【2012优化方案 精品课件】北师大版 生物 必修2 第3章第2节遗传信息的表达

(共46张PPT)
第2节　遗传信息的表达
课标领航
1．理解并简述基因碱基序列与mRNA碱基序列的关系。
2．概述转录和翻译的过程。
3．举例说明遗传密码与氨基酸的关系。
4．理解并阐述中心法则。
情景导引
由我国学者朱作言率领的转基因鱼
攻关小组，历经20多年的努力，培
育出转草鱼生长激素(一种多肽)基
因黄河鲤鱼。该转基因鱼既有草鱼
的生长速度，又
具有普通黄河鲤鱼肉质细嫩、口味鲜美、营养价值高等特点。
思考：草鱼生长激素基因在转基因黄河鲤鱼体内是怎样发挥作用的？
提示：草鱼生长激素基因在转基因黄河鲤鱼体内首先控制合成出相应的mRNA，而后，该mRNA控制合成出草鱼生长激素。
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
第2节
基础自主梳理
一、遗传信息的转录
1．基本内容
(1)场所：主要在____________。
(2)模板：DNA片段的一条链。
(3)产物：________。
(4)原料：四种游离的__________________。
细胞核
RNA
核糖核苷酸
2．过程
(1)解旋：___________解开。
(2)配对：细胞中游离的_______________与供转录用的DNA的一条链上的碱基互补配对。
(3)连接：在_____________的作用下，依次连接，形成一个mRNA分子。
(4)脱离：合成的________从DNA链上释放，而后，DNA双链恢复。
DNA双链
核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA
二、遗传信息的翻译
1．基本内容
(1)场所：细胞质中的_________。
(2)模板：________。
(3)原料：20种氨基酸。
(4)产物：具有一定氨基酸顺序的肽链。
核糖体
mRNA
2．密码子
(1)位置：__________上。
(2)实质：决定1个氨基酸的________________。
(3)种类：64种。
(4)特点：密码子具有_________、简并性、
_________、起始和终止密码子、通用性。
mRNA
三个相邻的碱基
连续性
专一性
3．工具
(1)装配机器：________。
(2)搬运工(翻译者)：___________。
4．过程
(1)mRNA与__________结合。
(2)tRNA与mRNA_____________，将氨基酸置于特定位置。
(3)脱水缩合形成－CO－NH－(写出结构简式)，氨基酸连接形成肽链。
(4)肽链盘曲折叠，形成成熟的蛋白质。
核糖体
tRNA
核糖体
互补配对
三、原核生物基因表达的调控
1．原核生物基因表达的调控主要发生在______过程。
2．调节乳糖分解代谢的根本原因是大肠杆菌染色体上存在乳糖操纵子，它是由一个操纵基因、三个结构基因、启动子和调节基因组成的。
四、真核生物基因表达的调控
1．真核生物的受精卵含有发育成一个成熟个体的全部___________。
2．在调节因素的作用下，随生物体的生长发育遗传信息有序地表达。
转录
遗传信息
五、中心法则
1．中法则的提出
(1)提出人：克里克。
(2)基本内容：遗传信息可以从DNA流向_______，即DNA的自我复制；也可以从DNA流向
_________，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译(如图所示)。
DNA
RNA
2．发展
(1)遗传信息由RNA流向_________，即逆转录。
(2)遗传信息由RNA流向________，即RNA的复制。
3．完善后的中心法则内容(如图所示)
DNA
RNA
核心要点突破
遗传信息的转录
1．DNA与RNA的区别与联系
比较项目 DNA RNA
全称 脱氧核糖核酸 核糖核酸
分布 主要存在于细胞核中 主要存在于细胞质中
比较项目 DNA RNA
化
学
组
成 基本组
成单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
碱
基 嘌
呤 腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G) 腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
嘧
啶 胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶(C)
尿嘧啶(U)
五碳糖 脱氧核糖(C5H10O4) 核糖(C5H10O5)
无机酸 磷酸 磷酸
比较项目 DNA RNA
空间结构 规则的双螺旋结构 通常呈单链结构
分类 通常只有一类 mRNA、tRNA、
rRNA三类
功能 主要的遗传物质，只要生物体内存在DNA，DNA就是遗传物质 生物体内若无DNA时，RNA是遗传物质；若存在DNA时，RNA辅助DNA完成其功能；少数RNA有催化作用
比较项目 DNA RNA
相同点 化学组成成分中都有磷酸及碱基A、C、G
联系 RNA是以DNA的一条链为模板转录产生的，即RNA的遗传信息来自DNA
特别提醒
(1)少数DNA存在于真核细胞的线粒体、叶绿体及原核细胞的质粒中。
(2)极少数病毒的DNA为单链，另外极少数病毒的RNA为双链。
2．信使RNA的形成
前体信使RNA的内含子在RNA自身催化作用下被切除掉，外显子连接在一起，形成信使RNA通过核孔，进入细胞质。
3．转录终止序列的类型
(1)依赖于蛋白质序列：主要是利用蛋白质水解释放的能量，把新生的RNA释放出来。
(2)不依赖于蛋白质序列：是由合成的RNA链的结构决定的，这段RNA序列富含G－C且可以形成发夹结构，新生的RNA链末端有一连串的U，A－U之间氢键最不稳定。
右图是DNA转录过程中的一个片段，其核苷酸的种类有(　　)
A．4种　　　　　　　　
B．5种
C．6种
D．8种
【尝试解答】　C
例1
【解析】　T是DNA特有的，U 是RNA特有的，A虽是DNA和RNA共有，但A在DNA和RNA中组成不同的核苷酸，因此有6种。
跟踪训练　有三个核酸分子，经分析共有5种碱基，8种核苷酸，4条核苷酸长链，它的组成是(　　)
A．1个RNA,2个DNA
B．3个DNA
C．1个DNA,2个RNA
D．3个RNA
解析：选C。根据题意，这三个核酸分子共有5种碱基，8种核苷酸，也就是DNA分子和RNA分子均有。而三个分子共有4条核苷酸链，由于DNA分子是双螺旋(双链)结构，而RNA是单链结构，则这3个分子只能是1个DNA分子和2个RNA分子。
1．遗传信息、密码子和反密码子的区别
　遗传信息的翻译
位置 作用
遗传信息 DNA上碱基的排列顺序 转录时决定RNA中的碱基排列顺序
密码子 mRNA上3个相邻的碱基 翻译时决定肽链中氨基酸的排列顺序
反密码子 tRNA上与mRNA互补的3个碱基 与mRNA上3个碱基互补，以确定氨基酸在肽链上的位置
联系图解
特别提醒
(1)对于以RNA为遗传物质的病毒来说，遗传信息贮存在RNA中。
(2)密码子共有64种，但有3种为
终止密码子；对应氨基酸的密码
子有61种，所有生物共用一套遗
传密码。
(3)tRNA上反密码子所含的碱基有3个，但整个tRNA不止3个碱基。如图：
2．基因表达时的数量关系
(1)转录时，组成基因的两条链只有一条链能转录，另一条链则不能转录。因此，转录形成的RNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。
(2)翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是信使RNA碱基数目的1/3。
(3)基因中的碱基、RNA中的碱基和蛋白质中氨基酸的数量关系
比较 数目
DNA中的碱基数、磷酸基数、脱氧核糖数、脱氧核糖核苷酸数 6n
mRNA中碱基数、磷酸基数、核糖数、核糖核苷酸数 3n
参与转运氨基酸的tRNA数 n
蛋白质中的氨基酸数 n
蛋白质中的肽链数 m
蛋白质中的肽键数 n－m
缩合脱去的水分子数 n－m
特别提醒
(1)上述比例关系只是针对基因中的编码序列，但真核生物的基因中还存在着非编码序列。
(2)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
(3)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。
(4)在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。
如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
若细胞中tRNA1(AUU)可转运氨基酸a，tRNA2(ACG)可转运氨基酸b，tRNA3(UAC)可转运氨基酸c，今以DNA中一条链A－C－G－T－A－C－A－T－T－……为模板合成的蛋白质，其基本组成单位的排列可能是(　　)
A．a－b－c－ B．c－b－a－
C．b－c－a－ D．b－a－c－
例2
【尝试解答】　C
【解析】　DNA中ACG对应mRNA中的密码子为UGC，相应tRNA的反密码子为ACG，对应的氨基酸为b。以此类推，DNA中TAC对应氨基酸为c，ATT对应氨基酸为a。
跟踪训练　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个数以及转录此mRNA的基因中至少含的碱基数依次为(　　)
A．33,11；66 B．36,12；72
C．12,36；24 D．11,36；72
解析：选B。此多肽含有11个肽键，所以含有氨基酸12个，所以mRNA上的密码子至少有12个，mRNA上的碱基数至少有12×3＝36个。决定氨基酸的密码子是12个，所以最多需要的tRNA也是12个。因为mRNA的碱基至少有36个，所以转录它的基因中的碱基数至少为36×2＝72个。
原核细胞基因结构 真核细胞基因结构
非编码
区 位置 均位于编码区的上游和下游
功能 有调控遗传信息表达的核苷酸序列
基因表达的调控
1．原核细胞与真核细胞基因结构的比较
原核细胞基因结构 真核细胞基因结构
编
码
区 结构 连续的，不存在内含子与外显子 间隔的、不连续的，有内含子与外显子
功能 编码蛋白质 外显子编码蛋白质
转录产物
成熟的mRNA 初级转录产物，需切割掉内含子的转录部分才成为成熟的mRNA
2．大肠杆菌对乳糖分解代谢的调节
(1)当培养基中没有乳糖时，调节基因的产物调节蛋白会与操纵子结合，从而阻碍RNA聚合酶与启动子的结合，使结构基因无法转录，也就不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。
(2)当培养基只有乳糖存在时，乳糖可以与调节基因的产物调节蛋白结合，使调节蛋白不能与操纵基因结合，促使三个结构基因的转录，促进了半乳糖苷酶的合成，从而使RNA聚合酶顺利与启动子结合，乳糖被分解成单糖，供大肠杆菌生长的需要。
3．真核生物基因表达的特点
(1)真核生物基因的表达在胚胎时期，基因表达数量最多，但在以后的生长发育过程中，有些基因表达增强，有些基因表达减弱或被抑制。
(2)当环境条件发生变化时，生物体在调节因素作用下，调整自身的基因表达，产生相应功能蛋白质，通过改变生物自身的代谢以适应环境。
以下关于基因结构中“与RNA聚合酶结合位点”的说法错误的是(　　)
A．“与RNA聚合酶结合位点”即是起始密码
B．“与RNA聚合酶结合位点”是转录RNA时与RNA聚合酶的一个结合点
C．“与RNA聚合酶结合位点”能够使酶准确地识别转录的起始点并开始转录
D．“与RNA聚合酶结合位点”在转录mRNA时，起调控作用
例3
【尝试解答】　A
【解析】　起始密码属于密码子，位于mRNA上，故A是错误的。
跟踪训练　真核生物编码蛋白质的基因经转录产生有功能的成熟的信使RNA的过程是(　　)
A．转录后直接产生信使RNA
B．将内含子转录部分剪掉，外显子转录部分拼接而成
C．将外显子转录部分剪掉，内含子转录部分拼接而成
D．A、B、C三种情况都有
答案：B
1．中心法则中各过程分析
中心法则
过程 模板 原料 配对原则 产物 实例
DNA复制 DNA→DNA DNA的两条链 含A、T、G、
C的四种脱氧核苷酸 A－T
G－C DNA 绝大多数生物
过程 模板 原料 配对原则 产物 实例
RNA复制 RNA→RNA RNA 含A、U、G、C的四种核
糖核苷酸 A－U G－C RNA 以RNA为遗传物
质的生物，
如烟草花
叶病毒
RNA逆转录 RNA→DNA RNA 含A、T、G、C的四种脱氧
核苷酸 A－T U－A
G－C DNA 艾滋
病病毒
过程 模板 原料 配对原则 产物 实例
翻译 RNA→多肽 信使RNA 20种氨基酸 A－U G－C 多肽 所有生物
2．中心法则中各过程的适用范围
在大豆体细胞内，遗传信息在生物大分子间转移通常不发生(　　)
A．从DNA→DNA的复制过程
B．从DNA→RNA的转录过程
C．从RNA→蛋白质的翻译过程
D．从RNA→RNA及RNA→DNA
【尝试解答】　D
例4
【解析】　大豆的遗传物质为DNA，故其体内不会出现D项所述的遗传信息的传递方式。
跟踪训练　在烟草和烟草花叶病毒中，遗传信息的传递情况分别是(　　)
A．①②⑤和③②④⑤
B．①②⑤和④⑤
C．②④⑤和③④⑤⑥
D．②⑥⑦和②④⑤⑥
解析：选B。烟草为高等植物，其遗传信息的传递情况有两条途径，一是通过DNA的复制使遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA，二是通过转录和翻译使遗传信息从DNA传到RNA，再由RNA流向蛋白质。烟草花叶病毒是RNA病毒，但不具有逆转录功能，其遗传信息的传递是，由RNA到RNA的RNA复制和由RNA到蛋白质的翻译两条途径。
知能过关演练
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