高中生物 第3章 遗传信息的复制与表达 第10课时 遗传信息的表达(ⅱ)教学案 北师大版必修2

第10课时遗传信息的表达()目标导读1.结合教材内容，理解密码子的概念并能熟练地查阅密码子表。2.分析教材图38，概述遗传信息翻译的过程和特点。3.运用数学方法，分析碱基和氨基酸之间的对应关系。重难点击1.密码子的概念。2.遗传信息翻译的过程和特点。一碱基和氨基酸的对应关系阅读教材，讨论翻译的概念以及碱基和氨基酸的对应关系。1翻译的概念以mRNA链上的核糖核苷酸序列为模板，从一个特定的起始位点开始，按每三个核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。2mRNA和氨基酸的对应关系(1)mRNA只含有4种碱基，组成生物体的蛋白质的氨基酸有20种，mRNA上的4种碱基怎样决定蛋白质中的20种氨基酸呢？请分析：若1个碱基决定一种氨基酸，则4种碱基只能决定4(41)种氨基酸。若2个碱基决定一种氨基酸，则4种碱基只能决定16(42)种氨基酸。若3个碱基决定一种氨基酸，则4种碱基能决定64(43)种氨基酸。因此，mRNA上决定一个氨基酸的碱基至少是3个。(2)密码子(见课本P39密码子表)概念：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基称为一个密码子，密码子共有64种。种类：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸。终止密码子：UAA、UAG、UGA，它们不编码氨基酸。普通密码子：59种。对应关系a决定20种氨基酸的密码子共有61种。b1种密码子只能决定1种氨基酸(终止密码子除外)。如密码子CGU只编码精氨酸。c1种氨基酸可由1种或多种密码子决定。如编码精氨酸的密码子有CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG。已知一段mRNA的碱基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，请写出对应的氨基酸序列：甲硫氨酸谷氨酸丙氨酸半胱氨酸脯氨酸丝氨酸赖氨酸脯氨酸。(3)密码子的特点连续性：遗传密码在mRNA分子上是连续排列的，要正确地阅读密码必须从一个正确的起点开始，以后连续不断地一个一个往下读，直到读到终止信号。简并性：决定氨基酸的密码子有61种，而氨基酸只有20种。因此，多数氨基酸有几个密码子与之对应。专一性：每种密码子只对应一种氨基酸。通用性：病毒、原核生物和真核生物的密码子是通用的，这是生命统一性的一个有力证据。但也有例外，如线粒体DNA的密码子与这一通用密码子就有一些不同之处。3tRNA(1)结构：三叶草形结构，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基能和mRNA上的密码子互补配对，叫反密码子。(2)种类：共有61种。反密码子与决定61种氨基酸的密码子对应。(3)功能：携带氨基酸进入核糖体。1种tRNA只能携带1种氨基酸，1种氨基酸可由1种或多种tRNA携带。归纳提炼 遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子的区分活学活用1下列对mRNA的描述，不正确的是()AmRNA可作为合成蛋白质的直接模板BmRNA上的每三个相邻的碱基决定一个氨基酸CmRNA上有四种核糖核苷酸，编码20种氨基酸的密码子有61种DmRNA只有与核糖体结合后才能发挥作用问题导析(1)在细胞核中经转录产生的mRNA，经加工后由核孔进入细胞质，与核糖体结合可翻译产生蛋白质。(2)除终止密码子外，mRNA上每三个相邻的碱基决定一个氨基酸。(3)密码子共有64种，决定氨基酸的密码子只有61种。(4)蛋白质合成的场所为核糖体。答案B解析mRNA是合成蛋白质的直接模板，但只有与核糖体结合后才能发挥作用，mRNA上的密码子有64种，其中有3个终止密码子不决定氨基酸，61种密码子决定20种氨基酸。二遗传信息的翻译过程如图是遗传信息翻译的过程，观察该图，完成下列探究内容。1翻译概述(1)条件(2)场所：B核糖体。(3)产物：E具有一定氨基酸顺序的肽链。2翻译的过程(1)当tRNA运载着一个氨基酸进入核糖体以后，就以mRNA为模板，按照碱基互补配对原则，把转运来的氨基酸放在相应的位置上。(2)一个氨基酸转运完毕以后，tRNA离开核糖体，又去转运下一个相应的氨基酸。(3)被转运来的这些氨基酸通过肽键一个一个连接起来，形成肽链。(4)肽链合成以后，从核糖体上脱离，再经过一定的折叠盘曲及修饰，最终形成一个具有一定氨基酸顺序的、有一定功能的蛋白质分子。3多聚核糖体：翻译可以快速进行的原因(1)mRNA与核糖体的数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体。(2)存在上述关系的意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。(3)蛋白质合成的方向：从左向右(据上图)，判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。(4)蛋白质合成的结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。(5)讨论：图示中合成了几条肽链？是否相同？答案图示中4个核糖体合成的4条多肽链因为模板mRNA相同，所以合成了4条相同的肽链，而不是4个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出4条不同的肽链。4遗传信息的传递过程归纳由遗传信息的转录和翻译过程可以看出，DNA分子上脱氧核糖核苷酸的排列顺序决定了mRNA中核糖核苷酸的排列顺序，mRNA中的核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序决定了蛋白质结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种各样的遗传性状。当然，从DNA到生物的性状这一过程，还要受到环境等其他因素的影响。小贴士原核生物由于没有核被膜，核糖体可以靠近核DNA分子，因此原核生物具有边转录边翻译的特点，如图：归纳提炼转录与翻译的不同点比较比较项目转录翻译场所细胞核细胞质原料核糖核苷酸氨基酸碱基配对原则DNA mRNAAUTACGGCmRNA tRNAAUUACGGC信息传递DNAmRNAmRNA多肽链产物mRNA有一定氨基酸排列顺序的多肽链活学活用2判断下列关于翻译过程的描述的正误。(1)终止密码子没有和其对应的tRNA，不能编码氨基酸()(2)真核生物翻译的场所主要在细胞核中()(3)三种RNA都与翻译过程有关()(4)翻译的过程有水生成()(5)翻译需要的20种氨基酸都可以在人体内合成()问题导析(1)终止密码子没有对应的反密码子，没有对应的tRNA，不编码氨基酸。(2)生物的翻译场所都是核糖体，细胞核是真核生物转录的场所。(3)在翻译过程中mRNA作为模板，tRNA携带氨基酸，作为场所的核糖体由rRNA和蛋白质组成。(4)翻译过程中氨基酸脱水缩合产生水。(5)组成生物体的20种氨基酸中，有12种人体能够合成的称为非必需氨基酸，有8种(婴儿9种)为人体必须从食物中获取的，人体不能合成的称为必需氨基酸。答案(1)(2)(3)(4)(5)解析(2)翻译的场所是核糖体。(5)人体内能合成的氨基酸只有非必需氨基酸。三基因表达中相关数量的计算氨基酸是构成蛋白质的基本单位，有关氨基酸脱水缩合的计算在前面已讲过。蛋白质的合成受基因控制，那么基因、mRNA以及蛋白质中氨基酸之间有什么关系呢？结合下图分析：1转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。基因为双链结构而RNA为单链结构，因此转录形成的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。2mRNA中碱基数与氨基酸的关系：翻译过程中，mRNA中每3个相邻碱基决定一个氨基酸，每个氨基酸需要一个tRNA转运，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA碱基数目的1/3。3综上可知：基因中碱基数目mRNA碱基数目tRNA数目蛋白质中氨基酸数目6311。图解如下： 小贴士计算中“最多”和“最少”的分析(1)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。(2)基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。(3)在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质最多有n/3个氨基酸。归纳提炼基因表达过程中相关数量的计算比较数目(个)DNA中的碱基数(脱氧核糖核苷酸数)6nmRNA中的碱基数(核糖核苷酸数)3n蛋白质中的氨基酸数n参与转运氨基酸的tRNA数n蛋白质中的肽链数m蛋白质中的肽键数(脱水数)nm活学活用3一种动物体内的某种酶是由2条多肽链构成的，含有150个肽键，则控制这个酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是()A912个 B456个 C450个 D906个问题导析(1)该酶由2条肽链，150个肽键组成，所以组成该酶的氨基酸数为152个。(2)DNA中碱基数目RNA中碱基数目氨基酸数631，因此基因中核苷酸数最少为912个。答案A解析首先根据缩合的概念及肽链条数计算出该酶具有的氨基酸数为1502152(个)，再根据其中的关系求出控制这个酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是1526912(个)。当堂检测1如图中的a、b、c、d分别代表人体内的四种大分子化合物，下列有关说法不正确的是() A分子c的种类约61种，只含三个碱基，分子量比b小得多Bb、c、d的合成离不开化合物a，这四种大分子化合物的主要合成场所相同Cb、c、d三种化合物能同时存在于同一个细胞器中Da、b彻底水解后可得到四种不同的化合物，四种相同的化合物答案A解析a、b、c、d分别代表DNA、mRNA、tRNA、rRNA。c为tRNA，有3个与密码子结合的游离碱基，并不是只含3个碱基；密码子有64种，其中3个终止密码子不对应tRNA，故分子c的种类约61种。b、c、d的合成叫转录，a的合成是DNA的复制，它们主要在细胞核中进行。线粒体和叶绿体能翻译形成部分蛋白质，故其内含有这三种RNA。a、b彻底水解后可得到四种不同的化合物核糖、脱氧核糖、T、U，四种相同的化合物是A、C、G、磷酸。2由表可推知决定丝氨酸密码子的是()DNAGCG信使RNA转运RNAU氨基酸丝氨酸A.TCG BUCG CUGC DAGC答案D解析转运RNA上具有反密码子，与信使RNA上的密码子可以碱基互补配对，由转运RNA的第一个碱基可知，丝氨酸的密码子第一个碱基应是A，所以选D。3已知某转运RNA的反密码子的3个碱基顺序是GAU，它运载的是亮氨酸(亮氨酸的密码子是UUA、UUG、CUU、CUA、CUC、CUG)，那么决定此亮氨酸的密码子是由DNA模板链上的哪个碱基序列转录而来的()AGAU BCAT CCUA DGAT答案D解析tRNA上的反密码子与mRNA上的碱基互补，而决定氨基酸的密码子是mRNA上的碱基序列，故此亮氨酸的密码子是CUA，由DNA模板链上的GAT转录而来。4如图为某基因表达的过程，据图回答下列问题：(1)能够将遗传信息从细胞核传递至细胞质的是_(填标号)，其基本组成单位是_。进行a过程所需的酶有_。(2)图中所运载的氨基酸是_。(密码子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸)(3)图中信使RNA对应的DNA片段连续复制两次还需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为_个。答案(1)核糖核苷酸解RNA聚合酶(2)苯丙氨酸(3)21解析通过转录将DNA中遗传信息由细胞核传递至细胞质，通过翻译以氨基酸为原料合成蛋白质，转录需DNA先解旋，然后核糖核苷酸聚合，需要RNA聚合酶；信使RNA中共有A和U 7个，故其对应的DNA有胸腺嘧啶脱氧核苷酸7个，复制两次形成4个DNA，共需胸腺嘧啶脱氧核苷酸28个，故还需21个。课时作业基础过关知识点一碱基和氨基酸的对应关系1. DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译的氨基酸如下表，则tRNA(UGC)所携带的氨基酸是()密码子GCACGUUGCACG氨基酸丙氨酸精氨酸半胱氨酸苏氨酸A.赖氨酸 B丙氨酸 C半胱氨酸 D苏氨酸答案D解析转运RNA上的反密码子与mRNA上的密码子之间遵循碱基互补配对原则，即tRNA(UGC)所携带的氨基酸的密码子是ACG(苏氨酸)。2下面关于tRNA和氨基酸相互关系的说法，正确的是()A每种氨基酸都由一种特定的tRNA携带B每种氨基酸都可由几种tRNA携带C一种tRNA可以携带几种结构相似的氨基酸D一种氨基酸可由一种或几种tRNA携带答案D解析在翻译过程中，运输氨基酸的tRNA上的反密码子要与mRNA上决定氨基酸的密码子配对。一种氨基酸可对应一种或多种密码子，但每种密码子只对应一种氨基酸。3把小鼠血红蛋白的mRNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红蛋白，这个事实说明()A控制蛋白质合成的基因位于mRNA上B小鼠的mRNA能使大肠杆菌向小鼠转化C所有生物共用一套密码子D小鼠的mRNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠的DNA答案C解析将小鼠血红蛋白的mRNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，合成出小鼠的血红蛋白，说明大肠杆菌以小鼠的mRNA为模板合成了蛋白质，即所有生物共用一套密码子。知识点二遗传信息的翻译过程4如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA代表氨基酸)，下列叙述正确的是()A直接给该过程提供遗传信息的是DNAB该过程合成的产物一定是酶或激素C有多少个密码子，就有多少个反密码子与之对应D该过程有水产生答案D解析翻译的直接模板是mRNA而不是DNA；翻译的产物是多肽，经过加工后形成蛋白质，而蛋白质不全是酶与激素；终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子；氨基酸脱水缩合形成多肽过程中有水的生成。5如图表示a、b、c三个核糖体相继结合到一个mRNA分子上，并沿着mRNA移动合成肽链的过程。下列叙述错误的是()A最早与mRNA结合的核糖体是aB核糖体沿箭头方向移动C图示过程有水的生成D图示过程碱基的配对方式为AU、GC答案A解析由题图可知，核糖体c上合成的肽链最长，与mRNA结合得最早。翻译时核糖体沿着方向在mRNA上移动。多肽链是由氨基酸经过脱水缩合形成的，因此图示过程有水生成。翻译时，mRNA与tRNA的碱基配对方式有AU、GC。6关于密码子和反密码子的叙述，正确的是()A密码子位于mRNA上 ，反密码子位于tRNA上B密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上C密码子位于rRNA上，反密码子位于tRNA上D密码子位于rRNA上，反密码子位于mRNA上答案A解析密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上，A项正确，B、C、D项错误。知识点三基因表达中相关数量的计算7由n个碱基对组成的基因，控制合成由m条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为()A. B.18(m)Cna18(nm) D.18(m)答案D解析基因中有n个碱基对，则由此基因转录形成的mRNA中有n个碱基，指导合成的蛋白质中最多有个氨基酸，该蛋白质分子由m条肽链组成，其分子量为：(m)18。8一个mRNA分子有m个碱基，其中(GC)有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的(AT)数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是()Am、m/31 Bm、m/32C2(mn)、m/31 D2(mn)、m/32答案D解析由题意知，mRNA分子有m个碱基且GCn，此mRNA分子中AUmn，控制其合成的DNA分子模板链中ATmn(个)，模板DNA分子中AT2(mn)个；由mRNA分子有m个碱基可知，其模板DNA分子中有2m个碱基，能控制合成含2m/6个氨基酸的蛋白质分子。题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数应为m/32。能力提升9关于蛋白质合成的叙述，正确的是()A一种tRNA可以携带多种氨基酸BDNA聚合酶是在细胞核内合成的C反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基D线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成答案D解析一种tRNA上只有一种反密码子，只能识别并携带一种氨基酸，A错误；DNA聚合酶是蛋白质，应该在细胞质中的核糖体上合成，B错误；反密码子是由位于tRNA上的3个碱基构成的，C错误；线粒体中有合成蛋白质所需的DNA、RNA、核糖体以及相关的酶，也能控制某些蛋白质的合成，是半自主性的细胞器，D正确。10下面表格是真核生物细胞核内三种RNA聚合酶的分布与主要功能，下列说法错误的是()名称分布主要功能RNA聚合酶核仁合成rRNARNA聚合酶核液合成mRNARNA聚合酶核液合成tRNAA.真核生物的转录场所主要是细胞核B三种酶的合成场所与其发挥作用的场所相同C三种酶作用形成的产物均可参与翻译过程D任一种RNA聚合酶活性变化都会影响其他两种酶的合成答案B解析RNA聚合酶属于蛋白质，在核糖体中合成，而蛋白质合成过程中均需要这3种酶作用形成的产物(rRNA、mRNA、tRNA)的参与。这3种聚合酶发挥作用的场所不同。11某条多肽的相对分子质量为2 778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，若考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是()A75对碱基 B78对碱基C90对碱基 D93对碱基答案D解析设该多肽由n个氨基酸构成，根据题意可以列方程110n18(n1)2 778，解得n30，即该多肽由30个氨基酸组成，若考虑终止密码子则应为30个密码子再加上终止密码子应为31，编码多肽的基因碱基为316186，即93对碱基。12在一个典型的基因内部，转录起始位点(TSS)、转录终止位点(TTS)、起始密码子编码序列(ATG)、终止密码子编码序列(TGA)的排列顺序是()AATGTGATSSTTSBTSSATGTGATTSCATGTSSTTSTGADTSSTTSATGTGA答案B解析转录起始位点(TSS)与转录终止位点(TTS)是在基因的非编码区，分别位于编码区的上游与下游，而起始密码子编码序列(ATG)和终止密码子编码序列(TGA)则是由编码区中的序列转录而来的，故选B。13下列有关图中的生理过程(图中代表核糖体，代表多肽链)的叙述，不正确的是()A图中所示的生理过程主要有转录和翻译B链中(AT)/(GC)的比值与链中此比值相同C一种细菌的由480个核苷酸组成，它所编码的蛋白质一定含160个氨基酸D遗传信息由传递到需要tRNA作工具答案C解析以DNA一条链(链)为模板合成的链含碱基U，故为mRNA，此过程为转录；与结合后以为模板形成肽链，此过程为翻译。DNA双链中A与T配对，G与C配对，故(A1T1)/(G1C1)(A2T2)/(G2C2)，即链中(AT)/(GC)的比值与链中此比值相同；由480个核苷酸即160个密码子组成，这些密码子中可能有不决定氨基酸的终止密码子，故编码的蛋白质含有的氨基酸可能小于160个。遗传信息由传递到的过程中，需tRNA作运载工具，才能实现遗传信息对蛋白质合成的控制。14三名科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获得2009年度诺贝尔化学奖。如图为细胞内核糖体合成某多肽过程示意图(图中甲表示甲硫氨酸，丙表示丙氨酸)，请分析回答有关问题：(1)图中是_，其作用是_。(2)由图中可以看出，丙氨酸的密码子是_；连接甲和丙的化学键的结构简式是_。(3)中尿嘧啶和腺嘌呤的和占42%，则可得出与合成有关的DNA分子片段中胞嘧啶占_。(4)下列细胞中不能发生该生理过程的是()A根毛细胞 B形成层细胞C人体成熟的红细胞 D大肠杆菌(5)若肽链由n个氨基酸组成，该肽链至少有氧原子的个数是_。答案(1)tRNA携带氨基酸进入核糖体(2)GCUCONH(3)29%(4)C(5)n1解析该细胞内正在进行翻译过程，为tRNA，其作用是携带氨基酸进入核糖体并识别密码子。丙表示丙氨酸，由图可知丙氨酸所对应的密码子是GCU；连接两个氨基酸的化学键叫肽键，其结构简式是CONH；mRNA中UA42%，可推