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1、成才之路成才之路 生物生物路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 必修必修2 基因的表达基因的表达第四章第四章苯苯丙丙酮酮尿尿症症(PKU)是是由由于于患患儿儿体体内内先先天天性性苯苯丙丙氨氨酸酸羟羟化化酶酶缺缺陷陷所所引引起起的的苯苯丙丙氨氨酸酸(Phe)代代谢谢障障碍碍性性疾疾病病。苯苯丙丙氨氨酸酸(Phe)是是人人体体的的一一种种必必需需氨氨基基酸酸，全全由由食食物物供供给给，不不能能缺缺少少，但但Phe在在体体内内过过多多，又又会会使使脑脑组组织织萎萎缩缩，严严重重影影响响儿儿童童的的智智力力。本本病病发生率约为发生率约为1/20000，其临床症状主要有
2、三：，其临床症状主要有三：(1)智力低下，约有智力低下，约有1/3的患儿还伴有癫痫；的患儿还伴有癫痫；(2)尿有霉臭味或鼠尿味；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。皮肤和眼睛巩膜色素变浅，头发呈黄色、面色白嫩。到到目目前前为为止止，尚尚无无治治疗疗PKU的的特特效效药药物物。控控制制患患儿儿的的饮饮食食，使使其其少少进进食食含含Phe丰丰富富的的食食物物，从从而而使使血血液液中中的的Phe浓浓度度降降低低，是是今今日日治治疗疗PKU的的唯唯一一方方法法。婴婴儿儿期期患患儿儿要要食食用用特特制制的的无无苯苯丙丙氨氨酸酸或或低低苯苯丙丙氨氨酸酸奶奶粉粉，年年长长
3、儿儿童童也也需需进进食食含含低低苯苯丙丙氨氨酸酸的的米米或或面面。要要求求患患儿儿定定期期检检测测血血液液中中的的Phe浓浓度度，调调整整饮饮食食结结构构，使使Phe血浓度保持在正常或稍高水平，可保障大脑的正常发育。血浓度保持在正常或稍高水平，可保障大脑的正常发育。科科学学家家进进一一步步研研究究发发现现，苯苯丙丙酮酮尿尿症症是是由由于于位位于于12号号染染色色体体长长臂臂的的基基因因的的微微小小变变异异引引起起的的，并并非非由由于于基基因因缺缺失失。基基因因的的改改变变是是如如何何决决定定性性状状变变化化的的？基基因因和和性性状状之之间间又又有有什什么么样样的的关关系？通过本章的学习，我们就
4、能回答上面的问题。系？通过本章的学习，我们就能回答上面的问题。本本章章包包括括3节节内内容容：第第1节节基基因因指指导导蛋蛋白白质质的的合合成成，第第2节节基基因因对对性性状状的的控控制制，第第3节节遗遗传传密密码码的的破破译译(选选学学)。基基因因的的表表达达是是通通过过DNA控控制制蛋蛋白白质质的的合合成成来来实实现现的的，包包括括转转录录和和翻翻译译两两个个阶阶段段。转转录录是是在在细细胞胞核核内内进进行行的的，是是以以DNA的的一一条条链链为为模模板板，按按照照碱碱基基互互补补配配对对原原则则，合合成成mRNA的的过过程程；翻翻译译是是在在细细胞胞质质中中进进行行的的，是是指指以以mR
5、NA为为模模板板，合合成成具具有有一一定定氨氨基酸顺序的蛋白质的过程。基酸顺序的蛋白质的过程。中中心心法法则则描描述述了了遗遗传传信信息息的的流流动动方方向向，主主要要内内容容包包括括DNA复复制制、转转录录、翻翻译译、RNA复复制制、逆逆转转录录5个个不不同同的的遗遗传传信信息息流流动动方方向向。基基因因控控制制生生物物的的性性状状是是通通过过指指导导蛋蛋白白质质的的合合成成来来实实现现的的，有有两两种种方方式式：一一是是通通过过控控制制酶酶的的合合成成来来控控制制代代谢谢过过程程，进进而而控控制制生生物物体体的的性性状状；二二是是通通过过控控制制蛋蛋白白质质的的结结构构直直接接控控制制生生
6、物物体体的的性性状状。基基因因与与性性状状之之间间并并不不是是简简单单的的一一一一对对应应关关系系。有有些些性性状状是是由由多多个个基基因因共共同同决决定定的的，有有的的基基因因可可决决定定或或影影响响多多种种性性状状。一一般般来来说说，性性状状是是基基因因与与环环境境共共同同作作用用的的结结果果。本本章章研研究究的的是是遗遗传传学学最最基基本本的的问问题题，对对于于理理解解生生物物的的遗遗传传有有重重要要意意义义，也也是是学学习后面三章内容不可缺少的基础。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：学习本章时要注意以下几点：1在在进进行行遗遗传传信信息息的的转转录录和和翻翻译译过
7、过程程的的学学习习时时，要要注注意意这这一一过过程程中中每每个个步步骤骤及及其其所所涉涉及及的的知知识识的的内内在在联联系系，建建议议用用一一条条主主线线将将各各方方面面内内容容贯贯穿穿起起来来，并并充充分分培培养养自自己己阅阅读读图图文文的的能能力。力。2在在本本章章中中，“思思考考与与讨讨论论”栏栏目目比比较较丰丰富富，利利用用好好这这些些栏目，能够培养自己的能力，增加对知识内容理解的深度。栏目，能够培养自己的能力，增加对知识内容理解的深度。3我我们们在在学学习习书书中中内内容容的的同同时时，还还应应该该关关注注生生物物科科学学的的发展史，认识到科学研究需要有创新精神。发展史，认识到科学研
8、究需要有创新精神。第第1节基因指导蛋白质的合成节基因指导蛋白质的合成第四章第四章学习目标定位学习目标定位2课前自主探究课前自主探究3教材问题释疑教材问题释疑4课堂合作探究课堂合作探究5思维创新升华思维创新升华6方法技巧探究方法技巧探究7课堂知识构建课堂知识构建8课课 时时 作作 业业9本节主攻要点本节主攻要点1本节主攻要点本节主攻要点1RNA有有三三种种：信信使使RNA(mRNA)、转转运运RNA(tRNA)和和核糖体核糖体RNA(rRNA)。2转转录录的的主主要要场场所所是是细细胞胞核核，条条件件是是模模板板(DNA的的一一条条链链)、原料、原料(4种核糖核苷酸种核糖核苷酸)、酶、酶(RNA
9、聚合酶聚合酶)和能量。和能量。3翻翻译译的的场场所所是是核核糖糖体体，条条件件是是模模板板(mRNA)、原原料料(20种氨基酸种氨基酸)、酶和能量。、酶和能量。4密密码码子子共共有有64种种，其其中中决决定定氨氨基基酸酸的的密密码码子子有有61种种，3种终止密码子不决定氨基酸。种终止密码子不决定氨基酸。5一一种种氨氨基基酸酸对对应应一一种种或或多多种种密密码码子子，一一种种密密码码子子最最多多只决定一种氨基酸。只决定一种氨基酸。6每每种种tRNA只只能能识识别别并并转转运运一一种种氨氨基基酸酸，一一种种氨氨基基酸酸可可由一种或多种由一种或多种tRNA识别和转运。识别和转运。学习目标定位学习目标
10、定位目标导航：目标导航：1简述简述DNA与与RNA的主要区别。的主要区别。2说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。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。概述遗传信息的转录与翻译过程。(重、难点重、难点)情境导入：情境导入：俗俗话话说说，龙龙生生龙龙，凤凤生生凤凤，老老鼠鼠的的儿儿子子会会打打洞洞。生生物物的的后后代代在在性性状状表表现现和和生生活活习习性性等等方方面面表表现现出出了了惊惊人人的的遗遗传传性性。而而我我们们从从上上一一章章学学习习中中知知道道，这这一一切切仅仅仅仅是是亲亲代代把把自自己己的的DNA复复制制了一份传给了子代而已。这是多么神奇的
11、现象啊！了一份传给了子代而已。这是多么神奇的现象啊！问问题题探探究究：1.后后代代在在性性状状表表现现和和生生活活习习性性等等方方面面与与亲亲代代相相似的根本原因是什么？似的根本原因是什么？2基因是怎样控制后代的性状的？基因是怎样控制后代的性状的？提提示示：1.后后代代表表现现与与亲亲代代相相似似的的根根本本原原因因是是获获得得了了亲亲代代复复制后传递过来的遗传物质制后传递过来的遗传物质(主要是主要是DNA)。2基基因因是是通通过过控控制制后后代代蛋蛋白白质质的的合合成成来来控控制制后后代代的的性性状状的。的。课前自主探究课前自主探究一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录1RNA的组成、结构和种
12、类：的组成、结构和种类：预预 习习 导导 学学核糖核苷酸核糖核苷酸 核糖核糖 A 鸟嘌呤鸟嘌呤 胞嘧啶胞嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶 单链单链 短短 mRNA、tRNA和和rRNA 细胞核细胞核 DNA的一条链的一条链 核糖核苷酸核糖核苷酸 RNA (2)过程：过程：RNA聚合聚合 碱基碱基 碱基互补配对碱基互补配对 一条链一条链 核糖核苷酸核糖核苷酸 氢键氢键 RNA聚合酶聚合酶 mRNA DNA链链 双螺旋双螺旋 二、遗传信息的翻译二、遗传信息的翻译1概念概念(对翻译概念的解读连线对翻译概念的解读连线)：(1)场所场所a20种氨基酸种氨基酸(2)模板模板b具具有有一一定定氨氨基基酸酸顺顺序序的的蛋蛋
13、白白质质(3)原料原料 c细胞质的核糖体上细胞质的核糖体上(4)产物产物 dmRNA2密码子和反密码子的比较：密码子和反密码子的比较：项目项目位置位置实质实质种类种类密码子密码子_决定氨基酸的决定氨基酸的_相邻的碱基相邻的碱基共有共有_种，种，决定氨基酸的有决定氨基酸的有_种种反密反密码子码子_与与_上的密码子上的密码子互补配对的互补配对的_相相邻碱基邻碱基共有共有_种种mRNA 3个个 64 61 tRNA mRNA 3个个 613.翻译过程：翻译过程：核糖体核糖体 tRNA mRNA tRNA 终止密码子终止密码子 空间结构空间结构 功能功能 根根据据mRNA中中碱碱基基的的排排列列顺顺序
14、序能能否否准准确确写写出出氨氨基基酸酸的的序序列列？若已知氨基酸的序列，能否确定？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序？中的碱基排列顺序？提提示示：前前者者可可以以，后后者者不不能能确确定定。因因为为一一种种密密码码子子对对应应一一种氨基酸，但一种氨基酸可以有多个密码子。种氨基酸，但一种氨基酸可以有多个密码子。思思 维维 激激 活活教材问题释疑教材问题释疑(一一)问题探讨问题探讨提提示示：此此节节问问题题探探讨讨意意在在引引导导学学生生思思考考DNA在在生生物物体体内内有有哪哪些些作作用用，又又是是如如何何发发挥挥作作用用的的。一一种种生生物物的的整整套套DNA分分子子中中贮贮
15、存存着着该该种种生生物物生生长长、发发育育等等生生命命活活动动所所需需的的全全部部遗遗传传信信息息，也也可可以以说说是是构构建建生生物物体体的的蓝蓝图图。但但是是，从从DNA到到具具有有各各种种性性状状的的生生物物体体，需需要要通通过过极极其其复复杂杂的的基基因因表表达达及及其其调调控控过过程程才才能能实实现现，因因此此，在在可可预预见见的的将将来来，利利用用DNA分分子子来来使使灭灭绝绝的的生生物物复复活仍是难以做到的。活仍是难以做到的。(二二)思考与讨论一思考与讨论一1提提示示：可可以以从从所所需需条条件件、过过程程中中的的具具体体步步骤骤和和过过程程中中所所表表现现出出的的规规律律等等角
16、角度度来来分分析析。例例如如，转转录录与与复复制制都都需需要要模模板板、都都遵遵循循碱碱基基互互补补配配对对规规律律，等等等等。碱碱基基互互补补配配对对规规律律能能够够保保证证遗传信息传递的准确性。遗传信息传递的准确性。2转转录录成成的的RNA的的碱碱基基序序列列，与与作作为为模模板板的的DNA单单链链的的碱碱基基序序列列之之间间的的碱碱基基是是互互补补配配对对关关系系，与与DNA双双链链间间碱碱基基互互补补配配对对不不同同的的是是，RNA链链中中与与DNA链链的的A配配对对的的是是U，不不是是T；与与DNA另另一一条条链链的的碱碱基基序序列列基基本本相相同同，只只是是DNA链链上上T的的位位
17、置置，RNA链上是链上是U。(三三)思考与讨论二思考与讨论二1最多能编码最多能编码16种氨基酸。种氨基酸。2至少需要至少需要3个碱基。个碱基。(四四)思考与讨论三思考与讨论三1对对应应的的氨氨基基酸酸序序列列是是：甲甲硫硫氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸半胱氨酸半胱氨酸脯氨酸脯氨酸丝氨酸丝氨酸赖氨酸赖氨酸脯氨酸。脯氨酸。2提提示示：这这是是一一道道开开放放性性较较强强的的题题，答答案案并并不不唯唯一一，旨旨在在培培养养学学生生的的分分析析能能力力和和发发散散性性思思维维，通通过过这这一一事事实实可可以以想想到到生生物物都都具具有有相相同同的的遗遗传传语语言言，所所有有生生物物可可能能有有共共同
18、同的的起起源源或或生生命在本质上是统一的，等等。命在本质上是统一的，等等。3提提示示：此此题题具具有有一一定定的的开开放放性性，旨旨在在促促进进学学生生积积极极思思考考，不不必必对对答答案案做做统统一一要要求求。可可以以从从增增强强密密码码子子容容错错性性的的角角度度来来解解释释，当当密密码码子子中中有有一一个个碱碱基基改改变变时时，由由于于密密码码子子的的简简并并性性，可可能能并并不不会会改改变变其其对对应应的的氨氨基基酸酸；也也可可以以从从密密码码子子使使用用频频率率来来考考虑虑，当当某某种种氨氨基基酸酸使使用用频频率率高高时时，几几种种不不同同的的密密码码子子都都编编码码一种氨基酸可以保
19、证翻译的速度。一种氨基酸可以保证翻译的速度。(五五)思考与讨论四思考与讨论四1提提示示：此此题题旨旨在在检检查查对对蛋蛋白白质质合合成成过过程程的的理理解解。可可以以参照教材中图的表示方法来绘制。参照教材中图的表示方法来绘制。2提提示示：根根据据mRNA的的碱碱基基序序列列和和密密码码子子表表就就可可以以写写出出肽链的氨基酸序列。肽链的氨基酸序列。(六六)想像空间想像空间DNA相相当当于于总总司司令令。在在战战争争中中，如如果果总总司司令令总总是是深深入入前前沿沿阵阵地地直直接接指指挥挥，就就会会影影响响他他指指挥挥全全局局。DNA被被核核膜膜限限制制在在细细胞胞核核内内，使使转转录录和和翻翻
20、译译过过程程分分隔隔在在细细胞胞的的不不同同区区域域进进行行，有有利利于于这两项重要生命活动的高效、准确进行。这两项重要生命活动的高效、准确进行。课堂合作探究课堂合作探究1.DNA与与RNA的比较的比较遗传信息的转录遗传信息的转录要 点 归 纳比较项目项目比较项目项目DNARNA化化学学组组成成基本单位基本单位脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸碱基碱基A、G、C、TA、G、C、U五碳糖五碳糖脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖无机酸无机酸磷酸磷酸磷酸磷酸空间结构空间结构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构通常呈单链结构分类分类通常只有一类通常只有一类分分mRNA、tRNA、rRNA三类三类
21、功能功能主要的遗传物质主要的遗传物质在不存在在不存在DNA的生物里是遗传物质，在的生物里是遗传物质，在存在存在DNA的生物里辅助的生物里辅助DNA完成功能完成功能存在存在(真核生物真核生物)主要存在于细胞核主要存在于细胞核中的染色体上中的染色体上主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中2.RNA的分类的分类(1)信信使使RNA(mRNA)：单单链链结结构构，由由DNA转转录录而而来来，其其碱碱基基序序列列包包含含遗遗传传信信息息，因因将将DNA中中遗遗传传信信息息转转录录下下来来故故名名。遗遗传密码位于传密码位于mRNA上。上。(2)转转运运RNA(tRNA)：三三叶叶草草结结构构，头头端端特特定
22、定的的三三个个碱碱基基叫叫反反密密码码子子，尾尾端端连连接接特特定定的的氨氨基基酸酸，在在蛋蛋白白质质合合成成中中运运输输氨氨基酸，所以叫做转运基酸，所以叫做转运RNA。(3)核糖体核糖体RNA(rRNA)：是核糖体的重要组成部分。：是核糖体的重要组成部分。3转录转录(1)转转录录的的概概念念：RNA是是在在细细胞胞核核中中以以DNA一一条条链链为为模模板板合成的，这一过程称为转录。合成的，这一过程称为转录。转录的场所：细胞核中。转录的场所：细胞核中。模模板板：以以DNA分分子子的的一一条条链链为为模模板。板。结果：产生结果：产生mRNA。(2)转录的过程：转录的过程：DNA双双链链解解开开，
23、DNA双双链链的的碱碱基基得以暴露。得以暴露。游游离离的的核核糖糖核核苷苷酸酸随随机机地地与与DNA链链上上的的碱碱基基碰碰撞撞，当当核核糖糖核核苷苷酸酸与与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。的碱基互补时，两者以氢键结合。(3)转录与转录与DNA分子复制的区别：分子复制的区别：复制复制转录转录时间时间有丝分裂间期和减数第一有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期次分裂前的间期生长发育过程中生长发育过程中场所场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体原料原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸模板模板DNA的两条链的两条链DNA中的一条链中的一
24、条链条件条件特定的酶和特定的酶和ATP过程过程DNA解旋，以两条链为模解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对合成两条子链，子链与对应母链螺旋化应母链螺旋化DNA解旋，以一条链为模解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，板，按碱基互补配对原则，形成形成mRNA(单链单链)，进入，进入细胞质与核糖体结合细胞质与核糖体结合复制复制转录转录模板模板去向去向分别进入两个子代分别进入两个子代DNA分子中分子中恢复原样，恢复原样，DNA分子重分子重新形成双螺旋结构新形成双螺旋结构特点特点边解旋边复制，半保留边解旋边复制，半保留复制复制边解旋边转录，边解旋边
25、转录，DNA双双链全保留链全保留产物产物两个双链两个双链DNA分子分子一条单链一条单链mRNA意义意义复制遗传信息，使遗传复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代信息从亲代传给子代传递遗传信息，为翻译传递遗传信息，为翻译作准备作准备1转转录录区区别别于于DNA分分子子自自我我复复制制的的地地方方为为原原料料是是核核糖糖核核苷苷酸酸。遵遵循循碱碱基基互互补补配配对对原原则则，但但DNA单单链链中中的的A(腺腺嘌嘌呤呤)与与U(尿嘧啶尿嘧啶)配对。配对。2新新结结合合的的核核糖糖核核苷苷酸酸连连接接到到正正在在合合成成的的mRNA分分子子上上，此处用到的酶为此处用到的酶为RNA聚合酶。聚合酶。3合成
26、的合成的mRNA从从DNA分子上释放，而后分子上释放，而后DNA双链恢复。双链恢复。4DNA分分子子的的两两条条链链中中，被被转转录录的的那那条条链链叫叫模模板板链链，也也叫有意义链或信息链。叫有意义链或信息链。 (2015景景德德镇镇质质检检)对对如如图图所所示示片片段段的的分分析析不不正正确的是确的是()A该图所示的情况仅发生于转录过程中该图所示的情况仅发生于转录过程中B彻底水解该片段得到彻底水解该片段得到5种碱基、种碱基、2种五碳糖、种五碳糖、1种磷酸种磷酸C该片段中共含有该片段中共含有8种核苷酸种核苷酸D一一般般情情况况下下，该该图图所所示示过过程程主主要要发发生生于于细细胞胞核核或或
27、拟拟核核中中 典典 例例 导导 析析解解析析由由于于一一条条链链中中含含T碱碱基基，另另一一条条链链中中含含U碱碱基基，因因此此该该片片段段是是由由DNA和和RNA组组成成的的。该该图图所所示示也也可可以以是是由由RNADNA过过程程中中的的一一个个片片段段，A项项错错误误；彻彻底底水水解解该该片片段段得得到到A、T、C、G、U这这5种种碱碱基基、核核糖糖和和脱脱氧氧核核糖糖2种种五五碳碳糖糖、1种种磷磷酸酸，B项项正正确确；该该片片段段中中共共含含有有4种种核核糖糖核核苷苷酸酸和和4种种脱脱氧氧核核苷苷酸酸，C项项正正确确；一一般般情情况况下下，该该图图表表示示转转录录过过程程，主主要要发发
28、生于细胞核或拟核中，生于细胞核或拟核中，D项正确。项正确。答案答案A下下图图是是真真核核生生物物mRNA合合成成过过程程图图，请请据据图图判判断断下下列列说说法法中正确的是中正确的是()AR表表示示的的节节段段正正处处于于解解旋旋状状态态，形形成成这这种种状状态态需需要要解旋酶解旋酶B图中图中是以是以4种脱氧核苷酸为原料合成的种脱氧核苷酸为原料合成的C如果图中如果图中表示酶分子，则它的名称是表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶聚合酶D图图中中的的合合成成后后，在在细细胞胞核核中中与与核核糖糖体体结结合合并并控控制制蛋蛋白质的合成白质的合成答案答案A解解析析R所所示示的的节节段段正正处处于于解解
29、旋旋状状态态，DNA解解旋旋需需要要解解旋旋酶酶参参与与，A项项正正确确；合合成成mRNA需需要要的的原原料料为为4种种核核糖糖核核苷苷酸酸，B项项错错误误；是是合合成成RNA的的酶酶，名名称称为为RNA聚聚合合酶酶，C项项错错误误；在在真真核核细细胞胞内内mRNA合合成成后后，要要通通过过核核孔孔进进入入到到细细胞质中与核糖体结合并控制蛋白质的合成，胞质中与核糖体结合并控制蛋白质的合成，D项错误。项错误。1.翻译的概念翻译的概念游游离离在在细细胞胞质质中中的的各各种种氨氨基基酸酸，以以mRNA为为模模板板合合成成具具有有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫翻译。一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程
30、叫翻译。(1)部位：细胞质。部位：细胞质。(2)原料：各种游离氨基酸。原料：各种游离氨基酸。(3)模板：模板：mRNA。(4)结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。(5)实实质质：将将mRNA中中的的碱碱基基序序列列(携携带带遗遗传传信信息息)翻翻译译为为蛋蛋白质的氨基酸序列白质的氨基酸序列(具体性状具体性状)。遗传信息的翻译遗传信息的翻译要 点 归 纳2碱基与氨基酸之间的对应关系碱基与氨基酸之间的对应关系DNA、RNA各各自自只只有有4种种碱碱基基，而而组组成成生生物物体体蛋蛋白白质质的的氨氨基酸有基酸有20种，种，4种碱基和种碱基和20种氨基酸的对应关系是怎样的呢？种
31、氨基酸的对应关系是怎样的呢？若若1个个碱碱基基决决定定1个个氨氨基基酸酸，则则4种种碱碱基基只只能能决决定定4种种氨氨基基酸酸，这这显显然然是是不不够够的的；若若2个个碱碱基基编编码码1个个氨氨基基酸酸，最最多多能能编编码码4416个个氨氨基基酸酸，这这与与20种种氨氨基基酸酸相相比比也也是是不不够够的的。由由以以上上分分析析可可知知，1个个氨氨基基酸酸的的编编码码至至少少需需要要3个个碱碱基基，3个个碱碱基基有有44464种组合，才足以组合出构成蛋白质的种组合，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。种氨基酸。密密码码子子：mRNA上上决决定定1个个氨氨基基酸酸的的3个个相相邻邻碱碱基基叫叫做
32、做密密码码子，共子，共64个遗传密码子。个遗传密码子。3氨基酸的氨基酸的“搬运工搬运工”tRNAtRNA的的基基本本结结构构单单位位为为核核糖糖核核苷苷酸酸，为为RNA的的一一种种。tRNA种种类类众众多多，但但每每一一种种tRNA只只能能识识别别并并转转运运一一种种氨氨基基酸酸。tRNA呈呈三三叶叶草草形形，其其一一端端为为携携带带氨氨基基酸酸的的部部位位，另另一一端端有有3个个碱碱基基。每每个个tRNA上上的的这这3个个碱碱基基可可以以与与mRNA上上的的密密码码子子互互补补配对，称反密码子。配对，称反密码子。4翻译过程翻译过程(1)比较转录和翻译的不同点比较转录和翻译的不同点步步骤骤场所
33、场所模板模板条件条件原料原料 产物产物其他其他转转录录细胞核细胞核基因一基因一条链条链RNA聚合酶聚合酶核苷核苷酸酸mRNAmRNA从核孔穿出，从核孔穿出，移到细胞质的核糖移到细胞质的核糖体上体上翻翻译译细胞质细胞质的核糖的核糖体体mRNA酶、酶、tRNA为运载为运载工具工具氨基氨基酸酸多肽多肽链链一条或几条多肽链一条或几条多肽链再进一步形成蛋白再进一步形成蛋白质的空间结构质的空间结构(2)蛋白质合成过程中的重难点归纳与突破蛋白质合成过程中的重难点归纳与突破转转运运RNA(tRNA)具具有有两两个个特特异异性性端端，一一为为氨氨基基酸酸臂臂，是是携携带带一一定定氨氨基基酸酸的的，一一为为反反密
34、密码码子子环环，其其上上裸裸露露着着三三个个碱碱基基，称反密码子，不同的转运称反密码子，不同的转运RNA其反密码子是不同的。其反密码子是不同的。氨氨基基酸酸的的遗遗传传密密码码是是在在信信使使RNA(mRNA)上上而而不不是是在在氨氨基酸上，氨基酸上是没有碱基的。这一点容易误解，应注意。基酸上，氨基酸上是没有碱基的。这一点容易误解，应注意。若若一一个个tRNA的的反反密密码码子子是是CGA，那那么么它它运运载载的的氨氨基基酸酸一一定定是是丙丙氨氨酸酸，因因为为丙丙氨氨酸酸的的遗遗传传密密码码(GCU)是是与与其其反反密密码码子子(CGA)具具有有互互补补配配对对关关系系的的。也也就就是是说说，
35、tRNA所所携携带带的的氨氨基基酸，其遗传密码一定是与该酸，其遗传密码一定是与该tRNA的反密码子互补配对。的反密码子互补配对。蛋蛋白白质质的的合合成成过过程程比比较较难难理理解解，让让我我们们打打个个比比方方来来理理解解这这个个过过程程：许许多多大大人人各各自自领领着着自自己己的的孩孩子子，将将他他们们安安排排到到电电影影院院的的一一排排座座位位上上看看电电影影，就就类类似似于于蛋蛋白白质质的的合合成成过过程程。大大人人(转转运运RNA)有有两两个个特特异异性性端端，即即左左手手和和右右手手，左左手手拿拿着着电电影影票票(反反密密码码子子)，右右手手领领着着自自己己的的小小孩孩(氨氨基基酸酸
36、)，来来到到电电影影院院(核核糖糖体体)，找找到到座座号号(遗遗传传密密码码)，将将自自己己的的小小孩孩安安排排下下，离离开开电电影影院院。这这样样，这这许许多多小小孩孩(氨氨基基酸酸)，就就通通过过大大人人(tRNA)领领着着(携携带带)，按按照照影影院院座座号号(mRNA上上的的遗遗传传密密码码)，排排成成了了一一定定顺顺序序(多多肽肽)。1密密码码子子是是在在mRNA上上决决定定一一个个氨氨基基酸酸的的三三个个相相邻邻碱碱基基。tRNA上上与与其其配配对对的的三三个个碱碱基基称称为为反反密密码码子子。从从理理论论上上讲讲，4种种碱碱基基可可以以组组合合成成64个个密密码码子子(4364个
37、个)，决决定定20种种氨氨基基酸酸，所所以有的氨基酸不只有一种密码子。以有的氨基酸不只有一种密码子。2一一种种密密码码子子只只能能决决定定一一种种氨氨基基酸酸，一一种种氨氨基基酸酸可可以以有有几几种种密密码码子子对对应应着着。一一种种tRNA只只能能转转运运一一种种氨氨基基酸酸，但但一一种种氨基酸可由多种氨基酸可由多种tRNA转运。转运。3UAA、UAG、UGA三三种种密密码码子子不不能能决决定定氨氨基基酸酸，称称为为蛋合质合成的终止密码。蛋合质合成的终止密码。4密密码码子子在在生生物物界界是是通通用用的的，说说明明生生物物是是由由共共同同的的原原始始祖先进化来的，彼此之间存在着或远或近的亲缘
38、关系。祖先进化来的，彼此之间存在着或远或近的亲缘关系。典典 例例 导导 析析解解析析翻翻译译的的直直接接模模板板是是mRNA，而而不不是是DNA，A项项错错误误。翻翻译译的的产产物物是是多多肽肽，经经加加工工后后形形成成蛋蛋白白质质，但但并并不不是是所所有有的的蛋蛋白白质质都都是是酶酶或或激激素素，B项项错错误误。终终止止密密码码子子不不与与氨氨基基酸酸对对应应，所所以以没没有有与与终终止止密密码码子子对对应应的的反反密密码码子子，C项项错错误误。氨氨基基酸脱水缩合形成多肽，酸脱水缩合形成多肽，D项正确。项正确。答案答案D(2015潍坊检测潍坊检测)正常出现肽链终止，是因为正常出现肽链终止，是
39、因为()A一一个个与与mRNA链链终终止止密密码码子子相相应应的的tRNA不不能能携携带带氨氨基基酸酸B不具有与不具有与mRNA链终止密码子相应的反密码子链终止密码子相应的反密码子CmRNA在在mRNA链终止密码子处停止合成链终止密码子处停止合成DtRNA上出现终止密码子上出现终止密码子答案答案B解解析析终终止止密密码码子子不不对对应应反反密密码码子子；tRNA上上没没有有终终止止密密码子，终止密码子位于码子，终止密码子位于mRNA上。上。思维创新升华思维创新升华1.基因表达的理解基因表达的理解(1)基因与性状的关系基因与性状的关系基因是决定生物性状的基本单位。基因是决定生物性状的基本单位。(
40、2)基基因因与与染染色色体体的的关关系系染染色色体体是是基基因因的的主主要要载载体体，基基因在染色体上呈线性排列。因在染色体上呈线性排列。(3)基基因因与与DNA的的关关系系基基因因是是具具有有遗遗传传效效应应的的DNA片片段。段。(4)基基因因与与遗遗传传信信息息的的关关系系基基因因的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序代表遗传信息。代表遗传信息。基因控制蛋白质的合成基因控制蛋白质的合成(5)基基因因与与蛋蛋白白质质的的关关系系基基因因通通过过DNA控控制制蛋蛋白白质质的的合成来控制生物的性状。合成来控制生物的性状。2基因控制蛋白质合成基因控制蛋白质合成(如图所示如图所示)复制、转录、翻译
41、的比较复制、转录、翻译的比较(见下表见下表)复制复制转录转录翻译翻译时间时间有丝分裂间期和有丝分裂间期和减数第一次分裂减数第一次分裂前的间期前的间期生长发育的连续过程中生长发育的连续过程中场所场所主要在细胞核，主要在细胞核，少部分在线粒体少部分在线粒体和叶绿体和叶绿体细胞核细胞核核糖体核糖体原料原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸二十种氨基酸二十种氨基酸模板模板DNA的两条链的两条链DNA中的一条链中的一条链mRNA条件条件特定的酶和特定的酶和ATP复制复制转录转录翻译翻译过程过程DNA解旋，以两条链解旋，以两条链为模板，按碱基互补配为模板，按碱基互补配对原则，合成两条
42、子链，对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化子链与对应母链螺旋化DNA解旋，以其中一解旋，以其中一条链为模板，按碱基互条链为模板，按碱基互补配对原则，形成补配对原则，形成mRNA单链，进入细胞单链，进入细胞质与核糖体结合质与核糖体结合以以mRNA为模板，合为模板，合成有一定氨基酸序列成有一定氨基酸序列的多肽链的多肽链模板模板去向去向分别进入两个子代分别进入两个子代DNA分子中分子中恢复原样，与非模板链恢复原样，与非模板链重新组成双螺旋结构重新组成双螺旋结构分解成单个核苷酸分解成单个核苷酸特点特点边解旋边复制，半保留边解旋边复制，半保留复制复制边解旋边转录，边解旋边转录，DNA双链全保留双链
43、全保留一个一个mRNA上可连续上可连续结合多个核糖体，顺结合多个核糖体，顺次合成多肽链次合成多肽链产物产物两个双链两个双链DNA分子分子一条单链一条单链mRNA蛋白质蛋白质意义意义复制遗传信息，使遗传复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状状配对配对方式方式ATTAGCCGAUTAGCCGAUUAGCCG如如何何解解决决这这类类问问题题，关关键键搞搞清清以以下下问问题题。氨氨基基酸酸是是构构成成蛋蛋白白质质的的基基本本单单位位，有有关关氨氨基基酸酸脱脱水水缩缩合合的的知知识识在在第第一一册册已已讲讲过
44、过。在在本本节节知知识识中中，蛋蛋白白质质的的合合成成受受基基因因控控制制。信信使使RNA上上三三个个相相邻邻的的碱碱基基决决定定一一个个氨氨基基酸酸，因因此此蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸的的数数目目与与信信使使RNA上上的的碱碱基基数数目目存存在在着着1:3的的对对应应关关系系。而而信信使使RNA又又是是通通过过基基因因中中的的信信息息链链转转录录而而来来。由由于于基基因因是是双双链链，而而只只有有一一条条链链能能转转录录，所所以以基基因因中中的的碱碱基基数数目目与与信信使使RNA上上的的碱碱基基数数目目存存在在着着2:1的的对对应应关关系系，因因此此蛋蛋白白质质中中的的氨氨基基酸酸数数目目
45、与与基基因因中中的的碱碱基基数目存在着数目存在着1:6的对应关系。的对应关系。关关于于基基因因控控制制蛋蛋白白质质合合成成过过程程中中的的有有关关计计算算问题问题在在合合成成蛋蛋白白质质时时，需需要要转转运运RNA作作为为运运载载氨氨基基酸酸的的工工具具，每每个个转转运运RNA每每次次只只能能运运载载一一个个特特定定的的氨氨基基酸酸，因因此此一一个个蛋蛋白白质质中中有有多多少少个个氨氨基基酸酸，就就有有多多少少个个转转运运RNA参参加加了了转转运运。综综上上所所述述，可把上面有关的知识总结成如下的关系式：可把上面有关的知识总结成如下的关系式：(1)蛋蛋白白质质中中肽肽链链的的条条数数(缩缩合合
46、时时脱脱下下的的水水分分子子数数或或蛋蛋白白质质中中的的肽肽键键数数) :蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸的的数数目目:参参加加转转运运的的tRNA:参参加加转转运运的的tRNA中中反反密密码码子子碱碱基基数数:信信使使RNA的的碱碱基基数数:DNA(基基因因)碱基数碱基数1:1:1:3:3:6。(2)蛋蛋白白质质平平均均相相对对分分子子质质量量氨氨基基酸酸平平均均相相对对分分子子质质量量氨氨基基酸酸数数目目(氨氨基基酸酸数数目目蛋蛋白白质质中中肽肽链链数数)水水相相对对分分子子质质量量。(3)涉及化学常识的计算问题。涉及化学常识的计算问题。方法技巧探究方法技巧探究探究点假说探究点假说验证的实验思
47、路验证的实验思路密码子组成的探究密码子组成的探究案案例例科科学学家家已已经经证证明明密密码码子子是是mRNA上上决决定定1个个氨氨基基酸酸的的3个相邻碱基。以下是遗传密码破译过程的几个阶段。个相邻碱基。以下是遗传密码破译过程的几个阶段。(1)根根据据理理论论推推测测，mRNA上上的的3个个相相邻邻的的碱碱基基可可以以构构成成_种种排排列列方方式式，实实际际上上mRNA上上决决定定氨氨基基酸酸的的密密码码子子共共有有_种。种。(2)1955年年，尼尼伦伦伯伯格格和和马马太太成成功功建建立立了了体体外外蛋蛋白白质质合合成成系系统统，破破译译了了第第一一个个密密码码子子：苯苯丙丙氨氨酸酸(UUU)。
48、具具体体的的做做法法是是在在代代表表“体体外外蛋蛋白白质质合合成成系系统统”的的20支支试试管管中中各各加加入入作作为为模模板板(mRNA)的的多多聚聚尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸(即即只只由由U组组成成的的mRNA)，再再向向20支支试试管管中中分分别别加加入入20种种氨氨基基酸酸中中的的一一种种，结结果果只只有有加加入入苯苯丙丙氨氨酸酸的的试试管管中中才才出出现现了了多多聚聚苯苯丙丙氨氨酸酸肽肽链链。体体外外蛋蛋白白质质合合成成系系统统中中除除了了加加入入全全套套必必要要的的酶酶系系统统、tRNA、人人工工合合成成的的mRNA和和氨基酸外，还需提供氨基酸外，还需提供_。(3)上上述述实实验验后
49、后，又又有有科科学学家家用用C、U两两种种碱碱基基相相间间排排列列的的mRNA为为模模板板，检检验验1个个密密码码子子是是否否含含有有3个个碱碱基基，如如果果密密码码子子是连续翻译的：是连续翻译的：假假如如一一个个密密码码子子中中含含有有2个个或或4个个碱碱基基，则则该该mRNA指指导导合成的多肽链中应由合成的多肽链中应由_种氨基酸组成。种氨基酸组成。假假如如一一个个密密码码子子中中含含有有3个个碱碱基基，则则该该mRNA指指导导合合成成的多肽链中应由的多肽链中应由_种氨基酸组成。种氨基酸组成。(4)1964年年又又有有科科学学家家用用2个个、3个个或或4个个碱碱基基为为单单位位的的重重复复序
50、序列列，最最终终破破译译了了全全部部密密码码子子，包包括括终终止止密密码码子子。下下表表是是部部分分实验：实验：实验序号实验序号重复的重复的Mrna序列序列生成的多肽所含氨基酸种类生成的多肽所含氨基酸种类1(UC)n丝氨酸、亮氨酸丝氨酸、亮氨酸2(UUC)n苯丙氨酸、亮氨酸、丝氨酸苯丙氨酸、亮氨酸、丝氨酸3(UUAC)n亮氨酸、苏氨酸、酪氨酸亮氨酸、苏氨酸、酪氨酸说说明明：表表中中(UC)n表表示示UCUCUCUCUCUC这这样样的的重重复复mRNA序列。序列。请请分分析析上上表表后后推推测测下下列列氨氨基基酸酸的的密密码码子子：亮亮氨氨酸酸_；丝氨酸；丝氨酸_；苯丙氨酸；苯丙氨酸_。 标准答
51、案标准答案(1)6461(2)ATP和核糖体和核糖体(3)12(4)CUU、CUCUCUUUC方法警示方法警示得分要点：得分要点：(2)必须为必须为“ATP和核糖体和核糖体”(3)第二个空必须为第二个空必须为“2”(4)第一个空必须为第一个空必须为“CUU、CUC”错错因因案案例例(2)答答为为“能能量量和和核核糖糖体体”。(错错因因：没没有有审审清清题题目中指的是目中指的是“物质物质”)(3)答答为为“1”。(错错因因：密密码码子子的的顺顺读读并并不不是是都都得得从从第第一一个个碱基读起碱基读起)(4)第第一一个个空空答答为为“CUU”。(错错因因：没没有有考考虑虑密密码码子子具具有有简简并
52、性，通过并性，通过2、3链推导出其中之一，而没做全面考虑链推导出其中之一，而没做全面考虑)技技法法提提炼炼(1)密密码码子子是是由由3个个相相邻邻碱碱基基组组成成的的，理理论论推推导：导：mRNA上上的的碱碱基基共共有有4种种，而而氨氨基基酸酸有有20种种，显显然然1种种碱碱基基对对应应1种种氨氨基基酸酸是是不不成成立立的的，而而2种种碱碱基基组组成成的的密密码码子子最最多多有有42种种，也也不不能能满满足足20种种氨氨基基酸酸的的对对应应，至至少少由由3个个相相邻邻的的碱碱基基组组成成4364种，从而出现了种，从而出现了1种氨基酸对应多种密码子的现象。种氨基酸对应多种密码子的现象。(2)密码
53、子所含碱基个数的实验推导：密码子所含碱基个数的实验推导：由由“CUCUCUCUCUCUCU”组组成成的的mRNA，理理论论上上分分析析密密码码子子不不可可能能由由2个个相相邻邻碱碱基基组组成成；若若是是由由4个个相相邻邻碱碱基基组组成成，则则密密码码子子只只可可能能是是“CUCU”或或“UCUC”，所所以以一一条条上上述述mRNA翻翻译译后后只只会会有有1种种氨氨基基酸酸出出现现；若若是是密密码码子子由由3个个相相邻邻的的碱碱基基组组成成，经经过过顺顺读读后后则则有有“CUC”和和“UCU”2种种密密码码子子，所所以以合合成成的的肽肽链链中中有有2种种氨氨基基酸酸组组成成(当当然然此此时时没没
54、有有考考虑虑到到密密码码子子的的简简并并性性，或者是或者是CUC和和UCU对应的对应的2种不同的氨基酸种不同的氨基酸)。(3)密码子与氨基酸的真实对应关系的验证：密码子与氨基酸的真实对应关系的验证：已已知知3个个相相邻邻的的碱碱基基对对应应1个个氨氨基基酸酸，若若是是由由实实验验中中的的3条条链链，1链链为为“UCUCUCUCUCUCUCUC”它它会会有有2种种密密码码子子即即为为“UCU”和和“CUC”，2链链为为“UUCUUCUUCUUCUUCUUC”它它会会有有3种种密密码码子子“UUC、UCU、CUU”，3链链为为“UUACUUACUUACUUACUUAC”它它会会有有4种种密密码码子子“UUA、UAC、ACU、CUU”，由由2、3两两链链中中共共有有的的CUU可可知知亮亮氨氨酸酸的的密密码码子子之之一一为为CUU，由由1、2链链中中共共有有的的UCU可可知知丝丝氨氨酸酸的的密密码码子子为为UCU，由由于于1链链中中除除去去有有丝丝氨氨酸酸外外还还含含有有亮亮氨氨酸酸，所所以以亮亮氨氨酸酸的的另另一一个个密密码码子子为为CUC。此此时时通通过过2链可知苯丙氨酸的密码子为链可知苯丙氨酸的密码子为“UUC”。
