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(共76张PPT)
第3讲　遗传信息控制生物的性状
必修2 遗传与进化
第六单元　遗传的分子基础
一、遗传信息的转录
1．概念：RNA主要是在______中以_________________为模板，按照____________原则合成的，这一合成过程称为转录。
细胞核
DNA分子的一条链
碱基互补配对
2．RNA的结构与种类
(1)基本单位及组成
①____；②____；③碱基：____________；④__________。
(2)种类：3种，即____RNA(mRNA)、______RNA(rRNA)、____ RNA(tRNA)。
磷酸
核糖
A、U、G、C
核糖核苷酸
信使
核糖体
转运
3．转录的过程示意图
RNA聚合酶
mRNA
重新形成
解开
核糖核苷酸
4．结果：通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到______上，然后______通过____进入细胞质。
mRNA
mRNA
核孔
二、遗传信息的翻译
1．密码子与反密码子的比较
密码子 反密码子
种类 __种 目前发现有很多种
位置 ______上 ______一端
实质 决定一个氨基酸的3个相邻的碱基 与mRNA上______发生________配对的3个相邻的碱基
64
mRNA
tRNA
密码子
碱基互补
2．tRNA分子
(1)结构示意图
氨基酸
氨基酸
(2)功能：在合成多肽链时，tRNA负责将游离在细胞质基质中的__种不同的______运向______。
(3)特点：每种tRNA分子只能携带____氨基酸。
3．概念：在细胞中，以______为模板，从一个特定的________开始，按照每__个相邻的__________代表一个氨基酸的原则，依次合成具有______________的多肽链的过程称为翻译(translation)。
20
氨基酸
核糖体
一种
mRNA
起始位点
三
核糖核苷酸
一定氨基酸顺序
4．过程
AUG
第一
tRNA
第二
肽键
第二
核糖体
第一
第一
tRNA
肽链
终止密码
释放因子
1．rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成。 ( )
2．RNA有传递遗传信息、催化反应和转运物质等功能。 ( )
3．mRNA上的GCA在人细胞中和小麦细胞中决定的是同一种氨基酸。 ( )
4．转录和翻译过程都存在T—A、A—U、G—C的碱基配对方式。 ( )
5．一个DNA只能控制合成一种蛋白质。 ( )
×
√
√
×
×
6．细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率。 ( )
7．DNA复制和转录时，其模板都是DNA的一整条链。 ( )
×
×
1．(1)遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程，该过程________________(填“需要”或“不需要”)解旋酶。(必修2　P60“图2-3-3”)
(2)一个基因转录时以基因的________________条链为模板，一个DNA分子上的所有基因的模板链________________(填“一定”或“不一定”)相同。
(3)转录方向的判定方法：____________________________为转录的起始方向。
提示：(1)不需要　(2)一　不一定　(3)已合成的mRNA释放的一端
2．(1)tRNA________________(填“含有”或“不含有”)氢键，一个tRNA分子中________________(填“是”或“不是”)只有三个碱基。(必修2　P63“图2-3-6”)
(2)反密码子的读取方向为____________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________。
提示：(1)含有　不是　(2)由氨基酸连接端开始读(由长臂端向短臂端读取)
1．起始密码子AUG决定甲硫氨酸，蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸的原因是_________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________。
提示：翻译生成的多肽链往往需要进行加工修饰，甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉
2．真核细胞的线粒体和叶绿体内也能进行基因表达的原因：_____ _____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：线粒体和叶绿体内都含有DNA和核糖体，能进行DNA复制和基因表达
3．研究发现细胞中正常的mRNA的寿命从几秒到几天不等，不同种类的mRNA的寿命不同的意义是____________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：使细胞能够快速改变蛋白质合成以响应其不断变化的生理需求(合理即可)
1．DNA复制、转录和翻译的区别
项目 复制 转录 翻译
作用 传递遗传信息 表达遗传信息 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 主要在细胞核 细胞质的核糖体
模板 DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
能量 都需要 项目 复制 转录 翻译
酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶
产物 两个双链DNA分子 一个单链RNA分子 多肽链(或蛋白质)
产物去向 传递到两个细胞或子代 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恢复原状 翻译结束后，mRNA被降解成单体
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
2．遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系
(1)遗传信息、密码子与反密码子之间的联系
(2)密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系
①一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。
②每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并)，可由一种或几种tRNA转运。
(析图建模)常考图示解读：
一种
一种
几种
两
一
翻译
核糖体
多
大量的蛋白质
左
右
相同
考向1考查遗传信息的转录和翻译
1．(2022·江苏苏州一模)miRNA是一类非编码RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成。某真核细胞内该miRNA的形成及其发挥作用的过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)
3
4
1
2
A．miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因的起始密码子相结合
B．W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质中用于翻译
C．由于基因的选择性表达，部分细胞内会出现miRNA控制合成的蛋白质
D．miRNA抑制W蛋白的合成是通过miRNA直接与W基因mRNA结合所致
3
4
1
2
B　[miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因首端的启动子相结合，而起始密码子在mRNA上，A错误；真核细胞内W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质用于翻译，B正确；miRNA是一类非编码RNA，细胞内不会出现miRNA控制合成的蛋白质，C错误；miRNA抑制W蛋白的合成，是通过单链结构的miRNA与蛋白质结合形成的miRNA蛋白质复合物直接与W基因的mRNA结合所致，D错误。故选B。]
3
4
1
2
2．(多选)(2022·江苏南京阶段练习)真核生物的基因中含有外显子和内含子。细胞核内刚刚转录而来的 RNA为前体mRNA，前体 mRNA 中的内含子在 RNA 自身以及其他蛋白复合物的作用下被剪切，形成mRNA 运出细胞核。图为前体 mRNA 的剪切示意图，相关叙述错误的是(　　)
3
4
1
2
A．图中的 a、c 分别为启动子和终止子转录部分
B．前体 mRNA 能与核糖体直接结合进行翻译过程
C．蛋白质复合物具有识别特定核糖核苷酸序列的功能
D．前体 mRNA 加工形成 mRNA 的过程发生在细胞质基质中
3
4
1
2
ABD　[启动子和终止子为基因上的调控序列，不能转录出相应的前体RNA，A错误；前体mRNA需要经过加工形成mRNA，才能与核糖体结合进行翻译过程，B错误；蛋白质复合物具有识别特定核糖核苷酸序列的功能，进而剪切前体mRNA特定的部位，C正确；前体mRNA加工形成mRNA的过程发生在细胞核中，加工之后形成的mRNA运出细胞核进入细胞质基质中发挥作用，D错误。故选ABD。]
3
4
1
2
考向2考查密码子和反密码子
3．(2022·江苏南京阶段练习)硒代半胱氨酸(Sec，分子式为C3H7NO2Se)参与硒蛋白合成，硒蛋白mRNA中存在一个呈折叠环状的硒代半胱氨酸引导插入序列(S序列)，该序列对Sec参与多肽链合成的过程至关重要。下图表示真核细胞Sec的翻译机制，下表为部分密码子表。相关叙述错误的是(　　)
3
4
1
2
注：在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可编码Sec。
3
4
1
2
A．硒代半胱氨酸必须从外界环境中获取
B．mRNA中的碱基数量与其指导合成的肽链中的氨基酸数量的比值大于3
C．硒蛋白mRNA中可能含有功能不同的两个UGA序列
D．图中mRNA与tRNA分子内部都可能形成氢键
3
4
1
2
密码子 氨基酸
AUG 甲硫氨酸(起始)
UAA 终止
UAG 终止
UGA 终止、硒代半胱氨酸
A　[硒代半胱氨酸是非必需氨基酸，人体细胞可以合成，A错误；mRNA两端存在不翻译的序列，如在正常情况下，终止密码子不编码氨基酸，所以mRNA中的碱基数量与其指导合成的肽链中的氨基酸数量的比值大于3 ，B正确；UGA既可以编码硒代半胱氨酸，又可以作为终止密码子，所以硒蛋白mRNA中可能含有两个UGA序列且功能不同，C正确；从图中可以看出mRNA与tRNA分子内部都可能形成氢键，D正确。故选A。]
3
4
1
2
4．(2022·江苏如皋三模)大多数tRNA为73～93个核苷酸折叠形成如图所示的三叶草形短链结构。相关叙述正确的是(　　)
3
4
1
2
(可能用到的密码子：GUA—缬氨酸、AUG—甲硫氨酸、UAC—酪氨酸、CAU—组氨酸)
A．不同于mRNA，tRNA是含有碱基对的双链结构
B．细胞中tRNA共61种，3′端是其结合氨基酸的部位
C．翻译过程中图示tRNA参与酪氨酸的转运
D．密码子与反密码子之间的碱基配对方式有A—T、C—G、A—U
3
4
1
2
B　[tRNA是三叶草形，不是完全的双链结构，A错误；密码子共有64种，其中有3种是终止密码子，不编码氨基酸，翻译时编码氨基酸的61种密码子与tRNA上的反密码子配对，而每种tRNA只有一个反密码子，所以tRNA有61种，B正确；反密码子是GUA，对应的密码子是CAU，所以携带组氨酸，C错误；密码子与反密码子之间的碱基配对方式有C—G、A—U，D错误。故选B。]
3
4
1
2
提升点2　中心法则、细胞分化及表观遗传
研读教材　夯实必备知识
内化知识　提升素养能力
瞄准高考　强化迁移应用
02
1．中心法则
(1)总表达式
①DNA自我复制；②____；③翻译；④_____________；⑤______。
转录
RNA自我复制
逆转录
(2)分别写出下列相关中心法则表达式
①写出噬菌体等病毒的中心法则：_________________________。
②写出烟草花叶病毒等病毒的中心法则：____________________。
③写出HIV等病毒的中心法则______________________________。
④写出洋葱表皮细胞内的遗传信息传递方式____________________。
⑤写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递方式：
____________________________。
蛋白质的结构
酶的合成
代谢过程
一种
多种
3．细胞分化的本质是基因选择性表达
(1)表达的基因分类
基本生命活动
基因的选择性表达
(2)细胞分化的本质：________________。
(3)基因的选择性表达：与基因表达的____有关。
基因的选择性表达
调控
4．表观遗传及其作用机制
共价键
化学基团
提醒：基因并不决定一切，许多现象不能简单地用基因型决定表型的遗传学理论来解释，而更可能是DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。
1．遗传信息流从DNA到RNA再到蛋白质是单向的。 ( )
提示：有些RNA病毒侵染宿主细胞后，能以自身RNA为模板，反向合成一段DNA。
2．白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。 ( )
提示：白化病是病人体内不能合成酪氨酸酶造成的。
3．某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。 ( )
×
×
√
4．人体肌细胞与幼红细胞中基因、mRNA、蛋白质均不同。 ( )
提示：基因相同，mRNA和蛋白质不完全相同。
5．胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因，故可以产生胰岛素而不能产生抗体。 ( )
提示：人体的每个细胞的基因相同，表达有差异。
6．表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变，因此生物体的性状也不会发生改变。 ( )
提示：表观遗传现象中，虽然基因的碱基序列没有改变，但由于部分碱基被甲基化，基因的表达受到了影响，生物的性状会改变。
×
×
×
7．表观遗传现象是偶然现象，比较少见。 ( )
提示：表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的生命过程中。
×
1．柳穿鱼对称花型和不对称花型体内的Lcyc基因的碱基序列是否相同？为什么对称花型、不对称花型的花形态结构出现差异？(必修2　P66～67“正文信息”)
提示：柳穿鱼对称花型和不对称花型体内的Lcyc基因的碱基序列是相同的，由于不对称花型体内的Lcyc基因被高度甲基化，从而抑制表达。
2．胰岛B细胞的遗传信息传递与表达的途径是__________________ ______________________________________________________________________________________________。(必修2　P65“图2-3-8”)
3．你如何评价基因决定生物体的性状这一观点？(必修2　P65“正文信息”)
提示：要客观全面地评价基因决定论的观点，认识到性状的形成往往是内因(基因)与外因(环境因素等)相互作用的结果。
1．某种致癌的RNA病毒是逆转录病毒，其体内有逆转录酶，该酶是怎么产生的？_____________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：逆转录酶是在宿主细胞内利用宿主细胞的成分合成的
2．线粒体中基因控制的性状只能通过母方遗传给后代的原因是
__________________________________________________________。
提示：受精时，精子的头部进入卵细胞中，故受精卵中的细胞质基因几乎全部来自卵细胞
3．“牝鸡司晨”是我国古代人民早就发现的性反转现象，即原来下过蛋的母鸡后来变成公鸡，长出公鸡的羽毛，发出公鸡的啼声。从遗传物质与性状关系的角度，对这一现象的解释是____________ ___________________________________________________________________________________________________________________。
提示：鸡的性别受遗传物质和环境共同影响，性反转现象是某种环境因素使性腺出现反转的表现
1．“三看法”判断中心法则各过程
2．比较表观遗传与基因控制生物性状的遗传
项目 表观遗传 基因控制生物性状的遗传
控制性状方式 甲基化等影响基因表达 是否含有相应的基因
碱基序列 不变 改变
显隐性 隐性 显性或隐性
传递给下一代 可以 可以
3．基因与性状的联系
1．DNA甲基化是在DNA甲基转移酶的作用下，将甲基选择性地添加到胞嘧啶上形成5甲基-胞嘧啶的过程。研究发现，雌蜂幼虫用不同的食物喂养，基因组的甲基化程度不同(图1)。科学家通过现代生物技术手段，得到Dnmt3(DNA甲基转移酶的一种)基因被敲除的雌蜂幼虫，在同样喂食花粉和花蜜的条件下，该雌蜂幼虫发育成蜂王(图2)。据此研究解释蜜蜂幼虫因食物不同而发育不同的原因。
图1　DNA甲基化与雌蜂幼虫的发育
图2　Dnmt3合成被破坏后雌蜂幼虫的发育
提示：蜜蜂的幼虫以花粉和花蜜为食，Dnmt3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，造成与性别分化有关的基因被甲基化而不能表达，发育成了工蜂；蜜蜂的幼虫以蜂王浆为食，使Dnmt3基因不表达， 与性别分化有关的基因正常表达而发育成蜂王。
2．果蝇幼虫正常的培养温度为25 ℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫放在31 ℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是残翅果蝇。请提出假说解释这一现象。
提示：果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH等条件的影响。
考向1中心法则诠释了基因与生物性状的关系
1．(2022·江苏南京阶段练习)奥密克戎是2019新型冠状病毒(RNA病毒)的变种，奥密克戎入侵人体细胞后，其RNA直接指导合成两条超长复制酶多肽，再剪切成多个多肽链，然后该病毒RNA才能经这些剪切后形成的复制酶的催化开始复制。下列叙述正确的是(　　)
A．奥密克戎增殖过程所需要的酶都是由病毒RNA控制合成的
B．奥密克戎增殖过程中只需要宿主细胞提供核糖体一种细胞器
C．新型冠状病毒的检测方法主要包括核酸检测、抗体检测和抗原检测
D．一个含32P的奥密克戎以31P为原料增殖，产生的子代病毒中含放射性的有2个
3
4
1
2
C　[奥密克戎的RNA进入宿主细胞之后，能指导合成复制酶催化自身RNA的复制过程，此后病毒蛋白质合成过程所需要的酶是由宿主细胞提供，A错误；奥密克戎增殖过程中需要宿主细胞提供核糖体，还需要线粒体提供能量，B错误；新型冠状病毒的组成成分包括蛋白质和RNA，RNA和蛋白质均具有特异性，且宿主产生的抗体能与病毒抗原发生特异性结合，据此设计的检测方法主要包括三种，即核酸检测、抗体检测和抗原检测，C正确；一个含32P的奥密克戎以31P为原料增殖，病毒RNA是单链的，若亲代病毒RNA不作为子代病毒的组分，则子代病毒不具有放射性，D错误。故选C。]
3
4
1
2
2．(2022·江苏南京阶段练习)白化病与镰状细胞贫血是两种常见的人类单基因遗传病，发病机理如图所示。下列有关说法正确的是
(　　)
3
4
1
2
A．①②两个过程分别表示转录、翻译，主要发生在细胞核中
B．②过程中发生碱基互补配对，完成该过程需要64种tRNA的参与
C．图中两基因对生物性状的控制方式相同
D．①②两个过程中碱基互补配对的方式不完全相同
3
4
1
2
D　[①过程是以DNA作为模板指导RNA的合成，表示转录，②过程是以RNA为模板，指导蛋白质的合成，表示翻译，转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中的核糖体上，A错误；②过程为翻译过程，由于3种终止密码子没有对应的tRNA，因此tRNA只有61种，因此，该过程中最多需要61种反密码子的参与，B错误；图中白化病的发病机理是由于控制酪氨酸酶合成的基因发生突变导致该酶缺乏，进而表现为细胞中黑色素无法合成，而镰状细胞贫血的成因是控制血红蛋白合成的基因发生突变进而导致血红蛋白结构异常，使红细胞的形态发生异常，故两基因对生物性状的控制方式不同，C错误；①为转录过程，转录过程中的碱基互补配对有T—A、A—U、G—C、C—G之间的配对，而②翻译过程中碱基互补配对的方式有U—A、A—U、G—C、C—G，这两个过程中的碱基互补配对不完全相同，D正确。故选D。]
3
4
1
2
考向2考查细胞分化和基因的选择性表达
3．(2022·江苏扬州模拟预测)DNA 缠绕在组蛋白周围形成核小体，是染色质的结构单位。组蛋白的乙酰化是由乙酰化酶催化，乙酰化会弱化组蛋白和 DNA 的相互作用，疏松了染色质的结构，细胞内还存在组蛋白去乙酰化酶，使组蛋白去乙酰化，进而调控基因的表达。下列说法错误的是(　　)
A．组蛋白的乙酰化可使生物表型发生可遗传变化
B．组蛋白去乙酰化伴随着对基因转录的抑制
C．组蛋白去乙酰化酶与染色体形态构建有关
D．染色质中的组蛋白乙酰化和去乙酰化是可逆反应
3
4
1
2
D　[组蛋白的乙酰化修饰使得DNA分子片段缠绕力量减弱，进而影响性状，因此这是一种可遗传的变化，A正确；组蛋白去乙酰化能抑制相关基因的转录，进而影响性状，B正确；组蛋白去乙酰化酶使组蛋白去乙酰化，进而调控基因的表达，与染色体形态构建有关，C正确；染色质中的组蛋白乙酰化和去乙酰化所需酶不同，所需的反应条件不同，故不是可逆反应，D错误。故选D。]
3
4
1
2
4．(2022·江苏常州高三期末)研究者探讨了大鼠骨髓间质干细胞分化为肝细胞的过程中转录因子4(Oct4)启动子甲基化的调控机制，检测诱导培养过程中白蛋白(ALB)基因和Oct4基因的mRNA表达水平，以及Oct4基因启动子甲基化水平，结果如图所示，下列叙述错误的是(　　)
3
4
1
2
图1　ALB基因及Oct4基因的mRNA表达
3
4
1
2
图2　Oct4基因不同位点的甲基化频率
A．骨髓间质干细胞分化为肝细胞体现了基因的选择性表达
B．分化形成的肝细胞中白蛋白含量较高
C．Oct4基因表达产物可促进ALB基因的转录
D．未分化的细胞表现出低水平的甲基化修饰
3
4
1
2
C　[细胞分化体现了基因的选择性表达，A正确；由图1可知，大鼠骨髓间质干细胞分化为肝细胞的过程中，ALB基因的mRNA高度表达，所以分化形成的肝细胞中白蛋白含量较高，B正确；根据图1实验结果可以看出Oct4基因表达产物下降，ALB基因的表达量上升，即Oct4基因表达产物与ALB基因的转录负相关，C错误；由题干可知，在分化过程中Oct4基因的甲基化频率升高，故可推测未分化的细胞表现出低水平的甲基化修饰，D正确。故选C。]
3
4
1
2
1．核心概念
(1)转录：RNA主要是在细胞核中以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成的，这一合成过程称为转录。
(2)密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的核苷酸称为一个密码子。
(3)翻译：在细胞中，以mRNA为模板，从一个特定的起始位点开始，按照每三个相邻的核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的过程称为翻译。
(4)表观遗传：指生物体基因的碱基序列保持不变，而表型发生可遗传变化的现象。
2．结论语句
(1)通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到mRNA上，然后mRNA通过核孔进入细胞质。
(2)在合成多肽链的过程中，核糖体按照mRNA所携带的信息，在tRNA、多种氨基酸和多种酶的共同参与下，消耗能量，使氨基酸发生脱水缩合反应形成多肽链。
(3)中心法则：
(4)基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。基因还能通过控制酶的合成控制代谢过程，进而间接控制生物性状。
(5)在不同的体细胞中，虽然基因组序列都一样，但基因的表达却是有选择的。
(6)基因组表观遗传修饰具有DNA甲基化和组蛋白修饰两种重要形式。
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