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1、第第1717讲基因的表达讲基因的表达-2-3-必备知识核心素养关键能力遗传信息的转录和翻译 1.RNA的结构和种类 核糖核苷酸 A、U、G、C单链mRNA反密码子核糖体-4-必备知识核心素养关键能力2.遗传信息的转录(1)概念:在细胞核中,以为模板合成的过程。 (2)过程(见下图)DNA的一条链RNARNA聚合酶一条链核糖核苷酸RNA聚合酶mRNADNA链-5-必备知识核心素养关键能力3.遗传信息的翻译(1)概念mRNA氨基酸氨基酸顺序-6-必备知识核心素养关键能力(2)过程 -7-必备知识核心素养关键能力mRNAtRNAmRNAtRNA终止密码脱离-8-必备知识核心素养关键能力(3)翻译过程
2、中,mRNA与核糖体数量的关系遗传信息的翻译过程中,通常一个mRNA结合多个核糖体的意义是 。 教材拾遗(必修2第65页“思考与讨论,3”改编)组成蛋白质的20种氨基酸共对应多少种密码子?由此推知一种氨基酸可能对应多个密码子,这对生物体的生存发展有何意义? 少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质,提高了蛋白质的合成效率 提示:20种氨基酸共对应61种密码子,其意义主要表现为如下两方面。(1)增强容错性:当密码子中有一个碱基改变时,由于密码的简并性,可能并不会改变其对应的氨基酸,因而有利于蛋白质或性状的稳定。(2)保证翻译速度:当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以
3、保证翻译的速度。-9-必备知识核心素养关键能力正误判断(1)一个tRNA分子中只有三个碱基,可以携带多种氨基酸。()(2)rRNA是核糖体的组成成分,原核细胞中可由核仁参与合成。()(3)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。 ()(4)有些RNA可通过降低化学反应的活化能来提高反应速率。()(5)在翻译过程中,tRNA分子的OH端与相应的氨基酸结合。()(6)一个tRNA上的反密码子只能与mRNA上的一种密码子配对。() -10-必备知识核心素养关键能力(7)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。()(8)蛋白质合成旺盛的细胞中,DNA分子较多,转录成的mRNA分
4、子也较多。()(9)细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板,提高转录效率。()(10)细胞中的mRNA在核糖体上移动,指导蛋白质的合成。() -11-必备知识核心素养关键能力探究DNA转录和翻译过程的分析(科学思维)1.分析真核细胞DNA转录和翻译过程。-12-必备知识核心素养关键能力(1)为什么说真核细胞的转录过程主要发生在细胞核中?(2)遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程,该过程需要解旋酶吗?(3)翻译过程中,核糖体是如何使肽链延伸的?从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗? 提示:DNA主要存在于细胞核中,线粒体和叶绿体中也存在少量的DNA,因此叶绿体和线粒体也有部
5、分遗传信息的转录过程。 提示:不需要,RNA聚合酶也有解旋功能。 提示:翻译过程中,核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子,进行肽链的合成,直到读取到mRNA上的终止密码,合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽,必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。-13-必备知识核心素养关键能力(4)一个基因的两条链都可以作为转录的模板吗?一个DNA分子上的所有基因的模板链都相同吗?(5)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸? 提示:转录时只能以基因的一条链为模板;不同的基因模板链不一定相同。 提示:翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在
6、此过程中会被剪切掉。-14-必备知识核心素养关键能力2.下图为两类细胞遗传信息表达示意图。 -15-必备知识核心素养关键能力(1)肺炎双球菌为原核生物,只进行(填“图1”或“图2”)过程。 (2)af依次为。 (3)图1中翻译方向为。判断依据是。 (4)图1信息显示一条mRNA可结合多个核糖体,其意义何在?结合在一个mRNA上的多个核糖体合成的多条肽链相同吗?为什么? 提示:(1)图2(2)mRNA、核糖体、多肽链、DNA、mRNA、RNA聚合酶(3)从左向右多肽链的长短,长的表明先进行了翻译过程(4)少量mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质结合在一个mRNA上的多个核糖体合成的多条肽链相同,
7、因为作为模板的mRNA相同。-16-必备知识核心素养关键能力【解疑释惑】澄清关于转录、翻译、密码子、反密码子的五个易错点(1)误认为复制、转录只发生在细胞核中。其实DNA存在的部位都可发生复制和转录过程,如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核和质粒等。(2)误认为转录产物只有mRNA。其实转录的产物有mRNA、tRNA和rRNA等,但携带遗传信息的只有mRNA。(3)误认为一个DNA只能转录出1条(种)RNA。其实转录的单位是基因,一个DNA上有许多个基因,不同基因转录出的RNA不同。(4)误认为所有密码子都能决定氨基酸。64种密码子中,有3种密码子并不决定氨基酸,属于终止密码子。(5)误认为密码子=
8、反密码子。密码子在mRNA上,反密码子在tRNA上。一种密码子只对应一种氨基酸;而一种氨基酸可对应一种或多种密码子。-17-必备知识核心素养关键能力考向1转录和翻译过程的分析1.(2019广东茂名化州二模)真核细胞内RNA的酶促合成过程如图所示。下列相关叙述错误的是()A.该过程不会发生在细胞质中B.该过程两个RNA聚合酶反向移动C.该DNA片段至少含有2个基因D.该DNA片段的两条链均可作为模板链 答案解析解析关闭图示为转录过程,主要发生在细胞核中,此外还会发生在线粒体和叶绿体中,A项错误;由图可知,该过程两个RNA聚合酶反向移动,B项正确;图中有两处正在进行转录过程,说明该DNA片段中至少
9、含有2个基因,C项正确;由图可知,该DNA片段的两条链均可作为模板链,D项正确。 答案解析关闭A-18-必备知识核心素养关键能力2.2019湖北七市(州)协作体联考下图是蛋白质合成示意图,下列相关描述错误的是()A.图中核糖体移动方向是从右向左,终止密码子位于a端B.通常决定氨基酸的密码子又叫起始密码子C.该过程中碱基互补配对的方式是AU、CGD.图中所示蛋白质合成过程涉及3种RNA 答案解析解析关闭图中核糖体移动方向是从左向右,则终止密码应该位于b端,A项错误;据图分析,氨基酸位于肽链的第一位,因此决定氨基酸的密码子应该是起始密码子,B项正确;翻译过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密
10、码子配对,遵循的碱基互补配对原则有A与U互配、C与G互配,C项正确;翻译过程中涉及三种RNA,分别是mRNA、tRNA和rRNA,D项正确。 答案解析关闭A-19-必备知识核心素养关键能力-20-必备知识核心素养关键能力考向2基因表达中的有关计算3.(2019宁夏石嘴山月考)已知AUG、GUG为起始密码子,UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个mRNA碱基排列顺序如下:AUUCGAUGAC(40个碱基)CUCUAGAUCU,此mRNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为 ()A.20个B.15个C.16个D.18个 答案解析解析关闭遗传密码的阅读,不能从一条mRNA的最前端开始,而是
11、要从起始密码子的位置开始阅读。由题干已知AUG、GUG为起始密码子,认真阅读不难发现,题目中有AUG,从这个位置开始,到后面的UAG终止密码子为止。能决定氨基酸的碱基数量为48个,而每三个碱基决定一个氨基酸,所以最终可以决定16个氨基酸。 答案解析关闭C-21-必备知识核心素养关键能力链接高考中心法则及基因与性状的关系 1.中心法则(1)提出者:。 (2)补充后的内容图解克里克 -22-必备知识核心素养关键能力链接高考(3)不同类型生物遗传信息的传递以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒) 具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒) 高度分化的细胞
12、 -23-必备知识核心素养关键能力链接高考(4)联系中心法则与基因表达的关系 -24-必备知识核心素养关键能力链接高考2.基因控制性状的途径(1)直接控制途径(用文字和箭头表示)蛋白质的结构 缺失3个 CFTR蛋白结构TAAT缬氨酸镰刀状溶血性贫血-25-必备知识核心素养关键能力链接高考(2)间接控制途径(用文字和箭头表示) 白化病致病机理图解 酶的合成代谢过程酪氨酸酶酪氨酸酶黑色素不能将酪氨酸转化为黑色素-26-必备知识核心素养关键能力链接高考豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解 DNA序列淀粉分支酶淀粉降低蔗糖皱粒淀粉分支酶圆粒-27-必备知识核心素养关键能力链接高考正误判断(1)HIV的遗传信
13、息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中。()(2)核苷酸序列不同的基因可能表达出相同的蛋白质。 ()(3)中心法则仅仅揭示了自然界中真核生物与原核生物遗传信息的传递与表达过程,而不能应用于所有生物。 ()(4)人体中的大多数细胞,既会发生染色体的复制,又有转录与翻译过程。()(5)决定细胞生物性状的直接原因是蛋白质,而根本原因是DNA上的遗传信息。()(6)在一个成年人的神经细胞中,只有转录与翻译过程,没有DNA的复制过程。() -28-必备知识核心素养关键能力链接高考探究遗传信息的传递和表达过程的分析(科学思维)1.据图分析生物体内遗传信息的传递和表达过程。(1)在人体细胞中发生的过程是。 (
14、2)遵循碱基互补配对的过程是。 -29-必备知识核心素养关键能力链接高考(3)和过程,碱基配对方式完全相同吗?(4)HIV的宿主细胞可发生上述什么过程?其“遗传信息流”的模板及原料分别由谁提供?(5)写出洋葱表皮细胞及根尖分生区细胞内遗传信息的传递过程。(6)中心法则反映了遗传物质的哪两大功能? 提示:不完全相同。中是G与C,C与G,A与T,T与A;中是G与C,C与G,A与U,T与A。 提示:HIV的宿主细胞可发生的过程是,其“遗传信息流”的模板由病毒自身提供,原料由宿主细胞提供。 提示:洋葱表皮细胞的信息传递过程为;根尖分生区细胞的信息传递过程为。 提示:中心法则反映了遗传物质的传递与表达两
15、大功能。 -30-必备知识核心素养关键能力链接高考2.人类免疫缺陷病毒的RNA,在人体细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板,该病毒在宿主细胞内增殖的过程如下图所示。据图分析回答下列问题。(1)图中遗传信息的传递过程表示,表示DNA的单链复制,表示,表示。过程中,在正常人体细胞内不会发生的过程是(填图中序号及相应名称)。 (2)过程所需嘧啶的比例与所需嘌呤的比例是的。 (3)过程和过程是分别从条链上的起点开始的。 (4)过程中氨基酸的排列顺序是由上的密码子决定的。 逆转录 转录 翻译逆转录 相同两mRNA-31-必备知识核心素养关键能力链接高考【解疑释惑】1.利用图示分类剖析中心法则 图示中1、8
16、为转录过程;2、5、9为翻译过程;3、10为DNA复制过程;4、6为RNA复制过程;7为逆转录过程。-32-必备知识核心素养关键能力链接高考2.有关中心法则及基因与性状关系的4点提醒(1)不同细胞中的中心法则途径:高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径,如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有;但叶肉细胞等高度分化的细胞中无DNA复制途径,只有转录和翻译两条途径;哺乳动物成熟的红细胞中无遗传信息传递。RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中,而在其他生物体内不能发生。-33-必备知识核心素养关键能力链接高考(3)基因与性状的关系并不都是简单的一一对应关系:基因与基因、
17、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成了一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。总之,生物体的性状是基因和环境共同作用的结果。-34-必备知识核心素养关键能力链接高考考向1遗传信息传递过程和实验分析1.(2019湖南师大附中月考)下图是中心法则中部分遗传信息的流动方向示意图,有关说法正确的是()A.图甲过程一般发生于烟草花叶病毒的体内B.图甲过程不可能同时发生于同一个细胞内C.图乙过程只发生在可增殖的细胞,复制起点A先于B复制D.图乙、图丙过程均可能发生在真核细胞内,均具有双向复制的特点 答案解析解析关闭分析题图可知,图甲中,表示逆转录,表示转录,表示翻译,
18、表示合成DNA双链,表示转录;图乙表示DNA的多起点复制;图丙表示环状DNA的复制。烟草花叶病毒属于RNA病毒,该病毒不会发生逆转录,A项错误;RNA病毒侵入细胞后,在宿主细胞内进行自身RNA和蛋白质合成的过程,可同时发生于宿主细胞内,B项错误;根据环的大小可以判断出复制起点B先于A复制,C项错误;图乙可能是细胞核中DNA复制,图丙过程可能是叶绿体、线粒体中DNA的复制,均可能发生在真核细胞内,均具有双向复制的特点,D项正确。 答案解析关闭D-35-必备知识核心素养关键能力链接高考2.(2019湖北咸宁联考)如图是中心法则及其发展的内容,下列相关叙述错误的是()A.生物的遗传信息储存在DNA的
19、脱氧核苷酸序列中B.a、e过程所需的原料相同,b、c所需的原料也相同C.遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础D.b过程需要RNA聚合酶催化,而e过程需要逆转录酶催化 答案解析解析关闭据图可知,生物的遗传信息除了储存在DNA的脱氧核苷酸序列中,还可以储存在RNA的核糖核苷酸序列中,A项错误;a、e过程分别是DNA复制和逆转录,都是合成DNA,所需的原料是脱氧核苷酸,b、c过程分别是DNA转录和RNA复制,都是合成RNA,所需的原料是核糖核苷酸,B项正确;因蛋白质是生命活动的体现者和承担者,表现型是通过形态、结构和生理特征体现的,这些都需要蛋白质作为基础,C项正确;b过程是转录,合成RNA,需要
20、RNA聚合酶催化,而e过程是逆转录,形成DNA,需要逆转录酶催化,D项正确。 答案解析关闭A-36-必备知识核心素养关键能力链接高考-37-必备知识核心素养关键能力链接高考考向2辨析基因对性状的控制过程3.(2019宁夏银川月考)如图为基因控制性状表现的流程示意图。请据图分析,下列说法不正确的是()A.过程以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成RNAB.某段DNA上发生了基因突变,但形成的蛋白质不一定会改变C.过程中需要多种tRNA,tRNA不同,所搬运的氨基酸也不相同D.人的镰刀型细胞贫血症是基因对性状的直接控制,使结构蛋白发生变化所致 答案解析解析关闭为转录过程,该过程以DNA的
21、一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成RNA,A项正确;由于密码子的简并性等原因,基因突变不一定会导致其控制合成的蛋白质改变,B项正确;tRNA具有专一性,一种tRNA只能转运一种氨基酸,但一种氨基酸可能由几种tRNA来运载,因此tRNA不同,其所搬运的氨基酸可能相同,C项错误;基因可通过控制蛋白质分子结构来直接控制性状,如镰刀型细胞贫血症,D项正确。 答案解析关闭C-38-必备知识核心素养关键能力链接高考4.(2019辽宁东北育才模拟)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
22、人体内蛋白质的合成。人们对此现象提出了许多假设,其中最不合理的是()A.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B.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C.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D.抗生素能阻断细菌线粒体的功能,而不影响人体线粒体的功能 答案解析解析关闭抗生素能够有效地阻断细菌细胞内的蛋白质合成,而不影响人体内蛋白质的合成,可能的原因是抗生素能阻断细菌的DNA的转录、转运RNA的功能、核糖体的功能,而不影响人体蛋白质合成的过程。细菌是原核生物,没有线粒体。 答案解析关闭D-39-必备知识核心素养关键能力链接高考
23、【归纳总结】基因与性状的联系 -40-必备知识核心素养关键能力链接高考1.(2019全国)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU,若要在体外合成同位素标记的多肽链,所需的材料组合是()同位素标记的tRNA蛋白质合成所需的酶同位素标记的苯丙氨酸人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸除去了DNA和mRNA的细胞裂解液A.B.C.D. 答案解析解析关闭本题的切入点是翻译的基本条件。在体外合成同位素标记的多肽链模拟的是翻译过程,该过程在细胞内是在细胞质中的核糖体上完成的。在体外合成时,除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有蛋白质合成所需的核糖体、tRNA、ATP及相关的酶等,还需要同位素标记
24、的苯丙氨酸(原料)及人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸(模板)。 答案解析关闭C-41-必备知识核心素养关键能力链接高考2.(2018全国)生物体内的DNA常与蛋白质结合,以DNA蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是()A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA蛋白质复合物B.真核细胞的核中有DNA蛋白质复合物,而原核细胞的拟核中没有C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制,则该蛋白可能是DNA聚合酶D.若复合物中正在进行RNA的合成,则该复合物中含有RNA聚合酶 答案解析解析关闭本题考查染色体的成分、DNA的复制及遗传信息的表达等知识。在细胞中都会存在DNA和RNA与蛋白质结合成的复合物。染色体(
25、染色质)就是蛋白质与DNA结合形成的结构,A项正确。在DNA复制过程中,DNA聚合酶与DNA的每一条链都要结合成DNA蛋白质复合物,真核细胞和原核细胞中都存在DNA的复制过程,所以在原核细胞中也会存在DNA蛋白质复合物,B项错误。DNA的复制过程需要DNA聚合酶,C项正确。RNA是转录的产物,其模板是DNA的一条链,且需要RNA聚合酶的催化,故该过程中复合物含有RNA聚合酶,D项正确。 答案解析关闭B-42-必备知识核心素养关键能力链接高考3.(2018海南)关于复制、转录和逆转录的叙述,下列说法错误的是()A.逆转录和DNA复制的产物都是DNAB.转录需要RNA聚合酶,逆转录需要逆转录酶C.
26、转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸D.细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板 答案解析解析关闭转录所需要的反应物是核糖核苷酸,逆转录所需的反应物是脱氧核糖核苷酸,C项错误。 答案解析关闭C-43-必备知识核心素养关键能力链接高考4.(2017全国)下列关于真核细胞中转录的叙述,错误的是()A.tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补 答案解析解析关闭此题解题的切入点是真核细胞的结构和基因的转录。tRNA、rRNA和mRNA都是通过不同DNA片段的转录产生的,A项正确。真核细胞中,不同RNA的模板是不同的DNA片段,同一细胞中不同的DNA片段可以同时转录,同时合成不同的RNA,B项正确。真核细胞中DNA主要分布在细胞核中,还有少量DNA分布在线粒体和叶绿体中,细胞核、线粒体和叶绿体中的DNA都可以进行转录,从而合成RNA,故C项错误。转录过程中,遵循碱基互补配对原则,因此转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补,D项正确。 答案解析关闭C