第1课时从基因到蛋白质1.基因和遗传信息的关系。2.遗传信息的转录和翻译过程。(重、难点)一、阅读教材P77分析基因的含义及转录过程1基因(1)本质：DNA分子上具有遗传效应的片段。(2)基因表达：通过基因控制蛋白质的合成来实现。(3)基因的主要载体是染色体。(4)脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系2转录(1)概念：在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程。(2)结果：通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到mRNA上。二、阅读教材P7881分析密码子的破译及翻译过程1遗传密码子遗传学上，把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做一个遗传密码子。2翻译(1)概念：在细胞中，游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。(2)场所：核糖体。(3)条件：需要mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶的共同参与，还需要消耗能量。(4)过程：以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成mRNA，mRNA从细胞核进入细胞质，与核糖体结合。它们的结合部位会形成两个tRNA的结合位点(可以称为第一位置和第二位置)。起始阶段：mRNA上的起始密码子(如AUG)位于核糖体的第一位置上，tRNA一端携带氨基酸，另一端是与密码子相对应的反密码子。tRNA上的反密码子(如UAC)与起始密码子相互识别并配对。延伸阶段：按照同样的方式，通过反密码子与密码子的相互识别与配对，tRNA携带的氨基酸与前一个tRNA携带的氨基酸通过肽键，形成肽链，前一个tRNA离开核糖体。这样，随着核糖体在mRNA上的移动，肽链不断合成并延长。终止阶段：当tRNA上的反密码子识别终止密码子后，肽链的合成终止，肽链被释放。 判一判(1)转录过程只发生在细胞核中。()(2)转录和DNA复制一样都需要两条链同时作模板。()(3)密码子是指tRNA上三个相邻的碱基。() 连一连遗传信息的转录DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质的呢？结合教材P77内容完成以下探究。 探究1观察下图，总结转录的过程(1)原料：4种游离的核糖核苷酸。(2)场所：主要在细胞核中。(3)步骤第1步(解旋)：DNA的双螺旋结构被打开，双链的碱基得以暴露。第2步(配对)：以解开的DNA的一条链作为模板，按照AU、GC、TA、CG的碱基互补配对原则，将对应的核糖核苷酸与模板链上的碱基配对，两者以氢键连接。第3步(连接)：在RNA聚合酶的作用下，将新结合的核糖核苷酸依次连接到正在合成的RNA分子上。第4步(释放)：合成的RNA分子从模板链上释放，DNA恢复双螺旋结构。(4)产物：三种RNA。 探究2RNA的类型及功能的比较信使RNA(mRNA)转运RNA(tRNA)核糖体RNA(rRNA)特点带有从DNA链上转录下来的遗传信息一端能与氨基酸结合，另一端有三个碱基，与mRNA的碱基互补配对由核仁组织区的DNA转录而成，是核糖体的组成物质功能携带着特定碱基序列的信息，在蛋白质合成中起着模板作用转运特定的氨基酸，识别mRNA上的遗传密码，在蛋白质合成中作为转运氨基酸的载体与核糖体蛋白质结合在一起，形成核糖体转录的实质与意义(1)实质：转录是以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA分子的过程。(2)意义：通过转录，DNA分子中脱氧核苷酸排列顺序所代表的遗传信息，就在信使RNA分子中以遗传密码的种类、数量、排列顺序等得到体现，也就是说遗传信息就从DNA分子上传递到了信使RNA上。 突破1RNA的种类与功能1下列关于RNA的叙述，错误的是()ARNA可作为核糖体的组成成分BmRNA是翻译的直接模板CmRNA是转运氨基酸的工具DRNA分子中不含碱基T解析：选C。在合成蛋白质时，需要tRNA作为运载氨基酸的工具，每个tRNA每次只能运载一个特定的氨基酸。 突破2转录的过程2如图为细胞核中某真核细胞基因进行转录过程的部分示意图，相关叙述正确的是()A图中有五种碱基，八种核苷酸B该过程需要DNA聚合酶催化C若图中转录的基因含300个碱基对，则其指导合成的RNA至少含150个核苷酸D图中的化学本质相同解析：选A。转录过程是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，该过程需要RNA聚合酶的催化，无需DNA聚合酶；该图中共有4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸。若转录的基因中含有300个碱基对，则指导合成的RNA中碱基为300个。图中为脱氧核糖，为核糖。遗传信息的翻译过程 探究1结合教材P7879内容，分析生物的遗传密码子(1)尼伦伯格等人的研究表明，在全部64个密码子中，有61个负责20种氨基酸的编码，另外3个是终止密码子。(2)真核细胞唯一的起始密码子：AUG，编码的是甲硫氨酸。三种终止密码子：UAA、UAG、UGA，它们不编码氨基酸。少数原核生物中GUG也被用作起始密码子。(3)密码子和氨基酸之间的对应关系：1种密码子只能决定1种氨基酸(终止密码子除外)，1种氨基酸可由1种或多种密码子决定。 探究2观察下图并思考下面问题，理解遗传信息翻译的过程(1)图1、图2中A是搬运工tRNA，B是原料氨基酸，C是场所核糖体，D是模板mRNA，E是产物多肽(链)。(2)据上图完成翻译的三个阶段起始阶段：利用ATP供能，携带甲硫氨酸的tRNA识别位于核糖体第一位置上的mRNA上的起始密码子AUG，mRNA、tRNA与核糖体三者相结合，翻译开始。延伸阶段a进位：携带着特定氨基酸的tRNA按碱基互补配对原则识别并进入第二位置。b转肽：下一个氨基酸通过与前一个氨基酸(甲硫氨酸)形成肽链而转移到占据第二位置的tRNA上。c移位：核糖体读取下一个密码子，原占据第一位置的tRNA离开核糖体，占据第二位置的tRNA进入第一位置，一个新的携带氨基酸的tRNA进入第二位置，继续肽链的合成。d以后依次在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位、转肽和移位三个步骤，并不断重复这三个步骤，肽链不断延伸。终止阶段：核糖体沿mRNA移动，当遇到终止密码子时，翻译自行停止。(1)完成下图，区分遗传信息、遗传密码子和反密码子。(2)蛋白质中氨基酸数目与mRNA碱基数目、 DNA碱基数目的对应关系是什么？提示：在不考虑非编码区、内含子和终止密码子等条件下，蛋白质中氨基酸数目1/3 mRNA碱基数目1/6 DNA碱基数目。1转录与翻译的比较DNA表达遗传信息功能转录翻译时间生长发育的连续过程中场所真核细胞主要在细胞核，部分在线粒体和叶绿体；原核细胞在拟核细胞质原料四种核糖核苷酸二十种氨基酸模板DNA中的一条链mRNA条件特定的酶和ATP过程DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则形成mRNA(单链)，mRNA进入细胞质与核糖体结合以mRNA为模板，tRNA一端的反密码子与mRNA上的密码子配对，另一端携带相应氨基酸，在核糖体上合成有一定氨基酸序列的蛋白质模板去向恢复原样，与非模板链重新形成双螺旋结构分解成单个核苷酸特点边解旋边转录，DNA双链全保留一个mRNA上可连续结合多个核糖体，依次合成多肽链产物RNA蛋白质意义表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状2.基因表达过程中的相关数量计算(如图)说明：翻译过程中，mRNA上每3个碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码等时，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。 突破1遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸的关系分析1有关蛋白质合成的叙述，不正确的是()A终止密码子不编码氨基酸B每种tRNA只转运一种氨基酸C核糖体能在mRNA上移动D每种氨基酸都对应多种密码子解析：选D。终止密码子不编码氨基酸，A正确；每种tRNA上只含一种反密码子，故只能转运一种氨基酸，B正确；翻译时，是核糖体在mRNA上移动，C正确；一个氨基酸可能对应一个或几个密码子，D错误。密码子的特性(1)简并性：当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可保证翻译的速度。(2)通用性：说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。 突破2蛋白质合成过程2如图1和图2是基因控制胰蛋白酶合成的两个主要步骤，下列叙述正确的是()A图1和图2所示过程的进行方向都是从右往左B图1中乙与丁是同一种物质C图2中有RNA、多肽和多糖三种大分子物质D图1和图2中的碱基互补配对方式相同解析：选A。根据图1中RNA聚合酶的位置可知，该过程进行的方向是从右向左；由图2中多肽链的长度可知，该过程进行的方向是从右向左，A正确；图1中乙为胞嘧啶脱氧核苷酸，丁为胞嘧啶核糖核苷酸，两者不是同一种物质，B错误；图2中共有RNA、多肽和蛋白质三种大分子物质，C错误；图1中碱基配对方式为：AU、TA、CG、GC，而图2中的碱基互补配对方式为：AU、UA、CG、GC，可见两者的碱基配对方式不完全相同，D错误，故选A。判断转录和翻译过程的方向(1) 根据RNA聚合酶的位置推断转录的方向。(2) 1个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，表明细胞可以迅速翻译出大量相同的蛋白质，其合成方向是从短链到长链。 突破3蛋白质合成过程及最值计算3一条多肽链中有氨基酸1 000个，作为合成该多肽链模板的mRNA分子和用来转录mRNA的DNA分子分别至少需要碱基()A3 000和3 000个B1 000和2 000个C2 000和4 000个 D3 000和6 000个解析：选D。mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，所以mRNA上碱基的数量至少是其控制合成多肽链中氨基酸个数的3倍；mRNA是以DNA双链中的一条单链为模板，按照碱基互补配对原则转录形成的，所以DNA分子的碱基数量是其转录形成的mRNA碱基数量的2倍，至少是其指导合成蛋白质的氨基酸数量的6倍。蛋白质翻译计算中“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。 核心知识小结网络构建关键语句1.基因是DNA分子上具有遗传效应的片段。2.转录的产物RNA有mRNA、rRNA和tRNA。3.一种密码子(除终止密码子外)决定一种氨基酸，一种氨基酸可以有多个对应的密码子。4.翻译过程分为起始、延伸和终止三个阶段。随堂检测 知识点一基因和遗传信息的关系1基因是有遗传效应的DNA 片段，在下面关于“遗传效应”的说法中，不正确的是()A能控制一种生物性状的表现B能控制一种蛋白质的生物合成