高中生物專題講義《遺傳信息的傳遞和表達》

遺傳信息的傳遞和表達學員編號：年級：高二課時數(shù)：1學員姓名：輔導科目：生物學科教師：課程主題：遺傳信息的傳遞和表達授課時間：學習目標對遺傳物質的認識；DNA的復制，轉錄，翻譯以及中心法則及其發(fā)展。教學內容內容回顧內容回顧生長素調節(jié)作用的兩重性：低濃度促進生長，高濃度抑制生長、受害或死亡，如除草劑的使用。知識精講知識精講知識點一：遺傳物質【知識梳理】一、遺傳信息1、DNA是遺傳物質（1）遺傳物質的條件：①分子結構具有相對穩(wěn)定性；②能夠精確地自我復制使前后代保持一定的連續(xù)性；③能夠指導蛋白質的合成，從而控制新陳代謝的過程和性狀；④能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。2、實驗證明：（1）噬菌體侵染細菌的實驗證明：侵染過程：吸附→注入→復制（合成）→組裝→釋放；實驗過程：實驗方法——同位素標記法；①用35S標記噬菌體蛋白質進行侵染細菌實驗，發(fā)現(xiàn)細菌內無放射性；②用32P標記噬菌體的DNA進行侵染細菌實驗，發(fā)現(xiàn)細菌內有放射性，子代噬菌體也有放射性。實驗結論：DNA是遺傳物質，DNA能自我復制，DNA能指導蛋白質的合成；但不能證明DNA是主要遺傳物質、蛋白質不是遺傳物質。（注意：子代噬菌體蛋白質外殼、DNA元素來源）（2）肺炎雙球菌轉化試驗：肺炎雙球菌類型：S型菌有莢膜菌，具致病性；R型菌無莢膜菌，無致病性；實驗過程：a.活S型菌→小鼠死亡；b.活R型菌→小鼠不死；c.死S型菌→小鼠不死；d.死S型菌+活R型菌→小鼠死亡；f.從死S型菌中提取蛋白質、RNA、多糖、脂質、DNA等物質+活R型菌，只有加入DNA的可以使活的R型菌轉變成活的S型菌。（實驗更具科學性時應再加一組：DNA+DNA水解酶+活的R型菌）實驗結論：DNA是遺傳物質，蛋白質、RNA、多糖、脂質等物質不是遺傳物質。DNA分子的雙螺旋結構（1）DNA的化學組成：①基本單體：1脫氧核苷酸=1脫氧核糖+1磷酸+1含氮堿基，含氮堿基有腺嘌呤A、鳥嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T四種；②平面結構：是由四種脫氧核苷酸分子聚合而成的脫氧核苷酸長鏈。（2）DNA的立體結構：①外側：磷酸與脫氧核糖交互排列的順序穩(wěn)定不變。②內側：堿基互補配對方式不變，A與T配對，G與C配對，并以氫鍵相連接。③兩條長鏈通過堿基互補配對方式相互連接，構成規(guī)則的雙螺旋結構。（3）DNA的特點：穩(wěn)定性、多樣性、特異性。3、蘊藏在DNA分子中的遺傳信息：（1）基因：是決定生物的基本單位，是攜帶遺傳信息，并具有遺傳效應的DNA片段。每個DNA分子中含有很多個基因，每個基因由成百上千對脫氧核苷酸組成。（2）性狀：指生物體的形態(tài)、生理和行為等。（3）遺傳信息：指基因中脫氧核苷酸的排列順序。（4）基因的功能：具有控制蛋白質合成的功能，基因控制生物的性狀是通過控制蛋白質的合成來實現(xiàn)的。（5）基因、DNA、脫氧核苷酸、染色體間的關系：磷酸+脫氧核糖+含氮堿基→脫氧核苷酸→基因→DNA（上有很多個基因）)+蛋白質→染色體二、DNA復制和蛋白質合成1、DNA復制（1）DNA復制是上圖中的1（序列）。概念：是指以DNA分子為模板，合成相同DNA分子的過程。過程：解旋→合成子鏈(按照堿基配對原則，A與T、G與C)→聚合→螺旋。特點：邊解旋邊復制和半保留復制。時期：有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂間期。條件：模板（DNA分子兩條鏈）、原料（游離的脫氧核苷酸）、能量（ATP）、酶（DNA解旋酶、DNA聚合酶）【注意】：DNA復制n次，所需某種原料數(shù)量的計算：aX(2n-1）DNA第n次復制，所需某種原料數(shù)量的計算：aX(2n-1）蛋白質合成（基因的表達）（1）轉錄轉錄是上圖中的2（序列）。①RNA結構：由磷酸、核糖和含氮堿基(AUGC)組成；②種類：有mRNA（信使RNA）、tRNA（轉移RNA）和rRNA（核糖體RNA）三種。③概念：指以DNA分子中的一條多核苷酸鏈為模板合成RNA的過程稱為轉錄。④過程：見右圖⑤條件：模板（DNA分子一條鏈）、原料（游離的核糖核苷酸）、能量（ATP）、酶（RNA聚合酶）（2）翻譯翻譯是上圖中的5（序列）。①概念：以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程稱為翻譯。②遺傳密碼：在細胞質中進行，它是以mRNA為模板，以tRNA為運載工具，使氨基酸在核糖體內按照一定的順序排列起來，合成蛋白質的過程。③密碼子：共64個概念：mRNA分子中可決定一種氨基酸的每三個相鄰堿基。種類：終止密碼子：共3個，UAA、UAG、UGA起始密碼子：共2個，AUG、GUG編碼氨基酸的密碼子：共61個；mRNA反密碼子氨基酸細胞核tRNA密碼子核糖體mRNA反密碼子氨基酸細胞核tRNA密碼子核糖體【注意】①tRNA是翻譯過程中的一種重要工具，可循環(huán)利用：因為一個tRNA“空載”以后，會脫離核糖體，再找相應的氨基酸結合，又成為轉運某種氨基酸的tRNA,實現(xiàn)自身的循環(huán)利用。②少量的mRNA可以迅速合成大量蛋白質：因為mRNA是翻譯的模板，可以由多個核糖體沿著一條mRNA進行翻譯，因此可以迅速合成大量蛋白質。三、中心法則及其發(fā)展1、概念：遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再由RNA決定蛋白質合成，以及遺傳信息由DNA復制傳遞給DNA的規(guī)律稱為“中心法則”。2、中心法則：三個過程注意箭頭1——DNA復制2——轉錄5——翻譯3——逆轉錄（需要逆轉錄酶）4——RNA的自我復制3和4僅見于RNA病毒?！纠}精講】例1.遺傳信息的傳遞和表達科學家把遺傳信息在細胞內生物大分子間的傳遞規(guī)律稱為“中心法則”。圖13和圖14表示遺傳信息在細胞中的傳遞過程，其中羅馬字母表示物質，數(shù)字表示過程。據(jù)圖回答。圖13圖141、圖13中②和④依次表示遺傳信息傳遞的過程。2、圖14表示圖13中的過程①，這個過程稱之為。圖14中的過程⑤，稱為。3、在進行“DNA分子模型的搭建”實驗中，如果以圖14中的Ⅰ鏈為模板，在制作DNA分子另一條多核苷酸鏈時，一定要遵循的原則是。4、若圖14中Ⅱ鏈的部分序列為-ACTG-，以其為模板合成的RNA鏈的堿基序列為?！敬鸢浮?．轉錄和翻譯。2．復制；解旋。3．堿基互補配對原則。4．-UGAC-。例2.下圖為真核細胞中多聚核糖體合成蛋白質的示意圖，下列說法正確的是（）A．上圖表示翻譯過程，核糖體移動方向是從右到左B．①上的四種脫氧核苷酸可組合成64種代表20種氨基酸的密碼子C．①上的一個密碼子只決定一種氨基酸，一種氨基酸只由一種tRNA轉運D．若①中有一個堿基發(fā)生改變，則合成的多肽鏈的結構一定發(fā)生改變【答案】A例3.下圖為人體細胞的分裂、分化、衰老和凋亡過程的示意圖，圖中①—⑥為各個時期的細胞，a—e表示細胞所進行的生理過程。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是（）A．a(chǎn)、b、c過程中遺傳信息的表達有所不同B．⑤與⑥的基因型相同，控制合成的蛋白質也相同C．細胞⑥內遺傳信息的流動方向可以為DNA→DNA（復制）D．一般情況下，細胞分化是可逆的【答案】A例4.遺傳信息的傳遞和表達染色體是遺傳物質DNA的載體，圖19為染色體、DNA和基因的關系圖。1．圖中①表示________。2．已知某RNA的部分序列為-AUGCA-，則轉錄該RNA的模板鏈對應堿基序列是_____。3．從圖19可知DNA和基因的數(shù)量關系為_______。4．基因1和基因2的差異表現(xiàn)在_______。A．堿基的配對方式B．基因的空間結構C．脫氧核苷酸的結構D．脫氧核苷酸的排列順序5．染色體主要由DNA和________組成，圖19所示的染色體上有________個DNA分子。6．若基因1中有一個堿基A替換為G，則下列現(xiàn)象一定會發(fā)生的是________（可多選）A．該基因控制的性狀發(fā)生變化B．該基因的脫氧核苷酸序列改變C．該基因表達的蛋白質結構變化D．該基因轉錄出的RNA序列改變【答案】1.脫氧核糖（五碳糖）2．TACGT3．一個DNA分子上有多個基因4．D5．蛋白質（組蛋白）26．BD【課堂練習】1．成年人體內絕大多數(shù)處于分化終端的各種細胞（）A．基因表達相同 B．遺傳信息相同C．mRNA種類相同 D．蛋白質種類相同tRNA④【答案】tRNA④2.回答有關遺傳信息傳遞和表達的問題。（11分）圖一是基因控制蛋白質合成過程示意圖。請據(jù)圖回答有關問題。1、圖一中①表示酶，該酶在細胞核中催化的合成反應過程稱為________________。合成的產(chǎn)物依照功能不同可分為三種，分別是______________________。2、圖一中在結構⑤中完成的過程需要以mRNA為模板，還需要[④]___________、tRNA以及____________________等（至少寫2點）。鐵蛋白是細胞內儲存多余Fe3+的蛋白，鐵應答元件參與鐵蛋白的合成，F(xiàn)e3+濃度可影響鐵蛋白的合成。鐵蛋白合成調節(jié)過程如圖26。圖26圖263、圖26中甘氨酸的密碼子是__________，鐵蛋白基因中決定“…—eq\o\ac(○,甘)—eq\o\ac(○,天)—eq\o\ac(○,色)—…”的基因片段堿基序列為_____________。4、圖中的鐵應答元件的物質屬性是（）A．mRNA上的特異性序列B．一種蛋白質C．一種輔酶D．一種tRNA5、鐵調節(jié)蛋白只能與鐵應答元件結合，而不能與mRNA的其余部分結合，其決定性的因素是鐵調節(jié)蛋白的___________。6、現(xiàn)發(fā)現(xiàn)鐵蛋白分子中的色氨酸變成了亮氨酸（密碼子為UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG），其實質是DNA模板鏈上的一個堿基發(fā)生了突變，突變的堿基是由______變?yōu)開____?！敬鸢浮?、轉錄mRNA、rRNA、tRNA2、氨基酸ATP和酶3、GGU-GGTGACTGG--CCACTGACC-（2分）4、A（2分）5、空間結構6、C變?yōu)锳（1分）比較內容復制轉錄翻譯時間細胞分裂間期生物生長發(fā)育過程中場所細胞核細胞核細胞質中（主要：核糖體）模版DNA分子兩條鏈DNA分子的一條鏈mRNA原料分別含A、T、G、C堿基的四種脫氧核苷酸分別含A、U、G、C堿基的四種核糖核苷酸約20種氨基酸條件酶和能量酶和能量酶和能量產(chǎn)物兩個子代DNA分子一個RNA分子合成多肽鏈，形成蛋白質產(chǎn)物去向傳遞到子細胞離開細胞核進入細胞質組成細胞結構蛋白和功能蛋白特點邊解旋邊復制邊解旋邊轉錄逐漸翻譯1．如圖為病毒X侵染宿主細胞過程的示意圖。A～F表示物質，a~h表示過程。（1）過程a、b分別是__________、__________；（2）物質D是_________，過程e稱為____________。物質F是_______。（3）請據(jù)圖寫出中心法則的有關部分，過程名稱用圖中的編號表示。___________________。（4）病毒X能否侵染噬菌體？為什么？_____________________?！敬鸢浮浚?）逆轉錄（逆轉錄的）DNA雙鏈整合到宿主染色體中（2）病毒X的mRNA組裝宿主的mRNA（3）（4）不能，因為病毒沒有細胞結構，其增殖所需原料、酶、能量、場所（結構）均來自具有細胞結構的宿主細胞。2.下圖為基因控制蛋白質合成過程的示意圖，有關該圖的敘述不正確的是（）轉轉移RNAA．該圖表示的是真核細胞內基因控制蛋白質合成的過程B．圖中的信使RNA是以DNA分子中的①鏈為模板轉錄而來C．圖中參與蛋白質合成的RNA只有信使RNA和轉移RNAD．圖中蛋白質多肽鏈中肽鍵的形成部位是在核糖體【答案】C3.回答下列基因工程的問題。100多年前，“疫苗之父”巴斯德開創(chuàng)了第一次疫苗革命，其特點是接種滅活或減毒的病原微生物。20世紀70年代開始，現(xiàn)代生物技術的迅猛發(fā)展開創(chuàng)了第二次疫苗革命，使疫苗的研制進入分子水平。圖26是1986年通過基因工程制備乙型肝炎表面抗原（HbsAg）從而獲得乙肝疫苗的過程。乙肝病毒乙肝病毒乙肝表面抗原基因①②③大腸桿菌④⑤大腸桿菌乙肝表面抗原乙肝表面抗原⑥⑦圖26在圖26步驟①和③的過程中，需要用合適的限制酶切割乙肝表面抗原基因和質粒?，F(xiàn)將乙肝表面抗原基因及質粒的部分限制酶的識別序列及位置表示為圖27。質粒中的啟動子是質粒中基因得以正常表達所必需的部分。lacZ基因合成某種酶，該酶能將無色染料X-gal變成藍色，最終能在無色染料X-gal的培養(yǎng)基上將含該基因的菌落染成藍色。限制酶EcoRBclⅠBamHⅠHindⅢ識別序列及切割位點G↓AATTCT↓GATCAG↓GATCCA↓AGCTT圖圖27乙肝表面抗原基因BclⅠHindⅢEcoREcoRpuc18LacZ基因BamHⅠBclⅠHindⅢEcoR啟動子氨芐青霉素