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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章第1节基因指导蛋白质的合成
第 4 章 基 因 的 表 达
人教版高中生物选择性必修2
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)。
学习目标
基因的表达
情境视频 抗虫棉
这个过程就是基因的表达
蛋白质
肽链
DNA
RNA
辨析三种RNA的结构和功能
遗传信息的转录
辨析三种RNA的结构和功能
信使物质是RNA的实验证据
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
核糖体
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。
任 务 一 RNA 的 功 能
(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
提取物
蛋白质的 合成停止
蛋白质的 合成恢复
RNA
实
验
1
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。
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。
CH 0
HH HH
OH OH
核糖
核糖核苷酸
任 务 一
RNA 的 功 能
(2)实验2为什么选择14C的尿嘧啶作为标记物
腺嘌呤
鸟嘌呤 胞嘧啶
尿嘧啶
A
G
C
U
实 验 2
碱基
OH
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。
任 务 一 RNA 的功能
(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
实 验 2
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。
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。
为什么RNA 适于作为DNA 的信使
(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
任务一
RNA的功能
实 验 1
实 验 2
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)
基本单位：(4种)核糖核苷酸
聚合
辨析三种RNA 的结构和功能
元素组成： C 、H 、O 、N 、P
RNA的结构
RNA (核糖核酸)
脱氧核糖
核糖
比较项目 DNA
RNA
分布 主要是 细胞核
主要是 细胞质
基本单位 脱氧核苷酸
核糖核苷酸
化学 组成 磷酸 一分子磷酸
一分子磷酸
五碳糖 脱氧核糖
核糖
碱基 A、T、G、C
A、 U、G、C
结构 双螺旋结构
一般为 单链
辨析三种RNA的结构和功能
RNA与DNA比较
信使RNA(mRNA) 转运RNA(tRNA
核糖体RNA(rRNA)
山 山 L mRNA 是翻译蛋白质的模 板，只有mRNA携 带有遗传信息。 氨基酸 氢键 运输特定氨基酸
rRNA
核糖体的组成成分
■作为某些病毒的遗传物质
■某些RNA 具有催化作用(酶)
辨析三种RNA 的结构和功能
RNA 的种类和功能
2.为什么RNA 适于作DNA 的 信 使
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。
任务一
RNA 的功能
DNA RNA
一般是单链，所以RNA 都不含有氢键( × )
主要分布在细胞质中( √ )
(1)核糖核酸是组成RNA 的基本单位， 一共有4种(× )
(2)RNA
(3)RNA
目标 一 导学答案
判断正误
NO!
解析
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。
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
跟踪训练
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
①
② ③
2.如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是( )
跟踪训练
解析
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、G4 种，在RNA 中③有A、U、C、G4 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。
跟踪训练
辨析三种RNA的结构和功能
遗传信息的转录
概 念 ：通过RNA 聚合酶以DNA 的一条链为模板合成的RNA 的过程。
场 所 ：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
遗传信息的转录
遗传信息的转录
过程：
关闭
遗传信息的转录
01:28
第 一 步：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；
RNA 聚合酶
( 作用于氢键，使DNA 双螺旋解开)
遗传信息的转录
5’
游离的核糖核苷酸一
第二步： 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
第 三 步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA 分子上
RNA 聚合酶
聚合酶催化形成磷酸二酯键 )
3
(RNA
3'
5’
遗传信息的转录
5’
3’
第四步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
遗传信息的转录
合成
核糖体
蛋白质
第1步 DNA双 第2步游离的核糖核苷酸与DNA模板 第3步新结合的核
第4步合成的mRNA
链解开，碱基暴 链上的碱基互补配对，在RNA 聚合酶 糖核苷酸连接到正
从 DNA链上释放。而
露出来 的作用下开始mRNA 的合成 在合成的mRNA 分
后 ，DNA 双螺旋恢复
01解旋 02配对 子上 03连接
04释放
转录的方向
RNA聚合酶
过程：
遗传信息的转录
游离的核 糖核苷酸
mRNA
DNA
J5'
5'
5'
3'
任务二 转录的过程和转录与DNA 复制的比较
1. 遗传信息的转录
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。
(1)转录的条件
模板： DNA 的一条链的某片段
酶 ：RNA 聚合酶
原料：4种游离的核糖核苷酸
能量：由ATP提供
任务二 转录的过程和转录与DNA 复制的比较
1. 遗传信息的转录
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
b
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
a C G G C U
G C G
T G C G G T C G T/
C
A G
d
(3)RNA 聚合酶的作用
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)
(4)此过程中的碱基配对方式为：
A—U 、T—A 、C—G 、G—C
(5)转录的特点： 边解旋边转录
(6)b 和c的名称分别是： 胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸
任务二转录的过程和转录与DNA复制的比较
5
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。
任务二 转录的过程和转录与DNA 复制
2.真核细胞的转录及与DNA 复制的比较
子链
复 制
分叉
DNA 聚合酶 DNA 模板链
(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
DNA
DNA 解旋酶
DNA复制
4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶— DNA 模板链
子链
回 顾 ：DNA 复制的条件
模板： DNA 的两条链
酶 ：解旋酶、DNA聚合酶
原料： 4种游离的脱氧核苷酸
能量： 由ATP提 供
任务二 转录的过程和转录与DNA 复制的比较
( 2 ) 与DNA 复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同
RNA转录的条件
DNA 的一条链的某片段
RNA 聚合酶
4种游离的核糖核苷酸
由ATP提 供
分子的片段：
非模板链(有意义链)
模板链(反意义链)
基 因B
3'一 5'
基 因 A 基 因 C
模 板 链 非 模 板 链
条链称为有意义链。下图表示了一个DNA
5’-TACGCTCCGTACCC-3’
3’-ATGCGAGGCATGGG-5’
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。
转录不是转录整个DNA, 是转录其
中要表达的基因。
( 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
任务二 转录的过程和转录与DNA 复制的比较
5'— 3′
( 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：
5’-TACGCTCCGTACCC-3’ 非模板链(有意义链)
3’-ATGCGAGGCATGGG-5’ 模板链(反意义链)
①写出该片段转录出的mRNA 中的碱基排列顺序。5'-UACGCUCCGUACCC-3’
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
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。
任务二 转录的过程和转录与DNA 复制的比较
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
核心归纳
DNA 复制和转录的比较
目标二导学答案
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
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
跟踪训练
的是
解析
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。
①
A
U A
②
跟踪训练
甲
A G
U
RNA聚合酶
A
A
G
A
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
β 和β 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
母链α
酶X
酶Y
子链β
子链B
母链α
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( )
跟踪训练
子链
跟踪训练
解析
酶X催化子链的延伸，是DNA聚合酶； 母链α
酶Y将DNA 的双链打开，是解旋酶；而 酶X 酶Y
子链β
RNA 聚合酶是转录所需要的酶，A 错误； 子链 子链β
图示生理过程代表的是DNA 复制过程，
B错误；
子链β 和β 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。
母链α
核酸 基本单位：核糖核苷酸
DNA RN 结构： 一般是单链
转录 种类：3种
主要 模 板 ： 原料： 产物：
场所： DNA 分子4种核糖
细胞核的一条链核苷酸
课堂小结
-本课结束

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