
目 標(biāo) 素 養(yǎng)1.比較、分析、歸納DNA與RNA的主要區(qū)別;構(gòu)建遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯的傳遞過程模型,從存在位置、作用等方面探討密碼子、反密碼子和遺傳信息之間的關(guān)系,促進(jìn)結(jié)構(gòu)與功能觀、模型構(gòu)建等素養(yǎng)的形成。2.通過分析、歸納中心法則的提出與修正過程,概括中心法則的內(nèi)容,認(rèn)同生命活動不僅需要物質(zhì)和能量,還需要信息,認(rèn)同生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體,認(rèn)同科學(xué)是不斷發(fā)展的。
3.運(yùn)用數(shù)學(xué)方法,分析基因中堿基、RNA中堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系。4.基于地球上幾乎所有的生物體都共用一套遺傳密碼的事實(shí),認(rèn)同當(dāng)今生物可能有著共同的起源。
一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1.RNA的組成及分類(1)基本單位:核糖核苷酸。(2)組成成分
(3)結(jié)構(gòu):一般是單鏈,而且比DNA短。
2.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄(1)概念RNA是在細(xì)胞核中,通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的,這一過程叫作轉(zhuǎn)錄。
(3)結(jié)果:產(chǎn)生了mRNA、tRNA、rRNA等。
微判斷1基于遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程以及對RNA的有關(guān)認(rèn)識,判斷下列表述是否正確。(1)DNA和RNA都含有核糖。( )(2)RNA主要有3種,主要分布于細(xì)胞質(zhì)中。( )(3)遺傳信息轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物只有mRNA。( )(4)轉(zhuǎn)錄以DNA的2條鏈作為模板,以4種核糖核苷酸為原料。( )(5)細(xì)胞中的RNA合成過程不會在細(xì)胞核外發(fā)生。( )
(6)DNA和RNA成分的區(qū)別是五碳糖的種類不同,堿基和磷酸的種類均相同。( )(7)DNA轉(zhuǎn)錄形成的mRNA,與母鏈堿基的組成、排列順序都是相同的。( )
二、遺傳信息的翻譯1.翻譯的概念理解
2.密碼子與反密碼子(1)密碼子概念:mRNA上決定1個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰的堿基。
(3)反密碼子:tRNA形狀像三葉草的葉形,其一端是攜帶氨基酸的部位;另一端有3個(gè)相鄰的堿基,可以與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對,叫作反密碼子。
微判斷2基于遺傳信息的翻譯過程,判斷下列表述是否正確。(1)密碼子位于mRNA上,ATC一定不是密碼子。( )(2)DNA是蛋白質(zhì)合成的直接模板。( )(3)mRNA在核糖體上移動翻譯出蛋白質(zhì)。( )(4)翻譯過程發(fā)生在核糖體上。( )(5)在人體細(xì)胞中,能進(jìn)行DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。( )(6)一個(gè)密碼子只能對應(yīng)一種氨基酸,一種氨基酸必然有多個(gè)密碼子。( )
三、中心法則1.提出者:克里克。2.中心法則的提出及其發(fā)展(1)圖示
3.生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體(1)DNA、RNA是信息的載體。(2)蛋白質(zhì)是信息的表達(dá)產(chǎn)物。(3)ATP為信息的流動提供能量,即生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。
微判斷3生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體,判斷下列關(guān)于中心法則的表述是否正確。(1)中心法則表示的是遺傳信息的流動過程。( )(2)RNA病毒都能進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄。( )(3)DNA病毒中沒有RNA,其遺傳信息的傳遞不遵循中心法則。( )
一 遺傳信息的轉(zhuǎn)錄問題探究如下所示為一段DNA分子,如果以β鏈為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄,試回答下列問題。DNA α鏈:……ATGATAGGGAAAC……β鏈:……TACTATCCCTTTG……1.寫出對應(yīng)的mRNA的堿基序列。提示:……AUGAUAGGGAAAC……。
2.轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列,與作為模板的DNA單鏈的堿基序列有何關(guān)系?與DNA的另一條鏈的堿基序列相比有哪些異同?提示:①轉(zhuǎn)錄成的RNA的堿基序列,與作為模板的DNA單鏈的堿基序列互補(bǔ)配對。②相同點(diǎn):堿基數(shù)目相等;都含A、G、C 3種堿基。不同點(diǎn):RNA中含有U,DNA中含有T。
3.RNA為什么能作為DNA的信使?提示:①RNA的基本組成單位是核苷酸,含有4種堿基,可以儲存遺傳信息。②RNA一般是單鏈,比DNA短,能通過核孔,從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。③組成RNA的堿基與模板DNA之間也嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對原則。
4.轉(zhuǎn)錄時(shí)mRNA延伸的方向是怎樣的?提示:轉(zhuǎn)錄時(shí)mRNA由5'-端向3'-端延伸。5.轉(zhuǎn)錄過程中的模板鏈與mRNA鏈暫時(shí)以氫鍵結(jié)合,最終這兩條核苷酸鏈的去向如何?提示:mRNA釋放出去,而后模板鏈又與DNA的另一條脫氧核苷酸鏈恢復(fù)成雙鏈。
歸納總結(jié)1.轉(zhuǎn)錄(1)場所:主要是細(xì)胞核,在葉綠體、線粒體中也能發(fā)生轉(zhuǎn)錄過程。(2)條件
(3)過程:解旋→配對→連接→釋放。(4)產(chǎn)物:mRNA、rRNA、tRNA。
2.三種RNA的比較
典例剖析【例1】 下圖是真核生物mRNA合成過程示意圖。據(jù)圖分析,下列說法正確的是( )A.R表示的節(jié)段①正處于解旋狀態(tài),形成這種狀態(tài)需要解旋酶B.圖中②是以4種脫氧核苷酸為原料合成的C.如果圖中③表示酶,則它的名稱是RNA聚合酶D.圖中②合成后,在細(xì)胞核中與核糖體結(jié)合并控制蛋白質(zhì)的合成
解析:R表示的節(jié)段①正處于解旋狀態(tài),形成這種狀態(tài)不需要解旋酶,需要③RNA聚合酶,A項(xiàng)錯誤,C項(xiàng)正確。題圖中②是mRNA,是以4種核糖核苷酸為原料合成的,合成后從細(xì)胞核釋放出來,與核糖體結(jié)合并控制蛋白質(zhì)的合成,B、D兩項(xiàng)錯誤。
學(xué)以致用1.下圖表示在人體細(xì)胞核中進(jìn)行的某一生理過程。據(jù)圖分析,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.該過程需要脫氧核苷酸作原料和DNA作模板D.該過程涉及堿基互補(bǔ)配對和ATP的消耗
解析:由題圖可知,此過程為人體細(xì)胞核中發(fā)生的轉(zhuǎn)錄過程,涉及堿基互補(bǔ)配對和ATP的消耗;DNA含4種脫氧核苷酸,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA中含4種核糖核苷酸,故該過程共涉及8種核苷酸;基因的表達(dá)具有選擇性,故不同組織細(xì)胞轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA有差異;轉(zhuǎn)錄需要核糖核苷酸作原料,而不是脫氧核苷酸作原料。
二 遺傳信息的翻譯問題探究下圖甲、乙是翻譯過程的示意圖。據(jù)圖分析下列問題。
1.圖甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分別是哪種分子或結(jié)構(gòu)?提示: Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分別是tRNA、核糖體、肽鏈。2.圖乙中①⑥分別是什么分子或結(jié)構(gòu)?核糖體移動的方向是怎樣的?提示: ①⑥分別是mRNA、核糖體。核糖體移動的方向是從右向左,從mRNA的5'-端向3'-端方向移動。3.最終合成的肽鏈②③④⑤的氨基酸序列相同嗎?為什么?提示:相同。因?yàn)樗鼈兊哪0迨峭粭lmRNA。
4.翻譯過程中,1個(gè)mRNA分子上通??梢韵嗬^結(jié)合多個(gè)核糖體,同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成。試分析其意義。提示:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質(zhì),提高了翻譯的速率。
二 遺傳信息的翻譯歸納總結(jié)1.轉(zhuǎn)錄、翻譯與DNA復(fù)制的比較
2.原核生物與真核生物基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的辨別(1)真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在細(xì)胞核中,翻譯發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中,在空間和時(shí)間上被分隔開進(jìn)行,即先轉(zhuǎn)錄后翻譯。
(2)原核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯沒有分隔,可以同時(shí)進(jìn)行,即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。其過程如下圖所示:
圖中①是DNA模板鏈,②③④⑤表示正在合成的4個(gè)mRNA,每個(gè)mRNA上有多個(gè)核糖體同時(shí)進(jìn)行翻譯過程。
典例剖析【例2】 大豆蛋白在人體內(nèi)經(jīng)消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽鏈)。回答下列問題。(1)在大豆細(xì)胞中,以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時(shí),除mRNA外還需要其他種類的核酸分子參與,它們是 、 。(2)大豆細(xì)胞中大多數(shù)mRNA和RNA聚合酶從合成部位到執(zhí)行功能部位需要經(jīng)過核孔。就細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)這兩個(gè)部位來說,作為mRNA合成部位的是 ,作為mRNA執(zhí)行功能部位的是 ;作為RNA聚合酶合成部位的是 ,作為RNA聚合酶執(zhí)行功能部位的是 。
(3)部分氨基酸的密碼子如下表所示。若來自大豆的某小肽對應(yīng)的編碼序列為UACGAACAUUGG,則該小肽的氨基酸序列是 。若該小肽對應(yīng)的DNA序列有3處堿基發(fā)生了替換,但小肽的氨基酸序列不變,則此時(shí)編碼小肽的RNA序列為 。?
答案:(1)rRNA tRNA(2)細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞核(3)酪氨酸—谷氨酸—組氨酸—色氨酸UAUGAGCACUGG
解析:(1)翻譯過程中除了需要mRNA外,還需要的核酸分子有組成核糖體的rRNA和運(yùn)輸氨基酸的tRNA。(2)就細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)這兩個(gè)部位來說,mRNA是在細(xì)胞核內(nèi)以DNA的一條鏈為模板合成的,合成后需進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)翻譯出相應(yīng)的蛋白質(zhì)。RNA聚合酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),在細(xì)胞質(zhì)中合成后,進(jìn)入細(xì)胞核用于合成RNA。
(3)根據(jù)該小肽的編碼序列和對應(yīng)的部分密碼子表可知,該小肽的氨基酸序列是酪氨酸—谷氨酸—組氨酸—色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、組氨酸對應(yīng)的密碼子各有兩種,故若對應(yīng)的DNA序列有3處堿基發(fā)生替換后,氨基酸序列不變,則形成的編碼序列為UAUGAGCACUGG。
學(xué)以致用2.某生物基因表達(dá)過程如下圖所示。下列敘述與該圖相符的是( )A.在RNA聚合酶的作用下DNA雙螺旋解開B.DNA-RNA雜交區(qū)域中A應(yīng)與T配對C.mRNA翻譯只能得到1條肽鏈D.該過程不可能發(fā)生在原核細(xì)胞中
解析:由題圖可知,在RNA聚合酶的作用下,DNA雙鏈解開,并以其中一條鏈為模板合成RNA。在題圖中的DNA-RNA雜交區(qū)域中,DNA上的A與mRNA上的U配對。題圖中1條mRNA上同時(shí)結(jié)合2個(gè)核糖體,可得到2條肽鏈。由于題圖中表示的基因表達(dá)過程是邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯,所以可能發(fā)生于原核細(xì)胞中。
三 中心法則問題探究下圖表示生物遺傳信息的流動過程,請回答下列問題。
1.細(xì)胞分裂前的間期發(fā)生了上述哪些過程?細(xì)胞分裂期發(fā)生了哪些過程?提示:a、b、c;c。
2.需要tRNA和核糖體同時(shí)參與的是哪個(gè)過程?能進(jìn)行A—U、G—C配對的過程有哪些?提示:c;b、c、e、d。
3.在以RNA為遺傳物質(zhì)的生物中遺傳信息是如何傳遞的?請寫出遺傳信息傳遞過程的圖解。
提示:①含有RNA復(fù)制酶的生物。
②含有逆轉(zhuǎn)錄酶的生物(如人類免疫缺陷病毒)。
4.病毒的遺傳信息傳遞過程能發(fā)生在病毒自身體內(nèi)嗎?提示:不能。只能發(fā)生在宿主細(xì)胞內(nèi)。
三 中心法則歸納總結(jié)1.不同生物中心法則的體現(xiàn)
2.中心法則體現(xiàn)了DNA的兩大基本功能(1)傳遞遺傳信息:通過DNA復(fù)制完成,發(fā)生于親代產(chǎn)生子代的生殖過程或細(xì)胞增殖過程中。(2)表達(dá)遺傳信息:通過轉(zhuǎn)錄和翻譯完成,發(fā)生在個(gè)體發(fā)育過程中。
3.解決中心法則問題的技巧(1)從模板分析①如果模板是DNA,生理過程可能是DNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄。②如果模板是RNA,生理過程可能是翻譯、RNA復(fù)制或逆轉(zhuǎn)錄。(2)從原料分析①如果原料為脫氧核苷酸,產(chǎn)物一定是DNA。②如果原料為核糖核苷酸,產(chǎn)物一定是RNA。③如果原料為氨基酸,產(chǎn)物一定是蛋白質(zhì)。
(3)從生物種類分析①如果是細(xì)胞生物,能進(jìn)行DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。②如果是RNA病毒,分兩種情況:a.RNA自我復(fù)制和翻譯;b.逆轉(zhuǎn)錄、DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。
典例剖析【例3】 下圖表示某種生理過程,下列與此圖相關(guān)的敘述,錯誤的是( )A.圖中的“能量”直接來源于ATP水解B.若X、Y均表示DNA,則圖中的“酶”為DNA聚合酶和解旋酶C.若X是RNA,則Y只能是蛋白質(zhì),圖中“原料”為氨基酸D.若X是DNA,Y是RNA,則此過程要以X為模板,“酶”是RNA聚合酶
解析:ATP是生命活動的直接能源物質(zhì),題圖中的“能量”直接來源于ATP水解,A項(xiàng)正確。若X、Y均表示DNA,則該過程為DNA的復(fù)制,題圖中的酶為DNA聚合酶和解旋酶,B項(xiàng)正確。若X是RNA,則Y可能是蛋白質(zhì)、RNA或DNA,該過程為翻譯、RNA的復(fù)制或逆轉(zhuǎn)錄,C項(xiàng)錯誤。若X是DNA,Y是RNA,則此過程是轉(zhuǎn)錄,要以DNA為模板,酶是RNA聚合酶,D項(xiàng)正確。
學(xué)以致用3.下圖為中心法則中遺傳信息的流動圖。下列敘述正確的是( )A.圖中遺傳信息在同種物質(zhì)間傳遞的過程有①②④B.神經(jīng)元細(xì)胞核中可發(fā)生①②過程,人類免疫缺陷病毒可發(fā)生⑤過程C.圖中能發(fā)生A與U配對的過程有②③④⑤,能發(fā)生A與T配對的過程有①②④D.③過程中核糖體與mRNA的結(jié)合部位會形成1個(gè)tRNA的結(jié)合位點(diǎn)
解析:①②③④⑤過程分別表示DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、逆轉(zhuǎn)錄、RNA的復(fù)制。題圖中遺傳信息在同種物質(zhì)間傳遞的過程有①和⑤。神經(jīng)元細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞,細(xì)胞核中可發(fā)生②過程,但不能發(fā)生①過程,人類免疫缺陷病毒為逆轉(zhuǎn)錄病毒,可發(fā)生④過程。題圖中②③④⑤過程均有RNA參與,均可發(fā)生A與U配對,①②④過程均有DNA參與,均可發(fā)生A與T配對。③過程中核糖體與mRNA的結(jié)合部位會形成2個(gè)tRNA的結(jié)合位點(diǎn)。
1.下列關(guān)于下圖的敘述,錯誤的是( )A.表示DNA復(fù)制過程B.表示轉(zhuǎn)錄過程C.共有5種堿基D.共有8種核苷酸答案:A解析:題圖所示為轉(zhuǎn)錄過程,A項(xiàng)錯誤,B項(xiàng)正確。因?yàn)镈NA與RNA的基本單位不同,故相同堿基代表不同核苷酸,所以圖示的核苷酸有8種,堿基有5種,C、D兩項(xiàng)正確。
2.下列關(guān)于真核生物的轉(zhuǎn)錄過程的敘述,正確的是( )A.轉(zhuǎn)錄以DNA的2條鏈為模板B.轉(zhuǎn)錄可發(fā)生在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中C.轉(zhuǎn)錄需要DNA聚合酶參與D.轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物與DNA的長度相等答案:B
解析:轉(zhuǎn)錄以DNA的1條鏈為模板,A項(xiàng)錯誤。真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在細(xì)胞核中,但在線粒體和葉綠體中也可發(fā)生該過程,B項(xiàng)正確。轉(zhuǎn)錄過程需要的酶是RNA聚合酶,C項(xiàng)錯誤。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA是DNA上基因選擇性表達(dá)的產(chǎn)物,因此其長度應(yīng)小于DNA,D項(xiàng)錯誤。
3.下列有關(guān)蛋白質(zhì)合成的敘述,錯誤的是( )A.終止密碼子可以編碼氨基酸B.每種tRNA只轉(zhuǎn)運(yùn)1種氨基酸C.tRNA的反密碼子攜帶了決定氨基酸序列的遺傳信息D.核糖體可在mRNA上移動答案:C解析:64種密碼子中有3種是終止密碼子,在特殊情況下,終止密碼子UGA可以編碼硒代半胱氨酸。每種tRNA只轉(zhuǎn)運(yùn)1種氨基酸,但1種氨基酸可被1種或多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。決定氨基酸序列的遺傳信息通常在DNA分子上。
4.下列關(guān)于真核細(xì)胞的DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的敘述,錯誤的是( )A.三個(gè)過程均主要發(fā)生在細(xì)胞核中B.三個(gè)過程都要發(fā)生堿基互補(bǔ)配對C.三個(gè)過程的產(chǎn)物一般都是大分子物質(zhì)D.三個(gè)過程通常都需要線粒體提供能量答案:A
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