2018-2019高中生物 第3單元 第2章 第2節(jié) 基因的表達(dá)學(xué)案 中圖版必修2

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1、第二節(jié)　基因的表達(dá) 1．描述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。(重難點(diǎn)) 2．理解遺傳信息、密碼子、反密碼子的區(qū)別。(重點(diǎn)) 3．說明中心法則的含義。 轉(zhuǎn) 錄 1．基因的表達(dá) 基因表達(dá)是指基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯而產(chǎn)生蛋白質(zhì)，或轉(zhuǎn)錄后直接產(chǎn)生RNA的過程。 2．轉(zhuǎn)錄 在細(xì)胞核中，DNA分子首先解開雙鏈，以其中的一條鏈為模板按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。 3．場所：主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。其意義是使DNA中遺傳信息傳遞到RNA中。 4．RNA的結(jié)構(gòu)和種類 (1)RNA與DNA結(jié)構(gòu)的比較 DNA RNA 結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu) 通常呈單鏈 結(jié)構(gòu) 基本

2、單位 脫氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 堿基 A、T、C、G A、U、C、G 五碳糖 脫氧核糖 核糖 主要存在部位 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) (2)種類 5．轉(zhuǎn)錄的過程 [合作探討] 探討1：現(xiàn)有一核酸片段，欲確定是DNA還是RNA，你能從哪些方面進(jìn)行判斷？ 提示：(1)根據(jù)五碳糖不同；(2)根據(jù)含氮堿基不同。 探討2：下圖是一小段DNA片段，①鏈?zhǔn)悄０彐?，請寫出其轉(zhuǎn)錄生成的RNA的堿基序列，并分析RNA的堿基序列與DNA兩條鏈堿基序列的關(guān)系。 提示：(1) (2)生成的RNA的堿基序列與模板鏈互補(bǔ)，與非模板鏈堿基序列基本相同(除T和U外)。 探討3：轉(zhuǎn)

3、錄的場所一定是細(xì)胞核嗎？產(chǎn)物一定是mRNA嗎？ 提示：含有DNA的部分(細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、擬核、質(zhì)粒)均可轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)物有mRNA、tRNA、rRNA等。 探討4：轉(zhuǎn)錄和復(fù)制都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，堿基配對(duì)方式有何不同？ 提示：復(fù)制時(shí)A—T配對(duì)，轉(zhuǎn)錄時(shí)A—U配對(duì)。 [思維升華] 1．三種RNA的比較 類型 mRNA tRNA rRNA 空 間 結(jié) 構(gòu) 三葉草形 功能 轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，是蛋白質(zhì)合成的直接模板 一端以反密碼子識(shí)別mRNA上的密碼子，另一端攜帶一個(gè)特定的氨基酸進(jìn)入核糖體 是核糖體的組成成分，參與蛋白質(zhì)的合成 另外：有的RNA

4、還具有催化作用。 (2)病毒中RNA的功能：是遺傳物質(zhì)，攜帶遺傳信息，含有控制病毒蛋白質(zhì)合成及性狀表達(dá)的全套的基因，對(duì)宿主細(xì)胞具有感染能力。 2．轉(zhuǎn)錄的過程 (1)第1步(解旋)：DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)打開，雙鏈的堿基得以暴露。 (2)第2步(配對(duì))：以解開的DNA的一條鏈作為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，將對(duì)應(yīng)的核糖核苷酸與模板鏈上的堿基配對(duì)，兩者以氫鍵連接。 (3)第3步(連接)：在RNA聚合酶的作用下，將新結(jié)合的核糖核苷酸依次連接到正在合成的RNA分子上。 (4)第4步(釋放)：合成的RNA分子從模板鏈上釋放，DNA恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)。 3．DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的比較 項(xiàng)目 復(fù)制

5、 轉(zhuǎn)錄 時(shí)間 細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期 生長發(fā)育過程中 場所 主要在細(xì)胞核，少部分在線粒體和葉綠體 原料 四種脫氧核苷酸 四種核糖核苷酸 模板 DNA的兩條鏈 DNA中的一條鏈 條件 解旋酶、DNA聚合酶和ATP RNA聚合酶和ATP 特點(diǎn) 邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制 邊解旋邊轉(zhuǎn)錄， 轉(zhuǎn)錄后DNA仍恢 復(fù)原來的雙鏈結(jié)構(gòu) 產(chǎn)物 兩個(gè)雙鏈DNA分子 一條單鏈mRNA 意義 復(fù)制遺傳信息，使遺傳信息從親代傳給子代 傳遞遺傳信息， 為翻譯作準(zhǔn)備 1．關(guān)于DNA和RNA的敘述，正確的是(　　) A．DNA有氫鍵，RNA沒有氫鍵

6、 B．一種病毒同時(shí)含有DNA和RNA C．原核細(xì)胞中既有DNA，也有RNA D．葉綠體、線粒體和核糖體都含有DNA 【解析】　本題主要考查DNA和RNA的相關(guān)知識(shí)。DNA一般為雙鏈結(jié)構(gòu)，其堿基對(duì)間為氫鍵，RNA雖然一般為單鏈，但tRNA形成的“三葉草”結(jié)構(gòu)中，也存在堿基配對(duì)現(xiàn)象，也存在氫鍵；DNA病毒只含DNA，RNA病毒只含RNA，一種病毒不可能同時(shí)含有DNA和RNA；原核細(xì)胞與真核細(xì)胞一樣，既有DNA，也有RNA；葉綠體和線粒體均含有DNA和RNA，而核糖體只含有RNA。 【答案】　C 2．如圖①②③是三種RNA的模式圖，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73730061

7、】 A．①可以攜帶遺傳信息 B．②可與①發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì) C．終止密碼子對(duì)應(yīng)的②不攜帶氨基酸 D．翻譯過程需要①②③的參與 【解析】　圖中①②③依次為mRNA、tRNA、rRNA，mRNA可以密碼子的形式攜帶DNA上的遺傳信息，翻譯過程中tRNA和mRNA上的堿基互補(bǔ)配對(duì)，終止密碼子沒有對(duì)應(yīng)的tRNA。翻譯過程中mRNA為模板，tRNA為運(yùn)載氨基酸的工具，rRNA參與構(gòu)成核糖體。 【答案】　C 翻 譯 1．概念：在細(xì)胞質(zhì)中以mRNA為模板，以tRNA為運(yùn)載工具，合成具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)的過程稱為翻譯。 2．翻譯場所：細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。 密碼子：mRNA上決

8、定一個(gè)特定氨基酸的堿基三聯(lián)體。 反密碼子：轉(zhuǎn)運(yùn)RNA上能與密碼子配對(duì)的三個(gè)相鄰的堿基叫做一個(gè)反密碼子。 3．過程 起始：mRNA與核糖體結(jié)合。 　↓ 運(yùn)輸：tRNA攜帶氨基酸置于特定位置。 　↓ 延伸：核糖體沿mRNA移動(dòng)，讀取下一個(gè)密碼子，由對(duì)應(yīng)tRNA運(yùn)輸相應(yīng)的氨基酸加到延伸中的肽鏈上。(一個(gè)mRNA可以結(jié)合多個(gè)核糖體) 　↓ 　終止：當(dāng)核糖體到達(dá)mRNA上的終止密碼子時(shí)，合成停止。 　↓ 　脫離：肽鏈合成后從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。 4．中心法則及其發(fā)展 (1)要點(diǎn)：遺傳信息只能由DNA傳遞到DNA，或由DN

9、A傳遞到RNA，然后決定蛋白質(zhì)的特異性。 (2)補(bǔ)充 ①研究對(duì)象：RNA病毒。 ②內(nèi)容：RNA在宿主體內(nèi)可以進(jìn)行自我復(fù)制，也能以RNA為模板來合成DNA。 (3)完善后的中心法則示意圖 [合作探討] 探討1：所有的密碼子和反密碼子都是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系嗎？ 提示：不是。密碼子共有64種，其中3個(gè)終止密碼子不決定氨基酸，沒有反密碼子與之相對(duì)應(yīng)。 探討2：若指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的基因中某一堿基發(fā)生改變，其控制合成的氨基酸是否一定發(fā)生改變？為什么？ 提示：不一定。因?yàn)橐环N氨基酸可對(duì)應(yīng)一種或多種密碼子。 探討3：根據(jù)每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，能否判定tRNA與氨基酸之間是

10、一一對(duì)應(yīng)關(guān)系？并分析原因。 提示：不能。雖然一種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，但一種氨基酸可能被多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。 探討4：一個(gè)mRNA可結(jié)合多個(gè)核糖體，每個(gè)核糖體只合成多肽鏈中的一段，還是獨(dú)立合成一條完整的多肽鏈？ 提示：每個(gè)核糖體合成一條完整的多肽鏈。 探討5：煙草花葉病毒的遺傳信息傳遞場所是什么？ 提示：病毒的遺傳信息傳遞過程應(yīng)在其寄主細(xì)胞中進(jìn)行，故煙草花葉病毒的相關(guān)過程應(yīng)在煙草細(xì)胞中進(jìn)行。 [思維升華] 1．轉(zhuǎn)錄與翻譯的不同點(diǎn)比較 比較項(xiàng)目 轉(zhuǎn)錄 翻譯 場所 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) 原料 核糖核苷酸 氨基酸 堿基配 對(duì)原則 DNA mRNA A——U

11、 T——A C——G G——C mRNA tRNA A——U U——A C——G G——C 信息傳遞 DNA→mRNA mRNA→蛋白質(zhì) 時(shí)間 生物生長發(fā)育的過程中 產(chǎn)物 mRNA 有一定氨基酸排 列順序的蛋白質(zhì) 2.列表比較法理解遺傳信息、密碼子與反密碼子 3.辨析氨基酸與密碼子、反密碼子的數(shù)量關(guān)系 (1)每種氨基酸對(duì)應(yīng)一種或幾種密碼子(密碼子簡并性)可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。 (2)一種密碼子只能決定一種氨基酸，一種tRNA只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。 (3)密碼子有64種(3種終止密碼子，61種決定氨基酸的密碼子)；反密碼子理論上有61種。 (

12、4)在不考慮非編碼區(qū)、內(nèi)含子和終止密碼子的條件下，轉(zhuǎn)錄、翻譯過程中DNA(基因)堿基數(shù)∶mRNA堿基數(shù)∶多肽鏈氨基酸數(shù)＝6∶3∶1，參考圖解如下： 密碼子的兩大特性 (1)簡并性：a.當(dāng)密碼子中有一個(gè)堿基改變時(shí)，可能并不會(huì)改變其對(duì)應(yīng)的氨基酸，從而減少變異發(fā)生的頻率。b.當(dāng)某種氨基酸使用頻率高時(shí)，幾種不同的密碼子都編碼一種氨基酸可保證翻譯的速度。 (2)通用性：說明所有生物可能有共同的起源或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的。 4．不同生物體內(nèi)的遺傳信息傳遞規(guī)律 (1)以DNA為遺傳物質(zhì)的生物的遺傳信息傳遞 (2)以RNA為遺傳物質(zhì)的生物的遺傳信息傳遞 ①RNA復(fù)制病毒 ②RN

13、A逆轉(zhuǎn)錄病毒 三看法剖析“中心法則” 1．下列關(guān)于遺傳密碼子的敘述中，錯(cuò)誤的是(　　) A．一種氨基酸可能有幾種與之相對(duì)應(yīng)的遺傳密碼 B．GTA肯定不是遺傳密碼子 C．每種密碼子都有與之對(duì)應(yīng)的氨基酸 D．信使RNA上的GCA在人細(xì)胞中和小麥細(xì)胞中決定的是同一種氨基酸 【解析】　密碼子是mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基，RNA分子中不含有堿基T。由于mRNA上的四種堿基組合成的遺傳密碼子有64種，氨基酸只有20種，所以一種氨基酸可能有多種遺傳密碼子，遺傳密碼子在生物體中都是一樣的。因?yàn)槊艽a子有UAA終止密碼，終止密碼沒有對(duì)應(yīng)的氨基酸。 【答案】　C 2．

14、引起艾滋病的人類免疫缺陷病毒(HIV)是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒。下列正確表示HIV感染人體過程的“遺傳信息流”示意圖是(　　) A. B. C. D. 【解析】　HIV是以RNA為遺傳物質(zhì)的病毒，能控制宿主細(xì)胞合成逆轉(zhuǎn)錄酶，以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄成DNA，該DNA又和人體細(xì)胞核內(nèi)的DNA整合在一起，整合后的HIV-DNA分子在人體細(xì)胞又可以復(fù)制，還可以轉(zhuǎn)錄出RNA，以RNA為模板翻譯成病毒的蛋白質(zhì)。該DNA轉(zhuǎn)錄而來的RNA可作為HIV的遺傳物質(zhì)。該病毒無法控制宿主細(xì)胞合成RNA復(fù)制酶，故HIV的RNA不能復(fù)制，所以A、B、C錯(cuò)誤。 【答案】　D 1．下圖為某同學(xué)在學(xué)習(xí)了DNA分子的結(jié)構(gòu)

15、后畫的含有兩個(gè)堿基對(duì)的DNA分子片段(其中○代表磷酸基團(tuán))，下列為幾位同學(xué)對(duì)此圖的評(píng)價(jià)，其中正確的是(　　) A．甲說：該圖沒有什么物質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)誤 B．乙說：該圖有一處錯(cuò)誤，就是U應(yīng)改為T C．丙說：該圖中核糖應(yīng)改為脫氧核糖 D．丁說：如果他畫的是雙鏈RNA分子，則該圖就是正確的 【解析】　該同學(xué)要畫的為DNA分子結(jié)構(gòu)圖，圖中的錯(cuò)誤：五碳糖應(yīng)為脫氧核糖；堿基不能含尿嘧啶(U)；磷酸與磷酸之間無化學(xué)鍵的連接，磷酸應(yīng)與脫氧核糖交替連接。 【答案】　C 2．下圖所示為真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過程中必需的兩種物質(zhì)(甲、乙)，下列有關(guān)敘述中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73730062】

16、 A．遺傳信息儲(chǔ)存甲上 B．乙由三個(gè)堿基組成 C．甲的合成需要RNA聚合酶的參與 D．乙可以轉(zhuǎn)運(yùn)多種氨基酸 【解析】　甲為mRNA，乙為tRNA，真核生物遺傳信息存在于DNA中，A錯(cuò)。乙由多個(gè)堿基構(gòu)成，B錯(cuò)。甲的合成稱為轉(zhuǎn)錄，需RNA聚合酶的催化，C對(duì)。一種tRNA只識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，D錯(cuò)。 【答案】　C 3．某種物質(zhì)可插入DNA分子兩條鏈的堿基對(duì)之間，使DNA雙鏈不能解開。若在細(xì)胞正常生長的培養(yǎng)液中加入適量的該物質(zhì)，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．隨后細(xì)胞中的DNA復(fù)制發(fā)生障礙 B．隨后細(xì)胞中的RNA轉(zhuǎn)錄發(fā)生障礙 C．該物質(zhì)可將細(xì)胞周期阻斷在分裂中期 D．可推

17、測該物質(zhì)對(duì)癌細(xì)胞的增殖有抑制作用 【解析】　在DNA分子的復(fù)制過程中，DNA分子需要先經(jīng)過解旋，即DNA雙鏈解開，加入該物質(zhì)后DNA分子雙鏈不能解開，故細(xì)胞中DNA的復(fù)制會(huì)發(fā)生障礙，A項(xiàng)正確。DNA分子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA的過程中，DNA分子也需要在RNA聚合酶作用下先將雙鏈解開，再以DNA的一條鏈為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，加入該物質(zhì)后DNA分子雙鏈不能解開，故細(xì)胞中的RNA轉(zhuǎn)錄會(huì)發(fā)生障礙，B項(xiàng)正確。因DNA復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞分裂間期，故該物質(zhì)阻斷的是分裂間期DNA分子的復(fù)制過程，從而將細(xì)胞周期阻斷在分裂間期，C項(xiàng)錯(cuò)誤。癌細(xì)胞的增殖方式是有絲分裂，其分裂過程中可發(fā)生DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，加入該物質(zhì)會(huì)阻礙這兩個(gè)過程，

18、從而抑制癌細(xì)胞的增殖，D項(xiàng)正確。 【答案】　C 4．下圖為蛋白質(zhì)合成的一個(gè)過程，據(jù)圖分析并回答問題： 氨基酸 丙氨酸 蘇氨酸 精氨酸 色氨酸 密碼子 GCA ACU CGU UGG GCG ACC CGC GCC ACA CGA GCU ACG CGG (1)圖示屬于蛋白質(zhì)合成過程中的________步驟，該過程的模板是[　　]________。 (2)由圖中信息可推知DNA模板鏈上對(duì)應(yīng)的堿基序列為________。 (3)根據(jù)圖并參考上表分析：[1]________上攜帶的氨基酸是________，這個(gè)氨基酸與前接的氨基酸是通過________反應(yīng)連接在一起的。 【解析】　圖示過程為翻譯，以mRNA鏈為模板，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行的。 【答案】　(1)翻譯　3　mRNA　(2)ACCCGATTTGGC　(3)tRNA　丙氨酸　脫水縮合 11