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1、成才之路 生物,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 必修2,基因的表达,第四章,苯丙酮尿症(PKU)是由于患儿体内先天性苯丙氨酸羟化酶缺陷所引起的苯丙氨酸(Phe)代谢障碍性疾病。苯丙氨酸(Phe)是人体的一种必需氨基酸，全由食物供给，不能缺少，但Phe在体内过多，又会使脑组织萎缩，严重影响儿童的智力。本病发生率约为1/20000，其临床症状主要有三： (1)智力低下，约有1/3的患儿还伴有癫痫； (2)尿有霉臭味或鼠尿味；,(3)皮肤和眼睛巩膜色素变浅，头发呈黄色、面色白嫩。 到目前为止，尚无治疗PKU的特效药物。控制患儿的饮食，使其少进食含Phe丰富的食物，从而使血液中的Phe浓度降低
2、，是今日治疗PKU的唯一方法。婴儿期患儿要食用特制的无苯丙氨酸或低苯丙氨酸奶粉，年长儿童也需进食含低苯丙氨酸的米或面。要求患儿定期检测血液中的Phe浓度，调整饮食结构，使Phe血浓度保持在正常或稍高水平，可保障大脑的正常发育。,科学家进一步研究发现，苯丙酮尿症是由于位于12号染色体长臂的基因的微小变异引起的，并非由于基因缺失。基因的改变是如何决定性状变化的？基因和性状之间又有什么样的关系？通过本章的学习，我们就能回答上面的问题。 本章包括3节内容：第1节基因指导蛋白质的合成，第2节基因对性状的控制，第3节遗传密码的破译(选学)。基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的，包括转录和翻译两个
3、阶段。转录是在细胞核内进行的，是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成mRNA的过程；翻译是在细胞质中进行的，是指以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。,中心法则描述了遗传信息的流动方向，主要内容包括DNA复制、转录、翻译、RNA复制、逆转录5个不同的遗传信息流动方向。基因控制生物的性状是通过指导蛋白质的合成来实现的，有两种方式：一是通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状；二是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。基因与性状之间并不是简单的一一对应关系。有些性状是由多个基因共同决定的，有的基因可决定或影响多种性状。一般来说，性状是基因与环境共同作
4、用的结果。本章研究的是遗传学最基本的问题，对于理解生物的遗传有重要意义，也是学习后面三章内容不可缺少的基础。,学习本章时要注意以下几点： 1在进行遗传信息的转录和翻译过程的学习时，要注意这一过程中每个步骤及其所涉及的知识的内在联系，建议用一条主线将各方面内容贯穿起来，并充分培养自己阅读图文的能力。 2在本章中，“思考与讨论”栏目比较丰富，利用好这些栏目，能够培养自己的能力，增加对知识内容理解的深度。 3我们在学习书中内容的同时，还应该关注生物科学的发展史，认识到科学研究需要有创新精神。,第1节 基因指导蛋白质的合成,第四章,1RNA有三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体
5、RNA(rRNA)。 2转录的主要场所是细胞核，条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。 3翻译的场所是核糖体，条件是模板(mRNA)、原料(20种氨基酸)、酶和能量。 4密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，3种终止密码子不决定氨基酸。,5一种氨基酸对应一种或多种密码子，一种密码子最多只决定一种氨基酸。 6每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。,目标导航： 1简述DNA与RNA的主要区别。 2说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。 3概述遗传信息的转录与翻译过程。(重、难点) 情境导入： 俗话
6、说，龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。生物的后代在性状表现和生活习性等方面表现出了惊人的遗传性。而我们从上一章学习中知道，这一切仅仅是亲代把自己的DNA复制了一份传给了子代而已。这是多么神奇的现象啊！,问题探究：1.后代在性状表现和生活习性等方面与亲代相似的根本原因是什么？ 2基因是怎样控制后代的性状的？ 提示：1.后代表现与亲代相似的根本原因是获得了亲代复制后传递过来的遗传物质(主要是DNA)。 2基因是通过控制后代蛋白质的合成来控制后代的性状的。,一、遗传信息的转录 1RNA的组成、结构和种类：,预 习 导 学,核糖核苷酸,核糖,A,鸟嘌呤,胞嘧啶,尿嘧啶,单链,短,mRNA、tRNA和r
7、RNA,细胞核,DNA的一条链,核糖核苷酸,RNA,(2)过程：,RNA聚合,碱基,碱基互补配对,一条链,核糖核苷酸,氢键,RNA聚合酶,mRNA,DNA链,双螺旋,二、遗传信息的翻译 1概念(对翻译概念的解读连线)： (1)场所 a20种氨基酸 (2)模板 b具有一定氨基酸顺序的蛋白质 (3)原料 c细胞质的核糖体上 (4)产物 dmRNA,2密码子和反密码子的比较：,mRNA,3个,64,61,tRNA,mRNA,3个,61,3.翻译过程：,核糖体,tRNA,mRNA,tRNA,终止密码子,空间结构,功能,根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定m
8、RNA中的碱基排列顺序？ 提示：前者可以，后者不能确定。因为一种密码子对应一种氨基酸，但一种氨基酸可以有多个密码子。,思 维 激 活,(一)问题探讨 提示：此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。,(二)思考与讨论一 1提示：可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如，
9、转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律，等等。碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。 2转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的A配对的是U，不是T；与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。,(三)思考与讨论二 1最多能编码16种氨基酸。 2至少需要3个碱基。 (四)思考与讨论三 1对应的氨基酸序列是：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提示：这是一道开放性较强的题，答案并不唯一，旨在培养学生的分析能力和发散性思维，通过这
10、一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的，等等。,3提示：此题具有一定的开放性，旨在促进学生积极思考，不必对答案做统一要求。可以从增强密码子容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。,(五)思考与讨论四 1提示：此题旨在检查对蛋白质合成过程的理解。可以参照教材中图的表示方法来绘制。 2提示：根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的氨基酸序列。 (六)想像空间 DNA相当于总司令。
11、在战争中，如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥，就会影响他指挥全局。DNA被核膜限制在细胞核内，使转录和翻译过程分隔在细胞的不同区域进行，有利于这两项重要生命活动的高效、准确进行。,1.DNA与RNA的比较,遗传信息的转录,要 点 归 纳,2.RNA的分类 (1)信使RNA(mRNA)：单链结构，由DNA转录而来，其碱基序列包含遗传信息，因将DNA中遗传信息转录下来故名。遗传密码位于mRNA上。 (2)转运RNA(tRNA)：三叶草结构，头端特定的三个碱基叫反密码子，尾端连接特定的氨基酸，在蛋白质合成中运输氨基酸，所以叫做转运RNA。 (3)核糖体RNA(rRNA)：是核糖体的重要组成部分。,3
12、转录 (1)转录的概念：RNA是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，这一过程称为转录。,转录的场所：细胞核中。 模板：以DNA分子的一条链为模板。 结果：产生mRNA。 (2)转录的过程： DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。 游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。,(3)转录与DNA分子复制的区别：,1转录区别于DNA分子自我复制的地方为原料是核糖核苷酸。遵循碱基互补配对原则，但DNA单链中的A(腺嘌呤)与U(尿嘧啶)配对。 2新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上，此处用到的酶为RNA聚合酶。 3合成的mRNA从D
13、NA分子上释放，而后DNA双链恢复。 4DNA分子的两条链中，被转录的那条链叫模板链，也叫有意义链或信息链。,典 例 导 析,解析 由于一条链中含T碱基，另一条链中含U碱基，因此该片段是由DNA和RNA组成的。该图所示也可以是由RNADNA过程中的一个片段，A项错误；彻底水解该片段得到A、T、C、G、U这5种碱基、核糖和脱氧核糖2种五碳糖、1种磷酸，B项正确；该片段中共含有4种核糖核苷酸和4种脱氧核苷酸，C项正确；一般情况下，该图表示转录过程，主要发生于细胞核或拟核中，D项正确。 答案 A,AR表示的节段正处于解旋状态，形成这种状态需要解旋酶 B图中是以4种脱氧核苷酸为原料合成的 C如果图中表
14、示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶 D图中的合成后，在细胞核中与核糖体结合并控制蛋白质的合成 答案 A,解析 R所示的节段正处于解旋状态，DNA解旋需要解旋酶参与，A项正确；合成mRNA需要的原料为4种核糖核苷酸，B项错误；是合成RNA的酶，名称为RNA聚合酶，C项错误；在真核细胞内mRNA合成后，要通过核孔进入到细胞质中与核糖体结合并控制蛋白质的合成，D项错误。,1.翻译的概念 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，这一过程叫翻译。 (1)部位：细胞质。 (2)原料：各种游离氨基酸。 (3)模板：mRNA。 (4)结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。 (5)实
15、质：将mRNA中的碱基序列(携带遗传信息)翻译为蛋白质的氨基酸序列(具体性状)。,遗传信息的翻译,要 点 归 纳,2碱基与氨基酸之间的对应关系 DNA、RNA各自只有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，4种碱基和20种氨基酸的对应关系是怎样的呢？ 若1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定4种氨基酸，这显然是不够的；若2个碱基编码1个氨基酸，最多能编码4416个氨基酸，这与20种氨基酸相比也是不够的。由以上分析可知，1个氨基酸的编码至少需要3个碱基，3个碱基有44464种组合，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。 密码子：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫做密码子，共64个
16、遗传密码子。,3氨基酸的“搬运工”tRNA tRNA的基本结构单位为核糖核苷酸，为RNA的一种。tRNA种类众多，但每一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA呈三叶草形，其一端为携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。,4翻译过程 (1)比较转录和翻译的不同点,(2)蛋白质合成过程中的重难点归纳与突破 转运RNA(tRNA)具有两个特异性端，一为氨基酸臂，是携带一定氨基酸的，一为反密码子环，其上裸露着三个碱基，称反密码子，不同的转运RNA其反密码子是不同的。 氨基酸的遗传密码是在信使RNA(mRNA)上而不是在氨基酸上，氨基酸上是没有碱基的。这一点容易误解，应注意。 若一个tRNA的反密码子是CGA，那么它运载的氨基酸一定是丙氨酸，因为丙氨酸的遗传密码(GCU)是与其反密码子(CGA)具有互补配对关系的。也就是说，
