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第1节 基因指导蛋白质的合成
第4章 基因的表达
电影中，科学家是怎么使已灭绝的恐龙复活的？
科学家利用凝结在琥珀中的史前蚊子体内的恐龙血液提取出恐龙的遗传基因，加以修补和培育繁殖，竟然将已绝迹约6500万年的史前庞然大物复生。
问题一：在现实生活中，我们能不能像电影《侏罗纪公园》中描述的那样，利用恐龙的DNA，使恐龙复活呢？
问题二：如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，你认为需要解决的主要问题是什么？
针对特定的生物学现象，进行观察、提问，体现了科学探究的核心素养。
肤色
眼皮单、双
血型
基因
有遗传效应的DNA片段
控制生物性状
在染色体上呈线性排列
蛋白质是生命活动的
主要 者和 者
性状的形成离不开 (特别是酶)的作用， 控制生物体的性状
基因通过控制蛋白质的 来控制性状
体现
承担
蛋白质
基因
结构
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
思考：基因怎样指导蛋白质的合成呢？
1.说出RNA的种类和作用，掌握DNA和RNA分子的异同。
（生命观念、科学思维）
2.描述遗传信息的转录和翻译过程。（科学思维）
3.理解遗传信息、密码子、反密码子的区别。（生命观念、科学思维）
4.理解中心法则的内容及应用。（科学思维）
3.1.4概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现。
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
DNA
蛋白质合成
（细胞核）
（细胞质）
核孔
RNA
？
？
实验证据
小资料：
1955年有人曾用洋葱根尖和变形虫进行实验，如果加入RNA酶分解细胞中的 RNA，蛋白质合成就停止，而如果再加入从酵母菌中提取出来的RNA，则又可以重新合成一定数量的蛋白质。同年，拉斯特（Laster Gold）等人将变形虫用同位素标记的尿嘧啶核苷酸培养液来培养，发现标记的RNA分子首先在细胞核中出现。
RNA是DNA和蛋白质之间的中间物质，充当信使。
思考：你认为RNA在蛋白质合成中起到了什么作用？
信使RNA：
遗传信息传递的媒介。
核糖体RNA：
与蛋白质构成核糖体。
转运RNA：
转运氨基酸的工具。
思考：为什么RNA适于做DNA
（基因）的信使？
规则的双螺旋结构
通常呈单链结构
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
脱氧核糖
核糖
磷酸
磷酸
阅读教材完成下面的表格
RNA适合做DNA的信使的原因：
1.RNA是由基本单位——核糖核苷酸连接而成的，与DNA一样能储存遗传信息；
2.RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中；
3.RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”。
基于生物学事实和证据运用归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
一、遗传信息的转录
思考：
（1）DNA以几条链为模板进行转录？
（2）DNA转录出mRNA 经过几个步骤？DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？
（1）场所：　　　　　　　　
（2）模板：
（3）原料：
（4）条件：
（5）碱基配对:
（6）特点：
（7）结果：
主要在细胞核
DNA的一条链
四种核糖核苷酸(A、G、C、U）
RNA聚合酶和能量、模板、原料
形成RNA
遗传信息的转录总结
边解旋边转录
A=U T=A G=C C=G
基于生物学事实和证据，运用归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
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？
2、转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有哪些异同？与该DNA的另一条链的碱基序列有哪些异同？
思考与讨论：
针对特定的生物学现象，进行观察、提问，体现了科学探究的核心素养。
【例1】如图甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，图丙为其中部分片段的放大示意图。以下分析正确的是(　　)
C
A.图中酶1和酶2是同一种酶
B.图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生
C.图丙中b链可能是构成核糖体的成分
D.图丙是图甲的部分片段放大
【解析】选C。由题图可知，图甲为DNA的复制过程，酶1为DNA聚合酶，图乙为转录过程，酶2为RNA聚合酶，图丙为转录过程，是图乙的部分片段放大，其中b链可能是rRNA。转录过程在高度分化的细胞中也可能发生。
mRNA通过核孔进入细胞质中，开始它新的历程——翻译。
思考：转录得到的RNA仍是碱基序列，而不是蛋白质。那么，RNA上的碱基序列如何决定蛋白质中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA如何将信息翻译成蛋白质呢？
针对特定的生物学现象，进行观察、提问。体现了科学探究的核心素养。
二、遗传信息的翻译
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的过程。
思考：
组成蛋白质的氨基酸：
信使RNA的碱基：
21种
4种
4种碱基如何决定蛋白质的21种氨基酸呢？
如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，即
如果3个碱基决定1个氨基酸就能决定___种，即
如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，
即
4
16
64
实验验证：1961年英国的克里克和同事用实验证明一个氨基酸是由mRNA的3个碱基决定的。
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。
密码子:
U
C
A
U
G
A
U
U
A
mRNA
密码子
密码子
密码子
第1个碱基 第2个碱基 第3个碱基 密码子
苯丙氨酸 U U U UUU
精氨酸 A G G AGG
一种密码子决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由 不同的密码子决定。
终止密码子： 、 、____
种类 起始密码子： （甲硫氨酸）、
（ 种） _____（缬氨酸、甲硫氨酸）
编码氨基酸的密码子______种
所有生物的密码子是 的。
一种或几种
64
UAA
GUG
AUG
UGA（硒代半胱氨酸）
UAG
61
相同
1、已知一段mRNA的碱基序列AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，你能写出对应的氨基酸序列吗？
甲硫氨酸
— 谷氨酸
— 丙氨酸
— 半胱氨酸
—脯氨酸
— 丝氨酸
— 赖氨酸
— 脯氨酸
2、地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？
地球上所有生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有相同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。
针对特定的生物学现象，进行观察、提问。体现了科学探究的核心素养。
思考与讨论
3、从密码子表中可以看到，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
如果密码子中的一个碱基发生变化，可能影响组成蛋白质的氨基酸的种类，也有可能组成蛋白质的氨基酸的种类不发生变化。这就保证了生物遗传的相对稳定性，又能使生物出现变异，从而促进生物的发展和进化。
U
A
U
密码子
mRNA
U
G
C
A
U
A
C
C
G
A
U
转运RNA（tRNA）
思考： mRNA如何将信息翻译成蛋白质？
U
A
U
携带什么氨基酸？
异亮氨酸
A U A
mRNA
A
A
U
亮氨酸
A
C
U
天冬氨酸
A
U
G
异亮氨酸
一种tRNA只能携带一种氨基酸吗
一种氨基酸只能由一种tRNA携带吗
针对特定的生物学现象，进行观察、提问。体现了科学探究的核心素养。
翻 译
A—C—U—G—G—A—U—C —U
苏氨酸——甘氨酸——丝氨酸
mRNA
转录
翻译
蛋白质
DNA
A—C—T—G—G—A—T—C —T
T—G—A—C—C—T—A—G—A
肽键 肽键
基因中的碱基数（双链）︰mRNA中的碱基数︰合成蛋白质的氨基酸个数=_ ______
6︰ 3︰ 1
基因中碱基数目、mRNA与蛋白质中氨基酸数目的关系
基于生物学事实和证据运用归纳与概括、模型与建模等方法。体现了科学思维的核心素养。
DNA复制、遗传信息转录和翻译的比较
比较项目 复制 转录 翻译
场 所
模 板
酶
能 量 原 料
产 物
碱基配对
细胞核
细胞质
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
解旋酶，DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
多种酶
ATP
子代DNA
mRNA
多肽链
A-T T-A
G-C C-G
A-U T-A
G-C C-G
A-U U-A
G-C C-G
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
氨基酸
【例2】人的多种生理过程都表现出一定的昼夜规律。研究表明，下丘脑的SCN细胞中，PER基因的表达产物的浓度呈周期性变化，如图为相关过程(图3中的“天”代表天冬氨酸)。据此判断，下列说法错误的是(　　)
A.人的垂体细胞也含有PER基因，图2过程的原料为核糖核苷酸
B.PER基因的转录和翻译过程的场所不同
C.图3中核糖体沿着mRNA从右往左移动
D.由图3可知，决定天冬氨酸的密码子为GAC
C
【解析】选C。同一生物体内的各种体细胞所含的遗传物质相同，所以人的垂体细胞也含有PER基因；图2表示转录过程，所需原料为核糖核苷酸，A正确。由图1可知，PER基因的转录过程发生在细胞核中，翻译过程发生在细胞质中，B正确。由图3可知，核糖体沿着mRNA从左向右移动，C错误。由图3可知，携带天冬氨酸的tRNA上的反密码子是CUG，所以决定天冬氨酸的密码子是GAC，D正确。
三、中心法则
遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制。
也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
少数生物的遗传信息可以从RNA流向RNA，以及从RNA流向DNA。
DNA、RNA是遗传信息的载体，蛋白质是遗传信息的表达产物，而ATP为遗传信息的流动提供能量。生命是物质、能量和信息的统一体。
RNA
DNA
蛋白质
转录
翻译
复制
逆转录
复制
【例3】如图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程。下列有关叙述错误的是(　　)
A.①②③④⑤⑥过程均遵循碱基互补配对原则
B.艾滋病病毒侵染宿主细胞后会进行④①②③过程
C.在硝化细菌体内,②和③过程可同时进行
D.在菠菜叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均可进行①②③过程
D
【解析】选D。图中所有过程都遵循碱基互补配对原则，但碱基配对的方式不同，A正确。艾滋病病毒，是逆转录病毒，侵染宿主细胞后会进行④逆转录、①DNA复制、②转录和③翻译过程，B正确。硝化细菌没有成形的细胞核，是原核生物，在其体内②转录过程和③翻译过程可同时进行，C正确。线粒体和叶绿体中都含有DNA和核糖体，都能进行①②③过程，但菠菜叶肉细胞的细胞核中不能进行③翻译过程；由于叶肉细胞是高度分化的细胞，细胞核内也不能进行①复制过程，D错误。
RNA
蛋白质
转录
原料
模板
酶
场所
反密码子
原料
模板
场所
工具
氨基酸
核糖体
RNA聚合酶
核糖核苷酸
主要在细胞核
一条链
组成
决定
rRNA
mRNA
tRNA
种类
密码子
三个碱基
翻译
DNA
1.下图是某生理活动过程示意图，a、b代表不同的物质，下列叙述正确的是（ ）
A. 该过程是DNA复制，其中b为DNA聚合酶
B. 真核细胞中，该过程只发生在细胞核中
C. a上3个相邻的碱基决定1个氨基酸
D. 同一个a控制合成的蛋白质种类完全不同
C
【解析】选C。该过程是转录，其中b为RNA聚合酶，A错误；真核细胞中，该过程发生在细胞核和细胞质（线粒体和叶绿体）中，B错误；a（mRNA）上3个相邻的碱基（密码子）决定1个氨基酸，C正确；同一个a（mRNA）控制合成的蛋白质种类完全相同（其模板相同），D错误。
2.（2025·衡水高一期中）如图为遗传学中的中心法则图解，图中①②③表示的过程依次是（　　）
A. 复制、转录、翻译
B. 转录、复制、翻译
C. 转录、翻译、复制
D. 翻译、复制、转录
A
【解析】选A。中心法则图解中，①表示DNA分子复制过程，②表示转录过程，③表示翻译过程。
3.关于基因表达的叙述，正确的是 (　　)
A.所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码
B.DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录,移动到终止密码子时停止转录
C.翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性
D.多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息
C
【解析】选C。某些RNA病毒的遗传物质是RNA，且具有翻译功能，A错误；终止密码子位于mRNA上，DNA上使转录终止的序列是终止子，B错误；翻译过程mRNA和tRNA两种核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性，C正确；多肽链的合成过程中，是由核糖体来读取mRNA的密码子，而不是tRNA，D错误。
4.一段mRNA上有30个碱基，其中A＋G有12个，则转录成这段mRNA的一段DNA分子中应有C+T( )个。
A.12 B.18 C.24 D.30
D
【解析】选D。根据一段双链DNA中A=T，C=G，也就是说C+T=A+G，各占一半，mRNA上有30个碱基，双链DNA有60个碱基，则C+T有30。
5.（2025·山东高考）关于豌豆细胞中淀粉酶基因遗传信息传递的复制、转录和翻译三个过程，下列说法错误的是（ ）
A. 三个过程均存在碱基互补配对现象
B. 三个过程中只有复制和转录发生在细胞核内
C. 根据三个过程的产物序列均可确定其模板序列
D. RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同
C
DNA复制、转录和翻译过程中均遵循碱基互补配对原则，因此都存在碱基互补配对现象，A正确；翻译发生在细胞质基质中的核糖体上，豌豆细胞中淀粉酶基因复制和转录的场所都是细胞核，B正确；DNA复制和转录可以通过产物序列确定其模板序列，但翻译的产物是蛋白质，蛋白质的基本单位是氨基酸，由于密码子的简并，知道氨基酸序列不一定能准确知道mRNA上的碱基序列，C错误；转录时需要RNA聚合酶的参与，RNA聚合酶从模板链的3＇→5＇，翻译时，核糖体从mRNA的5＇→3＇，移动方向不同，D正确。
6.如图表示细胞内遗传信息的表达过程，根据所学的生物学知识回答问题。
(1)图2中方框内所示结构是　　　　的一部分，它主要在　　　　　　中合成，其基本组成单位是　　　　　　　　，可以用图2方框中数字 表示。 　　　　　　　　　　　
图1
图2
RNA
细胞核
核糖核苷酸　
1、2、7
(2)图1中以④为模板合成⑤物质的过程
称为　　　，该过程进行的主要场所是[　]　　　，所需要的原料是　　　　。
(3)若该多肽合成到图1所示UCU决定的氨基酸后就终止合成，则导致合成结束的终止密码子是　　　　　　。
(4)若图1的①所示的分子中有1000个碱基对，则由它所控制形成的mRNA中含有的密码子个数和合成的蛋白质中氨基酸种类最多不超过　　　。
A.166和55 B.166和21 C.333和111 D.333和21
翻译
⑥
核糖体　
　氨基酸
UAA　
D
【解析】图1所示为遗传信息的表达过程,包括转录和翻译两个步骤,其中的①②③④⑤⑥分别是DNA、tRNA、氨基酸、mRNA、多肽链、核糖体。在mRNA的UCU碱基后的密码子是UAA。根据碱基的构成判断,图2中方框内是RNA的一部分,其基本组成单位是核糖核苷酸,它由一分子磷酸、一分子核糖和一分子含氮碱基构成,即图2方框中的1、2、7。在不考虑终止密码子的情况下,DNA中碱基对的数目和mRNA 中密码子的个数及相应蛋白质中氨基酸的个数的比值是3∶1∶1,经翻译合成的蛋白质中氨基酸最多不超过21种。
宝剑锋从磨砺出，
梅花香自苦寒来。

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