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(共65张PPT)
第4章　基因的表达
第1节　基因指导蛋白质的合成
素养目标：1.生命观念：基于遗传信息的传递过程，阐明生命是物质、能量和信息的 统一体。2.科学思维：利用分析与综合的方法，比较归纳DNA复制、转录和翻译的 异同。3.科学思维：通过分类和比较，分析原核生物、真核生物、DNA病毒和RNA 病毒遗传信息流动的规律，归纳出遗传信息流动的中心法则。4.社会责任：利用中心 法则的原理，根据相关资料分析不同药物杀菌抗病毒的机理，科学选择药物，促进人 体健康的恢复。
第*页
研习任务一　RNA的组成及种类
梳理　教材
1. RNA的结构
2. RNA与DNA的比较
比较项目 DNA RNA
基本组成
单位
五碳糖
碱基 特有的是
（T） 特有的是
（U）
结构 规则的 一般为
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
胸腺嘧啶　
尿嘧啶　
双螺旋结构　
单链　
3. RNA的种类、结构及功能
比较
项目 mRNA tRNA rRNA
分布
部位 常与核糖
体结合 细胞质中 与蛋白质结合
形成核糖体
结构
功能 翻译时
作模板 转运特定氨基酸，识别密码子 参与构成
核糖体
联系 ①组成相同：4种核糖核苷酸
②来源相同：都由转录产生
③功能协同：都与翻译有关
√
×
×
互动　探究
1. 现有一核酸分子，若从化学组成入手，如何判断其是DNA还是RNA？（不考虑特 殊情况）
提示：①根据五碳糖种类判断：若有核糖，一定为RNA；若有脱氧核糖，一定为 DNA。②根据含氮碱基种类判断：若含T，一定为DNA；若含U，一定为RNA。③根 据含氮碱基的含量判断：若嘌呤数≠嘧啶数，则肯定不是双链DNA。
2. 同种生物的不同细胞中，三种RNA的种类相同吗？
提示：同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不完全 相同，而tRNA、rRNA的种类一般相同。
3. 从结构的角度分析，为什么RNA适于作DNA的信使？
提示：①RNA的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成的， 也能储存遗传信息。②RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细 胞核转移到细胞质中。
重点　理解
　DNA与RNA的快速判定
随堂　练习
A. DNA和RNA是同一物质在不同时期的两种形态
B. DNA和RNA的基本组成单位是一样的
C. －AGCTGA－既可能是DNA的碱基序列，也可能是RNA的碱基序列
D. mRNA的碱基序列，取决于DNA的碱基序列，同时又决定蛋白质中氨基酸的序列
解析：DNA和RNA是两类不同的核酸，A项错误；DNA的基本组成单位是脱氧核苷 酸，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，B项错误；T为DNA特有的碱基，所以含有 T的核苷酸序列只能是DNA，不可能是RNA，C项错误；DNA上的遗传信息通过转录 转移到mRNA上，mRNA通过翻译指导蛋白质的合成，D项正确。
D
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研习任务二　遗传信息的转录
梳理　教材
×
√
√
×
互动　探究
1. 转录时，需要解旋吗？需要解旋酶吗？为什么？
提示：需要解旋，因为DNA双链只有解开螺旋才能为转录提供模板；不需要解旋 酶，因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。
2. 转录时，RNA子链的延伸方向如何？与RNA聚合酶的移动方向一致吗？
提示：5'端→3'端；一致。
3. 转录时，RNA子链与其模板链之间进行碱基互补配对，碱基互补配对的方式共有 几种？分别是什么？所形成的碱基对共有几种？分别是什么？
提示：4种；A－T、U－A、G －C、C－G；4种；A－U、T－A、G －C和C－G。
4. 转录只能形成mRNA一种RNA吗？转录形成的RNA中一定没有氢键吗？
提示：转录可以形成mRNA、tRNA和rRNA等；不一定，转录形成的tRNA中含 有氢键。
重点　理解
遗传信息转录的几点总结
（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的种类一般没有差异。
（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）转录的模板：同一DNA分子中，转录的模板链不是固定的一条。也就是说，可 能这个基因的转录是以DNA的这一条链为模板，另一个基因的转录是以同一个DNA 的另一条链为模板。
（4）转录时，解开DNA双链的不是解旋酶，而是RNA聚合酶。
（5）RNA聚合酶除能催化氢键断裂外，还有催化核糖核苷酸单体之间形成磷酸二酯 键的作用。
（6）转录时，DNA模板链与RNA发生碱基互补配对，配对方式有：G－C、C－G、 A－U、T－A。
（7）转录的产物不是只有mRNA，还有rRNA和tRNA。
随堂　练习
A. 该过程属于真核基因的转录过程
B. 延伸过程核苷酸添加至模板链的3'端
C. 起始过程RNA聚合酶与启动部位结合
D. 终止后RNA须经加工后才能用于翻译
B
解析：转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，且该过程发生在细胞核内， 因此该过程属于真核基因的转录过程，A正确；转录以DNA一条链为模板，按照碱基 互补配对原则，将核苷酸添加至子链的3'端，B错误；转录时RNA聚合酶与基因的启 动部位（启动子）结合后开始对基因进行转录，C正确；真核生物转录终止后的RNA 为非成熟的RNA，须经加工后才能用于翻译，D正确。
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研习任务三　遗传信息的翻译
1. 翻译的概念
梳理　教材
2. 碱基与氨基酸之间的对应关系
（1）推测
①如1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定 种氨基酸。
②如2个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定 种氨基酸。
③如3个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基能决定 种氨基酸，这种方式能够满足 组成蛋白质的21种氨基酸的需要。
4　
16　
64　
（2）密码子
3. tRNA的结构和功能特点
（1）结构和功能
（2）功能特点：每种tRNA只能识别并转运 氨基酸。
一种　
4. 翻译的过程
5. 翻译能精确进行的2个原因
6. 翻译能高效进行的原因
1个mRNA分子上可以相继结合 个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
多　
×
×
√
×
互动　探究
1. 几乎所有的生物体都共用一套遗传密码。根据这一事实，你能想到什么？
提示：说明当今生物可能有着共同的起源，或生物在本质上是统一的。
2. 怎样判断核糖体在mRNA上的移动方向？
提示：根据肽链的长短进行判断，由肽链短的一端向肽链长的一端移动。
3. 同一mRNA分子结合的不同核糖体合成的肽链氨基酸序列相同吗？为什么？
提示：相同；因为决定肽链氨基酸序列的mRNA的碱基序列相同，所以同一mRNA分 子结合的不同核糖体合成的肽链氨基酸序列相同。
重点　理解
1. 真核生物中DNA复制、转录、翻译的比较
项目 复制 转录 翻译
时间 细胞分裂前的间期 个体生长发育的整个过程
场所 主要在细胞核中 主要在细胞核中 细胞质中的核糖体
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
能量 都需要ATP
酶 解旋酶、 DNA聚合酶等 RNA聚合酶 多种酶
产物 双链DNA 单链RNA 多肽
（或蛋白质）
产物
去向 传递给子细胞 主要通过核孔进入细胞质　 组成细胞结构蛋白或功能蛋白　　
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，转录后DNA恢复双螺旋 形成肽链，翻译结束后， mRNA被降解
碱基
配对 A－T，T－A，
C－G，G－C A－U，T－A，
C－G，G－C A－U，U－A，
C－G，G－C
意义 传递遗传信息 表达遗传信息，使生物表现出各种性状
2. 翻译过程中多聚核糖体模式图解读
①数量关系：一个mRNA分子可同时结合多个核糖体，形成多聚核糖体。
②意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
③方向：从右向左（见图1），判断依据是肽链的长短，长的翻译在前。
④形成的多条肽链氨基酸序列相同：其原因是有相同的模板mRNA。
（1）图1表示真核细胞的翻译过程，其中①是mRNA，⑥是核糖体，②③④⑤表示正 在合成的4条肽链，具体内容分析如下：
（2）图2一般表示原核细胞的转录和翻译过程，图中①是DNA，②③④⑤表示正在 合成的4条mRNA同时进行翻译的过程。
3. 遗传信息、密码子、反密码子之间的区别及联系
项目 遗传信息 密码子 反密码子
概念 基因中碱基的排列顺序 mRNA中决定一个氨基酸的3个相邻碱基 tRNA中与密码子互补配对 的3个碱基
位置 主要在DNA中 mRNA tRNA
作用 控制生物的性状 直接决定蛋白质中氨基酸序列 识别密码子，转运氨基酸
种类 多样性 64种 多种
联系 ①基因中的碱基序列决定mRNA中的碱基序列。
②mRNA中的碱基序列与基因模板链中的碱基序列互补。
③密码子与反密码子的相应序列能互补配对。
④氨基酸一定由密码子决定；密码子与反密码子并不是一一对应的关系， 如终止密码子没有相应的反密码子。
⑤对应关系如图所示
4. 基因表达过程中相关数量计算
（1）DNA（基因）、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
①图示：
②规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA 中碱基数目＝1/6 DNA（或基因）中碱基 数目。
③计算公式：蛋白质中肽链数＋肽键数＝氨基酸数＝1/3 mRNA中碱基数＝1/6基因中 碱基数。
（2）计算中“最多”和“最少”等的分析
①翻译时，mRNA上的终止密码子一般不决定氨基酸，则mRNA 上的碱基数目是蛋白 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 它的基因中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
5. “两看法”巧判真核生物和原核生物基因表达过程
（1）过程图
（2）判断方法
说明：真核细胞的线粒体、叶绿体中也有DNA和核糖体，其转录、翻译也存在同时 进行的情况。
随堂　练习
C
A. 图示表示原核细胞中遗传信息的转录和翻译
B. ⑤上含有的氨基酸数目与④上含有的密码子
数目是一致的
C. 参与图示过程的RNA有mRNA、tRNA和rRNA
D. 如果终止密码子为UAA，则与该密码子配对的
反密码子为AUU
解析：图中①是DNA，②是tRNA，③是氨基酸，④是mRNA，⑤是多肽，⑥是核糖 体。图示转录和翻译在时空上是分开的，为真核生物遗传信息的转录和翻译，A错 误；④上有终止密码子，终止密码子一般不决定氨基酸，也没有对应的反密码子，⑤ 上含有的氨基酸数目一般小于④上含有的密码子数目，B、D错误；据图可知，参与 图示过程的RNA有mRNA、tRNA和rRNA（构成核糖体），C正确。
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研习任务四　中心法则
梳理　教材
1. 提出者： 。
2. 内容
（1）DNA复制：遗传信息从 流向 。
（2）转录：遗传信息从 流向 。
（3）翻译：遗传信息从 流向 。
克里克　
DNA　
DNA　
DNA　
RNA　
RNA　
蛋白质　
3. 发展
发展内容 信息流动 举例
RNA自我复制 遗传信息从 流 向 烟草花叶病毒
RNA 遗传信息从 流 向 HIV
完善后的中心法则，用图解表示为：
RNA　
RNA　
逆转录　
RNA　
DNA　
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 为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和 信息的统一体。
DNA、RNA　
蛋白质　
ATP　
√
×
√
√
互动　探究
1. 通过中心法则分析，DNA和RNA产生的途径各有哪些？
提示：DNA产生的途径包括DNA的复制和逆转录。RNA产生的途径包括转录和RNA 的复制。
2. 各种细胞中都包含中心法则的五个过程吗？为什么？
提示：不是。中心法则的五个过程是各种生物综合的结果。
重点　理解
　“三看”法判断中心法则的各个过程
“一看”模板 “二看”原料 “三看”产物 过程 相关酶
DNA 脱氧核苷酸 DNA DNA复 制 解旋酶、
DNA聚合酶
核糖核苷酸 RNA 转录 RNA聚合酶
RNA 脱氧核苷酸 DNA 逆转录 逆转录酶
核糖核苷酸 RNA RNA复制 RNA复制酶
氨基酸 蛋白质（多肽） 翻译 多种酶
随堂　练习
A. 人体所有细胞都有①②③过程
B. HIV的病毒颗粒内会发生③④过程
C. ①②③④⑤遗传信息传递过程都遵循碱基互补配对原则
D. ②过程以基因为单位进行，基因的两条链都可以作为该过程的模板
C
解析：分析题图：①为DNA复制过程，②为转录过程，③为翻译过程，④为RNA分 子复制过程，⑤为逆转录过程。人体内高度分化的细胞不再分裂，不会发生DNA的 复制过程，A错误；HIV的③翻译过程发生在宿主细胞内，而不是HIV的病毒颗粒 内，B错误；①②③④⑤遗传信息传递过程都遵循碱基互补配对原则，C正确；②转 录过程以基因为单位进行，不是两条链都可以作为模板，而是以其中一条链为模板， D错误。
[知识结构]
[主题要点]
1. RNA与DNA在化学组成上的区别是RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核 糖和胸腺嘧啶。
2. 转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，主要发生在细胞核中，以4种核糖 核苷酸为原料。
3. 密码子的简并性：绝大多数氨基酸都由多种密码子决定的现象。
4. 翻译过程中，mRNA相对静止，核糖体沿着mRNA移动，核糖体移动的方向就是翻 译的方向。
5. 遗传信息的传递过程中遵循碱基互补配对原则。
6. 并非所有的生物都能进行中心法则的5种生理过程。RNA的复制和逆转录只发生在 被相应RNA病毒寄生的细胞中。
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课堂小测试
A. 密码子位于mRNA上，核糖体中的RNA是rRNA
B. 一个tRNA分子中只有一个反密码子，而且含有碱基对
C. 逆转录酶催化的是RNA→DNA的过程
D. 细菌的遗传物质是DNA或RNA
解析：密码子位于mRNA上，核糖体中含有rRNA和蛋白质，A正确；一个tRNA中只 含有一个反密码子，但有许多个碱基，而且也有双链的部分，即存在碱基对，B正 确；逆转录酶催化的是中心法则中RNA→DNA的过程，C正确；细菌具有细胞结构， 细胞生物的遗传物质均是DNA，D错误。
D
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A. 41、3 882、512 B. 41、3 882、126
C. 40、3 900、126 D. 40、3 900、132
解析：氨基酸脱水缩合反应过程中脱去的水分子数＝氨基酸数－肽链数＝42－2＝40 个。该蛋白质的相对分子质量＝组成蛋白质的氨基酸的相对分子质量之和－脱去的水 的相对分子质量之和＝110×42－18×40＝3 900。编码该蛋白质的mRNA的碱基数至 少＝氨基酸数×3＝42×3＝126，C正确。
C
A. 基因表达指的就是以mRNA为模板合成蛋白质的过程
B. 基因表达的过程发生在细胞核内
C. 转录的模板是DNA的一条链，翻译的模板是mRNA
D. 一个密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸只由一种tRNA转运
解析：基因的表达包括基因转录形成mRNA以及mRNA被翻译为蛋白质的过程，A错 误；基因的表达中转录主要发生在细胞核内，翻译大都发生在细胞质中，B错误；转 录时，以DNA的一条链为模板合成RNA，翻译时，以mRNA为模板合成蛋白质，C正 确；一个密码子只决定一种氨基酸，但一种氨基酸可能由几种tRNA转运，D错误。
C
A. 不同的密码子编码同种氨基酸会增加翻译出错的概率
B. 多个核糖体可结合在一个mRNA上共同合成一条多肽链
C. 一种氨基酸可由多种tRNA转运
D. 翻译过程中，mRNA会沿着核糖体移动，直至读取终止密码子
解析：不同密码子编码同种氨基酸可增强密码子的容错性，A错误；多个核糖体可结 合在一个mRNA上分别合成多条相同的多肽链，提高翻译效率，B错误；一种氨基酸 可由多个密码子编码，密码子可与tRNA的反密码子碱基互补配对，因此一种氨基酸 可由多种不同的tRNA转运，C正确；翻译时核糖体在mRNA上移动，直到核糖体遇到 mRNA的终止密码子合成才终止，D错误。
C
甲
乙
C
A. 图甲所示的过程叫作翻译，多个核糖体共同完
成1条肽链的合成
B. 图乙所示过程叫作转录，转录产物的作用一定
是作为图甲中的模板
C. 图甲所示过程的方向是从右到左
D. 图甲和图乙中都发生了碱基互补配对且碱基互
补配对的方式完全相同
解析：图甲为翻译过程，其中①为mRNA，是翻译的模板；②③④⑤为肽链，⑥为核 糖体，是翻译的场所；图乙为转录过程，其中DNA单链作为转录模板链，原料是四 种核糖核苷酸，酶是RNA聚合酶。图甲所示为翻译过程，每个核糖体都会完成一条肽 链的合成，因此多个核糖体能够完成多条相同肽链的合成，A错误；图乙是转录过 程，其产物是RNA，包括mRNA、rRNA、tRNA，其中只有mRNA可以作为翻译的模 板，B错误；图甲中，根据肽链的长度可知，翻译的方向是从右到左，C正确；图甲 和图乙中都发生了碱基互补配对，但两者配对的方式不完全相同，图甲中碱基配对的 方式为A－U、U－A、C－G、G －C，图乙中碱基配对的方式为A－U、T－A、C－ G、G －C，D错误。
6. 许多病毒会使人体患病，下图是一种病毒的基本结构和该病毒进入细胞后复制繁 殖的过程。据图回答下列问题。
（1）图甲病毒的主要成分是 　　　　　　　　　　　　　。
解析：（1）病毒是非细胞结构的生物，由蛋白质和核酸组成。
蛋白质、核酸（RNA）
（2）分析图乙，病毒在生命活动中的一个显著特征是 　　　　　。
解析：（2）病毒自身没有能量供给和完整的酶系统，不能独立生活，只有寄生在活 细胞内才能生存。
（3）图乙中①表示的是 　　　　　过程，通过④过程形成的是 　　　　的RNA。
解析：（3）由图乙信息可知，①表示由RNA合成DNA的逆转录过程，④过程是转 录。病毒RNA逆转录形成双链DNA进入宿主细胞的细胞核，整合到宿主细胞染色体 DNA上，再转录形成病毒RNA。
寄生性
逆转录
病毒
（4）图丙表示的是生物体内遗传信息的传递过程，在遗传学上称为 　　　　　　。 请在图乙的①～⑦中选择恰当的序号填入图丙中的括号内。
中心法则
④
⑥
解析：（4）图丙表示遗传信息的传递过程，称为中心法则，图中由DNA形成RNA是 转录过程，由RNA形成蛋白质是翻译过程，分别对应图乙中的④和⑥。
①转录
抗
生素
对照
RNA
②转录
抗生素
RNA
解析：设计实验的基本原则是对照原则，要探究抗生素抑制细菌蛋白质合成的 原因是否为抗生素能抑制细菌DNA的转录过程，而不影响人体DNA的转录过 程，需要设计四组实验，即体外模拟细菌与人体细胞DNA转录的过程，其中两 组加适量抗生素，另外两组加等量无菌水，观察指标是两组实验中RNA的生成 量。（1）先设计甲、乙两组实验，体外模拟细菌DNA的转录过程，甲组加适量 抗生素，乙组加等量蒸馏水作为对照，检测两组实验中RNA的生成量。再设计 丙、丁两组实验，体外模拟人体细胞转录的过程。丙组加适量抗生素，丁组加 等量无菌水，检测两组实验中RNA的生成量。
①若甲组 　　　　　　的生成量明显少于乙组，则说明抗生素是通过抑制__________
　　来抑制细菌蛋白质合成的。
②若 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，则说明抗生素不影响人体 DNA的转录过程。
解析：设计实验的基本原则是对照原则，要探究抗生素抑制细菌蛋白质合成的原因是 否为抗生素能抑制细菌DNA的转录过程，而不影响人体DNA的转录过程，需要设计 四组实验，即体外模拟细菌与人体细胞DNA转录的过程，其中两组加适量抗生素， 另外两组加等量无菌水，观察指标是两组实验中RNA的生成量。（2）实验结果及结 论：①若甲组RNA生成量明显少于乙组，则说明抗生素是通过抑制细菌的转录来抑制 细菌蛋白质合成的。②若丙组的RNA生成量等于丁组的RNA生成量，说明抗生素不 影响人体DNA的转录过程。
①RNA
细菌的转
录
②丙组的RNA生成量等于丁组的RNA生成量
（2）实验结果及结论：

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