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第一课时 RNA的结构和功能及遗传信息的转录
第4章　基因的表达
人教版高中生物 选择性必修2
第4章　第1节　基因指导蛋白质的合成
学习目标
1.辨析三种RNA的结构和功能（重点）。
2.构建转录过程的模型，分析转录的场所、原料、模板及特点（难点）。
情境视频
抗虫棉
辨析三种RNA的结构和功能
一
遗传信息的转录
二
目录
核糖体
蛋白质
？
DNA和核糖体两者在空间上是隔开的，
那么DNA的遗传信息怎么传递到细胞质？
合成
一
辨析三种RNA的结构和功能
一
信使物质是RNA的实验证据
科学家用洋葱根尖和变形虫进行了实验。发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质的合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。
实验1
RNA的功能
任务一
（1）根据实验1可以得出什么结论？
蛋白质的合成依赖于RNA。
RNA酶
蛋白质的合成停止
RNA
提取物
蛋白质的合成恢复
科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解、离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体的DNA形成双链杂交分子。
实验2
（2）实验2为什么选择14C的尿嘧啶作为标记物？
尿嘧啶是RNA特有的碱基，实验中选择14C-U作为标记物可以标记新合成的RNA。
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
C
胞嘧啶
U
尿嘧啶
RNA的功能
任务一
科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解、离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交，发现RNA只能与噬菌体的DNA形成双链杂交分子。
实验2
RNA的功能
任务一
（3）实验2中分离出的含14C标记的RNA，能与噬菌体的DNA分子形成杂交分子，
不能与细菌的DNA结合，说明什么问题？
新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的。
~~~~~~~~~ RNA
噬菌体的DNA
杂交分子
（4）综合实验1和实验2，尝试写出DNA控制蛋白质合成的过程？
RNA
蛋白质
DNA
为什么RNA适于作为DNA的信使？
RNA的功能
任务一
元素组成：
基本单位：（4种）核糖核苷酸
C、H、O、N、P
RNA（核糖核酸）
聚合
腺嘌呤核糖核苷酸（A）
鸟嘌呤核糖核苷酸（G）
胞嘧啶核糖核苷酸（C）
尿嘧啶核糖核苷酸（U）
O
O
O
O
脱氧核糖
核糖
一
辨析三种RNA的结构和功能
一
RNA的结构
1
2
3
比较项目 DNA RNA
分布 主要是________ 主要是__________
基本单位
化学组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸
五碳糖
碱基 A、_____、G、C A、_____、G、C
结构 一般为_______
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
双螺旋结构
单链
细胞核
细胞质
T
U
一
辨析三种RNA的结构和功能
一
RNA与DNA比较
作为某些病毒的遗传物质
某些RNA具有催化作用（酶）
信使RNA(mRNA)
转运RNA(tRNA)
核糖体RNA(rRNA)
是翻译蛋白质的模板，只有mRNA携带有遗传信息。
运输特定氨基酸
核糖体的组成成分
氨基酸
氢键
一
辨析三种RNA的结构和功能
一
RNA的种类和功能
RNA的功能
任务一
①它的分子结构与DNA很相似，是由基本单位——核糖核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。
②RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。
③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
2. 为什么RNA适于作DNA的信使？
DNA
RNA
(1)核糖核酸是组成RNA的基本单位，一共有4种(　　)
(2)RNA一般是单链，所以RNA都不含有氢键(　　)
(3)RNA主要分布在细胞质中(　　)
×
×
√
判断正误
跟踪训练
1．下列关于RNA的结构和功能的叙述，错误的是(　　)
A．所有RNA中都不含氢键
B．RNA含有的五碳糖是核糖
C．RNA能在细胞内传递遗传信息，也能携带氨基酸
D．某些RNA能在细胞内催化化学反应
√
tRNA中含有氢键，A错误；
mRNA能在细胞核与细胞质之间传递遗传信息，tRNA能将氨基酸运输到核糖体上，C正确；
少数酶的化学本质为RNA，具有催化功能，D正确。
跟踪训练
2.如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是(　　)
A．DNA与RNA在核苷酸上只有②不同
B．如果要构成ATP，在①位置上加上两个磷酸基团即可
C．③在人的遗传物质中只有4种
D．DNA分子中每个②均只与一个①相连
√
跟踪训练
分析题图可知，①是磷酸基团，②是五碳糖，③是含氮碱基。DNA与RNA在核苷酸上的不同主要有两点，一是在DNA中②为脱氧核糖，在RNA中②为核糖；二是在DNA中③有A、T、C、G 4种，在RNA中③有A、U、C、G 4种，A错误；
如果要构成ATP，要在①位置上加上两个磷酸
基团，②应为核糖，③应为腺嘌呤，B错误；
人的遗传物质是DNA，在DNA中③只有4种(A、G、C、T)，C正确；
DNA分子的一条脱氧核苷酸链中多数②与两个①相连，D错误。
辨析三种RNA的结构和功能
一
遗传信息的转录
二
目录
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的RNA的过程。
遗传信息的转录
二
1
概念：
2
场所：
3
过程：
遗传信息的转录
二
解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
第一步：
RNA聚合酶
A
A
A
C
G
C
A
G
G
T
T
T
G
C
G
T
C
C
（作用于氢键，使DNA双螺旋解开）
遗传信息的转录
二
RNA聚合酶
游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶作用下,游离的核糖核苷酸与DNA模板链上碱基互补配对
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上
U
A
A
A
U
U
C
G
C
A
G
C
G
U
G
C
G
C
T
T
T
G
C
G
T
C
C
3’
5’
5’
3’
5’
3’
（RNA聚合酶催化形成磷酸二酯键）
遗传信息的转录
二
第二步：
第三步：
合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
核糖体
蛋白质
合成
遗传信息的转录
二
第四步：
01 解旋
02 配对
03 连接
04释放
3
过程：
遗传信息的转录
二
如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题。
原料： 4种游离的核糖核苷酸
模板： DNA的一条链的某片段
能量： 由ATP提供
酶： RNA聚合酶
（1）转录的条件
1．遗传信息的转录
转录的过程和转录与DNA复制的比较
任务二
如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题。
（2）方向
1．遗传信息的转录
转录的过程和转录与DNA复制的比较
任务二
①图中遗传信息的转录方向
②RNA链延伸的方向是_____________________。
由5’端到3’端
5’
3’
转录的过程和转录与DNA复制的比较
任务二
5’
3’
（3）RNA聚合酶的作用
（4）此过程中的碱基配对方式为：
①作用于氢键，使DNA双螺旋解开。
②催化核糖核苷酸连接到RNA链上
（形成磷酸二酯键）
A—U、T—A、C—G、G—C
（5）转录的特点：__________________
（6）b和c的名称分别是：______________________________________
边解旋边转录
胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸
转录的过程和转录与DNA复制的比较
任务二
2．真核细胞的转录及与DNA复制的比较
（1）转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
转录与DNA复制都需要模板、原料、能量、酶，都遵循碱基互补配对原则，这保证了遗传信息的准确转录。
RNA转录
DNA复制
转录的过程和转录与DNA复制的比较
任务二
（2）与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
原料： 4种游离的脱氧核苷酸
模板： DNA的两条链
能量： 由ATP提供
酶： 解旋酶、DNA聚合酶
DNA复制的条件
回顾：
RNA转录的条件
4种游离的核糖核苷酸
DNA的一条链的某片段
由ATP提供
RNA聚合酶
转录的过程和转录与DNA复制的比较
任务二
（3）转录时，DNA的一条链作为转录的模板链，可成为反意义链，与其互补的另一条链称为有意义链。下图表示了一个DNA分子的片段：
非模板链（有意义链）
模板链（反意义链）
5’-TACGCTCCGTACCC-3’
3’-ATGCGAGGCATGGG-5’
转录不是转录整个DNA，是转录其中要表达的基因。
转录以基因为单位，一个基因只以一条链为模板，不同基因模板链不同。
转录的过程和转录与DNA复制的比较
任务二
（3）转录时，DNA的一条链作为转录的模板链，可成为反意义链，与其互补的另一条链称为有意义链。下图表示了一个DNA分子的片段：
非模板链（有意义链）
模板链（反意义链）
5’-TACGCTCCGTACCC-3’
3’-ATGCGAGGCATGGG-5’
①写出该片段转录出的mRNA中的碱基排列顺序。
②转录出的mRNA碱基序列与DNA模板链的碱基序列有哪些异同？
5’-UACGCUCCGUACCC-3’
转录出的mRNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。
③转录出的mRNA碱基序列与DNA非模板链的碱基序列有哪些异同？
两者的序列基本相同，区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的是碱基T。
核心归纳
DNA复制和转录的比较
项目 DNA复制 转录
时间 细胞分裂前的间期 生长发育过程
场所 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒 解旋 完全解旋 只解有遗传效应的片段(基因)
模板 DNA的两条链均为模板 DNA的一条链上某片段
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸
酶 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶等
配对方式 A—T、T—A、C—G、G—C A—U、C—G、T—A、G—C
特点 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录
方向 新链从5′－端→3′－端延伸 产物 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA
意义 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上，为翻译做准备
跟踪训练
3.如图为真核细胞内的转录过程示意图，①②表示两条多聚核苷酸链，下列叙述正确的是
A.①为DNA上的模板链，②链的左侧为3′－端
B.RNA聚合酶不可以催化①②之间氢键的断裂
C.图中甲、乙两处圆圈内均代表腺嘌呤核糖核苷酸
D.RNA聚合酶与DNA上启动部位结合后开始转录
√
跟踪训练
①为DNA上的模板链，RNA聚合酶只能在3′－端进行链的延伸，故②链的右侧为3′－端，左侧为5′－端，A错误；
②中含有U，表示多聚核糖核苷酸链，B错误；
图中甲处圆圈内为腺嘌呤脱氧核苷酸，乙处为腺嘌呤核糖核苷酸，C错误。
跟踪训练
√
4.植物根尖细胞发生的某生理过程如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．酶X是RNA聚合酶，酶Y是解旋酶
B．图示代表的是转录过程
C．β1和β2两条链上的A＋T所占的比例相等
D．该过程只能发生在根尖细胞的细胞核中
跟踪训练
酶X催化子链的延伸，是DNA聚合酶；
酶Y将DNA的双链打开，是解旋酶；而
RNA聚合酶是转录所需要的酶，A错误；
图示生理过程代表的是DNA复制过程，
B错误；
子链β1和β2可以互补配对，即A与T配对，故两条链上的A＋T所占的比例相等，C正确；
该过程能发生在根尖细胞的细胞核和线粒体中，D错误。

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