高一生物基因控制蛋白质的合成课件

(共67张PPT)
第三节　基因控制蛋白质的合成
第三节　基因控制蛋白质的合成
基础自主梳理
核心要点突破
实验探究创新
课标领航
知能过关演练
通过本节的学习，我能够
1．说明基因和遗传信息的关系。
2．概述遗传信息的转录和翻译过程。
3．说明遗传密码和中心法则。
4．说明基因与性状的关系。
5．了解人类基因组计划。
课标领航
情景导引
听说过“马无夜草不肥”吗？减肥瘦身的人晚上节食效果好，这些都与生物体内的一种促进脂肪堆积的蛋白质BMALI有关，这种蛋白质的量在晚上10点到次日凌晨2 点含量较高，而白天很少，那么生物体内的蛋白质是怎样合成的呢？
基础自主梳理
一、从基因到蛋白质
基因的本质是DNA分子上具有__________的片段。基因的遗传表达是通过基因控制_________的合成来实现的。
1．转录
(1)概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按___________________合成RNA的过程。
(2)原料：4种游离的核糖核苷酸。
遗传效应
蛋白质
碱基互补配对原则
(3)过程：
(4)产物：_________。
(5)遗传信息的传递方向：_________________。
RNA
信使RNA
rRNA
DNA→mRNA
2．翻译
(1)概念：在细胞质中按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成多肽链的过程。
(2)条件：_________、________、核糖体、多种氨基酸和多种酶的共同参与。
mRNA
tRNA
(3 )过程：
起始阶段：mRNA、tRNA与__________相结合。
　↓
延伸阶段：携带着特定氨基酸的tRNA按照 _______________原则，识别并进入第 二位置。在酶的作用下，将氨基酸依 次连接，形成多肽链。
　↓
终止阶段：识别___________，多肽链合成终止并 被释放。
碱基互补配对
终止密码子
核糖体
(4)遗传信息传递方向：mRNA→多肽。
(5)遗传密码子
①概念：mRNA上决定一个氨基酸的__________________。
②种类：64种。其中有_______密码子负责20种氨基酸的编码，其中AUG是真核细胞唯一的起始密码子，有3个是终止密码子，不编码任何氨基酸。
3个相邻的碱基
61个
思考感悟
1．转运RNA与氨基酸有怎样的对应关系？
【提示】　一种转运RNA只能转运一种氨基酸，而一种氨基酸可由一种到几种转运RNA转运。
二、基因对性状的控制
1．中心法则
思考感悟
2．所有RNA病毒的遗传信息传递途径都相同吗？试分析原因。
【提示】　不相同。有的RNA病毒可以进行RNA的自我复制，遗传信息由RNA流向RNA；有的RNA病毒内有逆转录酶，可以以RNA为模板合成DNA，即遗传信息由RNA流向DNA。
2．基因与性状的关系
(1)生物体的性状：包括生物体所表现出来的_____________和生理生化特性。
(2)基因与性状的关系：①基因控制性状；②基因对性状的控制通过控制_______________而实现。
形态特征
蛋白质的合成
三、人类基因组计划
1．人类基因组计划的主要内容是完成人体____条染色体上的全部基因的遗传图、物理图和全部碱基的序列测定。
2．2003年4月14日，美、日、德、法、英、中6国科学家宣布人类基因组框架图绘制完成，共测出31.647亿个碱基。
3．人类基因组序列图绘制完成后，我国生物科学工作者又完成了_______等生物的基因组测定。
24
水稻
核心要点突破
DNA与RNA的比较
要点一
项目 DNA RNA
分布 主要存在于细胞核中 主要存在于细胞质中
其中组成单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
五碳糖 脱氧核糖 核糖
项目 DNA RNA
含氮碱基 A、G、C、T A、G、C、U
空间结构 规则的双螺旋结构 通常呈单链
分类 mRNA、tRNA、rRNA
产生途径 DNA复制，逆转录 转录，RNA复制
功能 绝大多数生物的遗传物质(传递和表达遗传信息) ①作为部分病毒的遗传物质。②作为翻译的模板或搬运工。③参与核糖体的构成。
④少数RNA有催化作用
联系 RNA由DNA转录产生，DNA是遗传信息的储存者，RNA是遗传信息的携带者，RNA的遗传信息来自于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在DNA和RNA中有相同的碱基(A、G、C)，但与之对应的核苷酸种类不同，因为五碳糖不同。
下面是DNA转录中的一个片段，其核苷酸的种类有(　　)
　　　　　　　－C－T－T－A－
　　　　　　　　 　　 　 　
　　　　　　　－G－A－A－U－
A．4种 B．5种
C．6种 D．8种
例1
【思路点拨】　本题考查DNA、RNA的基本组成单位——核苷酸的种类，解答本题应明确核酸分为两大类：DNA和RNA。它们的基本组成单位分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸。组成每种核苷酸的五碳糖不同。
【尝试解答】　____C____
【解析】　上面一条链是DNA模板链，含3种脱氧核苷酸，为腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸；下面一条链是转录产生的信使RNA，含3种核糖核苷酸：鸟嘌呤核糖核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸。
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。
基因的表达
要点二
1．转录、翻译与DNA复制的比较
项目 DNA复制 转录 翻译
场所 主要是细胞核 主要是细胞核 核糖体
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
项目 DNA复制 转录 翻译
其他条件 酶(解旋酶、DNA聚合酶等)和ATP 酶(解旋酶、RNA聚合酶等)和ATP 酶、ATP和tRNA
碱基配对类型 A—T
C—G A—U
T—A
C—G A—U
C—G
信息传递
项目 DNA复制 转录 翻译
时间 细胞分裂间期 生物生长发育的过程中
产物 2个相同的DNA RNA(mRNA、tRNA、rRNA) 有一定氨基酸排列顺序的蛋白质
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，DNA仍保留 1个mRNA分子可结合多个核糖体，提高合成蛋白质的速度
2.遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子的关系
(1)区分
(2)对应关系
3．遗传信息传递过程中相关成分的数量关系
(1)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)翻译时，形成的多肽链数＝氨基酸数－肽键数。
(3)蛋白质中氨基酸数目＝tRNA数目＝1/3 mRNA碱基数目＝1/6 DNA碱基数目，即
(4)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。
(5)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。
特别提醒
①因DNA(基因)、mRNA上有一些碱基不编码氨基酸(如mRNA上终止密码等)，故一般题干中求氨基酸数时有“最多”、求碱基数时有“至少”等字样。
②原核细胞中转录和翻译同时进行，即边转录边翻译，而真核细胞中先进行转录，然后mRNA再通过核孔进入细胞质中与核糖体结合进行翻译。
③在细胞中的DNA分子上，嘌呤数和嘧啶数一般相等。但整个细胞中，既有DNA，又有RNA，所以，就整个细胞而言，嘌呤数和嘧啶数未必相等。
(2010年高考江苏卷)铁蛋白是细胞内储存多余Fe3＋的蛋白，铁蛋白合成的调节与游离的Fe3＋、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性序列，能与铁调节蛋白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。当Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，核糖体能与铁蛋白mRNA一端结合，沿mRNA移动，遇到起始密码后开始翻译(如图所示)。回答下列问题：
例2
(1)图中甘氨酸的密码子是________，铁蛋白基因中决定“ ”的模板链碱基序列为________。
(2)Fe3＋浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了_______________________________，从而抑制了翻译的开始；Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白mRNA能够翻译。这种调节机制既可以避免________对细胞的毒性影响，又可以减少______________________________。
(3)若铁蛋白由n个氨基酸组成，指导其合成的mRNA的碱基数远大于3n，主要原因是________________________________________________________________________。
(4)若要改造铁蛋白分子，将图中色氨酸变成亮氨酸(密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)，可以通过改变DNA模板链上的一个碱基来实现，即由________。
【思路点拨】　本题以铁蛋白为载体，考查基因的表达，解答本题可从以下两方面入手：
①Fe3＋浓度与铁调节蛋白生理过程的关系。
②基因表达中，mRNA上的碱基数与氨基酸数的对应关系。
【尝试解答】　(1)GGU　…CCACTGACC…(…CCAGTCACC…)
(2)核糖体在mRNA上的结合与移动　Fe3＋　细胞内物质和能量的浪费
(3)mRNA两端存在不翻译的序列
(4)C→A
【解析】　(1)据图可知，甘氨酸的反密码子(tRNA上)是CCA，根据碱基互补配对原则，甘氨酸的密码子是GGU。据图可知，铁蛋白基因中决定“ ”的mRNA链碱基序列为…GGUGACUGG…，根据碱基互补配对原则，其模板链碱基序列为…CCAGTCACC…也可以是…CCAGTCACC…(转录方向与前者相反)。
(2)Fe3＋浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合，核糖体不能与铁蛋白mRNA一端结合，不能沿mRNA移动，从而抑制了翻译的开始；Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白mRNA能够翻译。这种调节机制既可以避免Fe3＋对细胞的毒性影响(铁蛋白是细胞内储存多余Fe3＋的蛋白)，又可以减少细胞内物质和能量的浪费。
(3)指导铁蛋白合成的mRNA的碱基序列上存在不能决定氨基酸的密码子(铁应答元件、终止密码等)，故指导铁蛋白合成的mRNA的碱基数远大于3n。
(4)色氨酸的密码子为UGG，亮氨酸的密码子有UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG，其中与色氨酸的密码子相差最小的是UUG，即可由UGG变为UUG，故DNA模板链上的碱基变化是由C→A。
跟踪训练　(2011年高考江苏卷)关于转录和翻译的叙述，错误的是(　　)
A．转录时以核糖核苷酸为原料
B．转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
C．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质
D．不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性
解析：选C。转录的场所主要在细胞核，以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料在RNA聚合酶催化下合成一条mRNA；翻译在核糖体上进行，核糖体在mRNA上移动，以mRNA为模板合成一条多肽链，而密码子的简并性增强了密码子的容错性。故A、B、D三项正确，C项错误。
基因对性状的控制
要点三
1．基因与性状的关系
(1)基因对性状的控制
①一些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。
②一些基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)控制生物性状的因素
生物体的有些性状是受单基因控制的，而有些性状不仅由一个基因控制，可能由多个基因来决定(如人的身高、玉米叶绿素的形成)。
(3)性状与基因和环境的关系
生物的性状由基因决定，但还受环境条件的影响，是生物的基因和环境共同作用的结果，即表现型＝基因型＋环境条件。
2．中心法则
(1)图解
(2)遗传信息的传递途径
①DNA→DNA(或基因→基因)：以DNA作为遗传物质的生物的DNA自我复制。
②RNA→RNA：以RNA作为遗传物质的生物的RNA自我复制。
③DNA→RNA：细胞中的转录过程。
④RNA→DNA：少数以RNA作为遗传物质的病毒在宿主细胞中的逆转录过程。
⑤RNA→蛋白质：细胞质中核糖体上的翻译过程。
中心法则是对遗传信息的传递过程的概括，是对DNA基本功能的概括，也是对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。
【名师点睛】　①逆转录必须在逆转录酶的作用下才能进行。
②RNA的复制和逆转录过程，只有极少数的生物能够进行，绝大多数生物不能完成这样的信息传递。
中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。请回答下列问题：
例3
(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是________、________、________和________。
(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________(用图中的字母回答)。
(3)a过程发生在真核细胞分裂的________期。
(4)在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是________。
(5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是______，后者所携带的分子是________。
(6)RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有(用类似本题图中的形式表述)：
①______________________________________；
②______________________________________。
【尝试解答】　(1)DNA复制　转录　翻译　逆转录
(2)c　(3)间(S)　(4)细胞核　(5)tRNA(转运RNA)　氨基酸　(6)如下图：
①
②RNA→DNA→RNA→蛋白质
【解析】　在中心法则中，a、b、c、d分别代表DNA自我复制、转录、翻译和逆转录四个过程。需要tRNA和核糖体同时参与的是翻译过程c，真核细胞中a过程发生在分裂的间期，a和b过程都发生在细胞核中，在翻译过程中，能特异性的与信使RNA分子上的密码子相结合的物质是转运RNA，其识别结构是反密码子，转运RNA上所携带的分子是氨基酸。RNA病毒的遗传信息的传递方式有直接控制蛋白质的合成和自我复制过程以及逆转录出DNA再通过DNA控制蛋白质的合成过程两种。
跟踪训练　在烟草和烟草花叶病毒生物中，遗传信息的传递情况分别是(　　)
A．①②③和④⑤⑥⑦ B．①②⑤和②③④⑤
C．②④⑤和③④⑤⑥ D．②⑥⑦和②④⑤⑥
解析：选B。烟草属于高等植物，遗传信息的传递情况是通过DNA的复制在上下代之间传递；通过转录把遗传信息先传递给RNA，然后通过翻译再传递给具有一定氨基酸顺序的蛋白质。烟草花叶病毒是遗传物质为RNA的病毒，通过RNA的复制实现遗传物质的复制，在控制合成蛋白质时要先通过逆转录把遗传信息传递给DNA，然后再通过转录和翻译，控制蛋白质的合成。
实验探究创新
探究抗生素影响细菌细胞内
蛋白质合成的实验设计
【例题展示】　人们通过对青霉素、链霉素、四环素、氯霉素等抗生素研究发现，抗生素之所以能够杀死细菌等病原体而对人体无害，其原因是抗生素能够有效地阻断细菌细胞内的蛋白质合成，而不影响人体细胞内蛋白质的合成。于是人们对此提出了许多假设，其中有如下三点：
①抗生素能阻断细菌DNA的转录过程，而不影响人体DNA的转录过程。
②抗生素能阻断细菌转运RNA的功能，而不影响人体转运RNA的功能。
③抗生素能阻断细菌内核糖体的功能，而不影响人体内核糖体的功能。
接下来需要对这些假设逐一进行实验探究。如假设①验证抗生素是否阻断细菌转录过程的基本实验思路：设置甲、乙两组实验，进行体外模拟细菌DNA的转录过程。甲组滴加一定浓度的适量抗生素的水溶液，乙组滴加等量的蒸馏水，其他条件相同且适宜。最后检测两组实验中RNA的生成量。
实验结果及结论：若甲、乙两组中RNA的生成量相等，则抗生素不阻断细菌DNA的转录；若甲组中RNA生成量少于乙组中RNA的生成量，则抗生素能阻断细菌DNA的转录。
现在请你依照上面实验设计，探究假设②“验证抗生素是否阻断细菌转运RNA功能”，或假设③“验证抗生素是否阻断细菌核糖体功能”。
请任选一种假设，写出你的验证性实验的基本思路，并对实验结果和结论进行预测。
答：你选择假设________(②/③)。
基本实验思路：________________________________________________________________________。
【解析】　欲探究抗生素能否阻断细菌内核糖体功能或能否阻断细菌转移RNA的功能均应参照题干信息中给予的实验设计思路，设置对照实验并讨论分析实验结果。
在分析预期结果时应注意：阻断转录的后果是不能正常产生mRNA，阻断转运RNA和阻断核糖体功能的后果均是蛋白质合成受阻，故后两种实验的因变量可用蛋白质生成量作参照指标。
【答案】　方案一　②　设置甲、乙两组实验，进行体外模拟细菌的翻译过程。甲组加入用抗生素处理后的各种转运RNA，乙组加入未用抗生素处理的等量各种转运RNA。其余条件相同且适宜。最后检测两组实验中蛋白质的生成量。实验结果及结论：若甲、乙两组中蛋白质的生成量相等，则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能；若甲组中蛋白质生成量少于乙组中蛋白质的生成量，则抗生素能阻断细菌转运RNA的功能
方案二　③　设置甲、乙两组实验，进行体外模拟细菌的翻译过程。甲组加入用抗生素处理后的细菌核糖体，乙组加入未用抗生素处理的等量细菌核糖体。其余条件相同且适宜。最后检测两组实验中蛋白质的生成量。实验结果及结论：若甲、乙两组中蛋白质的生成量相等，则抗生素不阻断细菌核糖体的功能；若甲组中蛋白质生成量少于乙组中蛋白质的生成量，则抗生素能阻断细菌核糖体的功能
【实验链接】　归纳实验结论的一般思路：
①通过实验目的或步骤(根据单一因素不同)找出实验变量，将实验分为多个对照组。
②由因找果，分析实验变量与结果间的逻辑关系，先得出正确结论(分结论)。
③再根据各对照组中得出的“分结论”，综合为“全面结论(总)”。
④在验证性实验中，如果实验目的已知，可直接作为正确结论，但全面性要因对照组而定。
知能过关演练
本部分内容讲解结束
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