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人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成教案配套ppt课件
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这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成教案配套ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了脱氧核苷酸，核糖核苷酸，脱氧核糖，胸腺嘧啶T，尿嘧啶U，mRNA，AUG，GUG，氨基酸，密码子等内容，欢迎下载使用。
中表达呢？”“各种生物的基因表达过程有什么共同点呢？”则指向了生物进化观。由此可见，章引言围绕着重要概念和学科核心素养创设情境、设计问题，而层层递进的问题设计引导我们思考，进一步激发我们学习新知识的欲望。与章引言凸显基因的表达相呼应的，是一幅呈现基因表达全过程(包括转录和翻译过程)的章题图。这幅图展示了分别发生在细胞核和细胞质中的转录和翻译过程，以及正在通过核孔的mRNA、正在运输氨基酸的tRNA。不仅显示了基因表达的动态过程，还渗透了结构与功能相适应的生命观念。构图设计与深邃的星空相似，增加了分子水平上基因表达的神秘感，有利于激发同学们学习的兴趣和展开丰富的想象。章首页的小诗言简意赅地阐明了基因表达的意义和特点，提示我们思考生命为什么如此和谐与统一，为形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念作铺垫。通过阅读章首页，同学们可以初步建立遗传信息的传递和表达是一个动态过程的基本认识。
理清本章架构初识概念体系·具备系统思维
第1节 基因指导蛋白质的合成
【主干知识梳理】一、RNA的结构与种类1．RNA的结构
2．RNA与DNA的比较
3．RNA的种类及其作用
二、遗传信息的转录1．概念图解
UAA、UAG、UGA
3．翻译(1)概念图解:
四、中心法则1．提出者：克里克。2．图解：3．中心法则的发展补充后的中心法则图解4．生命是物质、能量和信息的统一体在遗传信息的流动过程中， 是信息的载体， 是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。
【教材微点发掘】1.如图为tRNA的结构示意图(教材第67页图46变式)，据图回答有关问题：(1)图中的tRNA携带的氨基酸是 ，判断依据是_____________________________________________________________________________________________。(2)在tRNA中是否只有反密码子这3个碱基？是否存在氢键？提示：tRNA是RNA链经折叠形成的，除一端的反密码子外，还有其他碱基。在折叠区域碱基配对，存在氢键。(3)每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸，每种氨基酸可能由___________tRNA转运。
图中tRNA的反密码子是UAC，其对应的密码子是AUG，
根据密码子表可以确定AUG是甲硫氨酸的密码子
(4)为什么说tRNA是真正起“翻译”作用的结构？提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，因此tRNA是真正起“翻译”作用的结构。2．下图表示一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链的现象(教材第69页旁栏图)。请回答有关问题：
(1)图中每个核糖体是共同合成一条多肽链，还是分别合成一条完整的多肽链？提示：每个核糖体分别合成一条完整的多肽链。(2)图中合成的4条多肽链是否相同？判断依据是什么？提示：相同，因为它们结合的模板mRNA相同。(3)图中翻译的方向是 ，判断的依据是 。(4)图中所示的翻译特点，其意义是 。
多肽链的长短，长的翻译在前
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质
教材问题提示思考·讨论1(教材第66页)1．可以从所需条件、过程中的具体步骤所表现出的规律等角度进行分析。例如，转录与复制都需要模板，都遵循碱基互补配对原则，等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。2．DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶等；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。3．转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链(非模板链)的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
思考·讨论2(教材第67页)1．这是一道开放性问题，可以从增强密码子容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子的使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。2．这是一道开放性问题，根据这一事实能想到地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。
新知探究(一) 遗传信息的转录【拓展·深化】1．转录的场所、条件和产物
2．转录有关问题分析(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。(5)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。
3．三类核糖核酸的比较
[思考·探究](1)RNA为什么适合做DNA的信使？提示：①RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。②RNA是另一种核酸，也是由四种核苷酸组成的，也可以储存大量的遗传信息。③RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。(2)转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系？与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同？提示：①转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。②相同点：a.碱基数目相等；b.都含A、G、C 3种碱基。不同点：RNA中含有U，DNA中含有T。
【典题·例析】[例1] 下列关于洋葱根尖细胞遗传信息转录过程的叙述，正确的是( )A．一个DNA可转录出多个不同类型的RNAB．以完全解开螺旋的一条脱氧核苷酸链为模板C．转录终止时成熟的RNA从模板链上脱离下来D．可发生在该细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中[解析] 基因是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上有多个基因，不同基因转录形成的RNA不同，因此一个DNA分子经过转录可以形成多个不同类型的RNA分子，A正确；一个DNA分子上有多个基因，转录时不会完全解开螺旋，且转录过程中边解旋边转录，B错误；真核生物细胞核内转录出的RNA，需要在核中加工后形成成熟的RNA，C错误；洋葱根尖细胞无叶绿体，D错误。
[例2] 下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图，有关叙述正确的是( )A．图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右B．图中RNA与a链碱基互补C．图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对D．DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量
[解析] 依图示可知，RNA聚合酶的移动方向是从左向右，A正确；RNA与a链上碱基除U与T不同外，其他碱基相同，不能互补，B错误；图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的U配对，C错误；RNA聚合酶本身具有解旋功能，转录不需要解旋酶的参与，D错误。[答案] A
易错提醒————————————————————————————与转录有关的两个注意点(1)转录时，需要解旋，但不需要解旋酶参与。因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。(2)转录时，RNA子链的延伸方向为5′端→3′端，与RNA聚合酶的移动方向一致。———————————————————————————————
【应用·体验】1．如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法错误的是( )A．该过程可发生在线粒体内B．该过程与DNA复制时碱基互补配对方式完全相同C．该过程涉及ATP的消耗D．游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞
解析：题图所示为人体细胞中发生的转录过程。该过程主要发生在细胞核中，还可以发生在线粒体中，A正确；该过程的碱基互补配对方式有A—U，而DNA复制过程没有，B错误；转录过程需要消耗ATP，C正确；在转录过程中，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞，D正确。答案：B
2．下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是( )A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补解析：转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，产物包括tRNA、rRNA和mRNA，A正确；三种RNA对应的基因不同，同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；真核细胞的线粒体、叶绿体中含有DNA，也可以通过转录合成RNA，C错误；转录过程遵循碱基互补配对原则，转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。答案：C
新知探究(二) 遗传信息的翻译【探究·深化】[问题驱动] 如图是翻译过程的示意图，请据图回答下列问题：
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？提示：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸；终止密码子：UAA，不编码氨基酸。(3)图乙中①⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？提示：①⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。(4)最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？提示：相同；因为它们的模板是同一条mRNA。
[重难点拨] (一)转录与翻译的比较
(二)遗传信息、密码子、反密码子的比较
(三)转录、翻译过程中的四个易错点(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(2)翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T，而是A—U。(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。
(四)原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，即边转录边翻译。过程如图所示：图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译，翻译的方向是从下到上。
【典题·例析】[例1] 下图表示某细胞内发生的一系列生理变化，X 表示某种酶。据图分析，下列有关叙述错误的是( )A．X为RNA聚合酶，该酶主要在细胞核中发挥作用B．该图中最多含5 种碱基、8种核苷酸C．过程Ⅰ仅在细胞核内进行，过程Ⅱ仅在细胞质内进行，图中X 和核糖体的移动方向相同D．b部位发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C
[解析] 图中过程Ⅰ表示转录，其中a为DNA分子，b为DNA模板链，X为RNA聚合酶。转录主要在细胞核内进行，因此RNA聚合酶主要存在于细胞核，A正确。该图中含有DNA分子和RNA分子，因此最多含5种碱基(A、C、G、T、U)和8种核苷酸，B正确。过程Ⅰ为转录，主要在真核生物的细胞核内进行；过程Ⅱ为翻译，在细胞质中的核糖体上进行，图示中X 和核糖体的移动方向相同，C错误。b部位表示以DNA的一条链为模板形成mRNA的过程，发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。[答案] C
[例2] 已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的一条多肽链失去的水分子的个数为( )A．20个 B．15个C．16个 D．18个[解析] 该信使RNA碱基序列为A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……—C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子，则该序列的第6、7、8三个碱基构成起始密码子(AUG)，倒数第5、6、7三个碱基构成终止密码子(UAG)，即编码氨基酸的碱基个数为5＋40＋3＝48，则此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为48÷3＝16。该肽链在脱水缩合过程中产生的水分子数＝氨基酸数－肽链数＝16－1＝15。故选B。
方法规律————————————————————————————基因表达过程中的相关数量计算由上图可知，在不考虑终止密码子等条件下，基因中碱基数目∶mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝6∶3∶1。由于在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的序列(如终止密码子)，在其对应的DNA中，还含有一些不能转录为mRNA 的DNA片段。因此，如果蛋白质中的氨基酸数为n，则对应的mRNA分子中的碱基数最少为3n，DNA(基因)中的碱基数最少为6n。————————————————————————————————
【应用·体验】1．(2023·全国乙卷)已知某种氨基酸(简称甲)是一种特殊氨基酸，迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是，这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E。酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲tRNA甲)，进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子，从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是 ( )①ATP ②甲 ③RNA聚合酶 ④古菌的核糖体 ⑤酶E的基因 ⑥tRNA甲的基因A．②⑤⑥ B．①②⑤ C．③④⑥ D．②④⑤
解析：据题意可知，若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，需要加入特殊的氨基酸——甲作为合成肽链的原料；需要加入tRNA甲的基因，该基因经转录后可产生转运甲的tRNA；还需要加入酶E的基因，酶E的基因经表达后可产生酶E，酶E可催化甲与tRNA甲结合生成甲-tRNA甲，进而将甲带入核糖体参与肽链合成；合成肽链过程中所需的能量(ATP)、RNA聚合酶、核糖体均由大肠杆菌提供，故必须加入②⑤⑥，A符合题意。答案：A
2．如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题(可能用到的密码子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸、UCU丝氨酸、UAC酪氨酸)：(1)完成遗传信息表达的是______(填字母)过程，a过程所需的酶有__________。(2)图中含有核糖的是________(填数字)。由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是____________________________________________________________。(3)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明________________________________。
解析：分析图示过程可知，a为DNA复制，b为转录，c为翻译。(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译过程，即图中b和c，DNA复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。(2)RNA中含有核糖，图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的碱基顺序组成的密码子，指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸。(3)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基组成。答案：(1)b、c 解旋酶和DNA聚合酶(2)②③⑤ 甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸(3)一个密码子由三个相邻的碱基组成
新知探究(三) 中心法则及其发展【探究·深化】[问题驱动] 由中心法则可知，遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。据此思考下列问题：(1)据中心法则推测DNA、RNA产生的途径有哪些？提示：DNA产生途径有DNA的复制及逆转录，RNA的产生途径有RNA的复制及转录。(2)线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？提示：遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。
(3)正常的人体细胞中可以发生哪些遗传信息的流动途径？提示：DNA的复制、转录、翻译过程。(4)下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且5支试管中都有产物生成，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？提示：A—DNA复制，B—转录，C—RNA复制，D—逆转录，E—翻译。
[重难点拨] 1．中心法则体现了DNA的两大基本功能(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。(2)表达遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。2．不同生物的遗传信息传递过程(1)以DNA为遗传物质的生物主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的过程如下：
(2)以RNA为遗传物质的生物①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下：②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下：
【典题·例析】[例1] 如图为中心法则图解，下列有关叙述正确的是( )A．过程③发生在含有逆转录酶的病毒体中B．正常植物细胞中能够体现①～⑤过程C．①～⑤过程中都能发生碱基互补配对D．③过程中碱基互补配对时，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原则
[解析] 由图可知，①是DNA复制、②是转录、③是逆转录、④是RNA复制、⑤是翻译。逆转录过程发生在寄主细胞中；正常植物细胞中能够体现DNA复制、转录、翻译过程，没有逆转录、RNA复制过程；DNA复制、转录、逆转录、RNA复制、翻译都能发生碱基互补配对；逆转录过程中碱基互补配对时，遵循A—T、U—A、C—G、G—C的原则。故选C。[答案] C
[例2] 如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是( )A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸B．若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶C．若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶
[解析] 若X是mRNA，Y 是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此管内必须加入氨基酸，A符合题意；若X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管内发生的是转录过程，因此不需要加入逆转录酶，而需要加入RNA聚合酶等，B不符合题意；若X是tRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此不需要加入脱氧核苷酸，C不符合题意；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内发生的是逆转录过程，因此需要加入逆转录酶，D不符合题意。[答案] A
方法规律———————————————————————————“三看法”判断中心法则各过程———————————————————————————————
【应用·体验】1． (2022·浙江6月选考)“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。下列叙述正确的是( )A．催化该过程的酶为RNA聚合酶B．a链上任意3个碱基组成一个密码子C．b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连D．该过程中遗传信息从DNA向RNA传递
解析：图示为逆转录过程，催化该过程的酶为逆转录酶，A错误；a(RNA)链上能决定一个氨基酸的3个相邻碱基，组成一个密码子，B错误；b为单链DNA，相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，C正确；该过程为逆转录，遗传信息从RNA向DNA传递，D错误。答案：C
2．下面是几种抗菌药物的抗菌机理以及中心法则的图解。①青霉素：抑制细菌细胞壁的合成；②环丙沙星：抑制细菌DNA解旋酶的活性；③红霉素：能与细菌细胞中的核糖体结合以阻止其发挥作用；④利福平：抑制RNA聚合酶的活性。下列有关说法错误的是( )A．环丙沙星会抑制a过程，利福平将会抑制b过程B．除青霉素外，其他抗菌药物均具有抑制遗传信息传递和表达的作用C．过程d涉及的氨基酸最多有20种、tRNA最多有64种D．e过程需要逆转录酶
解析：由题干信息可知，环丙沙星会抑制细菌DNA解旋酶的活性，故可抑制细菌DNA的复制过程(a过程)。利福平会抑制RNA聚合酶的活性，故可抑制DNA的转录过程(b过程)。红霉素能与核糖体结合以阻止其发挥作用，故可抑制细菌的翻译过程(d过程)。青霉素抑制细菌细胞壁的合成，其不影响遗传信息的传递和表达过程。e过程是逆转录过程，需要逆转录酶。翻译过程涉及的氨基酸最多有21种、tRNA最多有61种。故选C。答案：C
科学视野——RNA干扰技术RNA干扰是指小分子双链RNA可以特异性地降解或抑制同源mRNA表达，从而抑制或关闭特定基因表达的现象(如图)。
人们只要知道了某种疾病的致病基因，就可以设计出针对该基因mRNA的小分子干扰RNA(siRNA)，抑制或封闭该致病基因的表达，从而达到治疗疾病的目的。在理论上，通过siRNA几乎可以治疗所有的疾病，包括肿瘤、传染病、遗传性疾病等，因而siRNA受到学术界普遍的关注，是目前最为热门的生命科学研究领域，也是未来最有发展前途的新药开发领域。
【素养评价】1．反义RNA是在大肠杆菌中发现的，它能与特定mRNA相结合从而抑制相关基因表达，许多实验证明真核生物中也存在反义RNA。下列有关反义RNA的叙述，不合理的是( )A．反义RNA分子中，每个核糖均连接两个磷酸基团B．反义RNA可能是相应基因中的互补链转录的产物C．反义RNA和mRNA相结合后，导致mRNA不能和核糖体结合D．对反义RNA的研究成果，最终可应用于肿瘤的治疗
解析：反义RNA分子中大多数核糖都与两个磷酸相连，只有链的末端的核糖只连接一个磷酸，A错误；反义RNA能与特定mRNA相结合，说明其可能是相应基因中的互补链转录的产物，B正确；反义RNA和mRNA相结合后，导致mRNA不能和核糖体结合，从而抑制翻译过程，C正确；对反义RNA的研究成果，最终可应用于肿瘤的治疗，抑制肿瘤细胞的代谢和繁殖，D正确。答案：A
2．微RNA(miRNA)是真核生物中广泛存在的一类重要的基因表达调控因子。如图表示线虫细胞中微RNA(lin4)调控lin14基因表达的相关作用机制，请回答下列问题：
(1)过程A需要以________________为原料，该过程还能发生在线虫细胞内的____________中；在过程B中能与①发生碱基互补配对的分子是________，①上同时结合多个核糖体的意义是____________________________________。(2)图中最终形成的②③上氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。图中涉及的遗传信息的传递方向为__________________________。(3)由图可知，微RNA(lin4)调控基因lin14表达的机制是RISCmiRNA复合物抑制________过程。
中表达呢？”“各种生物的基因表达过程有什么共同点呢？”则指向了生物进化观。由此可见，章引言围绕着重要概念和学科核心素养创设情境、设计问题，而层层递进的问题设计引导我们思考，进一步激发我们学习新知识的欲望。与章引言凸显基因的表达相呼应的，是一幅呈现基因表达全过程(包括转录和翻译过程)的章题图。这幅图展示了分别发生在细胞核和细胞质中的转录和翻译过程，以及正在通过核孔的mRNA、正在运输氨基酸的tRNA。不仅显示了基因表达的动态过程，还渗透了结构与功能相适应的生命观念。构图设计与深邃的星空相似，增加了分子水平上基因表达的神秘感，有利于激发同学们学习的兴趣和展开丰富的想象。章首页的小诗言简意赅地阐明了基因表达的意义和特点，提示我们思考生命为什么如此和谐与统一，为形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念作铺垫。通过阅读章首页，同学们可以初步建立遗传信息的传递和表达是一个动态过程的基本认识。
理清本章架构初识概念体系·具备系统思维
第1节 基因指导蛋白质的合成
【主干知识梳理】一、RNA的结构与种类1．RNA的结构
2．RNA与DNA的比较
3．RNA的种类及其作用
二、遗传信息的转录1．概念图解
UAA、UAG、UGA
3．翻译(1)概念图解:
四、中心法则1．提出者：克里克。2．图解：3．中心法则的发展补充后的中心法则图解4．生命是物质、能量和信息的统一体在遗传信息的流动过程中， 是信息的载体， 是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。
【教材微点发掘】1.如图为tRNA的结构示意图(教材第67页图46变式)，据图回答有关问题：(1)图中的tRNA携带的氨基酸是 ，判断依据是_____________________________________________________________________________________________。(2)在tRNA中是否只有反密码子这3个碱基？是否存在氢键？提示：tRNA是RNA链经折叠形成的，除一端的反密码子外，还有其他碱基。在折叠区域碱基配对，存在氢键。(3)每种tRNA只能识别并转运____种氨基酸，每种氨基酸可能由___________tRNA转运。
图中tRNA的反密码子是UAC，其对应的密码子是AUG，
根据密码子表可以确定AUG是甲硫氨酸的密码子
(4)为什么说tRNA是真正起“翻译”作用的结构？提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，因此tRNA是真正起“翻译”作用的结构。2．下图表示一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链的现象(教材第69页旁栏图)。请回答有关问题：
(1)图中每个核糖体是共同合成一条多肽链，还是分别合成一条完整的多肽链？提示：每个核糖体分别合成一条完整的多肽链。(2)图中合成的4条多肽链是否相同？判断依据是什么？提示：相同，因为它们结合的模板mRNA相同。(3)图中翻译的方向是 ，判断的依据是 。(4)图中所示的翻译特点，其意义是 。
多肽链的长短，长的翻译在前
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质
教材问题提示思考·讨论1(教材第66页)1．可以从所需条件、过程中的具体步骤所表现出的规律等角度进行分析。例如，转录与复制都需要模板，都遵循碱基互补配对原则，等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。2．DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶等；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。3．转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链(非模板链)的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
思考·讨论2(教材第67页)1．这是一道开放性问题，可以从增强密码子容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子的使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。2．这是一道开放性问题，根据这一事实能想到地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码，说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。
新知探究(一) 遗传信息的转录【拓展·深化】1．转录的场所、条件和产物
2．转录有关问题分析(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。(5)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。
3．三类核糖核酸的比较
[思考·探究](1)RNA为什么适合做DNA的信使？提示：①RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。②RNA是另一种核酸，也是由四种核苷酸组成的，也可以储存大量的遗传信息。③RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。(2)转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系？与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同？提示：①转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。②相同点：a.碱基数目相等；b.都含A、G、C 3种碱基。不同点：RNA中含有U，DNA中含有T。
【典题·例析】[例1] 下列关于洋葱根尖细胞遗传信息转录过程的叙述，正确的是( )A．一个DNA可转录出多个不同类型的RNAB．以完全解开螺旋的一条脱氧核苷酸链为模板C．转录终止时成熟的RNA从模板链上脱离下来D．可发生在该细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中[解析] 基因是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上有多个基因，不同基因转录形成的RNA不同，因此一个DNA分子经过转录可以形成多个不同类型的RNA分子，A正确；一个DNA分子上有多个基因，转录时不会完全解开螺旋，且转录过程中边解旋边转录，B错误；真核生物细胞核内转录出的RNA，需要在核中加工后形成成熟的RNA，C错误；洋葱根尖细胞无叶绿体，D错误。
[例2] 下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图，有关叙述正确的是( )A．图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右B．图中RNA与a链碱基互补C．图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对D．DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量
[解析] 依图示可知，RNA聚合酶的移动方向是从左向右，A正确；RNA与a链上碱基除U与T不同外，其他碱基相同，不能互补，B错误；图示RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的U配对，C错误；RNA聚合酶本身具有解旋功能，转录不需要解旋酶的参与，D错误。[答案] A
易错提醒————————————————————————————与转录有关的两个注意点(1)转录时，需要解旋，但不需要解旋酶参与。因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。(2)转录时，RNA子链的延伸方向为5′端→3′端，与RNA聚合酶的移动方向一致。———————————————————————————————
【应用·体验】1．如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法错误的是( )A．该过程可发生在线粒体内B．该过程与DNA复制时碱基互补配对方式完全相同C．该过程涉及ATP的消耗D．游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞
解析：题图所示为人体细胞中发生的转录过程。该过程主要发生在细胞核中，还可以发生在线粒体中，A正确；该过程的碱基互补配对方式有A—U，而DNA复制过程没有，B错误；转录过程需要消耗ATP，C正确；在转录过程中，游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞，D正确。答案：B
2．下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是( )A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补解析：转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，产物包括tRNA、rRNA和mRNA，A正确；三种RNA对应的基因不同，同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；真核细胞的线粒体、叶绿体中含有DNA，也可以通过转录合成RNA，C错误；转录过程遵循碱基互补配对原则，转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。答案：C
新知探究(二) 遗传信息的翻译【探究·深化】[问题驱动] 如图是翻译过程的示意图，请据图回答下列问题：
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？提示：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸；终止密码子：UAA，不编码氨基酸。(3)图乙中①⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？提示：①⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。(4)最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？提示：相同；因为它们的模板是同一条mRNA。
[重难点拨] (一)转录与翻译的比较
(二)遗传信息、密码子、反密码子的比较
(三)转录、翻译过程中的四个易错点(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(2)翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T，而是A—U。(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。
(四)原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，即边转录边翻译。过程如图所示：图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译，翻译的方向是从下到上。
【典题·例析】[例1] 下图表示某细胞内发生的一系列生理变化，X 表示某种酶。据图分析，下列有关叙述错误的是( )A．X为RNA聚合酶，该酶主要在细胞核中发挥作用B．该图中最多含5 种碱基、8种核苷酸C．过程Ⅰ仅在细胞核内进行，过程Ⅱ仅在细胞质内进行，图中X 和核糖体的移动方向相同D．b部位发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C
[解析] 图中过程Ⅰ表示转录，其中a为DNA分子，b为DNA模板链，X为RNA聚合酶。转录主要在细胞核内进行，因此RNA聚合酶主要存在于细胞核，A正确。该图中含有DNA分子和RNA分子，因此最多含5种碱基(A、C、G、T、U)和8种核苷酸，B正确。过程Ⅰ为转录，主要在真核生物的细胞核内进行；过程Ⅱ为翻译，在细胞质中的核糖体上进行，图示中X 和核糖体的移动方向相同，C错误。b部位表示以DNA的一条链为模板形成mRNA的过程，发生的碱基配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。[答案] C
[例2] 已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的一条多肽链失去的水分子的个数为( )A．20个 B．15个C．16个 D．18个[解析] 该信使RNA碱基序列为A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……—C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子，则该序列的第6、7、8三个碱基构成起始密码子(AUG)，倒数第5、6、7三个碱基构成终止密码子(UAG)，即编码氨基酸的碱基个数为5＋40＋3＝48，则此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为48÷3＝16。该肽链在脱水缩合过程中产生的水分子数＝氨基酸数－肽链数＝16－1＝15。故选B。
方法规律————————————————————————————基因表达过程中的相关数量计算由上图可知，在不考虑终止密码子等条件下，基因中碱基数目∶mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝6∶3∶1。由于在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的序列(如终止密码子)，在其对应的DNA中，还含有一些不能转录为mRNA 的DNA片段。因此，如果蛋白质中的氨基酸数为n，则对应的mRNA分子中的碱基数最少为3n，DNA(基因)中的碱基数最少为6n。————————————————————————————————
【应用·体验】1．(2023·全国乙卷)已知某种氨基酸(简称甲)是一种特殊氨基酸，迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是，这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E。酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲tRNA甲)，进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子，从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是 ( )①ATP ②甲 ③RNA聚合酶 ④古菌的核糖体 ⑤酶E的基因 ⑥tRNA甲的基因A．②⑤⑥ B．①②⑤ C．③④⑥ D．②④⑤
解析：据题意可知，若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，需要加入特殊的氨基酸——甲作为合成肽链的原料；需要加入tRNA甲的基因，该基因经转录后可产生转运甲的tRNA；还需要加入酶E的基因，酶E的基因经表达后可产生酶E，酶E可催化甲与tRNA甲结合生成甲-tRNA甲，进而将甲带入核糖体参与肽链合成；合成肽链过程中所需的能量(ATP)、RNA聚合酶、核糖体均由大肠杆菌提供，故必须加入②⑤⑥，A符合题意。答案：A
2．如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题(可能用到的密码子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸、UCU丝氨酸、UAC酪氨酸)：(1)完成遗传信息表达的是______(填字母)过程，a过程所需的酶有__________。(2)图中含有核糖的是________(填数字)。由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是____________________________________________________________。(3)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明________________________________。
解析：分析图示过程可知，a为DNA复制，b为转录，c为翻译。(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译过程，即图中b和c，DNA复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。(2)RNA中含有核糖，图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的碱基顺序组成的密码子，指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸。(3)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基组成。答案：(1)b、c 解旋酶和DNA聚合酶(2)②③⑤ 甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸(3)一个密码子由三个相邻的碱基组成
新知探究(三) 中心法则及其发展【探究·深化】[问题驱动] 由中心法则可知，遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。据此思考下列问题：(1)据中心法则推测DNA、RNA产生的途径有哪些？提示：DNA产生途径有DNA的复制及逆转录，RNA的产生途径有RNA的复制及转录。(2)线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？提示：遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。
(3)正常的人体细胞中可以发生哪些遗传信息的流动途径？提示：DNA的复制、转录、翻译过程。(4)下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且5支试管中都有产物生成，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？提示：A—DNA复制，B—转录，C—RNA复制，D—逆转录，E—翻译。
[重难点拨] 1．中心法则体现了DNA的两大基本功能(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。(2)表达遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。2．不同生物的遗传信息传递过程(1)以DNA为遗传物质的生物主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的过程如下：
(2)以RNA为遗传物质的生物①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下：②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下：
【典题·例析】[例1] 如图为中心法则图解，下列有关叙述正确的是( )A．过程③发生在含有逆转录酶的病毒体中B．正常植物细胞中能够体现①～⑤过程C．①～⑤过程中都能发生碱基互补配对D．③过程中碱基互补配对时，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原则
[解析] 由图可知，①是DNA复制、②是转录、③是逆转录、④是RNA复制、⑤是翻译。逆转录过程发生在寄主细胞中；正常植物细胞中能够体现DNA复制、转录、翻译过程，没有逆转录、RNA复制过程；DNA复制、转录、逆转录、RNA复制、翻译都能发生碱基互补配对；逆转录过程中碱基互补配对时，遵循A—T、U—A、C—G、G—C的原则。故选C。[答案] C
[例2] 如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是( )A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸B．若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶C．若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶
[解析] 若X是mRNA，Y 是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此管内必须加入氨基酸，A符合题意；若X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管内发生的是转录过程，因此不需要加入逆转录酶，而需要加入RNA聚合酶等，B不符合题意；若X是tRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此不需要加入脱氧核苷酸，C不符合题意；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内发生的是逆转录过程，因此需要加入逆转录酶，D不符合题意。[答案] A
方法规律———————————————————————————“三看法”判断中心法则各过程———————————————————————————————
【应用·体验】1． (2022·浙江6月选考)“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。下列叙述正确的是( )A．催化该过程的酶为RNA聚合酶B．a链上任意3个碱基组成一个密码子C．b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连D．该过程中遗传信息从DNA向RNA传递
解析：图示为逆转录过程，催化该过程的酶为逆转录酶，A错误；a(RNA)链上能决定一个氨基酸的3个相邻碱基，组成一个密码子，B错误；b为单链DNA，相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，C正确；该过程为逆转录，遗传信息从RNA向DNA传递，D错误。答案：C
2．下面是几种抗菌药物的抗菌机理以及中心法则的图解。①青霉素：抑制细菌细胞壁的合成；②环丙沙星：抑制细菌DNA解旋酶的活性；③红霉素：能与细菌细胞中的核糖体结合以阻止其发挥作用；④利福平：抑制RNA聚合酶的活性。下列有关说法错误的是( )A．环丙沙星会抑制a过程，利福平将会抑制b过程B．除青霉素外，其他抗菌药物均具有抑制遗传信息传递和表达的作用C．过程d涉及的氨基酸最多有20种、tRNA最多有64种D．e过程需要逆转录酶
解析：由题干信息可知，环丙沙星会抑制细菌DNA解旋酶的活性，故可抑制细菌DNA的复制过程(a过程)。利福平会抑制RNA聚合酶的活性，故可抑制DNA的转录过程(b过程)。红霉素能与核糖体结合以阻止其发挥作用，故可抑制细菌的翻译过程(d过程)。青霉素抑制细菌细胞壁的合成，其不影响遗传信息的传递和表达过程。e过程是逆转录过程，需要逆转录酶。翻译过程涉及的氨基酸最多有21种、tRNA最多有61种。故选C。答案：C
科学视野——RNA干扰技术RNA干扰是指小分子双链RNA可以特异性地降解或抑制同源mRNA表达，从而抑制或关闭特定基因表达的现象(如图)。
人们只要知道了某种疾病的致病基因，就可以设计出针对该基因mRNA的小分子干扰RNA(siRNA)，抑制或封闭该致病基因的表达，从而达到治疗疾病的目的。在理论上，通过siRNA几乎可以治疗所有的疾病，包括肿瘤、传染病、遗传性疾病等，因而siRNA受到学术界普遍的关注，是目前最为热门的生命科学研究领域，也是未来最有发展前途的新药开发领域。
【素养评价】1．反义RNA是在大肠杆菌中发现的，它能与特定mRNA相结合从而抑制相关基因表达，许多实验证明真核生物中也存在反义RNA。下列有关反义RNA的叙述，不合理的是( )A．反义RNA分子中，每个核糖均连接两个磷酸基团B．反义RNA可能是相应基因中的互补链转录的产物C．反义RNA和mRNA相结合后，导致mRNA不能和核糖体结合D．对反义RNA的研究成果，最终可应用于肿瘤的治疗
解析：反义RNA分子中大多数核糖都与两个磷酸相连，只有链的末端的核糖只连接一个磷酸，A错误；反义RNA能与特定mRNA相结合，说明其可能是相应基因中的互补链转录的产物，B正确；反义RNA和mRNA相结合后，导致mRNA不能和核糖体结合，从而抑制翻译过程，C正确；对反义RNA的研究成果，最终可应用于肿瘤的治疗，抑制肿瘤细胞的代谢和繁殖，D正确。答案：A
2．微RNA(miRNA)是真核生物中广泛存在的一类重要的基因表达调控因子。如图表示线虫细胞中微RNA(lin4)调控lin14基因表达的相关作用机制，请回答下列问题：
(1)过程A需要以________________为原料，该过程还能发生在线虫细胞内的____________中；在过程B中能与①发生碱基互补配对的分子是________，①上同时结合多个核糖体的意义是____________________________________。(2)图中最终形成的②③上氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。图中涉及的遗传信息的传递方向为__________________________。(3)由图可知，微RNA(lin4)调控基因lin14表达的机制是RISCmiRNA复合物抑制________过程。
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