新知一　遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
1.RNA的組成及分類。 結(jié)合教材中的“核糖和脫氧核糖的結(jié)構(gòu)模式圖”“DNA與RNA在化學(xué)組成上的區(qū)別”圖和“三種主要的RNA示意圖”,閱讀RNA的相關(guān)內(nèi)容,闡明RNA的種類和功能,比較其與DNA的不同。 (1)基本單位及組成
胸腺嘧啶（或T）
尿嘧啶（或U）
新知二　遺傳信息的翻譯
核糖體與mRNA的復(fù)合物
新知三　中心法則
探究一　遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
(1)在圖中方框內(nèi)用“→”或“←”標(biāo)出轉(zhuǎn)錄的方向。 答案:←
(2)a為啟動(dòng)上述過程必需的有機(jī)物,其名稱是什么? 提示:RNA聚合酶。 (3)b和c的名稱分別是什么? 提示:b是胞嘧啶脫氧核苷酸,c是胞嘧啶核糖核苷酸。 (4)在根尖細(xì)胞中,上述過程發(fā)生的場所在哪里? 提示:細(xì)胞核,線粒體。
(5)若d中A占35%,U占19%,則d對應(yīng)的DNA分子片段中T和C分別占多少? 提示:d是以DNA的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄來的,若d中A=35%,U=19%,A+U=54%,則對應(yīng)的DNA分子片段中A+T=54%,G+C=46%,故A=T=27%,G=C=23%。
【例1】下列有關(guān)DNA和RNA的敘述,正確的是(　　) A.由DNA轉(zhuǎn)錄形成的RNA的相對分子質(zhì)量是該DNA 的一半 B.通過DNA轉(zhuǎn)錄形成的RNA分子中沒有堿基對存在 C.DNA和RNA的堿基組成不完全相同 D.tRNA和rRNA不是由DNA轉(zhuǎn)錄形成的產(chǎn)物
解析:一個(gè)DNA分子有多個(gè)基因,而遺傳信息的轉(zhuǎn)錄以基因?yàn)閱挝?因此由DNA轉(zhuǎn)錄形成的RNA的相對分子質(zhì)量遠(yuǎn)小于該DNA的一半,A項(xiàng)錯(cuò)誤;RNA有rRNA、tRNA、mRNA三大類,tRNA分子中存在堿基對,B項(xiàng)錯(cuò)誤;DNA和RNA均有堿基A、G、C,另外DNA具有特有堿基T,RNA具有特有堿基U,C項(xiàng)正確;rRNA、tRNA、mRNA均是由DNA轉(zhuǎn)錄形成的產(chǎn)物,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【例2】下圖表示在人體細(xì)胞核中進(jìn)行的某一生理過程,下列說法正確的是(　　) A.該過程共涉及5種核苷酸 B.在不同組織細(xì)胞中該過程的產(chǎn)物相同 C.該過程需要DNA聚合酶 D.該過程涉及堿基互補(bǔ)配對和ATP的消耗
解析:從原料看出該過程為轉(zhuǎn)錄。該過程涉及的核苷酸為4種脫氧核苷酸、4種核糖核苷酸;不同組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄的mRNA不同;該過程不需要DNA聚合酶而需要RNA聚合酶;該過程涉及堿基互補(bǔ)配對和ATP的消耗。
探究二　遺傳信息的翻譯
1.下圖是基因控制蛋白質(zhì)合成的示意圖,請據(jù)圖回答下列問題。 (1)轉(zhuǎn)錄出③的模板是什么?該模板的相應(yīng)區(qū)段的堿基序列是什么? 提示: DNA的一條鏈;—TAGCGAAGAAAG—。
(2)運(yùn)輸氨基酸的工具是圖中的哪種結(jié)構(gòu)?為什么說它是真正起“翻譯”作用的結(jié)構(gòu)? 提示:運(yùn)輸氨基酸的工具是(①)tRNA;它一端有反密碼子,能識別mRNA上的密碼子,一端能攜帶氨基酸,是真正起“翻譯”作用的結(jié)構(gòu)。 (3)研究表明,少量的mRNA分子就能迅速合成大量的蛋白質(zhì),結(jié)合上圖推測其作用機(jī)理。 提示:1個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體,同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成。
2.假設(shè)編碼亮氨酸的密碼子CUA中的一個(gè)堿基發(fā)生了改變,可能的變化是第1個(gè)堿基C變成了U、A或G;或第 2個(gè)堿基U變成了C、A或G;或第3個(gè)堿基A變成了U、C或G。請分析：在這9種可能的變化中,哪幾種變化確實(shí)引起了氨基酸的變化?通過這個(gè)實(shí)例,你認(rèn)為密碼子的簡并性對生物體的生存發(fā)展有什么意義? 提示:可以將變化后的密碼子分別寫出,然后查密碼子表,看看變化了的密碼子分別對應(yīng)哪種氨基酸。這個(gè)實(shí)例說明密碼子的簡并性在一定程度上能防止由于堿基的改變而導(dǎo)致的遺傳信息的改變。
(1)密碼子和反密碼子的比較。
(2)氨基酸、密碼子和反密碼子的對應(yīng)關(guān)系。 ①每種氨基酸對應(yīng)一種或幾種密碼子(密碼子的簡并性),可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。 ②一種密碼子只能決定一種氨基酸,一種tRNA只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。 ③氨基酸、密碼子和反密碼子的對應(yīng)關(guān)系圖
④密碼子有64種(一般情況下3種終止密碼子不決定氨基酸,特殊情況下UGA可以編碼硒代半胱氨酸;一般情況下決定氨基酸的密碼子有61種),一般情況下反密碼子理論上有61種。不同生物共用一套遺傳密碼。
【例3】用體外實(shí)驗(yàn)的方法可合成多肽鏈。已知苯丙氨酸的密碼子是UUU,若要在體外合成同位素標(biāo)記的多肽鏈,所需的材料組合是 (　　) ①同位素標(biāo)記的tRNA?、诘鞍踪|(zhì)合成所需的酶　③同位素標(biāo)記的苯丙氨酸?、苋斯ず铣傻亩嗑勰蜞奏ず塑账帷、莩チ薉NA和mRNA的細(xì)胞裂解液 A.①②④　　　　　　B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤
解析:在體外合成同位素標(biāo)記的多肽鏈,需要有翻譯合成該多肽鏈的模板——mRNA,人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸是合成mRNA所需要的原料;還需要有合成該多肽鏈的原料——同位素標(biāo)記的氨基酸(苯丙氨酸)。此外,合成該多肽鏈還需要核糖體、相關(guān)酶以及能量等,可由除去了DNA和mRNA的細(xì)胞裂解液提供。 答案:C
【例4】下圖代表人體胰島細(xì)胞中發(fā)生的某一過程(AA代表氨基酸),下列敘述正確的是(　　)
A.該過程的直接模板是DNA B.該過程合成的產(chǎn)物一定是酶或激素 C.有多少個(gè)密碼子,就有多少個(gè)反密碼子與之對應(yīng) D.每一個(gè)氨基酸都有與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA來運(yùn)輸
解析:圖示是人體胰島細(xì)胞中發(fā)生的翻譯過程,其直接模板是mRNA,A項(xiàng)錯(cuò)誤;該過程合成的是多肽,經(jīng)過加工成為蛋白質(zhì),而蛋白質(zhì)不一定是酶或激素,B項(xiàng)錯(cuò)誤;終止密碼子不編碼氨基酸,沒有與之對應(yīng)的反密碼子,C項(xiàng)錯(cuò)誤;一種氨基酸可由一種或幾種密碼子編碼,因此一種氨基酸可以由一種或幾種特定的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA將它運(yùn)輸?shù)胶颂求w上,D項(xiàng)正確。 答案:D
探究三　中心法則
下圖是生物體內(nèi)遺傳信息的傳遞和表達(dá)過程,請分析并回答下列問題。 (1)正常細(xì)胞中能發(fā)生的過程是哪些? 提示:①②③。 (2)請寫出HIV的遺傳信息傳遞與表達(dá)的途徑。 提示:
(3)下圖為一組模擬實(shí)驗(yàn),假設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)苷＿M(jìn)行且五支試管中都有產(chǎn)物生成,請將此圖解中A~E試管所模擬的過程與上圖①~⑤過程對應(yīng)起來。?
A B C D E 提示:A—①;B—②;C—⑤;D—④;E—③。
中心法則與基因表達(dá)的關(guān)系
【例5】某種RNA病毒在增殖過程中,其遺傳物質(zhì)需要經(jīng)過某種轉(zhuǎn)變后整合到真核宿主細(xì)胞的基因組中。物質(zhì)Y與脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)相似,可抑制該病毒的增殖,但不抑制宿主細(xì)胞的增殖,那么Y抑制該病毒增殖的機(jī)制是(　　) A.抑制該病毒RNA的轉(zhuǎn)錄過程 B.抑制該病毒的逆轉(zhuǎn)錄過程 C.抑制該病毒蛋白質(zhì)的翻譯過程 D.抑制該病毒RNA的自我復(fù)制過程
解析:逆轉(zhuǎn)錄病毒遺傳信息的傳遞沒有RNA轉(zhuǎn)錄和RNA的自我復(fù)制過程,其RNA經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄合成DNA,整合到宿主細(xì)胞的基因組后,隨宿主細(xì)胞DNA的復(fù)制而復(fù)制,并通過轉(zhuǎn)錄、翻譯過程合成新的病毒。逆轉(zhuǎn)錄過程是該病毒遺傳信息傳遞特有的過程,物質(zhì)Y可抑制該病毒的增殖,但不抑制宿主細(xì)胞的增殖,因此是抑制了該病毒的逆轉(zhuǎn)錄過程。 答案:B
【情景遷移】 科學(xué)研究表明,小分子RNA可以干擾細(xì)胞中某些基因的表達(dá)過程,從而導(dǎo)致基因“沉默”。 (1)使基因“沉默”的小分子RNA片段的基本組成單位是什么? 提示:4種核糖核苷酸。 (2)小分子RNA干擾細(xì)胞中某些基因的表達(dá)過程,而不是影響所有基因,試推測其可能的作用機(jī)理。 提示:通過堿基互補(bǔ)配對與特定的mRNA結(jié)合,從而影響了該mRNA的翻譯過程。
【例6】下圖為中心法則示意圖,相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　) A.③過程不能發(fā)生在細(xì)胞核中 B.①④的堿基配對方式不完全相同 C.⑤過程可發(fā)生在HIV侵染宿主細(xì)胞時(shí) D.②③過程所需的原料分別是核糖核苷酸和氨基酸 答案：C

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第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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