第4章-基因的表達-第1節(jié)-基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成-第2課時-遺傳信息的翻譯和中心法則

第1節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成學(xué)習(xí)目標素養(yǎng)目標

1.概述遺傳信息的翻譯過程。

2.計算DNA堿基數(shù)目、RNA堿基數(shù)目與氨基酸數(shù)目之間的對應(yīng)關(guān)系。

3.闡明中心法則的具體內(nèi)容,認同科學(xué)是不斷發(fā)展的。

1.基于遺傳信息的翻譯過程,形成生命的物質(zhì)觀和信息觀。

2.了解中心法則的發(fā)展,認同科學(xué)是不斷發(fā)展的。

3.基于地球上幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼的事實,認同當今生物可能有著共同的起源。

第2課時

遺傳信息的翻譯和中心法則預(yù)習(xí)梳理

預(yù)習(xí)檢測任務(wù)活動任務(wù)一遺傳信息的翻譯任務(wù)二轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的相關(guān)計算任務(wù)三中心法則備用習(xí)題一、遺傳信息的翻譯預(yù)習(xí)梳理氨基酸mRNA3個相鄰的堿基密碼子1.概念:游離在細胞質(zhì)中的各種

,以

為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。

2.密碼子與反密碼子(1)密碼子:mRNA上決定1個氨基酸的

稱為1個密碼子。

(2)反密碼子:每個tRNA一端的3個相鄰堿基可以與mRNA上的

互補配對,稱為反密碼子。

預(yù)習(xí)梳理3.過程mRNA2肽鍵tRNA終止密碼子核糖體沿著

移動,核糖體與mRNA的結(jié)合部位會形成

個tRNA的結(jié)合位點,

攜帶著氨基酸到相應(yīng)的結(jié)合位點后,兩個氨基酸之間形成

,隨著核糖體移動,肽鏈延伸,直到遇到

為止。

肽鏈合成后,就從

脫離,通常經(jīng)過一系列步驟,盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子。

核糖體與mRNA的復(fù)合物上二、中心法則預(yù)習(xí)梳理1.提出者:

。

2.內(nèi)容:遺傳信息可以從DNA流向

,即DNA的復(fù)制;也可以從DNA流向

,進而流向

,即遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

3.對中心法則的補充少數(shù)生物(如一些RNA病毒)的遺傳信息可以從RNA流向

以及從RNA流向

。

克里克DNA蛋白質(zhì)RNARNADNA預(yù)習(xí)檢測(1)在翻譯過程中,tRNA分子的—OH端與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合。 (

)(2)tRNA的反密碼子攜帶了氨基酸序列的遺傳信息。(

)(3)細胞中有多種tRNA,一種tRNA只能轉(zhuǎn)運一種氨基酸。

(

)(4)mRNA在核糖體上移動翻譯出蛋白質(zhì)。 (

)(5)線粒體和葉綠體中遺傳信息的傳遞遵循中心法則。(

)(6)遺傳信息只能從DNA流向RNA,進而流向蛋白質(zhì)。 (

)√×√[解析]

mRNA的密碼子攜帶了氨基酸序列的遺傳信息。[解析]

翻譯過程中,核糖體在mRNA上移動。[解析]

遺傳信息也可由RNA流向DNA?！痢獭寥蝿?wù)活動任務(wù)一遺傳信息的翻譯【情境】

圖中甲、乙分別為mRNA和tRNA結(jié)構(gòu)示意圖。[分析](1)圖甲中①為

,其實質(zhì)是決定一個氨基酸的

個相鄰的堿基。

密碼子3任務(wù)活動(2)密碼子有

種,正常情況下,

密碼子不編碼氨基酸,僅作為翻譯終止的信號。但在特殊情況下,終止密碼子UGA可以編碼

。正常情況下,能編碼氨基酸的密碼子有

種,其中包含起始密碼子

種,即AUG、GUG。

(3)在

中,GUG也可以作起始密碼子,此時它可以編碼甲硫氨酸。

64終止61硒代半胱氨酸2原核生物任務(wù)活動(4)圖乙中②為由

連接的部位;③為

,④為結(jié)合

的部位,每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運

種氨基酸。

(5)每種氨基酸對應(yīng)

種密碼子(密碼子的簡并性),可由

種tRNA轉(zhuǎn)運;一種密碼子只能決定

種氨基酸,一種tRNA只能轉(zhuǎn)運

種氨基酸。

氫鍵反密碼子一氨基酸一種或幾一種或幾一一任務(wù)活動(6)地球上幾乎所有的生物都共用同一套密碼子。根據(jù)這一事實,你能想到什么?

提示:通過這一事實可以想到生物都具有相同的遺傳語言,所有生物可能有共同的起源,或生命在本質(zhì)上是統(tǒng)一的等。任務(wù)活動遺傳信息、密碼子和反密碼子的比較項目遺傳信息密碼子反密碼子區(qū)別存在位置DNAmRNAtRNA概念基因中脫氧核苷酸的排列順序mRNA中決定一個氨基酸的三個相鄰堿基tRNA中與mRNA上密碼子互補配對的三個堿基作用控制生物的遺傳性狀直接決定蛋白質(zhì)中的氨基酸序列識別密碼子,轉(zhuǎn)運相應(yīng)氨基酸任務(wù)活動項目遺傳信息密碼子反密碼子聯(lián)系(1)遺傳信息是指基因中脫氧核苷酸的排列順序,通過轉(zhuǎn)錄,使遺傳信息傳遞到mRNA的核糖核苷酸的排列順序上(2)mRNA上的密碼子直接控制蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序,反密碼子則起到轉(zhuǎn)運氨基酸的作用【資料】

閱讀分析教材P68圖蛋白質(zhì)合成示意圖。[分析](1)填寫以下空白內(nèi)容,并理解翻譯的過程。任務(wù)活動mRNAtRNAmRNA終止密碼子脫離tRNA任務(wù)活動(2)翻譯過程所需場所、條件、產(chǎn)物、方向分析游離的氨基酸t(yī)RNAmRNA核糖體肽鏈由左向右任務(wù)活動【情境】

多聚核糖體是指一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體,同時進行多條肽鏈的合成。圖所示為多聚核糖體的模式圖。[分析](1)①⑥分別是指

;核糖體移動的方向是

。

mRNA、核糖體由右向左(從短肽鏈到長肽鏈)任務(wù)活動(2)最終合成的多肽鏈②③④⑤的氨基酸序列相同嗎?為什么?

(3)一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體,有什么意義?

相同;因為它們的模板是同一條mRNA。利用少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質(zhì),使翻譯快速高效地進行。任務(wù)活動1.真核生物DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較過程DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯場所主要是細胞核主要是細胞核核糖體原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸21種氨基酸條件解旋酶、DNA聚合酶、ATPRNA聚合酶、ATP與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的酶、ATP模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA任務(wù)活動過程DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯產(chǎn)物2個雙鏈DNA1個單鏈RNA蛋白質(zhì)(多肽鏈)信息傳遞方向DNA→DNADNA→RNAmRNA→蛋白質(zhì)特點半保留復(fù)制;邊解旋邊復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄1條mRNA可同時指導(dǎo)合成多條肽鏈任務(wù)活動2.原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯:原核生物無核膜結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)錄和翻譯可以同時進行,即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯(如圖所示);而真核生物必須先轉(zhuǎn)錄得到mRNA后,mRNA通過核孔到達細胞質(zhì)基質(zhì)之后再進行翻譯。任務(wù)活動例1[2023·四川眉山仁壽一中月考]下列關(guān)于遺傳密碼的敘述,正確的是 (

)A.UGA、UAG既可以作為終止密碼子又能編碼氨基酸,體現(xiàn)了密碼子的簡并性B.當RNA聚合酶與DNA分子的起始密碼子部位結(jié)合時,mRNA轉(zhuǎn)錄開始C.mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基稱為一個密碼子D.一種氨基酸只有1種密碼子C任務(wù)活動[解析]密碼子的簡并性是指一種氨基酸有兩種及以上的密碼子的情況,而UGA可以作為終止密碼子,只在特殊情況下編碼硒代半胱氨酸,UAG只能作為終止密碼子,A錯誤;起始密碼子是翻譯的起點,位于mRNA上,B錯誤;密碼子是指mRNA上決定某種氨基酸的三個相鄰的堿基,C正確;一種氨基酸可以有一種或幾種密碼子,D錯誤。任務(wù)活動例2如圖為基因表達過程的示意圖,下列敘述正確的是

(

)A.①是DNA,其一條鏈可進入細胞質(zhì)作為轉(zhuǎn)錄的模板B.該圖可以表示原核生物基因表達過程C.③是核糖體,翻譯過程中③將由3'端向5'端方向移動D.④是tRNA,一端能結(jié)合氨基酸,另一端的反密碼子能識別mRNA上的密碼子D任務(wù)活動[解析]據(jù)圖可判斷①②③④依次代表DNA、mRNA、核糖體、tRNA,圖中②mRNA是以①DNA的一條鏈為模板合成的,場所是細胞核,A錯誤;原核生物無細胞核,基因表達過程是在細胞質(zhì)中邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯,與圖示過程不符,B錯誤;翻譯過程中③核糖體沿著mRNA由5'端向3'端方向移動,C錯誤;④是tRNA,一端能結(jié)合氨基酸,另一端的反密碼子能識別mRNA上的密碼子,D正確。任務(wù)活動例3[2023·江蘇連云港期末]下列關(guān)于DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的說法,錯誤的是 (

)A.三個過程的模板各不相同B.三個過程都有4種堿基互補配對方式C.三個過程在細胞分裂前的間期都能發(fā)生D.三個過程在細胞分裂期都不能發(fā)生D任務(wù)活動[解析]DNA復(fù)制時以DNA分子兩條鏈為模板,轉(zhuǎn)錄時以DNA一條鏈為模板,翻譯時以信使RNA為模板,故三個過程的模板各不相同,A正確;DNA復(fù)制時,發(fā)生的堿基互補配對方式為A—T、G—C、T—A、C—G,轉(zhuǎn)錄時發(fā)生的堿基互補配對方式為A—U、G—C、T—A、C—G,翻譯時發(fā)生的堿基互補配對方式為A—U、G—C、U—A、C—G,故三個過程都有4種堿基互補配對方式,B正確;細胞分裂前的間期可以進行DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成,故三個過程在細胞分裂前的間期都能發(fā)生,C正確;轉(zhuǎn)錄和翻譯在細胞分裂期可以發(fā)生,D錯誤。任務(wù)活動任務(wù)二轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的相關(guān)計算【情境】

一段原核生物的mRNA通過翻譯可合成一條含有11個肽鍵的多肽(不考慮終止密碼子)。[分析](1)此mRNA分子含有的堿基個數(shù)為

。

(2)合成這段多肽需要的tRNA個數(shù)最多為

。

(3)轉(zhuǎn)錄出此mRNA的基因中堿基個數(shù)至少為

。

361272任務(wù)活動轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中相關(guān)的數(shù)量關(guān)系任務(wù)活動注意:由于在一段多肽鏈對應(yīng)的mRNA中含有不編碼氨基酸的序列(如終止密碼子),在其對應(yīng)的DNA中,還含有一些不能轉(zhuǎn)錄為mRNA的DNA片段。因此,如果蛋白質(zhì)中的氨基酸數(shù)為n,則對應(yīng)的mRNA分子中的堿基數(shù)最少為3n,DNA(基因)中的堿基數(shù)最少為6n。比較項目(不考慮終止密碼子)數(shù)目/個基因中的堿基數(shù)(脫氧核苷酸數(shù))6nmRNA中的堿基數(shù)(核糖核苷酸數(shù))3n蛋白質(zhì)中的氨基酸數(shù)n蛋白質(zhì)中的肽鏈數(shù)m蛋白質(zhì)中的肽鍵數(shù)(脫水數(shù))n-m任務(wù)活動例4胰島素的A、B兩條肽鏈是由一個基因編碼的,其中A鏈中的氨基酸有m個,B鏈中的氨基酸有n個(不考慮終止密碼子)。下列有關(guān)敘述中不正確的是

(

)A.胰島素基因中至少含有的堿基數(shù)是6(m+n)B.胰島素mRNA中至少含有的密碼子為(m+n)個C.胰島素基因的兩條DNA單鏈分別編碼A、B兩條肽鏈D.A、B兩條肽鏈可能是經(jīng)蛋白酶的作用后形成的C任務(wù)活動[解析]DNA(或基因)中堿基數(shù)∶mRNA上堿基數(shù)∶氨基酸個數(shù)=6∶3∶1,胰島素中有(m+n)個氨基酸,則胰島素基因中至少含有的堿基數(shù)是6(m+n),A正確;胰島素中有(m+n)個氨基酸,則胰島素mRNA中至少含有的密碼子為(m+n)個,B正確;胰島素基因的兩條DNA單鏈中只有一條能作為模板轉(zhuǎn)錄形成mRNA,再以該mRNA為模板翻譯形成蛋白質(zhì),A、B兩條肽鏈是由胰島素基因的不同區(qū)段來編碼的,而不是兩條DNA單鏈分別編碼A、B兩條肽鏈,C錯誤;A、B兩條肽鏈可能是經(jīng)蛋白酶的作用后形成的,D正確。任務(wù)活動例5[2023·黑龍江哈師大青岡實驗中學(xué)期末]已知一個由4條肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子,共有肽鍵396個,控制翻譯該蛋白質(zhì)分子的mRNA中A和U共占25%,若不考慮終止密碼子,則控制轉(zhuǎn)錄該mRNA的DNA分子中,C和G至少共有 (

)A.1800個 B.1350個C.900個

D.800個A[解析]若一個由4條肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子,共有肽鍵396個,則該蛋白質(zhì)分子含有的氨基酸的數(shù)目為396+4=400(個),mRNA中的堿基數(shù)目為1200個,轉(zhuǎn)錄該mRNA的DNA中的堿基數(shù)目為1200×2=2400(個);由于控制翻譯該蛋白質(zhì)分子的mRNA中A和U共占25%,則C和G共占75%,對應(yīng)的DNA中G+C所占的比例為75%,則雙鏈DNA中C和G的總數(shù)至少為2400×75%=1800(個),A正確。任務(wù)活動例6如圖為細胞內(nèi)某生理過程的示意圖,圖中④代表核糖體,⑤代表多肽鏈,下列相關(guān)敘述,不正確的是 (

)A.圖中所示的生理過程有轉(zhuǎn)錄和翻譯B.①鏈與③鏈相應(yīng)區(qū)段中(A+T或U)/(G+C)的值相同C.一種細菌的③由480個核苷酸組成,它所編碼的蛋白質(zhì)的長度一定是160個氨基酸D.遺傳信息由③傳遞到⑤需要RNA作工具C任務(wù)活動[解析]圖中顯示,③是以DNA的一條鏈(②)為模板合成的,且③中含有堿基U,故③為mRNA,合成mRNA的過程為轉(zhuǎn)錄,在核糖體上以mRNA為模板合成多肽鏈的過程為翻譯,故圖中所示的生理過程有轉(zhuǎn)錄和翻譯,A正確;①鏈和②鏈互補,②鏈又和③鏈互補,因此①鏈與③鏈相應(yīng)區(qū)段中(A+T或U)/(G+C)的值相同,B正確;③為mRNA,含有480個核苷酸的mRNA共有160個密碼子,由于其中有不決定氨基酸的終止密碼子,故編碼的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)少于160個,C錯誤;在翻譯過程中,遺傳信息由③(mRNA)傳遞到⑤(多肽鏈)需要tRNA作為氨基酸的運輸工具,D正確。任務(wù)活動任務(wù)三中心法則【情境】

圖是生物體內(nèi)遺傳信息的流向圖解。[分析](1)圖中屬于中心法則內(nèi)容的是過程

,屬于對中心法則補充內(nèi)容的是

。

①②③④⑤任務(wù)活動(2)正常細胞生命活動中能發(fā)生的過程是

;④過程需要的酶是

。

(3)請參照圖中模式,寫出胰島素基因控制胰島素合成過程中遺傳信息的流動過程:

。

(4)在遺傳信息的流動過程中,DNA、RNA是信息的

,蛋白質(zhì)是信息的

,而

為信息的流動提供能量,可見,生命是

、能量和

的統(tǒng)一體。

①②③逆轉(zhuǎn)錄酶載體表達產(chǎn)物胰島素基因

mRNA胰島素ATP物質(zhì)信息任務(wù)活動不同生物的遺傳信息傳遞過程生物種類遺傳信息的傳遞過程舉例原核生物大腸桿菌等細菌真核生物進行分裂的細胞,如根尖分生區(qū)細胞DNA病毒T2噬菌體任務(wù)活動生物種類遺傳信息的傳遞過程舉例RNA復(fù)制病毒煙草花葉病毒、流感病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒HIV任務(wù)活動例7下列關(guān)于中心法則的敘述,正確的是

(

)A.肽鏈的合成一定以RNA為模板,以氨基酸為原料B.酶的合成一定以RNA為模板,以氨基酸為原料C.RNA的合成一定以DNA為模板,以核糖核苷酸為原料D.DNA的合成一定以DNA為模板,以脫氧核苷酸為原料A任務(wù)活動[解析]肽鏈是以mRNA為模板、以氨基酸為原料,經(jīng)過翻譯過程形成的,A正確;大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是以mRNA為模板、以氨基酸為原料合成的,少數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是RNA,通常是以DNA為模板、以核糖核苷酸為原料合成的,B錯誤;合成RNA所需的原料一定是核糖核苷酸,而所需的模板可以是DNA也可以是RNA,C錯誤;DNA合成所需的原料一定是脫氧核苷酸,而所需的模板可以是DNA也可以是RNA,D錯誤。任務(wù)活動[方法技巧]“三看法”判斷中心法則各過程都遵循堿基互補配對的原則任務(wù)活動例8[2023·黑龍江哈爾濱三中月考]如圖所示為中心法則,下列相關(guān)敘述錯誤的是 (

)A.虛線表示少數(shù)生物的遺傳信息流動方向B.遺傳信息流動過程中,DNA和RNA是信息的載體C.a過程和b過程遵循的堿基互補配對方式不相同D.c過程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序由rRNA決定D任務(wù)活動[解析]虛線表示少數(shù)生物(如一些RNA病毒)的遺傳信息的流向,A正確;遺傳信息流動過程中,DNA、RNA是信息的載體,蛋白質(zhì)是信息的表達產(chǎn)物,B正確;DNA復(fù)制過程(a過程)中堿基互補配對方式有A—T、T—A、G—C、C—G,而轉(zhuǎn)錄過程(b過程)中堿基互補配對方式有A—U、T—A、G—C、C—G,C正確;c過程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序是由mRNA中的核糖核苷酸序列來決定的,D錯誤。任務(wù)活動例9[2023·山東濱州階段練習(xí)]呼吸道合胞病毒是一種反義單鏈RNA(-RNA)病毒,其增殖過程如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是

(

)A.呼吸道合胞病毒的基因可以整合到宿主的基因組中B.呼吸道合胞病毒通過過程③完成遺傳物質(zhì)的復(fù)制C.科學(xué)家通過培養(yǎng)基培養(yǎng)合胞病毒研究其致病機理D.②過程需要的嘌呤堿基與③過程需要的嘧啶堿基數(shù)目相同D任務(wù)活動[解析]呼吸道合胞病毒的遺傳物質(zhì)是RNA,宿主細胞的遺傳物質(zhì)是DNA,因此呼吸道合胞病毒的基因不能整合到宿主的基因組中,A錯誤;由圖可知,呼吸道合胞病毒的遺傳物質(zhì)是-RNA,通過②③過程合成-RNA,因此呼吸道合胞病毒遺傳物質(zhì)的復(fù)制是通過②③過程完成的,B錯誤;病毒沒有細胞結(jié)構(gòu),必須寄生在活細胞中才能繁殖,因此不能用培養(yǎng)基培養(yǎng)病毒,C錯誤;②過程合成+RNA,③過程合成-RNA,其中+RNA與-RNA互補配對,根據(jù)堿基互補配對原則,②過程需要的嘌呤堿基與③過程需要的嘧啶堿基數(shù)目相同,D正確。

當堂小結(jié)

備用習(xí)題1.如圖表示細胞中某些生理過程,下列說法正確的是 (

)A.圖甲中核糖核苷酸之間通過氫鍵連接B.圖中①與②的移動方向相同C.圖示過程中均存在堿基互補配對,但配對方式不完全相同D.圖乙中多聚核糖體的形成可以大大縮短每條肽鏈的合成時間C

備用習(xí)題[解析]圖甲中核糖核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連接,A錯誤;①的移動方向是從左向右,②的移動方向是從右向左,B錯誤;圖示過程中均存在堿基互補配對,但配對方式不完全相同,圖甲中配對方式為A—U、A—T、

T—A、C—G、G—C,圖乙中配對方式為A—U、U—A、C—G、G—C,C正確;圖乙中多聚核糖體可以同時進行多條肽鏈的合成,但是每條肽鏈合成的時間并沒有縮短,D錯誤。

備用習(xí)題2.新型冠狀病毒是目前已知的第7種可以感染人的冠狀病毒。如圖為新型冠狀病毒增殖方式,下列有關(guān)說法不合理的是 (

)A.過程①至少需要3種RNA的參與才能完成B.過程②所得的產(chǎn)物含有的嘌呤數(shù)與過程③產(chǎn)物所含的嘌呤數(shù)不一定相等C.完成過程①②③所需的原料和場所都由人體細胞提供D.過程①②所需原料一致D

備用習(xí)題[解析]過程①翻譯需要mRNA、tRNA、rRNA參與,A正確;過程②產(chǎn)物為-RNA,過程③產(chǎn)物為RNA,二者含有的嘌呤數(shù)不一定相等,B正確;病毒在宿主細胞內(nèi)增殖,原料和場所都由宿主細胞提供,C正確;過程①翻譯所需原料為氨基酸,過程②復(fù)制所需原料為四種核糖核苷酸,D錯誤。

備用習(xí)題3.如圖表示某真核生物基因表達的部分過程,已知賴氨酸的密碼子為AAA,苯丙氨酸的密碼子為UUU,請回答下列問題:(1