1、第第 10 课时课时 遗传信息的表达遗传信息的表达() 目标导读 1.结合教材内容，理解密码子的概念并能熟练地查阅密码子表。2.分析教材图 3 8， 概述遗传信息翻译的过程和特点。 3.运用数学方法， 分析碱基和氨基酸之间的对应关系。 重难点击 1.密码子的概念。2.遗传信息翻译的过程和特点。 一 碱基和氨基酸的对应关系 阅读教材，讨论翻译的概念以及碱基和氨基酸的对应关系。 1翻译的概念 以 mRNA 链上的核糖核苷酸序列为模板， 从一个特定的起始位点开始， 按每三个核糖核苷酸 代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。 2mRNA 和氨基酸的对应关系 (1)mRNA 只含有 4 种碱基
2、，组成生物体的蛋白质的氨基酸有 20 种，mRNA 上的 4 种碱基怎 样决定蛋白质中的 20 种氨基酸呢？请分析： 若 1 个碱基决定一种氨基酸，则 4 种碱基只能决定 4(41)种氨基酸。 若 2 个碱基决定一种氨基酸，则 4 种碱基只能决定 16(42)种氨基酸。 若 3 个碱基决定一种氨基酸，则 4 种碱基能决定 64(43)种氨基酸。 因此，mRNA 上决定一个氨基酸的碱基至少是 3 个。 (2)密码子(见课本 P39密码子表) 概念：mRNA 上决定一个氨基酸的 3 个相邻的碱基称为一个密码子，密码子共有 64 种。 种类：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸。终止密码子：UAA、UA
3、G、UGA，它们不编 码氨基酸。普通密码子：59 种。 对应关系 a决定 20 种氨基酸的密码子共有 61 种。 b1 种密码子只能决定 1 种氨基酸(终止密码子除外)。如密码子 CGU 只编码精氨酸。 c1 种氨基酸可由 1 种或多种密码子决定。如编码精氨酸的密码子有 CGU、CGC、CGA、 CGG、AGA、AGG。 已知一段 mRNA 的碱基序列是 AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，请写出对应的氨 基酸序列：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。 (3)密码子的特点 连续性： 遗传密码在 mRNA 分子上是连续排列的， 要正确地阅读密码必须从一个正确的起
4、点开始，以后连续不断地一个一个往下读，直到读到终止信号。 简并性：决定氨基酸的密码子有 61 种，而氨基酸只有 20 种。因此，多数氨基酸有几个密 码子与之对应。 专一性：每种密码子只对应一种氨基酸。 通用性： 病毒、 原核生物和真核生物的密码子是通用的， 这是生命统一性的一个有力证据。 但也有例外，如线粒体 DNA 的密码子与这一通用密码子就有一些不同之处。 3tRNA (1)结构：三叶草形结构，一端是携带氨基酸的部位，另一端有 3 个碱基能和 mRNA 上的密 码子互补配对，叫反密码子。 (2)种类：共有 61 种。反密码子与决定 61 种氨基酸的密码子对应。 (3)功能：携带氨基酸进入核
5、糖体。1 种 tRNA 只能携带 1 种氨基酸，1 种氨基酸可由 1 种或 多种 tRNA 携带。 归纳提炼 遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子的区分 活学活用 1下列对 mRNA 的描述，不正确的是( ) AmRNA 可作为合成蛋白质的直接模板 BmRNA 上的每三个相邻的碱基决定一个氨基酸 CmRNA 上有四种核糖核苷酸，编码 20 种氨基酸的密码子有 61 种 DmRNA 只有与核糖体结合后才能发挥作用 问题导析 (1)在细胞核中经转录产生的 mRNA，经加工后由核孔进入细胞质，与核糖体结合 可翻译产生蛋白质。 (2)除终止密码子外，mRNA 上每三个相邻的碱基决定一个氨基酸。 (3
6、)密码子共有 64 种，决定氨基酸的密码子只有 61 种。 (4)蛋白质合成的场所为核糖体。 答案 B 解析 mRNA 是合成蛋白质的直接模板，但只有与核糖体结合后才能发挥作用，mRNA 上的 密码子有 64 种，其中有 3 个终止密码子不决定氨基酸，61 种密码子决定 20 种氨基酸。 二 遗传信息的翻译过程 如图是遗传信息翻译的过程，观察该图，完成下列探究内容。 1翻译概述 (1)条件 运载工具AtRNA 原料C氨基酸 模板DmRNA 能量 酶 (2)场所：B核糖体。 (3)产物：E具有一定氨基酸顺序的肽链。 2翻译的过程 (1)当tRNA运载着一个氨基酸进入核糖体以后， 就以mRNA为模
7、板， 按照碱基互补配对原则， 把转运来的氨基酸放在相应的位置上。 (2)一个氨基酸转运完毕以后，tRNA 离开核糖体，又去转运下一个相应的氨基酸。 (3)被转运来的这些氨基酸通过肽键一个一个连接起来，形成肽链。 (4)肽链合成以后，从核糖体上脱离，再经过一定的折叠盘曲及修饰，最终形成一个具有一定 氨基酸顺序的、有一定功能的蛋白质分子。 3多聚核糖体：翻译可以快速进行的原因 (1)mRNA 与核糖体的数量关系：一个 mRNA 可同时结合多个核糖体。 (2)存在上述关系的意义：少量的 mRNA 分子可以迅速合成出大量的蛋白质。 (3)蛋白质合成的方向：从左向右(据上图)，判断依据是根据多肽链的长短
8、，长的翻译在前。 (4)蛋白质合成的结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等 结构中进一步加工。 (5)讨论：图示中合成了几条肽链？是否相同？ 答案 图示中 4 个核糖体合成的 4 条多肽链因为模板 mRNA 相同， 所以合成了 4 条相同的肽 链，而不是 4 个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出 4 条不同的肽链。 4遗传信息的传递过程归纳 由遗传信息的转录和翻译过程可以看出，DNA 分子上脱氧核糖核苷酸的排列顺序决定了 mRNA 中核糖核苷酸的排列顺序， mRNA 中的核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列 顺序，氨基酸的排列顺序决定了蛋白质结构和功能的
9、特异性，从而使生物体表现出各种各样 的遗传性状。当然，从 DNA 到生物的性状这一过程，还要受到环境等其他因素的影响。 小贴士 原核生物由于没有核被膜，核糖体可以靠近核 DNA 分子，因此原核生物具有边转 录边翻译的特点，如图： 归纳提炼 转录与翻译的不同点比较 比较项目 转录 翻译 场所 细胞核 细胞质 原料 核糖核苷酸 氨基酸 碱基配 对原则 DNA mRNA AU TA CG GC mRNA tRNA AU UA CG GC 信息传递 DNAmRNA mRNA多肽链 产物 mRNA 有一定氨基酸排列顺序的多肽链 活学活用 2判断下列关于翻译过程的描述的正误。 (1)终止密码子没有和其对应
10、的 tRNA，不能编码氨基酸( ) (2)真核生物翻译的场所主要在细胞核中( ) (3)三种 RNA 都与翻译过程有关( ) (4)翻译的过程有水生成( ) (5)翻译需要的 20 种氨基酸都可以在人体内合成( ) 问题导析 (1)终止密码子没有对应的反密码子，没有对应的 tRNA，不编码氨基酸。 (2)生物的翻译场所都是核糖体，细胞核是真核生物转录的场所。 (3)在翻译过程中 mRNA 作为模板，tRNA 携带氨基酸，作为场所的核糖体由 rRNA 和蛋白质 组成。 (4)翻译过程中氨基酸脱水缩合产生水。 (5)组成生物体的 20 种氨基酸中，有 12 种人体能够合成的称为非必需氨基酸，有 8
11、 种(婴儿 9 种)为人体必须从食物中获取的，人体不能合成的称为必需氨基酸。 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 解析 (2)翻译的场所是核糖体。(5)人体内能合成的氨基酸只有非必需氨基酸。 三 基因表达中相关数量的计算 氨基酸是构成蛋白质的基本单位，有关氨基酸脱水缩合的计算在前面已讲过。蛋白质的合成 受基因控制，那么基因、mRNA 以及蛋白质中氨基酸之间有什么关系呢？结合下图分析： 1转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。基因为双链结构 而 RNA 为单链结构，因此转录形成的 mRNA 分子中碱基数目是基因中碱基数目的 1/2。 2mRNA 中碱基数与氨基
12、酸的关系：翻译过程中，mRNA 中每 3 个相邻碱基决定一个氨基 酸， 每个氨基酸需要一个 tRNA 转运， 所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是 mRNA 碱基数目的 1/3。 3综上可知：基因中碱基数目mRNA 碱基数目tRNA 数目蛋白质中氨基酸数目 6311。图解如下： 小贴士 计算中“最多”和“最少”的分析 (1)翻译时，mRNA 上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA 上的碱基数目比蛋 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)在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。如：mRN
13、A 上有 n 个碱基，转录产生它的基 因中至少有 2n 个碱基，该 mRNA 指导合成的蛋白质最多有 n/3 个氨基酸。 归纳提炼 基因表达过程中相关数量的计算 比较 数目(个) DNA 中的碱基数(脱氧核糖核苷酸数) 6n mRNA 中的碱基数(核糖核苷酸数) 3n 蛋白质中的氨基酸数 n 参与转运氨基酸的 tRNA 数 n 蛋白质中的肽链数 m 蛋白质中的肽键数(脱水数) nm 活学活用 3一种动物体内的某种酶是由 2 条多肽链构成的，含有 150 个肽键，则控制这个酶合成的基 因中核苷酸的分子数至少是( ) A912 个 B456 个 C450 个 D906 个 问题导析 (1)该酶由
14、2 条肽链，150 个肽键组成，所以组成该酶的氨基酸数为 152 个。 (2)DNA 中碱基数目RNA 中碱基数目氨基酸数631，因此基因中核苷酸数最少为 912 个。 答案 A 解析 首先根据缩合的概念及肽链条数计算出该酶具有的氨基酸数为 1502152(个)， 再根 据其中的关系求出控制这个酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是 1526912(个)。 1 如图中的 a、 b、 c、 d 分别代表人体内的四种大分子化合物， 下列有关说法不正确的是( ) A分子 c 的种类约 61 种，只含三个碱基，分子量比 b 小得多 Bb、c、d 的合成离不开化合物 a，这四种大分子化合物的主要合成场所相同
15、 Cb、c、d 三种化合物能同时存在于同一个细胞器中 Da、b 彻底水解后可得到四种不同的化合物，四种相同的化合物 答案 A 解析 a、b、c、d 分别代表 DNA、mRNA、tRNA、rRNA。c 为 tRNA，有 3 个与密码子结 合的游离碱基，并不是只含 3 个碱基；密码子有 64 种，其中 3 个终止密码子不对应 tRNA， 故分子 c 的种类约 61 种。b、c、d 的合成叫转录，a 的合成是 DNA 的复制，它们主要在细胞 核中进行。线粒体和叶绿体能翻译形成部分蛋白质，故其内含有这三种 RNA。a、b 彻底水 解后可得到四种不同的化合物核糖、脱氧核糖、T、U，四种相同的化合物是 A
16、、C、G、 磷酸。 2由表可推知决定丝氨酸密码子的是( ) DNA G C G 信使 RNA 转运 RNA U 氨基酸 丝氨酸 A.TCG BUCG CUGC DAGC 答案 D 解析 转运 RNA 上具有反密码子， 与信使 RNA 上的密码子可以碱基互补配对， 由转运 RNA 的第一个碱基可知，丝氨酸的密码子第一个碱基应是 A，所以选 D。 3已知某转运 RNA 的反密码子的 3 个碱基顺序是 GAU，它运载的是亮氨酸(亮氨酸的密码 子是 UUA、UUG、CUU、CUA、CUC、CUG)，那么决定此亮氨酸的密码子是由 DNA 模板 链上的哪个碱基序列转录而来的( ) AGAU BCAT CC
17、UA DGAT 答案 D 解析 tRNA 上的反密码子与 mRNA 上的碱基互补， 而决定氨基酸的密码子是 mRNA 上的碱 基序列，故此亮氨酸的密码子是 CUA，由 DNA 模板链上的 GAT 转录而来。 4如图为某基因表达的过程，据图回答下列问题： (1)能够将遗传信息从细胞核传递至细胞质的是_(填标号)，其基本组成单位是 _。进行 a 过程所需的酶有_。 (2)图中所运载的氨基酸是_。 (密码子： AUG甲硫氨酸、 GCU丙氨酸、 AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸) (3)图中信使RNA对应的DNA片段连续复制两次还需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为 _个。 答案 (1) 核糖核苷酸解 RNA 聚合酶 (2)苯丙氨酸 (3)21 解析 通过转录将 DNA 中遗传信息由细胞核传递至细胞质，通过翻译以氨基酸为原料合成 蛋白质，转录需 DNA 先解旋，然后核糖核苷酸聚合，需要 RNA 聚合酶；信使 RNA 中共有 A 和 U 7 个，故其对应的 DNA 有胸腺嘧啶脱氧核苷酸 7 个，复制两次形成 4 个 DNA，共需 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 28 个，故还需 21 个。
