基因控制蛋白質(zhì)合成蘇教必修

基因控制蛋白質(zhì)合成蘇教必修第1頁/共66頁第三節(jié)基因控制蛋白質(zhì)的合成基礎(chǔ)自主梳理核心要點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)新課標(biāo)領(lǐng)航知能過關(guān)演練第2頁/共66頁通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我能夠1．說明基因和遺傳信息的關(guān)系。2．概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。3．說明遺傳密碼和中心法則。4．說明基因與性狀的關(guān)系。5．了解人類基因組計劃。課標(biāo)領(lǐng)航第3頁/共66頁情景導(dǎo)引聽說過“馬無夜草不肥”嗎？減肥瘦身的人晚上節(jié)食效果好，這些都與生物體內(nèi)的一種促進(jìn)脂肪堆積的蛋白質(zhì)BMALI有關(guān)，這種蛋白質(zhì)的量在晚上10點(diǎn)到次日凌晨2點(diǎn)含量較高，而白天很少，那么生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)是怎樣合成的呢？第4頁/共66頁第5頁/共66頁基礎(chǔ)自主梳理一、從基因到蛋白質(zhì)基因的本質(zhì)是DNA分子上具有__________的片段?；虻倪z傳表達(dá)是通過基因控制_________的合成來實(shí)現(xiàn)的。1．轉(zhuǎn)錄(1)概念：在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板，按___________________合成RNA的過程。(2)原料：4種游離的核糖核苷酸。遺傳效應(yīng)蛋白質(zhì)堿基互補(bǔ)配對原則第6頁/共66頁(3)過程：第7頁/共66頁(4)產(chǎn)物：_________。(5)遺傳信息的傳遞方向：_________________。RNA信使RNArRNADNA→mRNA第8頁/共66頁2．翻譯(1)概念：在細(xì)胞質(zhì)中按照mRNA上密碼子的信息指導(dǎo)氨基酸分子合成多肽鏈的過程。(2)條件：_________、________、核糖體、多種氨基酸和多種酶的共同參與。mRNAtRNA第9頁/共66頁(3)過程：起始階段：mRNA、tRNA與__________相結(jié)合。

↓延伸階段：攜帶著特定氨基酸的tRNA按照 _______________原則，識別并進(jìn)入第

二位置。在酶的作用下，將氨基酸依

次連接，形成多肽鏈。

↓終止階段：識別___________，多肽鏈合成終止并

被釋放。堿基互補(bǔ)配對終止密碼子核糖體第10頁/共66頁(4)遺傳信息傳遞方向：mRNA→多肽。(5)遺傳密碼子①概念：mRNA上決定一個氨基酸的__________________。②種類：64種。其中有_______密碼子負(fù)責(zé)20種氨基酸的編碼，其中AUG是真核細(xì)胞唯一的起始密碼子，有3個是終止密碼子，不編碼任何氨基酸。3個相鄰的堿基61個第11頁/共66頁思考感悟1．轉(zhuǎn)運(yùn)RNA與氨基酸有怎樣的對應(yīng)關(guān)系？【提示】一種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，而一種氨基酸可由一種到幾種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA轉(zhuǎn)運(yùn)。第12頁/共66頁二、基因?qū)π誀畹目刂?．中心法則第13頁/共66頁思考感悟2．所有RNA病毒的遺傳信息傳遞途徑都相同嗎？試分析原因。【提示】不相同。有的RNA病毒可以進(jìn)行RNA的自我復(fù)制，遺傳信息由RNA流向RNA；有的RNA病毒內(nèi)有逆轉(zhuǎn)錄酶，可以以RNA為模板合成DNA，即遺傳信息由RNA流向DNA。第14頁/共66頁2．基因與性狀的關(guān)系(1)生物體的性狀：包括生物體所表現(xiàn)出來的_____________和生理生化特性。(2)基因與性狀的關(guān)系：①基因控制性狀；②基因?qū)π誀畹目刂仆ㄟ^控制_______________而實(shí)現(xiàn)。形態(tài)特征蛋白質(zhì)的合成第15頁/共66頁三、人類基因組計劃1．人類基因組計劃的主要內(nèi)容是完成人體____條染色體上的全部基因的遺傳圖、物理圖和全部堿基的序列測定。2．2003年4月14日，美、日、德、法、英、中6國科學(xué)家宣布人類基因組框架圖繪制完成，共測出31.647億個堿基。3．人類基因組序列圖繪制完成后，我國生物科學(xué)工作者又完成了_______等生物的基因組測定。24水稻第16頁/共66頁核心要點(diǎn)突破DNA與RNA的比較要點(diǎn)一項(xiàng)目DNARNA分布主要存在于細(xì)胞核中主要存在于細(xì)胞質(zhì)中其中組成單位脫氧核苷酸核糖核苷酸五碳糖脫氧核糖核糖第17頁/共66頁項(xiàng)目DNARNA含氮堿基A、G、C、TA、G、C、U空間結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)通常呈單鏈分類mRNA、tRNA、rRNA產(chǎn)生途徑DNA復(fù)制，逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄，RNA復(fù)制功能絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)(傳遞和表達(dá)遺傳信息)①作為部分病毒的遺傳物質(zhì)。②作為翻譯的模板或搬運(yùn)工。③參與核糖體的構(gòu)成。④少數(shù)RNA有催化作用聯(lián)系RNA由DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生，DNA是遺傳信息的儲存者，RNA是遺傳信息的攜帶者，RNA的遺傳信息來自于DNA第18頁/共66頁特別提醒①少數(shù)DNA存在于真核細(xì)胞的線粒體、葉綠體及原核細(xì)胞的質(zhì)粒中。②在DNA和RNA中有相同的堿基(A、G、C)，但與之對應(yīng)的核苷酸種類不同，因?yàn)槲逄继遣煌?。?9頁/共66頁

下面是DNA轉(zhuǎn)錄中的一個片段，其核苷酸的種類有(

)－C－T－T－A－

?

?

?

－G－A－A－U－A．4種

B．5種C．6種 D．8種例1第20頁/共66頁【思路點(diǎn)撥】

本題考查DNA、RNA的基本組成單位——核苷酸的種類，解答本題應(yīng)明確核酸分為兩大類：DNA和RNA。它們的基本組成單位分別是脫氧核苷酸和核糖核苷酸。組成每種核苷酸的五碳糖不同?！緡L試解答】

____C____第21頁/共66頁【解析】上面一條鏈?zhǔn)荄NA模板鏈，含3種脫氧核苷酸，為腺嘌呤脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸；下面一條鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)錄產(chǎn)生的信使RNA，含3種核糖核苷酸：鳥嘌呤核糖核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸。第22頁/共66頁跟蹤訓(xùn)練有三個核酸分子，經(jīng)分析共有5種堿基，8種核苷酸，4條核苷酸長鏈，它的組成是(

)A．1個RNA,2個DNAB．3個DNAC．1個DNA,2個RNAD．3個RNA第23頁/共66頁解析：選C。根據(jù)題意，這三個核酸分子共有5種堿基，8種核苷酸，也就是DNA分子和RNA分子均有。而三個分子共有4條核苷酸鏈，由于DNA分子是雙螺旋(雙鏈)結(jié)構(gòu)，而RNA是單鏈結(jié)構(gòu)，則這3個分子只能是1個DNA分子和2個RNA分子。第24頁/共66頁基因的表達(dá)要點(diǎn)二1．轉(zhuǎn)錄、翻譯與DNA復(fù)制的比較項(xiàng)目DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯場所主要是細(xì)胞核主要是細(xì)胞核核糖體模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸第25頁/共66頁項(xiàng)目DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯其他條件酶(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堿基配對類型A—TC—GA—UT—AC—GA—UC—G信息傳遞第26頁/共66頁項(xiàng)目DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯時間細(xì)胞分裂間期生物生長發(fā)育的過程中產(chǎn)物2個相同的DNARNA(mRNA、tRNA、rRNA)有一定氨基酸排列順序的蛋白質(zhì)特點(diǎn)邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，DNA仍保留1個mRNA分子可結(jié)合多個核糖體，提高合成蛋白質(zhì)的速度第27頁/共66頁2.遺傳信息、密碼子(遺傳密碼)、反密碼子的關(guān)系(1)區(qū)分第28頁/共66頁(2)對應(yīng)關(guān)系第29頁/共66頁3．遺傳信息傳遞過程中相關(guān)成分的數(shù)量關(guān)系(1)轉(zhuǎn)錄形成的RNA分子中堿基數(shù)目是基因中堿基數(shù)目的1/2。(2)翻譯時，形成的多肽鏈數(shù)＝氨基酸數(shù)－肽鍵數(shù)。(3)蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目＝tRNA數(shù)目＝1/3mRNA堿基數(shù)目＝1/6DNA堿基數(shù)目，即第30頁/共66頁(4)翻譯時，mRNA上的終止密碼子不決定氨基酸，因此準(zhǔn)確地說，mRNA上的堿基數(shù)目比蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的3倍還要多一些。(5)基因或DNA上的堿基數(shù)目比對應(yīng)的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的6倍還要多一些。第31頁/共66頁特別提醒①因DNA(基因)、mRNA上有一些堿基不編碼氨基酸(如mRNA上終止密碼等)，故一般題干中求氨基酸數(shù)時有“最多”、求堿基數(shù)時有“至少”等字樣。②原核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄和翻譯同時進(jìn)行，即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯，而真核細(xì)胞中先進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，然后mRNA再通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中與核糖體結(jié)合進(jìn)行翻譯。③在細(xì)胞中的DNA分子上，嘌呤數(shù)和嘧啶數(shù)一般相等。但整個細(xì)胞中，既有DNA，又有RNA，所以，就整個細(xì)胞而言，嘌呤數(shù)和嘧啶數(shù)未必相等。第32頁/共66頁(2010年高考江蘇卷)鐵蛋白是細(xì)胞內(nèi)儲存多余Fe3＋的蛋白，鐵蛋白合成的調(diào)節(jié)與游離的Fe3＋、鐵調(diào)節(jié)蛋白、鐵應(yīng)答元件等有關(guān)。鐵應(yīng)答元件是位于鐵蛋白mRNA起始密碼上游的特異性序列，能與鐵調(diào)節(jié)蛋白發(fā)生特異性結(jié)合，阻遏鐵蛋白的合成。當(dāng)Fe3＋濃度高時，鐵調(diào)節(jié)蛋白由于結(jié)合Fe3＋而喪失與鐵應(yīng)答元件的結(jié)合能力，核糖體能與鐵蛋白mRNA一端結(jié)合，沿mRNA移動，遇到起始密碼后開始翻譯(如圖所示)?；卮鹣铝袉栴}：例2第33頁/共66頁第34頁/共66頁(1)圖中甘氨酸的密碼子是________，鐵蛋白基因中決定“”的模板鏈堿基序列為________。(2)Fe3＋濃度低時，鐵調(diào)節(jié)蛋白與鐵應(yīng)答元件結(jié)合干擾了_______________________________，從而抑制了翻譯的開始；Fe3＋濃度高時，鐵調(diào)節(jié)蛋白由于結(jié)合Fe3＋而喪失與鐵應(yīng)答元件的結(jié)合能力，鐵蛋白mRNA能夠翻譯。這種調(diào)節(jié)機(jī)制既可以避免________對細(xì)胞的毒性影響，又可以減少______________________________。第35頁/共66頁(3)若鐵蛋白由n個氨基酸組成，指導(dǎo)其合成的mRNA的堿基數(shù)遠(yuǎn)大于3n，主要原因是________________________________________________________________________。(4)若要改造鐵蛋白分子，將圖中色氨酸變成亮氨酸(密碼子為UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)，可以通過改變DNA模板鏈上的一個堿基來實(shí)現(xiàn)，即由________。第36頁/共66頁【思路點(diǎn)撥】

本題以鐵蛋白為載體，考查基因的表達(dá)，解答本題可從以下兩方面入手：①Fe3＋濃度與鐵調(diào)節(jié)蛋白生理過程的關(guān)系。②基因表達(dá)中，mRNA上的堿基數(shù)與氨基酸數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。第37頁/共66頁【嘗試解答】

(1)GGU

…CCACTGACC…(…CCAGTCACC…)(2)核糖體在mRNA上的結(jié)合與移動Fe3＋細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)(3)mRNA兩端存在不翻譯的序列(4)C→A第38頁/共66頁【解析】

(1)據(jù)圖可知，甘氨酸的反密碼子(tRNA上)是CCA，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，甘氨酸的密碼子是GGU。據(jù)圖可知，鐵蛋白基因中決定“”的mRNA鏈堿基序列為…GGUGACUGG…，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，其模板鏈堿基序列為…CCAGTCACC…也可以是…CCAGTCACC…(轉(zhuǎn)錄方向與前者相反)。第39頁/共66頁(2)Fe3＋濃度低時，鐵調(diào)節(jié)蛋白與鐵應(yīng)答元件結(jié)合，核糖體不能與鐵蛋白mRNA一端結(jié)合，不能沿mRNA移動，從而抑制了翻譯的開始；Fe3＋濃度高時，鐵調(diào)節(jié)蛋白由于結(jié)合Fe3＋而喪失與鐵應(yīng)答元件的結(jié)合能力，鐵蛋白mRNA能夠翻譯。這種調(diào)節(jié)機(jī)制既可以避免Fe3＋對細(xì)胞的毒性影響(鐵蛋白是細(xì)胞內(nèi)儲存多余Fe3＋的蛋白)，又可以減少細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)。第40頁/共66頁(3)指導(dǎo)鐵蛋白合成的mRNA的堿基序列上存在不能決定氨基酸的密碼子(鐵應(yīng)答元件、終止密碼等)，故指導(dǎo)鐵蛋白合成的mRNA的堿基數(shù)遠(yuǎn)大于3n。(4)色氨酸的密碼子為UGG，亮氨酸的密碼子有UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG，其中與色氨酸的密碼子相差最小的是UUG，即可由UGG變?yōu)閁UG，故DNA模板鏈上的堿基變化是由C→A。第41頁/共66頁跟蹤訓(xùn)練

(2011年高考江蘇卷)關(guān)于轉(zhuǎn)錄和翻譯的敘述，錯誤的是(

)A．轉(zhuǎn)錄時以核糖核苷酸為原料B．轉(zhuǎn)錄時RNA聚合酶能識別DNA中特定堿基序列C．mRNA在核糖體上移動翻譯出蛋白質(zhì)D．不同密碼子編碼同種氨基酸可增強(qiáng)密碼的容錯性第42頁/共66頁解析：選C。轉(zhuǎn)錄的場所主要在細(xì)胞核，以DNA的一條鏈為模板，以核糖核苷酸為原料在RNA聚合酶催化下合成一條mRNA；翻譯在核糖體上進(jìn)行，核糖體在mRNA上移動，以mRNA為模板合成一條多肽鏈，而密碼子的簡并性增強(qiáng)了密碼子的容錯性。故A、B、D三項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯誤。第43頁/共66頁基因?qū)π誀畹目刂埔c(diǎn)三1．基因與性狀的關(guān)系(1)基因?qū)π誀畹目刂脾僖恍┗蛲ㄟ^控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀。②一些基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。第44頁/共66頁(2)控制生物性狀的因素生物體的有些性狀是受單基因控制的，而有些性狀不僅由一個基因控制，可能由多個基因來決定(如人的身高、玉米葉綠素的形成)。(3)性狀與基因和環(huán)境的關(guān)系生物的性狀由基因決定，但還受環(huán)境條件的影響，是生物的基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果，即表現(xiàn)型＝基因型＋環(huán)境條件。第45頁/共66頁2．中心法則(1)圖解第46頁/共66頁(2)遺傳信息的傳遞途徑①DNA→DNA(或基因→基因)：以DNA作為遺傳物質(zhì)的生物的DNA自我復(fù)制。②RNA→RNA：以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物的RNA自我復(fù)制。③DNA→RNA：細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄過程。第47頁/共66頁④RNA→DNA：少數(shù)以RNA作為遺傳物質(zhì)的病毒在宿主細(xì)胞中的逆轉(zhuǎn)錄過程。⑤RNA→蛋白質(zhì)：細(xì)胞質(zhì)中核糖體上的翻譯過程。中心法則是對遺傳信息的傳遞過程的概括，是對DNA基本功能的概括，也是對生物遺傳物質(zhì)和性狀的關(guān)系以及傳遞途徑的概括。第48頁/共66頁【名師點(diǎn)睛】

①逆轉(zhuǎn)錄必須在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下才能進(jìn)行。②RNA的復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄過程，只有極少數(shù)的生物能夠進(jìn)行，絕大多數(shù)生物不能完成這樣的信息傳遞。第49頁/共66頁中心法則揭示了生物遺傳信息由DNA向蛋白質(zhì)傳遞與表達(dá)的過程。請回答下列問題：例3第50頁/共66頁(1)a、b、c、d所表示的四個過程依次分別是________、________、________和________。(2)需要tRNA和核糖體同時參與的過程是________(用圖中的字母回答)。(3)a過程發(fā)生在真核細(xì)胞分裂的________期。(4)在真核細(xì)胞中，a和b兩個過程發(fā)生的主要場所是________。第51頁/共66頁(5)能特異性識別信使RNA上密碼子的分子是______，后者所攜帶的分子是________。(6)RNA病毒的遺傳信息傳遞與表達(dá)的途徑有(用類似本題圖中的形式表述)：①______________________________________；②______________________________________。第52頁/共66頁【嘗試解答】

(1)DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄(2)c

(3)間(S)

(4)細(xì)胞核(5)tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)RNA)氨基酸(6)如下圖：①

②RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)第53頁/共66頁【解析】在中心法則中，a、b、c、d分別代表DNA自我復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和逆轉(zhuǎn)錄四個過程。需要tRNA和核糖體同時參與的是翻譯過程c，真核細(xì)胞中a過程發(fā)生在分裂的間期，a和b過程都發(fā)生在細(xì)胞核中，在翻譯過程中，能特異性的與信使RNA分子上的密碼子相結(jié)合的物質(zhì)是轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，其識別結(jié)構(gòu)是反密碼子，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA上所攜帶的分子是氨基酸。RNA病毒的遺傳信息的傳遞方式有直接控制蛋白質(zhì)的合成和自我復(fù)制過程以及逆轉(zhuǎn)錄出DNA再通過DNA控制蛋白質(zhì)的合成過程兩種。第54頁/共66頁跟蹤訓(xùn)練在煙草和煙草花葉病毒生物中，遺傳信息的傳遞情況分別是(

)A．①②③和④⑤⑥⑦

B．①②⑤和②③④⑤C．②④⑤和③④⑤⑥D(zhuǎn)．②⑥⑦和②④⑤⑥第55頁/共66頁解析：選B。煙草屬于高等植物，遺傳信息的傳遞情況是通過DNA的復(fù)制在上下代之間傳遞；通過轉(zhuǎn)錄把遺傳信息先傳遞給RNA，然后通過翻譯再傳遞給具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)。煙草花葉病毒是遺傳物質(zhì)為RNA的病毒，通過RNA的復(fù)制實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的復(fù)制，在控制合成蛋白質(zhì)時要先通過逆轉(zhuǎn)錄把遺傳信息傳遞給DNA，然后再通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，控制蛋白質(zhì)的合成。第56頁/共66頁實(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)新探究抗生素影響細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的實(shí)驗(yàn)設(shè)計【例題展示】人們通過對青霉素、鏈霉素、四環(huán)素、氯霉素等抗生素研究發(fā)現(xiàn)，抗生素之所以能夠殺死細(xì)菌等病原體而對人體無害，其原因是抗生素能夠有效地阻斷細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)合成，而不影響人體細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成。于是人們對此提出了許多假設(shè)，其中有如下三點(diǎn)：第57頁/共66頁①抗生素能阻斷細(xì)菌DNA的轉(zhuǎn)錄過程，而不影響人體DNA的轉(zhuǎn)錄過程。②抗生素能阻斷細(xì)菌轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的功能，而不影響人體轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的功能。③抗生素能阻斷細(xì)菌內(nèi)核糖體的功能，而不影響人體內(nèi)核糖體的功能。第58頁/共66頁接下來需要對這些假設(shè)逐一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。如假設(shè)①驗(yàn)證抗生素是否阻斷細(xì)菌轉(zhuǎn)錄過程的基本實(shí)驗(yàn)思路：設(shè)置甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行體外模擬細(xì)菌DNA的轉(zhuǎn)錄過程。甲組滴加一定濃度的適量抗生素的水溶液，乙組滴加等量的蒸餾水，其他條件相同且適宜。最后檢測兩組實(shí)驗(yàn)中RNA的生成量。第59頁/共66頁實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：若甲、乙兩組中RNA的生成量相等，則抗生素不阻斷細(xì)菌DNA的轉(zhuǎn)錄；若甲組中RNA生成量少于乙組中RNA的生成量，則抗生素能阻斷細(xì)菌DNA的轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)在請你依照上面實(shí)驗(yàn)設(shè)計，探究假設(shè)②“驗(yàn)證抗生素是否阻斷細(xì)菌轉(zhuǎn)運(yùn)RNA功能”，或假設(shè)③“驗(yàn)證抗生素是否阻斷細(xì)菌核糖體功能”。第60頁/共66頁請任選一種假設(shè)，寫出你的驗(yàn)證