高中生物 第4章 第1節(jié) 基因的表達(dá) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成課件 新人教版必修2.ppt

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第4章 基因的表達(dá) 第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,新課導(dǎo)入 導(dǎo)入1:什么是基因的表達(dá)? 提示:基因通過指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成來控制性狀,稱為基因的表達(dá)。 思考:基因(DNA)主要存在于細(xì)胞核中,而蛋白質(zhì)的合成是在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上進(jìn)行的,細(xì)胞核中的基因是如何控制細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)的合成呢?導(dǎo)入課題。 導(dǎo)入2:熒光小豬是由于體內(nèi)導(dǎo)入了從熒光水母體內(nèi)提取的熒光基因,從而能在夜晚呈現(xiàn)出特殊的體色,這是生物學(xué)家的杰作。 請(qǐng)問:什么是基因? 提示:基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。 我們知道蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者和承擔(dān)者,因此性狀的形成離不開蛋白質(zhì)(特別是酶)的作用。那么基因是怎樣指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的呢?,教師參考,自主學(xué)習(xí),要點(diǎn)探究,自主學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)目標(biāo):,1.概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。 2.運(yùn)用數(shù)學(xué)方法,分析堿基與氨基酸對(duì)應(yīng)關(guān)系。,知識(shí)梳理,一、RNA與DNA的比較及其種類、作用 1.RNA和DNA的比較,脫氧核苷酸,核糖核苷酸,脫氧核糖,核糖,胸腺嘧啶(T),尿嘧啶(U),規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu),單鏈,2.種類及作用 (1)信使RNA(mRNA):翻譯過程中起模板作用。 (2)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA):識(shí)別密碼子,運(yùn)載 。 (3)核糖體RNA(rRNA):參與構(gòu)成核糖體。,氨基酸,選擇 關(guān)于RNA和DNA的區(qū)別,下列說法錯(cuò)誤的是( ) A.DNA是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu),而RNA一般是單鏈 B.DNA中的五碳糖是核糖,RNA中的五碳糖是脫氧核糖 C.DNA特有的堿基是T,而RNA特有的堿基是U D.DNA中的嘧啶和嘌呤相等,但RNA中不一定,B,二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 1.概念:以DNA的一條鏈為模板,合成 的過程。,RNA,2.過程,選擇 有關(guān)真核細(xì)胞DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄這兩種過程的敘述,錯(cuò)誤的是( ) A.兩種過程都可在細(xì)胞核中發(fā)生 B.兩種過程都有酶參與反應(yīng) C.兩種過程都以脫氧核苷酸為原料 D.兩種過程都以DNA為模板,C,三、遺傳信息的翻譯 1.概念:游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸,就以 為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。,mRNA,2.條件,核糖體,氨基酸,一定氨基酸順序,3.過程,判斷 (1)翻譯過程中發(fā)生AU、UA、GC、CG的配對(duì)。( ) (2)密碼子位于mRNA上,是由三個(gè)相鄰堿基組成的,密碼子與氨基酸是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。( ) (3)決定氨基酸的密碼子有64種,反密碼子位于tRNA上,也有64種。( ) (4)mRNA在核糖體上移動(dòng)翻譯出蛋白質(zhì)。( ),問題引領(lǐng): 1.遺傳信息表達(dá)與傳遞過程有哪些不同? 2.遺傳信息、密碼子、反密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系是怎樣的?,要點(diǎn)探究,遺傳信息的表達(dá),要點(diǎn)一,教師參考,1.轉(zhuǎn)錄、翻譯與DNA復(fù)制的比較,2.DNA上遺傳信息、密碼子、反密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系,解析: (1)DNA兩條鏈包括4種堿基,有4種脫氧核苷酸;mRNA(c)包括了3種堿基,有3種核糖核苷酸,故共有7種核苷酸。(2)能夠與mRNA堿基相互配對(duì)的轉(zhuǎn)錄鏈?zhǔn)莃;轉(zhuǎn)錄以DNA中的一條鏈為模板,在RNA聚合酶的催化下,以周圍4種游離的核糖核苷酸為原料合成mRNA的過程。(3)bc的過程是由DNA形成mRNA,表示的是轉(zhuǎn)錄過程。,答案: (1)7 (2)b 核榶核苷酸 (3)A,方法透析 DNA與RNA的快速判定,備選例題,如圖表示真核細(xì)胞內(nèi)合成某種分泌蛋白過程中由DNA到蛋白質(zhì)的信息流動(dòng)過程,表示相關(guān)過程。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題:,(1)過程的產(chǎn)物是DNA,則過程發(fā)生在 期, 催化過程的酶是 。 (2)已知甲硫氨酸和酪氨酸的密碼子分別是AUG、UAC,某tRNA一端的三個(gè)堿基是UAC,該tRNA所攜帶的氨基酸是 。 (3)a、b為mRNA的兩端,核糖體在mRNA上的移動(dòng)方向是 。過程進(jìn)行的場(chǎng)所有 。 (4)一個(gè)mRNA上連接多個(gè)核糖體叫做多聚核糖體,多聚核糖體形成的意義是 。 從原核細(xì)胞中分離的多聚核糖體常與DNA結(jié)合在一起,這說明 。,解析: (1)據(jù)圖分析可知,過程指DNA的復(fù)制,在真核細(xì)胞中發(fā)生在有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。過程指轉(zhuǎn)錄過程,催化DNA轉(zhuǎn)錄為RNA的酶為RNA聚合酶。(2)決定氨基酸的密碼子在mRNA上,據(jù)tRNA上的反密碼子UAC可推知密碼子為AUG,AUG決定的氨基酸是甲硫氨酸。(3)據(jù)圖可知,越接近b端的核糖體上翻譯出的肽鏈越長(zhǎng),說明越接近b端的核糖體在mRNA上移動(dòng)的距離越長(zhǎng),由此推出核糖體在mRNA上的移動(dòng)方向?yàn)閍b。過程是對(duì)蛋白質(zhì)加工和運(yùn)輸?shù)倪^程,相應(yīng)的場(chǎng)所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體。(4)當(dāng)一個(gè)mRNA上連接多個(gè)核糖體以后,可以同時(shí)合成多條相同的肽鏈,提高蛋白質(zhì)的合成速率。在原核細(xì)胞中分離的多聚核糖體常與DNA結(jié)合在一起,說明在原核細(xì)胞中邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯,轉(zhuǎn)錄和翻譯可同時(shí)同地點(diǎn)進(jìn)行。,答案: (1)有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間 RNA聚合酶 (2)甲硫氨酸 (3)由ab 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體 (4)短時(shí)間內(nèi)能合成較多的蛋白質(zhì) 原核細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄和翻譯是同時(shí)同地點(diǎn)進(jìn)行的,【題組演練】 1.(2015寧夏銀川一中期末)遺傳信息、密碼子、遺傳物質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)單位,分別是指( ) 信使RNA上核苷酸的排列順序 DNA上決定氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基 信使RNA上決定氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基 DNA上脫氧核苷酸的排列順序 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA上一端的三個(gè)堿基 有遺傳效應(yīng)的DNA片段 A. B. C. D.,解析:遺傳信息是指DNA上脫氧核苷酸的排列順序;密碼子是指信使RNA上決定氨基酸的三個(gè)相鄰的堿基;基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,是遺傳物質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)單位。所以B正確。,B,2.(2015福建龍巖一級(jí)達(dá)標(biāo)校期末)如圖為基因表達(dá)過程示意圖,下列說法正確的是( ) A.圖中所示為真核生物DNA上的基因表達(dá)過程,需要多種酶參與 B.紅霉素影響核糖體在mRNA上的移動(dòng),故影響基因的轉(zhuǎn)錄過程 C.某一基因轉(zhuǎn)錄為mRNA時(shí),以DNA的一條完整鏈為模板 D.圖中可以說明少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì),解析:據(jù)圖可知,圖中表示邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯,說明圖示為原核生物DNA上的基因表達(dá)過程(真核生物的要先轉(zhuǎn)錄后翻譯,且轉(zhuǎn)錄和翻譯的場(chǎng)所也不同),需要RNA聚合酶、ATP水解酶等多種酶的參與,A項(xiàng)錯(cuò)誤;紅霉素影響核糖體在mRNA上的移動(dòng),故影響基因的翻譯過程,不影響轉(zhuǎn)錄過程,B項(xiàng)錯(cuò)誤;基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,一個(gè)DNA分子上可以有許多基因,某一基因轉(zhuǎn)錄為mRNA時(shí),是以該基因的一條鏈為模板的,C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖中的一個(gè)mRNA分子上相繼結(jié)合了多個(gè)核糖體,可以同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成,所以可以說明少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì),D項(xiàng)正確。,D,3.(2015寧夏銀川一中期末)下圖表示細(xì)胞內(nèi)遺傳信息表達(dá)的過程,根據(jù)所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)回答下列問題: 可能用到的密碼子表:酪氨酸(UAC)、甲硫氨酸(AUG)、天冬氨酸(GAU)、纈氨酸(GUA),(1)圖1中上正在進(jìn)行的是 過程,所需要原料的結(jié)構(gòu)通式可表示為 。該過程的合成方向是 (填“從左向右”或“從右向左”)。 (2)從化學(xué)成分角度分析,與圖1中結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成最相似的是( ) A.乳酸桿菌 B.噬菌體 C.染色體 D.煙草花葉病毒,(3)圖1中上攜帶的氨基酸為 。 (4)圖2為多聚核糖體合成蛋白質(zhì)的示意圖,最終合成的肽鏈的氨基酸序列相同嗎? 。圖中出現(xiàn)多聚核糖體的意義是 。,解析: (1)圖1是轉(zhuǎn)錄和翻譯過程,其中是核糖體,其上正在進(jìn)行的是翻譯過程,所需要原料是氨基酸。根據(jù)箭頭所示,可知核糖體在mRNA上的移動(dòng)方向是從左向右,是該過程的合成方向。 (2)核糖體的化學(xué)成分是蛋白質(zhì)和RNA,乳酸桿菌是原核生物,成分復(fù)雜,A錯(cuò)誤;噬菌體和染色體的成分都是蛋白質(zhì)和DNA,B、C錯(cuò)誤;煙草花葉病毒的成分是蛋白質(zhì)和RNA,與核糖體成分相似,D正確。 (3)圖1中是tRNA,其一端的反密碼子是UAC,能與甲硫氨酸的密碼子AUG配對(duì),所以該tRNA上攜帶的氨基酸為甲硫氨酸。 (4)圖2中是mRNA,是核糖體,均為多肽鏈,由于合成的模板是同一個(gè)mRNA,所以最終合成的肽鏈的氨基酸序列相同;由圖示可知,由于多聚核糖體的參與,可以利用一條mRNA同時(shí)翻譯出多條多肽鏈,因而提高了合成蛋白質(zhì)的速率。,問題引領(lǐng): 1.基因轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中基因的堿基對(duì)數(shù)與mRNA堿基數(shù)及氨基酸個(gè)數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系是什么? 2.計(jì)算時(shí)的“至少”或“至多”的含義是什么?,基因表達(dá)過程中有關(guān)數(shù)量變化,要點(diǎn)二,教師參考,1.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)=631。圖解如下:,2.以上關(guān)系應(yīng)理解為:每合成1個(gè)氨基酸至少需要mRNA中3個(gè)堿基,基因中6個(gè)堿基,其原因如下: (1)DNA中有的片段無遺傳效應(yīng),不能轉(zhuǎn)錄出mRNA。 (2)在基因片段中,有的片段起調(diào)控作用,不轉(zhuǎn)錄。 (3)轉(zhuǎn)錄出的mRNA中有終止密碼子,終止密碼子不對(duì)應(yīng)氨基酸,所以基因或DNA上堿基數(shù)目比蛋白質(zhì)氨基酸數(shù)目的6倍多。,【典例2】 已知一個(gè)蛋白質(zhì)分子由3條肽鏈組成,連接蛋白質(zhì)分子中氨基酸的肽鍵共有297個(gè),翻譯成這個(gè)蛋白質(zhì)分子的信使RNA中的A和G共400個(gè),則轉(zhuǎn)錄成信使RNA的DNA分子中,C和T最少應(yīng)有多少個(gè),翻譯成蛋白質(zhì)的過程中共需要tRNA最多多少種( ) A.1 800個(gè);300種 B.900個(gè);64種 C.900個(gè);無法確定 D.900個(gè);61種,解析:該蛋白質(zhì)由3條肽鏈組成,共297個(gè)肽鍵,可知該蛋白質(zhì)由300個(gè)氨基酸組成。則該信使RNA有至少3003=900個(gè)堿基。畫出如下轉(zhuǎn)錄圖解: 由圖解可知,轉(zhuǎn)錄成信使RNA的DNA分子中C和T最少應(yīng)有900個(gè)。tRNA的種類共有61種,因此該過程需tRNA最多為61種。,答案:D,備選例題,D,解析:蛋白質(zhì)由n條肽鏈組成,控制該蛋白質(zhì)的基因含有B個(gè)堿基對(duì),那么相應(yīng)的密碼子個(gè)數(shù)是B/3,也就是氨基酸的個(gè)數(shù)是B/3,所以形成蛋白質(zhì)時(shí)脫水?dāng)?shù)為:B/3-n,又知道氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量是A,所以可以求出蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量是(B/3)A-(B/3-n)18。,D,解析:通常可采用以下兩種解題思路。 解法一:根據(jù)題干中所提供的信息,該mRNA上A+G=12(個(gè)),由此可推出,指導(dǎo)它合成的模板鏈上T+C=12(個(gè)),模板鏈上的A+G=30-12= 18(個(gè)),這樣,與模板鏈互補(bǔ)的另一條鏈上T和C應(yīng)有18個(gè),兩條鏈的T+C共有12+18=30(個(gè))。 解法二:mRNA有30個(gè)堿基,轉(zhuǎn)錄形成mRNA的DNA分子應(yīng)有30個(gè)堿基對(duì),根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則TA、GC,可知A+G=T+C,所以該DNA分子中T和C必然有30個(gè)。,【題組演練】 1.已知一段mRNA含有30個(gè)堿基,其中A和G有12個(gè),轉(zhuǎn)錄該段mRNA的DNA分子中應(yīng)有C和T的個(gè)數(shù)是( ) A.12 B.24 C.18 D.30,2.(2015安徽安慶段考)某蛋白質(zhì)分子由和共含176個(gè)氨基酸的2條肽鏈構(gòu)成。下列有關(guān)敘述中正確的是( ) A.參與合成與加工該多肽的膜性細(xì)胞器有4種 B.合成該多肽時(shí)最多需要61種tRNA參與 C.該蛋白質(zhì)分子中一定由20種氨基酸組成 D.合成該多肽的模板mRNA上一定含有176個(gè)密碼子,解析:參與蛋白質(zhì)合成與加工的膜性細(xì)胞器是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗加工,高爾基體再加工,線粒體提供能量,A項(xiàng)錯(cuò)誤,密碼子有64種,決定氨基酸的密碼子只有61種,3個(gè)終止密碼不決定氨基酸,20種氨基酸對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA也只有61種,即合成該多肽鏈時(shí)最多需要61種tRNA參與,B項(xiàng)正確;該蛋白質(zhì)分子中不一定由20種氨基酸組成,C項(xiàng)錯(cuò)誤;合成該多肽的模板mRNA上至少含有176個(gè)密碼子,還有終止密碼,D項(xiàng)錯(cuò)誤。,B,3.某條多肽的相對(duì)分子質(zhì)量為2 778,若氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為110,如考慮終止密碼子,則編碼該多肽的基因長(zhǎng)度至少是( ) A.75對(duì)堿基 B.78對(duì)堿基 C.90對(duì)堿基 D.93對(duì)堿基,解析:該多肽由n個(gè)氨基酸構(gòu)成,根據(jù)題意可以列方程110n-18(n-1)=2 778,解得n=30,即該多肽由30個(gè)氨基酸組成,若考慮終止密碼子則應(yīng)為30個(gè)密碼子再加上終止密碼子應(yīng)為31個(gè)密碼子,所以編碼該多肽的基因堿基數(shù)至少為316=186,即93對(duì)堿基。,D,