第二节 基因的表达
学习目标 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) 说明中心法则的含义。
一、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
二、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：核糖体。
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作一个反密码子。
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
1．判断对错
(1)转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。
( )
(2)转录以DNA的两条链为模板，只发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。 ( )
(3)真核生物基因中每三个相邻的碱基组成一个反密码子。
( )
[答案](1)× 分析：转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
(2)× 分析：对于真核生物而言，RNA主要是在细胞核中以4种核糖核苷酸为原料、以DNA的一条链为模板合成的，除细胞核外，叶绿体和线粒体内也能合成RNA。原核生物中，RNA是在细胞质中合成的。
(3)× 分析：tRNA上的三个碱基能与mRNA上的三个相邻的碱基互补，称为反密码子。
2．如图表示某细胞中的转录过程，相关叙述不正确的是( )
A．a表示DNA B．b表示RNA
C．c表示解旋酶 D．图中有5种碱基
C [本题考查基因表达中的转录过程。由题图可知，a表示双链DNA，A项正确。b表示转录形成的单链RNA，B项正确。RNA在c的作用下合成，c表示RNA聚合酶，C项错误。图中DNA含有A、T、C、G 4种碱基，RNA含有A、U、C、G 4种碱基，共5种碱基，D项正确。]
3．DNA分子复制、转录、翻译所需的原料依次是( )
A．脱氧核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸
B．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、蛋白质
C．核糖核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸
D．脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
D [组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，而DNA复制是合成DNA分子的过程，需要的原料是脱氧核苷酸。转录是以DNA分子的一条链为模板合成RNA，而RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。翻译是合成蛋白质，其原料是氨基酸。]
转录
[思考交流]
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。
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)。
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。
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。
1．三种RNA的比较
类型
mRNA
tRNA
rRNA
空间
结构
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．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
DNA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
C [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和氢键；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。]
2．如图①②③是三种RNA的模式图，下列说法错误的是( )
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
C [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。]
翻译
[思考交流]
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。
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。
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。
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。
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。
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
核糖体
原料
核糖核苷酸
氨基酸
碱基配
对原则
DNA→mRNA
A——U
T——A
C——G
G——C
mRNA→tRNA
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
存在位置
含义
联系
遗传
信息
DNA
脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序
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
②密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子则起到翻译的作用
密码子
mRNA
mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
反密码子
tRNA
与密码子互补配对的3个碱基
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(密码子的简并性)，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：
特别提醒：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
名师点拨：三看法剖析“中心法则”
如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。据图回答下列问题：(已知：AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸)
(1)物质②为________，b过程为________，c过程为________。
(2)图中③为________；⑤携带的氨基酸为________。
(3)该DNA片段中碱基数目为________个，该DNA复制一次要消耗________个鸟嘌呤脱氧核苷酸。
(4)以下生物能独立完成a、b、c三个过程的是( )
A．肌肉细胞
B．烟草花叶病毒
C．洋葱根尖分生区细胞
D．噬菌体
[解析](1)由题意可知，②是mRNA，b表示转录过程，c表示翻译过程。
(2)③为核糖体，⑤是tRNA，其反密码子为AAG，密码子为UUC，决定的氨基酸为苯丙氨酸。
(3)mRNA碱基序列为AUGGCUUCUUUC，共含有12个碱基，因此双链DNA中碱基数目为24个，根据mRNA中的C和G的数目可知该DNA片段中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸5个，因此DNA复制一次要消耗5个鸟嘌呤脱氧核苷酸。
(4)a、b、c表示的过程只有由细胞构成的生物才能独立完成，病毒不能独立完成，肌肉细胞高度分化，不分裂，不能完成a过程。
[答案](1)mRNA 转录 翻译
(2)核糖体 苯丙氨酸
(3)24 5 (4)C
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
C [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。]
2．1983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。下列能正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”示意图的是( )
A.
B.
C.
D.
D [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HIV-DNA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。]
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
C [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。]
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( )
A．遗传信息储存在甲上
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
C [甲为mRNA，乙为tRNA，真核生物的遗传信息存在于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。]
3．(2019·全国卷Ⅰ)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是( )
①同位素标记的tRNA
②蛋白质合成所需的酶
③同位素标记的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A．①②④ B．②③④
C．③④⑤ D．①③⑤
C [本题考查翻译所需的条件，意在考查考生的理解能力。蛋白质合成需要mRNA模板、游离的氨基酸、核糖体、tRNA以及相关酶等。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸可作为合成多肽链的模板；要获得同位素标记的多肽链，需要使用同位素标记的氨基酸；除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有核糖体、tRNA以及相关酶等，所以C选项符合题意。]
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
课件67张PPT。第三单元 遗传与变异的分子基础第二章 基因对性状的控制
第二节 基因的表达
转录翻译RNA模板碱基互补配对细胞核细胞核单链A、T、C、GA、U、C、G脱氧核糖rRNAmRNAtRNA转运mRNAtRNA氨基酸序列碱基三联体tRNA核糖体功能mRNA终止密码子空间结构蛋白质DNARNADNARNA病毒自我复制转录 翻译 点击右图进入…Thank you for watching !
