第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成
1.概述轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程，感知基因表達(dá)的多層次、協(xié)調(diào)與配合的動(dòng)態(tài)過(guò)程。　 (重難點(diǎn)、科學(xué)思維)
2.嘗試模擬探究基因表達(dá)過(guò)程(科學(xué)探究)
3.說(shuō)明密碼子、反密碼子和遺傳信息之間的關(guān)系。(重點(diǎn)、生命觀念)
4.理解中心法則的主要內(nèi)容并學(xué)以致用。 （生命觀念、社會(huì)責(zé)任）
基因控制蛋白質(zhì)合成的過(guò)程，叫基因的表達(dá)。
蘇云金桿菌抗蟲(chóng)蛋白基因（Bt抗蟲(chóng)蛋白基因）
主要在細(xì)胞核（真核生物）
DNA主要存在哪里？蛋白質(zhì)在哪里合成？
為什么RNA適于作DNA的信使）
RNA是由基本單位——核苷酸連接而成，跟DNA一樣能儲(chǔ)存遺傳信息；RNA一般為單鏈，比DNA短，能通過(guò)核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中；RNA與DNA的關(guān)系中，也遵循“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”，因此以mRNA為媒介可將遺傳信息傳遞到細(xì)胞質(zhì)中。
DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的呢？
一、RNA的“那些事”：
2.RNA的基本單位：
3.RNA與DNA在化學(xué)組成上的主要區(qū)別：
（1）五碳糖不同：RNA的五碳糖是核糖，DNA的五碳糖是脫氧核糖；
（2）堿基不完全相同：RNA的堿基組成中沒(méi)有T，而有U，DNA與之相反；
**科學(xué)家常用同位素分別標(biāo)記胸腺嘧啶脫氧核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸來(lái)研究DNA、RNA的動(dòng)態(tài)變化；
（2017年高考全國(guó)1卷T29,10分）根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類(lèi)型，有些病毒對(duì)人類(lèi)健康會(huì)造成很大危害，通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類(lèi)型。 假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請(qǐng)利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類(lèi)型，簡(jiǎn)要寫(xiě)出（1）實(shí)驗(yàn)思路（2）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。（要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組）
標(biāo)答與評(píng)分細(xì)則：（1）思路（6分）
甲組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性。乙組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性。
（2）結(jié)果及結(jié)論（4分）若甲組收集的病毒有放射性，乙組無(wú)，即為RNA病毒；反之為DNA病毒。
山東省閱卷細(xì)則（閱卷標(biāo)準(zhǔn)必須出現(xiàn)的要點(diǎn)）1.先看有沒(méi)有尿嘧啶和胸腺嘧啶，若沒(méi)有，0分；2.必須是“相互印證”的兩組。如：若一組是標(biāo)記的尿嘧啶，一組是空白對(duì)照，0分；3.必須出現(xiàn)“標(biāo)記”兩字，但是“熒光標(biāo)記”不對(duì)；4.必須用宿主細(xì)胞培養(yǎng)新病毒，宿主細(xì)胞可用大腸桿菌代替；5.思路6分，要么是0分，要么是6分；結(jié)果與結(jié)論，可以是1、2、3、4分。
→蛋白質(zhì)合成的“三劍客”
⑴作為某些病毒的遺傳物質(zhì)
⑵某些RNA具有催化作用（酶）
⑷識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸（tRNA）
⑶作為合成蛋白質(zhì)的模板（mRNA）。
⑸核糖體的組成成分（rRNA）
【思考·討論】結(jié)合學(xué)過(guò)的內(nèi)容,歸納RNA的作用有哪些?
堿基互補(bǔ)配對(duì) A -- U T -- A C -- G G -- C
模板？原料？產(chǎn)物？酶？
在細(xì)胞核中，通過(guò)RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成RNA的過(guò)程。
解旋→配對(duì)→連接→釋放
第1步：DNA雙鏈解開(kāi)（_________的催化），_____暴露出來(lái)；
注意：轉(zhuǎn)錄需要解旋，但不需要解旋酶（RNA聚合酶本身具有解旋功能）
2、轉(zhuǎn)錄的過(guò)程（分步視頻）：
第2步：游離的____________與____________上的堿基互補(bǔ)配對(duì)， 在___________的作用下開(kāi)始mRNA的合成；
第3步：新結(jié)合的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上。 （____________的催化形成____________）
該過(guò)程中，游離的核糖核苷酸隨機(jī)地與DNA鏈上的堿基碰撞、互補(bǔ)配對(duì)；
第4步：合成的_____從______上釋放，而后DNA__________。
（1）DNA的兩條鏈都能轉(zhuǎn)錄嗎？（2）轉(zhuǎn)綠時(shí)，DNA鏈完全解開(kāi)嗎？（3）在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中堿基互補(bǔ)配對(duì)原則有什么特殊情況？ （4）假設(shè)以b鏈為模板，則轉(zhuǎn)錄出的RNA堿基排列為 。
A—U、T—A、 G—C、 C—G
……A－T－T－C－A－G－A－T－G…………T－A－A－G－T－C－T－A－C……
……A－U－U－C－A－G－A－U－G……
結(jié)合視頻和課本P63第 3 段及圖4－4：
不是，只能以基因?yàn)閱挝唤忾_(kāi)
1.不是所有的細(xì)胞都能進(jìn)行DNA的復(fù)制，但是幾乎所有的細(xì)胞可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，例如高度分化的細(xì)胞。
2.同種生物的不同細(xì)胞中，由于基因的選擇性表達(dá)，mRNA的種類(lèi)和數(shù)量一般是不相同的，但tRNA和rRNA的種類(lèi)一般沒(méi)有差異
閱讀課本P64-67頁(yè)
以mRNA為模板，以細(xì)胞質(zhì)中游離的氨基酸為原料， 合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程。
如果1個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，4種堿基能決定多少種氨基酸？ 如果2個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，最多能編碼多少種氨基酸？ 如果3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，最多能編碼多少種氨基酸？
后來(lái)科學(xué)家又通過(guò)一步步的推測(cè)和實(shí)驗(yàn)，證明了確實(shí)是mRNA上三個(gè)相鄰的堿基決定一個(gè)氨基酸，遺傳學(xué)上將這三個(gè)堿基稱(chēng)為密碼子
tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）
難題二：氨基酸如何識(shí)別密碼子并被轉(zhuǎn)運(yùn)到相應(yīng)位置？
你能據(jù)此說(shuō)出該tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸
每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)1種氨基酸，但1種氨基酸可由一或多種tRNA攜帶。
（課本P67表4-1 21種氨基酸的密碼子表）
1.密碼子表查法
例:CCU
真核只有1種(AUG)
AUG（編碼甲硫氨酸）
GUG（編碼甲硫氨酸,若該密碼子不作為起始密碼子時(shí)，其編碼纈氨酸）
3.終止密碼子
一般情況下3個(gè)（UAA、UAG、UGA）不決定氨基酸，特殊情況下UGA可以編碼硒代半胱氨酸。
4.編碼氨基酸的密碼子:一般情況下61種,特殊情況下62種.
3.密碼子特點(diǎn)：（P67思考討論）
一種密碼子只決定一種氨基酸
一種氨基酸可由一種或多種密碼子決定
地球上幾乎所有生物都共用一套密碼子
1、從密碼子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸這樣，絕大多數(shù)氨基酸都有幾個(gè)密碼子，這一現(xiàn)象稱(chēng)作密碼子的簡(jiǎn)并。你認(rèn)為密碼子的簡(jiǎn)并對(duì)生物體的生存發(fā)展有什么意義？2、幾乎所有的生物體都共用上述密碼子。根據(jù)這一事實(shí)，你能想到什么？
2、說(shuō)明當(dāng)今生物可能有著共同的起源，或生物界具有統(tǒng)一性。
1、答：如果密碼子中的一個(gè)堿基發(fā)生變化，可能影響組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類(lèi)，也有可能不影響，這就保證了生物遺傳的相對(duì)穩(wěn)定性，又使生物出現(xiàn)變異，從而促進(jìn)生物的發(fā)展進(jìn)化。
一個(gè)mRNA分子同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)。
注意：多個(gè)核糖體翻譯的是同一條mRNA，得到的是同一種多肽鏈。
五、如何加快翻譯的速度？
→多個(gè)核糖體同時(shí)進(jìn)行翻譯
由該圖能不能得出翻譯的方向（核糖體移動(dòng)的方向）呢？
真核細(xì)胞、原核細(xì)胞基因表達(dá)差異
你從圖中看出了二者的區(qū)別嗎？
原核生物沒(méi)有核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯可以發(fā)生在同一空間內(nèi)，所以可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯
你能根據(jù)DNA復(fù)制和基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過(guò)程畫(huà)一張流程圖，表示遺傳信息的傳遞方向嗎？
不同生物的不同遺傳信息傳遞圖解
1.以DNA為遺傳物質(zhì)的生物（原核生物、真核生物、DNA病毒）
（不會(huì)存在DNA復(fù)制，只有轉(zhuǎn)錄和翻譯）
⑵哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞中，沒(méi)有遺傳信息的傳遞
2.一般RNA病毒（含RNA復(fù)制酶的病毒，如煙草花葉病毒等）
注意：RNA復(fù)制產(chǎn)生的是與遺傳物質(zhì)互補(bǔ)的RNA，因此不能直接作為遺傳物質(zhì)；
3.逆轉(zhuǎn)錄病毒（HIV病毒等）
注意：該過(guò)程需要病毒自己攜帶逆轉(zhuǎn)錄酶進(jìn)入宿主；逆轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是DNA片段，原料是脫氧核苷酸；逆轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)！
重要提示：逆轉(zhuǎn)錄和RNA復(fù)制通常發(fā)生在RNA病毒中，一般認(rèn)為正常細(xì)胞不發(fā)生逆轉(zhuǎn)錄和RNA復(fù)制。實(shí)際上干細(xì)胞中的端粒酶也具有逆轉(zhuǎn)錄活性。
“三步法”判斷中心法則各過(guò)程
七、基因表達(dá)過(guò)程中的數(shù)量關(guān)系
DNA堿基數(shù):mRNA堿基數(shù):氨基酸＝6:3:1
說(shuō)明：因?yàn)榛蛑写嬖诓痪幋a蛋白質(zhì)的片段，實(shí)際上基因（DNA）上所含有的堿基數(shù)要大于6n,而mRNA中也存在終止密碼子等片段，所以實(shí)際上mRNA中所含有的堿基數(shù)也要大于3n。因此一般題目中帶有“至少”或“最多”字樣才能使用這個(gè)比例關(guān)系。
23% 27%
1、(課本P69拓展應(yīng)用)紅霉素、環(huán)丙沙星、利福平等抗菌藥物能夠抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，它們的抗菌機(jī)制如下表所示， 請(qǐng)結(jié)合本節(jié)內(nèi)容說(shuō)明這些抗菌藥物可用于治療疾病的道理。
答案：題中的三種抗生素都是通過(guò)阻止遺傳信息的傳遞和表達(dá)，來(lái)干擾 細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的。
環(huán)丙沙星影響復(fù)制過(guò)程，
2.原核生物的擬核基因表達(dá)速率往往比真核生物的核 基因表達(dá)的速率要快很多，為什么？
提示：原核生物基因表達(dá)時(shí)轉(zhuǎn)錄和翻譯可以同步進(jìn)行，真核生物基因表達(dá)時(shí)先完成轉(zhuǎn)錄，再完成翻譯。
3.控制某種蛋白質(zhì)合成的基因剛轉(zhuǎn)錄的mRNA含有900個(gè)堿基，而翻譯后從核糖體上脫離下來(lái)的多肽鏈只由76個(gè)氨基酸組成，請(qǐng)?zhí)岢黾僬f(shuō)，解釋原因？
提示：基因剛轉(zhuǎn)錄的mRNA經(jīng)過(guò)了加工。

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第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

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年級(jí)： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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