖核苷酸作原料,而不是脱氧核苷酸作原料。
二 遗传信息的翻译
问题探究
下图甲、乙是翻译过程的示意图。据图分析下列问题。
1.图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构
提示: Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、肽链。
2.图乙中①⑥分别是什么分子或结构 核糖体移动的方向是怎样的
提示: ①⑥分别是mRNA、核糖体。核糖体移动的方向是从右向左,从mRNA的5'-端向3'-端方向移动。
3.最终合成的肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗 为什么
提示:相同。因为它们的模板是同一条mRNA。
4.翻译过程中,1个mRNA分子上通常可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成。试分析其意义。
提示:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质,提高了翻译的速率。
二 遗传信息的翻译
归纳总结
1.转录、翻译与DNA复制的比较
比较
项目 遗传信息的传递 遗传信息的表达
DNA复制 转录 翻译
场所 主要是细胞核 主要是细胞核 细胞质
模板 亲代DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种氨基酸
比较
项目 遗传信息的传递 遗传信息的表达
DNA复制 转录 翻译
模板
去向 进入子代DNA分子中 DNA链
重新聚合 降解成核糖核苷酸
产物 完全相同的2个DNA分子 RNA 蛋白质(多肽)
碱基
配对 A—T、T—A、
C—G、G—C A—U、T—A、C—G、G—C A—U、U—A、C—G、G—C
比较
项目 遗传信息的传递 遗传信息的表达
DNA复制 转录 翻译
特点 ①半保留复制
②边解旋边复制 边解旋边转录 一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链
信息
传递 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质(多肽)
比较
项目 遗传信息的传递 遗传信息的表达
DNA复制 转录 翻译
联系
2.原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别
(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中,翻译发生在细胞质中,在空间和时间上被分隔开进行,即先转录后翻译。
(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔,可以同时进行,即边转录边翻译。其过程如下图所示:
图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4个mRNA,每个mRNA上有多个核糖体同时进行翻译过程。
典例剖析
【例2】 大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题。
(1)在大豆细胞中,以mRNA为模板合成蛋白质时,除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与,它们是 、 。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说,作为mRNA合成部位的是 ,作为mRNA执行功能部位的是 ;作为RNA聚合酶合成部位的是 ,作为RNA聚合酶执行功能部位的是 。
(3)部分氨基酸的密码子如下表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG,则该小肽的氨基酸序列是 。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换,但小肽的氨基酸序列不变,则此时编码小肽的RNA序列为 。
答案:(1)rRNA tRNA
(2)细胞核 细胞质 细胞质 细胞核
(3)酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸
UAUGAGCACUGG
解析:(1)翻译过程中除了需要mRNA外,还需要的核酸分子有组成核糖体的rRNA和运输氨基酸的tRNA。
(2)就细胞核和细胞质这两个部位来说,mRNA是在细胞核内以DNA的一条链为模板合成的,合成后需进入细胞质翻译出相应的蛋白质。RNA聚合酶的化学本质是蛋白质,在细胞质中合成后,进入细胞核用于合成RNA。
(3)根据该小肽的编码序列和对应的部分密码子表可知,该小肽的氨基酸序列是酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、组氨酸对应的密码子各有两种,故若对应的DNA序列有3处碱基发生替换后,氨基酸序列不变,则形成的编码序列为UAUGAGCACUGG。
学以致用
2.某生物基因表达过程如下图所示。下列叙述与该图相符的是( )
A.在RNA聚合酶的作用下
DNA双螺旋解开
B.DNA-RNA杂交区域中
A应与T配对
C.mRNA翻译只能得到1条肽链
D.该过程不可能发生在原核细胞中
答案:A
解析:由题图可知,在RNA聚合酶的作用下,DNA双链解开,并以其中一条链为模板合成RNA。在题图中的DNA-RNA杂交区域中,DNA上的A与mRNA上的U配对。题图中1条mRNA上同时结合2个核糖体,可得到2条肽链。由于题图中表示的基因表达过程是边转录边翻译,所以可能发生于原核细胞中。
三 中心法则
问题探究
下图表示生物遗传信息的流动过程,请回答下列问题。
1.细胞分裂前的间期发生了上述哪些过程 细胞分裂期发生了哪些过程
提示:a、b、c;c。
2.需要tRNA和核糖体同时参与的是哪个过程 能进行A—U、G—C配对的过程有哪些
提示:c;b、c、e、d。
3.在以RNA为遗传物质的生物中遗传信息是如何传递的 请写出遗传信息传递过程的图解。
提示:①含有RNA复制酶的生物。
②含有逆转录酶的生物(如人类免疫缺陷病毒)。
4.病毒的遗传信息传递过程能发生在病毒自身体内吗
提示:不能。只能发生在宿主细胞内。
三 中心法则
归纳总结
1.不同生物中心法则的体现
2.中心法则体现了DNA的两大基本功能
(1)传递遗传信息:通过DNA复制完成,发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。
(2)表达遗传信息:通过转录和翻译完成,发生在个体发育过程中。
3.解决中心法则问题的技巧
(1)从模板分析
①如果模板是DNA,生理过程可能是DNA复制或转录。
②如果模板是RNA,生理过程可能是翻译、RNA复制或逆转录。
(2)从原料分析
①如果原料为脱氧核苷酸,产物一定是DNA。
②如果原料为核糖核苷酸,产物一定是RNA。
③如果原料为氨基酸,产物一定是蛋白质。
(3)从生物种类分析
①如果是细胞生物,能进行DNA复制、转录和翻译过程。
②如果是RNA病毒,分两种情况:
a.RNA自我复制和翻译;
b.逆转录、DNA复制、转录和翻译。
典例剖析
【例3】 下图表示某种生理过程,下列与此图相关的叙述,错误的是( )
A.图中的“能量”直接来源于ATP水解
B.若X、Y均表示DNA,则图中的“酶”
为DNA聚合酶和解旋酶
C.若X是RNA,则Y只能是蛋白质,图中“原料”为氨基酸
D.若X是DNA,Y是RNA,则此过程要以X为模板,“酶”是RNA聚合酶
答案:C
解析:ATP是生命活动的直接能源物质,题图中的“能量”直接来源于ATP水解,A项正确。若X、Y均表示DNA,则该过程为DNA的复制,题图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶,B项正确。若X是RNA,则Y可能是蛋白质、RNA或DNA,该过程为翻译、RNA的复制或逆转录,C项错误。若X是DNA,Y是RNA,则此过程是转录,要以DNA为模板,酶是RNA聚合酶,D项正确。
学以致用
3.下图为中心法则中遗传信息的流动图。下列叙述正确的是( )
A.图中遗传信息在同种物质间传递的过程有①②④
B.神经元细胞核中可发生①②过程,人类免疫缺陷病毒可发生⑤过程
C.图中能发生A与U配对的过程有②③④⑤,能发生A与T配对的过程有①②④
D.③过程中核糖体与mRNA的结合部位会形成1个tRNA的结合位点
C
解析:①②③④⑤过程分别表示DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。题图中遗传信息在同种物质间传递的过程有①和⑤。神经元细胞是高度分化的细胞,细胞核中可发生②过程,但不能发生①过程,人类免疫缺陷病毒为逆转录病毒,可发生④过程。题图中②③④⑤过程均有RNA参与,均可发生A与U配对,①②④过程均有DNA参与,均可发生A与T配对。③过程中核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。
1.下列关于下图的叙述,错误的是( )
A.表示DNA复制过程
B.表示转录过程
C.共有5种碱基
D.共有8种核苷酸
答案:A
解析:题图所示为转录过程,A项错误,B项正确。因为DNA与RNA的基本单位不同,故相同碱基代表不同核苷酸,所以图示的核苷酸有8种,碱基有5种,C、D两项正确。
2.下列关于真核生物的转录过程的叙述,正确的是( )
A.转录以DNA的2条链为模板
B.转录可发生在细胞核和细胞质中
C.转录需要DNA聚合酶参与
D.转录的产物与DNA的长度相等
答案:B
解析:转录以DNA的1条链为模板,A项错误。真核细胞的转录主要发生在细胞核中,但在线粒体和叶绿体中也可发生该过程,B项正确。转录过程需要的酶是RNA聚合酶,C项错误。转录产生的mRNA是DNA上基因选择性表达的产物,因此其长度应小于DNA,D项错误。
3.下列有关蛋白质合成的叙述,错误的是( )
A.终止密码子可以编码氨基酸
B.每种tRNA只转运1种氨基酸
C.tRNA的反密码子携带了决定氨基酸序列的遗传信息
D.核糖体可在mRNA上移动
答案:C
解析:64种密码子中有3种是终止密码子,在特殊情况下,终止密码子UGA可以编码硒代半胱氨酸。每种tRNA只转运1种氨基酸,但1种氨基酸可被1种或多种tRNA转运。决定氨基酸序列的遗传信息通常在DNA分子上。
4.下列关于真核细胞的DNA复制、转录和翻译的叙述,错误的是( )
A.三个过程均主要发生在细胞核中
B.三个过程都要发生碱基互补配对
C.三个过程的产物一般都是大分子物质
D.三个过程通常都需要线粒体提供能量
答案:A
解析:真核细胞中,DNA复制、转录的场所主要是细胞核,翻译的场所是细胞质,A项错误。DNA复制、转录、翻译过程都有碱基互补配对,B项正确。DNA复制产物是DNA,转录产物是RNA,翻译产物是蛋白质,三者都是大分子物质,C项正确。DNA复制、转录、翻译过程所需能量通常均由线粒体提供,D项正确。
